ОБЗОР СВЧ-УСТАНОВОК ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

OVERVIEW OF MICROWAVE PLANTS FOR DISINFECTION OF DIELECTRIC MATERIALS

Maria Okach

phd student Volga State University of Technology,

Russia, Yoshkar-Ola

Dmitry Mukhortov

doctor of agricultural sciences, associate professor Volga State University of Technology,

Russia, Yoshkar-Ola

Nikita Majorov

Undergraduate Volga State University of Technology,

Russia, Yoshkar-Ola

АННОТАЦИЯ

В статье представлен обзор СВЧ-устройств предназначенных для обеззараживания материалов с различными диэлектрическими свойствами. Рассмотрены сферы применения СВЧ-установок и их конструкции. Изученный материал позволит подобрать оптимальный тип конструкции для СВЧ-установки предназначенной для обеззараживания тепличных субстратов от патогенных микроорганизмов и сорной растительности.

ABSTRACT

The article provides an overview of microwave devices designed for the disinfection of materials with different dielectric properties. The scope of application of microwave installations and their designs are considered. The studied material will make it possible to select the optimal type of design for a microwave installation designed for the disinfection of greenhouse substrates from pathogenic microorganisms and weeds.

Ключевые слова: СВЧ-устройство; сверхвысокочастотное излучение; диэлектрики; тепличные субстраты; микроорганизмы.

Keywords: microwave device; microwave radiation; dielectrics; greenhouse substrates; microorganisms.

Возможность использования сверхвысокочастотных излучений, вместо тепловой энергии, позволяет отказаться от традиционных источников энергии (нефть, газ, уголь), упростить технологический процесс, снизить нагрузку на окружающую среду. Микроволновое излучение способно эффективно удалять влагу, ускорять химические реакции, быстро осуществлять объемный нагрев, менять свойства материалов. Актуальным направлением в использовании энергии микроволн является термообработка различных материалов. Наиболее сложно организовать обработку диэлектриков, так как из-за низкого коэффициента теплопроводности их нагрев происходит не равномерно, он начинается с верхних слоев, внутренние слои при этом нагреваются медленно. Электромагнитные волны способны проникать в глубину диэлектрика и разогревать внутренние слои.

Цель работы провести обзор имеющихся промышленных и экспериментальных СВЧ-установок предназначенных для обеззараживания материалов с различными диэлектрическими свойствами.

Имеющиеся на сегодняшний день фундаментальные исследования в области СВЧ нагрева диэлектриков позволили разработать и реализовать СВЧ установки для различных сфер деятельности человека. Наибольшее распространение получили установки предназначенные для сушки и дезинфекции посевного материала в сельском хозяйстве. В настоящее время на рынке представлено микроволновое оборудование как отечественного так и зарубежного производства. Производственная компания «Ингредиент» предлагает несколько типов микроволнового оборудования:

Установка «Арабис» представляет собой закрытую камеру туннельного типа с рольганговым транспортёром внутри. Данная установка позволяет обеззараживать и улучшать микробиологические показатели продуктов не нарушая радиопрозрачную упаковку.

Микроволновая установка «Бархан» состоит из двух труб внутрь которых помещены пружинные шнеки, перемешивающие обрабатываемый материал. Нагрев осуществляется активными модулями состоящими из 16 магнетронов.

Установка «Ламинария» предназначена для обработки семян от фитопатогеннов и яровизации. «Ламинария» представляет собой вращающийся металлический барабан на торцах которого размещены микроволновые генераторы. На обрабатываемый материал воздействуют микроволны и теплый воздух, образующийся при охлаждении магнетронов.

Фирма Linn High Therm GmbH предлагает для сушки и обеззараживания сыпучих материалов ряд экспериментальных образцов. Среди которых конвейерная печь серии MDBT, состоящая из цилиндрической микроволновой камеры, вдоль продольной оси которой по спирали размещены магнетроны.

Камерная вакуумная СВЧ-сушилка серии MKST работает при низком вакууме (10мбар), нормальном давлении и небольшом избыточном давлении инертного газа. Установка оснащена 12 магнетронами с мощностью по 800Вт/2,45 ГГц каждый [2]. 

