Вибрационный экстрактор

 

Использование: изобретение относится к экстракционным аппаратам и может быть использовано в фармацевтической, масложировой и парфюмерно-косметической промышленностях для получения обогащенных биологически активными веществами экстрактов в виде лекарственных и других препаратов. Сущность изобретения: резонансный виброэкстрактор содержит сопряженные через эксцентриковые узлы с генератором колебаний равнообъемные емкости с экстрагентом и измельченным сырьем. Емкости снабжены равнообъемными газовыми полостями и установлены со смещением эксцентриситета на угол 2π/n, где n - число емкостей. Генератор колебаний имеет частоту, определяемую определенным соотношением. 5 ил, 1 табл.

Изобретение относится к экстракционным аппаратам и может быть использовано в фармацевтической, масложировой и парфюмерно-косметической промышленностях для получения обогащенных биологически активными веществами экстрактов в виде лекарственных и других препаратов.

Известен экстрактор с механическим перемешивающим устройством (Пономарев В.Д. Экстрагирование лекарственного сырья. -М. Медицина, 1976, с. 111), работающий при настаивании измельченного сырья в органических и йодосодержащих экстрагентах. Основными недостатками его являются длительность процесса, вызванная слабым воздействием экстрагента на сырье, невысокий выход экстракта и низкое содержание биологически активных компонентов, которые частично устраняются многократным обновлением экстрагента. Однако трудности остаются с повышением биологической активности экстракта, поскольку биологически активные вещества при контакте с воздухом легко окисляются, полимеризуются и деградируют.

Известен также экстрактор для экстрагирования биологического сырья сниженными газами (авт. св. 1018639, кл. A 61 K 35/78, 1983) путем обработки измельченного сырья экстрагентом, по меньшей мере, в две стадии со сбросом давления между ними и сливом мисцеллы. Экстрактор позволяет повысить выход экстракта и обогатить его биологически активными компонентами сырья в нативном состоянии, сократить продолжительность процесса и потери ценных биологически активных компонентов. Однако процесс экстрагирования проводится под давлением, что требует сложной и дорогостоящей аппаратуры, дополнительно комплектуемой испарителем для отгонки растворителя. Использование его неоправдано в тех случаях, когда экстракт может быть использован вместе с экстрагентом как лекарственный или другой препарат.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является резонансный виброэкстрактор (авт.св. 139653, кл. 12e 4₀₁) (прототип), выполненный в виде емкости, имеющей на одном конце мембрану, соединенную с генератором колебаний через эксцентрированный узел, а на противоположном мембрану, соединенную с пружинным амортизатором и служащую резонатором.

Однако работа такого аппарата с размещенными на противоположных концах емкости генератором колебаний и резонатором приводит к неуравновешенности колеблющихся масс и повышенным динамическим нагрузкам на фундамент, что накладывает ограничения на его рабочий объем и интенсивность колебательных воздействий, с увеличением которых динамические нагрузки возрастают, чем объясняется его невысокая надежность. Из-за ограничений допустимой интенсивности колебательных воздействий и невозможности работы экстрактора в резонансных условиях по причине низкой надежности он малоэффективен, поскольку невелик выход экстракта и мало содержание биологически активных компонентов.

В основу изобретения положено решение задачи повышения выхода экстракта, его обогащение биологически активными компонентами за счет создаваемых кавитационных эффектов и получения в готовой потребительской форме в сочетании с повышенной надежностью экстрактора, обеспечиваемой взаимным уравновешиванием колеблющихся масс.

Согласно изобретению в резонансном виброэкстракторе для получения лекарственных и других препаратов, содержащем сопряженные через эксцентриковые узлы с генератором колебаний равнообъемные емкости с экстрагентом и измельченным сырьем, емкости снабжены равнообъемными газовыми полостями и установлены со смещением эксцентриситета на угол 2π/n, где n число емкостей, причем генератор колебаний имеет частоту, определяемую по соотношению где V объем газовой полости, м³; l длина емкости, м; p давление газа в газовой полости, Па; F площадь сечения герметичной емкости, м²; γ показатель политропы; r плотность суспензии экстрагента с измельченным сырьем, кг/м³; p число пи; K коэффициент (K=0,9-1,1).

Ведение процесса в герметичной емкости приводит к тому, что воздух в газовой полости в начальной стадии процесса обедняется кислородом и не является окислителем для биологически активных компонентов на последующих стадиях, что способствует их сохранению и накоплению; в газовую полость до начала процесса можно ввести инертный газ.

Наличие газовой полости в герметичной емкости с жидкостной системой при колебательных воздействиях на нее с частотой, определяемой по приведенному соотношению, вызывает резонансные колебания, в результате которых возникают кавитационные явления, подобные имеющим место при ультразвуковых колебаниях, и происходит расслоение содержащегося в газовой полости газа. Это состояние есть результат создания в жидкостной системе больших растягивающих напряжений, приводящих к понижению давления и перераспределению газа.

Экстрагент вместе с газом испытывает мощные динамические воздействия, что приводит к его турбулизации, дополнительному разрушению сырья и высвобождению находящихся в клетках биологически активных веществ. Возможность выбора и использования в качестве экстрагента соответствующих органических и других растворителей экстрактивных веществ, например водных растворов этилового спирта, не вызывающих отрицательных реакций в организме человека или в других применениях, позволяет получать экстракт в готовой потребительской форме без дополнительной обработки, что способствует сохранению биологически активных веществ и повышает его биологическую ценность, дает возможность прямого выхода на потребителя. В совокупности герметизация емкости с остаточной газовой полостью в ней, колебательные воздействия на нее с частотой собственных колебаний газожидкостной системы дают положительный эффект при экстрагировании биологического сырья для получения лекарственных и других препаратов, выражающийся в увеличении выхода экстракта, его обогащения биологически активными компонентами сырья и получении в готовой потребительской форме.

