Аппарат для получения экстрактов из растительного сырья

 

Аппарат относится к химической промышленности и используется для проведения массообменных процессов в системе твердое тело - жидкость. Содержит корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище. Корпус снабжен люком с отжимным устройством. Расположенный коаксиально корпусу цилиндр имеет верхнюю открытую часть и закреплен нижней частью на лопастях мешалки. На боковой поверхности установлены радиально спицы. На крышке выполнена пульсационная камера, сообщенная с верхней открытой частью цилиндра, а посредством патрубка - с внешним генератором пневматических знакопеременных импульсов давления. Над днищем установлена решетка, поверхность которой расположена в плоскости загрузки отжимного устройства. Данная конструкция аппарата позволяет повысить эффективность экстракции в системе твердое тело - жидкость в производствах ликероводочной промышленности при сокращении потерь экстракта. 1 ил.

Изобретение относится к аппаратам для проведения массообменных процессов в системе твердое тело-жидкость и может быть использовано для интенсификации процессов получения экстрактов из растительного сырья, например плодов ягод и трав, находящихся в сухом, свежем или мороженом виде.

Известен аппарат, предназначенный для получения спиртованных морсов из сырья растительного происхождения, включающий цилиндрический корпус с плоским днищем, внутри которого размещено перфорированное наклонное ложное дно, у нижнего края дна размещен люк для загрузки и выгрузки твердого сырья, а в крышке корпуса размещен патрубок для залива водно-спиртового экстрагента (Б. В. Жбанков. Технологическое оборудование ликероводочных производств. Москва, Легкая и пищевая промышленность, 1983, с. 33).

Основным недостатком этого аппарата является то, что процесс экстрагирования осуществляется в режиме ламинарной диффузии (простым настаиванием с периодической прокачкой экстракта насосом при неподвижном слое твердой фазы), при котором происходит быстрое насыщение экстрактивными веществами слоя экстрагента вблизи твердой частицы, что приводит к уменьшению градиента концентраций в течение времени насыщения и к падению эффективности процесса экстрагирования.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является экстрактор для системы твердое тело - жидкость, имеющий корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище (SU 850108 А1, 30.07.1981).

Недостатком известного аппарата является возникающее при возвратно-поступательном движении ворошителей мешалки уплотнение твердой фазы вблизи перфорированной поверхности днища, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления слоя твердой фазы и задержке растворителя в слое в зоне выгрузки твердого сырья.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения заключается в повышении эффективности экстракции в системе твердое тело - жидкость в производствах ликероводочной промышленности путем обработки сырья жидким экстрагентом в режиме пульсирующего поршневого потока с последующим отжимом твердого сырья с целью сокращения потерь экстракта.

Указанный технический результат достигается тем, что в аппарате для получения экстрактов из растительного сырья, имеющем корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище, согласно изобретению корпус снабжен люком с отжимным устройством, расположенный коаксиально корпусу цилиндр имеет верхнюю открытую часть и закреплен нижней частью на лопастях мешалки, а на боковой поверхности установлены радиально спицы, на крышке выполнена пульсационная камера, сообщенная с верхней открытой частью цилиндра, а посредством патрубка - с внешним генератором пневматических знакопеременных импульсов давления, над днищем установлена решетка, поверхность которой расположена в плоскости загрузки отжимного устройства.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Аппарат состоит из корпуса 1, люка 7 с отжимным устройством 8, например, отжимным шнеком. Внутри корпуса расположен коаксиально цилиндр 2. На крышке 5 аппарата имеется привод вращения вала 3 мешалки 4. Цилиндр 2 имеет верхнюю открытую часть и закреплен нижней частью на лопастях мешалки 4. На боковой поверхности цилиндра установлены радиально спицы 12 для разрушения свода сыпучего сырья при разгрузке аппарата. На крышке 5 аппарата имеется пульсационная камера 13, которая сообщена с открытой верхней частью цилиндра 2, а ее патрубок 10 служит для подключения внешнего генератора пневматических знакопеременных импульсов давления. Для изоляции пульсационной камеры 13 от атмосферы и кольцевого рабочего объема аппарата установлены сальниковые уплотнения 9 на валу 3 и боковой поверхности цилиндра 2. Над днищем установлена решетка 11 для разделения жидкой и твердой фаз при выгрузке, а ее поверхность для полного освобождения аппарата от твердой фазы размещена в плоскости загрузки отжимного устройства 8. Аппарат снабжен люком 14 для загрузки сырья и патрубком 15 для слива готового экстракта.

