Результат интеллектуальной деятельности: ЭКСТРАКТОР

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к устройствам для извлечения полезных веществ из растительного сырья.

Известен экстрактор для системы твердое тело - жидкость (Описание изобретения к патенту RU 2308308, МПК B01D 11/00, заявлено 17.03.2006, опубликовано 20.10.2007), содержащий корпус, разделенный вертикальной не доходящей до дна перегородкой на две зоны, патрубки для отбора экстракта и подачи экстрагента, наклонную трубу, пульсатор, компрессор, датчик уровня жидкости.

Недостатками этого экстрактора являются длительное растворение твердой фазы в жидкой, снижение качества продукта и значительные затраты времени на извлечение экстракта и времени на поддержание повышенной температуры.

Известен экстрактор для системы твердое тело - жидкость (Описание изобретения к патенту RU 1706096, МПК B01D 11/02, заявлено 04.11.1985, опубликовано 27.05.1995), содержащий вертикальный цилиндрический корпус с паровой рубашкой, сборник экстрактора со штуцерами для удаления экстракта из корпуса и подачи в него пара. Корпус соединен с крышкой, в которой закреплены штуцер для загрузки в корпус предварительно измельченной твердой фазы, штуцер для ввода в корпус через кольцеобразный распылитель растворителя (жидкой фазы), штуцер для удаления из корпуса газо- и парообразных веществ. Внутри корпуса в его нижней части установлена горизонтальная решетчатая перегородка и над ней смонтированы рабочие элементы в виде ножей с боковыми режущими кромками, закрепленные на вертикальном валу с возможностью вращения вокруг своей оси и возвратно-поступательного перемещения.

Недостатками описанного экстрактора являются недостаточно качественное перемешивание и разрыхление сырья, большая потеря электроэнергии на возвратно-поступательное движение ножа, медленное растворение экстрагента в исходном сырье, низкая скорость процесса растворения твердой фазы в жидкой, невысокая производительность экстрактора.

Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является экстрактор для системы твердое тело - жидкость (Описание полезной модели к патенту RU 111012, МПК B01D 11/00, заявлено 16.06.2011, опубликовано 10.12.2011), содержащий вертикальный корпус с паровой рубашкой, с технологическими патрубками и дозатор. В корпусе на полом валу соосно установлено перемешивающее устройство, которое выполнено в виде верхней и нижней мешалок крестообразной формы. Нижняя мешалка перемешивающего устройства выполнена полой и снабжена полыми Г-образными гребенками с отверстиями на концах, изогнутых вверх. Перемешивающее устройство содержит установленные на полом валу на разной высоте ножи с боковыми режущими кромками. Каждый нож при виде сверху расположен относительно другого ножа под углом 45°. Под гребенками расположена решетчатая перегородка.

Недостатками известного экстрактора являются недостаточно качественное перемешивание сырья, замедленное растворение экстрагента в исходном сырье, и, как следствие, невысокая производительность.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в интенсификации процесса экстракции, повышении производительности за счет ускорения процесса растворения экстрагента в исходном сырье путем разрушения его структуры и интенсификации перемешивания исходного сырья и экстрагента.

Достигается технический результат тем, что в экстракторе, включающем вертикальный корпус с паровой рубашкой и технологическими патрубками, в нижней части которого установлена горизонтальная решетчатая перегородка, над которой установлено перемешивающее устройство, выполненное в виде полого вала, на котором на разной высоте закреплены ножи, сборник экстракта, привод перемешивающего устройства обеспечивает реверсирование его вращения, каждый нож имеет форму перфорированной отверстиями пластины с одной заточенной кромкой, нож установлен на полом валу с возможностью вращения вокруг геометрической оси своего крепления, причем крепление ножа к полому валу смещено от геометрической оси, проходящей через его центр, в сторону заточенной кромки, на полом валу установлены ограничители, препятствующие полному обороту ножа вокруг крепления к полому валу.

На фиг. 1 представлен экстрактор при работе в режиме мешалки. На фиг. 2 представлен экстрактор при работе в режиме доизмельчения. На фиг. 3 представлен вид А экстрактора. На фиг. 4 представлено сечение Б-Б экстрактора. На фиг. 5 представлено сечение В-В экстрактора.

Экстрактор содержит вертикальный, корпус 1 с паровой рубашкой 2, с технологическими патрубками 3, 4, 5, 6, 7, 8 подачи экстрагента, подачи и отвода теплоносителя, отвода экстракта, отвода шрота и рециркуляции экстракта соответственно, и дозатор 9. В вертикальном корпусе 1 установлено с возможностью реверсивного вращения перемешивающее устройство, включающее полый вал 10 с размещенными на разной высоте ножами 15. Ножи 15 выполнены в виде перфорированных отверстиями 17 пластин с одной режущей кромкой 16. Каждый нож 15 при виде сверху расположен относительно другого ножа под некоторым углом, таким образом, чтобы ножи 15 были равномерно распределены по окружности, описанной вокруг геометрической оси полого вала 10. Каждый нож 15 установлен на полом валу 10 с возможностью вращения вокруг геометрической оси своего крепления 11, причем крепление ножа к полому валу смещено от геометрической оси 12, проходящей через его центр, в сторону заточенной кромки 16. На полом валу 10 установлены ограничители 23, препятствующие полному обороту ножа 15 вокруг крепления 11 к полому валу 10. Полый вал 10 перфорирован отверстиями 13. В нижней части вертикального корпуса 1 расположена горизонтальная решетчатая перегородка 18. Вертикальный корпус 1 соединен с фильтром 19, сборником экстракта 20 и вакуум-насосом 21, связанным с патрубком 8 рециркуляции экстракта, последний из которых сообщен с полостью вала 10. Патрубок 7 соединен с разгрузочным устройством 22 для одновременного отжима проэкстрагированного сырья. Перемешивающее устройство вращается от реверсивного привода 14.