Повышение надежности обеспечивается сбалансированностью динамических нагрузок, возникающих от колеблющихся в емкостях одинаковых масс по причине необходимости поддержания в них равнообъемных газовых полостей и смещения эксцентриситетов в эксцентриковых узлах на угол 2π/n и имеющих противоположную направленность по отношению к генератору колебаний и, следовательно, фундаменту.

Это позволяет проводить высокоинтенсивные резонансные колебания, повышающие эффективность аппарата за счет мощных динамических воздействий на обрабатываемую в нем систему и ее турбулизации. При этом интенсивность колебательных воздействий регулируется объемом газовой полости, давлением в ней и геометрическими параметрами емкости. Количество емкостей, их размещение в пространстве и по длине эксцентрикового вала при этом ограничивается лишь возможностями по занимаемой аппаратом площади.

В предлагаемом виброэкстракторе можно экстрагировать растительное сырье, в том числе и лекарственное, например корни и корневища большеголовика сафлоровидного для получения экстракта левзеи, корни аралии манчжурской, траву пустырника и другие, а также сырье животного происхождения.

Подбором определенных объема и давления газовой полости, частоты колебательных воздействий для каждого вида сырья можно достичь получения фракций экстракта, обогащенных наиболее ценными биологически активными компонентами, необходимыми для конкретных лекарственных и других препаратов.

На фиг. 1-3 показаны схемы экстракторов с горизонтальными емкостями и горизонтальным или вертикальным эксцентриковым валом; на фиг. 4 и 5 с колонными емкостями и горизонтальным эксцентриковым валом.

Экстрактор состоит из емкостей 1 с газовыми полостями 2, патрубками 3 для подвода и отвода сжатого газа, эксцентриковыми узлами 4, подсоединенными к эксцентриковому валу 5 генератора колебаний (не показан). Эксцентриковый вал 5 вращается в подшипниковых опорах 7, а емкости 1 совершают возвратно-поступательные перемещения в опорах скольжения 6.

Экстрактор работает следующим образом. Измельченное сырье и экстрагент помещают в емкости и оставляют в них одинаковый свободный объем (газовую полость), величину которого регулируют заполнением. После герметизации емкостей и установления необходимого давления им сообщают в течение определенного времени колебательные воздействия с заданной частотой, соответствующей собственной частоте колебаний содержимого емкости и рассчитанной по рекомендуемому соотношению. После окончания процесса колебательные воздействия прекращают, экстракт и отработанное сырье выгружают из емкостей. Экстракт отделяют от отработанного сырья и направляют потребителю.

Изобретение иллюстрируется следующим примером конкретного выполнения.

Лабораторный экстрактор выполнен в виде цилиндрической емкости диаметром 0,03 м, длиной 0,25 м и заполнен 100 г 40% водного раствора этилового спирта и 10 г растительного сырья. При частоте 40 Гц и амплитуде колебаний емкости с экстрагентом и растительным сырьем 2 мм в течение 90 мин проведена экстракция левзеи сафлоровидной (длина измельченных корней и корневищ 3-20 мм) и травы пустырника (длина твердых включений до 30 мм).

По органолептической оценке экстрасенса полученный экстракт обладает повышенной биологической активностью по сравнению с экстрактом после простого настаивания в течение двенадцати суток.

В экстракте пустырника концентрация экстрактивных веществ в мас. (по сухому остатку) в зависимости от времени экстрагирования приведена в таблице.

При простом настаивании (мацерации), выполненном на том же сырье травы пустырника в течение 14 сут, концентрация экстрактивных веществ составляет 1,121 мас.

Сравнение содержания экстрактивных веществ в экстракте пустырника, полученном в предлагаемом экстракторе и при мацерации, показывает, что оно выше при экстрагировании в предлагаемом экстракторе в течение получаса, чем при мацерации в течение 14 суток.

В этом же экстракторе проведена проверка разрушающего действия циклических динамических нагрузок на молекулы биологически активных веществ (БАВ), выражающегося в их возможном расщеплении, при тех же параметрах колебательных воздействий, что и экстрагирование, на препарате "мезатон" (хлоргидрат мета-оксифенилметиламиноэтанола) в течение 90 мин. При внутривенном введении крысам подвергнутого колебательным воздействиям препарата изменений его свойств не отмечено, что свидетельствует об отсутствии отрицательных эффектов в предлагаемом экстракторе на БАВ.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет в полтора раза повысить выход экстрактивных веществ, получить их в готовой потребительской форме с повышенной биологической активностью и обеспечить надежную работу экстрактора.

Формула изобретения

Вибрационный экстрактор, содержащий герметичную емкость с патрубками для подвода и отвода жидкофазной среды, соединенную с одного конца с генератором колебаний, отличающийся тем, что экстрактор содержит несколько герметичных емкостей с одинаковым объемом, соединенных с генератором колебаний через эксцентриковые узлы со смещением в них эксцентриситета на угол 2π/n, где n - количество емкостей, при этом генератор колебаний выполнен с частотой колебаний

где К 0,9 1,1 коэффициент;
Р давление газа в емкости;
F площадь поперечного сечения емкости, м²;
γ- показатель политропы;
V объем газа в емкости, м³;
ρ- плотность жидкофазной среды, кг/м³;
L длина емкости, м.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6