УДК 621.311
DOI 10.57112/E231-067
Васильченко Максим Алексеевич
Сташко Василий Иванович
Аннотация:
В статье представлена информация о методе обработки растительных материалов во вращающемся электрическом поле. Описываются особенности данного метода и его преимущества. Электротехнологическая обработка растительных материалов позволяет значительно повысить качество обработки, использование вращающегося электрического поля с возможностью регулировать частоту в установках дает возможность не только повысить качество обработки, но и снизить затраты и автоматизировать этот процесс.
Ключевые слова: электротехнологические методы обработки, обработка растительных материалов, вращающееся электрическое поле, частотное регулирование.
Электротехнологические методы обработки различных материалов, как животного, так и растительного происхождения в сельскохозяйственном производстве и в перерабатывающей промышленности дают возможность получать конечный продукт высокого качество с заранее заданными свойствами [1].
Для получения вращающегося электрического поля используется принцип смещения трехфазной системы электродов на 120° в пространстве и подача трехфазного напряжения с учетом временного сдвига на 120°.
Вращающееся электрическое поля реализуется с помощью электрической схемы, представленной на рисунке 1.
Рисунок 1 – Электрическая схема рабочего органа
На фазы А, В, С подается напряжение, сдвинутое во времени на 120°, а в пространстве система электродов сдвинута также на 120°, что и позволяет реализовать воздействие вращающегося электрического поля на обрабатываемый материал [2].
Напряженность электрического поля направлена от электродов соответственно:
– от электрода a к расщепленной фазе x;
– от электрода в к расщепленной фазе y;
– от электрода c к расщепленной фазе z;
Изменение напряженности электрического поля во времени описывается следующими выражениями:
Использование кругового вращающегося электрического поля обусловлено анизотропностью отдельных составляющих обрабатываемого материала, т.е. различной проводимостью вдоль и поперек направления обработки. Во вращающемся поле все частицы обрабатываемого материала находятся в одинаковых условиях, но вращающееся электрическое поле позволяет производить обработку, как в продольном, так и в поперечном направлении каждого элемента, что и позволяет значительно повысить качество обработки.
Электротехнологическая обработка растительных материалов во вращающемся электрическом поле позволяет целлюлозоразрущающим бактериям желудочно-кишечного тракта животного проникать через разрушенную прочную внешнюю оболочку клетки, и питательные вещества, находящиеся внутри клетки начинают усваиваться в процессе пищеварения.
Разрушение оболочки повышает усвояемость и переваримость растительных материалов, т.е. повышает кормовую ценность. Разрушение оболочек (процесс деструкции) растительных клеток возможно лишь при выполнении определенных условий, которые реализуются технологическим процессом обработки: внутриклеточное увлажнение, уплотнение обрабатываемой массы, воздействие вращающегося электрического поля определенной частоты и интенсивности, а также необходимого времени обработки.
Механизм обработки характеризуется довольно сложными электрофизическими, электрохимическими и электрокапиллярными явлениями.
Комплексное разрушающее воздействие на обрабатываемый материал можно представить в следующей последовательности:
– возникновение теплового пробоя изоляции (внешняя оболочка растительной клетки между двумя жидкостными электродами);
– при пробое изоляции возникает электрогидравлический эффект – разрыв оболочек;
– в результате электролиза внутри клетки образуются газы с высоким давлением;
– проявление краевых электростатических и электродинамических эффектов на границе раздела сред с различными диэлектрическими свойствами.
Количественно оценить величину того или иного воздействия довольно сложно, т.к. каждая величина зависит от формы кривой тока, частоты, состава электролита, температуры, влажности, плотности и т.д. Физические процессы теплового пробоя изоляции и условия их протекания изучены достаточно глубоко.
Импульсное повышение давления внутри клеточной оболочки создается за счет возникновения микрогидравличесого удара, что и приводит к разрушению клетки. Кроме того, в электродной камере наблюдается электролитическое разложение воды с выделением газов водорода и кислорода. При плотностях тока 10-3...10-2 А/см и длительности воздействия 30 с, величина заряда, передаваемого через цепочку, 0,2·10-9 А·ч, что соответствует 0,216·10-9 г выделяемого водорода. При атмосферном давлении объем этой массы водорода составит V = 4·10-6 см2. Объем клетки VК = 2·10-10 см2 на несколько порядков меньше объема выделенного водорода, следовательно, резко возрастает давление, что приводит к разрушению оболочки клетки. При протекании электрического тока по жидкостным мостикам обрабатываемой массы интенсифицируются массообменные процессы на границе раздела сред «растительный материал-раствор» и происходит перераспределение межмолекулярных и сил, обусловленных воздействием электрического поля. Условие разрушения оболочки растительной клетки под воздействием электрического поля:
Таким образом, представленная технология обработки растительных материалов во вращающемся электрическом поле позволяет получать конечный продукт высокого качества.
Список используемой литературы
1.Куликова, Л. В. Электротехнология : учебное пособие : [16+] / Л. В. Куликова, А. А. Багаев. – 2-е изд., перераб. – Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2021. – 373 с. : ил., схем., табл. – Режим доступа: по подписке. – URL: https://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=602402 (дата обращения: 01.04.2024). – Библиогр. в кн. – ISBN 978-5-4499-1174-2. – DOI 10.23681/602402. – Текст : электронный.
2. Куликова Л. В., Бараков А. Н. Использование электромагнитных полей для обработки растительных материалов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2009. № 5. – С. 29-30.
Информация об авторах
Васильченко М. А. – студент группы 8Э-31, Сташко В. И. – к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.
Ссылка для цитирования
Васильченко, М. А. Обработка растительных материалов во вращающемся электрическом поле / М. А. Васильченко, В. И. Сташко // Энерджинет. 2023. № 1. URL: http://nopak.ru/231-067 (дата обращения: 23.03.2024).