Экстрактор для растительного сырья работает следующим образом. При включенном приводе 14, обеспечивающем вращение перемешивающего устройства (согласно фиг. 1) по часовой стрелке, растительное сырье по дозатору 9 подают в корпус 1, по патрубку 3 туда же заливают экстрагент. При данном направлении вращения за счет того, что крепление ножа к полому валу смещено от геометрической оси, проходящей через его центр, в сторону заточенной кромки, нож будет поворачиваться вокруг геометрической оси своего крепления к полому валу до упора в ограничитель. При этом нож займет положение, при котором его широкая плоскость будет находиться под острым углом к геометрической оси вращения полого вала (фиг. 1). В таком положении перемешивающее устройство будет обеспечивать перемешивание исходного сырья с экстрагентом. Наличие отверстий перфорации в ноже будет способствовать интенсификации данного процесса.

Через определенный промежуток времени, устанавливаемый экспериментальным путем, для каждого сочетания вида растительного сырья и экстрагента, осуществляют реверсирование направления вращения мешалки. При данном направлении вращения за счет того, что крепление ножа к полому валу смещено от геометрической оси, проходящей через его центр, в сторону заточенной кромки нож будет поворачиваться вокруг геометрической оси своего крепления к полому валу до положения при котором его режущая кромка будет находиться перпендикулярно геометрической оси вращения полого вала (фиг. 2). В этом режиме работы ножи будут обеспечивать разрушение структуры растительного сырья путем перерезания его волокон и тем самым обеспечивать доступ экстрагента к новой поверхности растительно сырья.

Следующее реверсирование движения позволит осуществлять интенсивное перемешивание экстрагента и исходного сырья, при котором будет осуществляться интенсивный отвод экстрагируемых веществ от вновь созданных в результате разрушения структуры растительного сырья на предыдущем этапе поверхностей волокон.

Количество циклов реверсирования движения может быть различным и зависит от вида исходного сырья, крупности его фракции, вида экстрагента, количественного соотношения исходного сырья и экстрагента и устанавливается экспериментально для каждого сочетания факторов.

Для поддержания требуемой температуры в корпусе установлена паровая рубашка 2, куда через патрубок 4 подают теплоноситель. Удаление отработанного теплоносителя осуществляется через патрубок 5. По мере насыщения экстракт проходит через решетчатую перегородку 18, где проводится грубая фильтрация и сливается по патрубку 6 в фильтр 19 для отделения примесей и направляется в сборник 20, где отстаивается от оставшихся элементов после фильтрации. В зависимости от степени насыщения экстракта, последний направляется на рециркуляцию через патрубок 8 при помощи вакуум-насоса 21 в полость вала 10. Благодаря вакууму, создаваемому насосом 21, экстракт, направленный на повторное насыщение, поступает в экстракционную смесь под давлением сквозь отверстия 13.

После завершения процесса экстрагирования при работающем приводе 14 экстракт полностью сливают из вертикального корпуса 1, а проэкстрагированное сырье выводят через патрубок 7, соединенный с разгрузочным устройством 22, где сырье до конца отжимается.

Известно, что в основе процесса экстракции лежит диффузионный перенос извлекаемых из исходного сырья веществ в экстрагент. В результате диффузии происходит перенос из клеток через клеточные оболочки к поверхности частиц исходного сырья извлекаемых веществ, на поверхности исходного сырья образуется неподвижный диффузионный слой, толщина которого различна и зависит от скорости движения экстрагента относительно сырья. Диффузионный слой является сопротивлением для экстракции веществ, т.к. замедляет выход веществ из сырья. Преодолев диффузионный слой, извлекаемые вещества распределяются по всему объему экстрагента по законам свободной конвективной диффузии.

Действенным способом создания условий, при которых происходит интенсификация разрушения диффузионного слоя на поверхности частиц исходного сырья, является обеспечение передвижения экстрагента относительно исходного сырья путем их перемешивания в ходе процесса экстракции.

Установленные на полом валу 10 с возможностью поворота относительно него ножи 15 при вращении в одну сторону обеспечивают разрушение структуры исходного сырья путем перерезания его волокон и тем самым осуществляют доступ экстрагента к новой поверхности. При реверсировании движения за счет своего положения и перфорации ножи обеспечивают интенсивное омывание экстрагентом исходного сырья. Такое сочетание процессов разрушения структуры исходного сырья и перемешивания способствует разрушению застойных зон сырья по всему объему вертикального корпуса 1, облегчая доступ экстрагента ко всей поверхности каждой частицы твердого тела. Все это способствует ускорению процесса экстракции, повышению производительности экстрактора.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Описание изобретения к патенту RU 2308308, МПК B01D 11/00, заявлено 17.03.2006, опубликовано 20.10.2007.

2. Описание изобретения к патенту RU 1706096, МПК B01D 11/02, заявлено 04.11.1985, опубликовано 27.05.1995.

3. Описание полезной модели к патенту RU 111012, МПК B01D 11/00, заявлено 16.06.2011, опубликовано 10.12.2011.