В настоящее время СВЧ установки активно применяются в медицине при обеззараживании объектов контаминированных биологически опасными микроорганизмами. В медицинских учреждениях применяются следующие устройства: «Бионар», «Стериус», СВЧ-установка УОМО-01/150 «О-ЦНТ». Данные микроволновые системы обеззараживания отличаются объемами загрузки обеззараживаемых объектов. Принцип реализации процесса деструкции опасных биологических объектов связан с их нагревом в водной среде с помощью СВЧ излучения до 100-110 С в течении 30-50 минут. Установки оснащены датчиками температуры, дыма и угольными фильтрами, системами документирования. При обеззараживании в данных устройствах наблюдается гибель всех бактерий и вирусов.

В пищевой промышленности СВЧ установки используют при стерилизации и пастеризации пищевых продуктов [3,4,5].

При предпосевной обработке субстратов так же возможно применение СВЧ излучающих устройств. В работе С.А. Андреева рассматривается технология применения микроволновых излучений в прицепных мобильных агрегатах при борьбе с сорной растительностью в тепличных субстратах. Предлагаемая установка представляет собой платформу на которой смонтирована рабочая камера, сверху на ней располагается СВЧ генератор. Внутри камеры размещен шнековый транспортер, осуществляющий перемещение почвы определенного объема под источником СВЧ излучения [1]. Данное устройство решает проблему борьбы с сорняками, но не решает проблему с почвенными патогенными микроорганизмами и различными вредителями. Способ обеззараживания почвы при помощи СВЧ полей описанный в патенте [6] позволяет успешно дезинфицировать субстрат с патогенными грибами при учете влажности почвы. Установка по патенту [7] так же предназначена для обеззараживания тепличного грунта СВЧ излучениями, в технологическую линию которой включено устройство по увлажнению почвы. Все представленные установки являются экспериментальными. Не смотря на эффективность СВЧ излучений и экономическую целесообразность, данные технологии еще мало используются в производстве почвенных субстратов.

Представленные в обзоре СВЧ установки рассчитаны на большой объем обрабатываемого материала. Режим обработки в данных устройствах зависит от агрегатного состояния и свойств обрабатываемых материалов, а так же от ожидаемого эффекта. Для равномерного нагревания и эффективности обработки в СВЧ установках используют различное количество магнетронов и их расположение в рабочих камерах, применяют дополнительные механизмы для равномерного распределения электромагнитных волн, а так же используют устройства для повышения влажности обрабатываемых материалов.

Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (договор № 16172ГУ/2020 от 24.12.2020).

Список литературы:

1. Андреев Сергей Андреевич, Уманский Петр Михайлович Новая технология СВЧ-обработки почвы // Природообустройство. – 2018. – №4. – С 111-116.
2. Именохоев, И. Технология СВЧ-Нагрева: потенциал и границы / И. Именохоев [и др.].- Eschenfelden, – 2017. – 17 с.
3. Патент № 2630248 Устройство для обработки сока и жмыха ягод энергосберегающими методами: № 2016119093: заявл. 17.05.2016: опубл. 06.09.2017 / Н.А. Отбойщиков, С.Н. Шахматов; заявитель, патентобладатель ФГУ ВПО Красноярский гос. аграр. ун-т. – 8 с.
4. Патент № 2626156 Радиоволновые установки для термообработки сырья: № 2016133572: заявл. 15.08.2016: опубл. 21.07.2017 / А.А. Белов, Г.В. Жданкин, Г.В. Новикова, О.В. Михайлова, И.Г. Ершова; заявитель, патентобладатель ФГБОУ ВО НГСХА – 15 с.
5. Патент № 2677783 Способ быстрой одновременной стерилизации, дезинфекции и дезинсекции пищевых продуктов: № 2016150232: заявл. 20.12.2016: опубл. 21.01.2019 / А.В. Мельниченко, Б.Л. Ихлов, А.Ю. Ощепков; заявитель, патентобладатель Мельниченко Андрей Владимирович – 5 с.
6. Патент № 2125355 Способ обеззараживания почвы: № 96114716/13: заявл. 17.07.1996: опубл. 27.01.1999 / И.Ф. Бородин, С.Г. Кузнецов, К.В. Королев; заявитель, патентобладатель Московский гос. агроинж. ун-т им. В.П. Горячкина – 9 с.
7. Патент №2292698 Установка для обеззараживания тепличного грунта: №2005116664/12: заявл. 31.05.2005: опубл. 10.02.2007 / Е.В. Епанчинцев, С.Н. Шахматов ; заявитель, патентобладатель ФГУ ВПО Красноярский гос. аграр. ун-т. – 8 с.