Аппарат работает следующим образом.

Твердая фаза в виде измельченных трав или плодов и ягод засыпается в корпус 1 аппарата через люк 14, расположенный на крышке 5 и разравнивается по кольцевому сечению аппарата на решетке 11, при этом люк 7 герметично закрыт. Через люк 14 заливают водно-спиртовую смесь в количестве, соответствующем технологическому регламенту. Уплотнение отжимного устройства (шнека) герметично и не допускает течи. Жидкость при заливе заполняет свободное пространство в слое твердого сырья и по закону сообщающихся сосудов поступает в коаксиальный цилиндр 2. По завершении залива экстрагента (водно-спиртовой смеси) через патрубок 10 в пульсационную камеру 13 от внешнего генератора пневматических импульсов давления в коаксиальный цилиндр 2 через открытую его верхнюю часть подается импульс сжатого газа. Сальниковое уплотнение 9 препятствует выбросу сжатого газа вдоль цилиндрической поверхности вала 3 в атмосферу и попаданию газа в кольцевой канал аппарата вдоль боковой поверхности цилиндра 2. Импульс сжатого газа, поступив в пульсационную камеру 13 и верхнюю открытую часть коаксиального цилиндра 2, создает газовую подушку с избыточным давлением, превышающим сопротивление столба жидкости и слоя твердой фазы в кольцевом канале аппарата. По закону сообщающихся сосудов жидкость из коаксиального цилиндра 2 перетекает в кольцевой канал, фильтруясь через слой твердой фазы. При контакте с твердой фазой экстрагент извлекает необходимые вещества из плодов. Экстрагируемые компоненты поступают из внутренних слоев твердых частиц к поверхности раздела фаз и удаляются движущимся потоком экстрагента.

Известно, что основное сопротивление массопередаче в системе твердое тело-жидкость сосредоточено в твердой фазе и поддержать высокую интенсивность процесса извлечения экстрагируемых веществ можно только за счет высокого градиента концентраций на границе раздела фаз. В конструкции аппарата это достигается пульсирующим движением жидкой среды за счет знакопеременного пневматического импульса давления, подаваемого в пульсационную камеру 13. Невысокие скорости движения экстрагента, определяемые сопротивлением неподвижного слоя твердого сырья и невысоким давлением импульса сжатого газа, так же как и гидродинамика пульсирующего потока, приближает режим движения к поршневому, который характеризуется минимальным продольным перемешиванием и, следовательно, высоким градиентом концентраций в любой точке аппарата.

В процессе приготовления настоев из плодов, трав и ягод отсутствие сильного перемешивания и движения твердой фазы не создает условий для истирания твердого сырья и образования взвесей твердых частиц в жидком экстракте. Это снижает трудоемкость фильтрации на следующем этапе приготовления настоев и способствует повышению качества конечного продукта.

Поскольку предлагаемый аппарат является аппаратом периодического действия, то режим пульсационного перемешивания приводит к быстрому насыщению экстрагента извлекаемыми компонентами и сокращению времени приготовления настоев не менее чем в два раза.

Насыщенный экстрагент сливается через патрубок 15, расположенный в аппарате ниже решетки 11, фильтруясь через слой твердой фазы. После завершения настаивания и слива готового экстракта включают отжимное устройство 8, привод мешалки 4, выполняющей функцию скребка. Твердая фаза подгребается ею по решетке 11 к зоне загрузки отжимного устройства (шнека) 8. Попадая на винт отжимного шнека, плоды сдавливаются, жидкость отжимается и удаляется через нижнюю перфорированную часть устройства 8, а отжатое сырье (мезга) транспортируется шнеком за пределы аппарата.

В случае обработки плодов или ягод со значительным содержанием сахаристых веществ возможно слипание частиц сырья и образование свода твердой фазы, затрудняющих выгрузку продукта. При работе аппарата в режиме выгрузки цилиндр 2, вращаясь вместе с мешалкой 4 и спицами 12, разрушает свод. Обрушенная твердая фаза подхватывается лопастями мешалки и перемещается к зоне загрузки отжимного устройства 8. По завершении процесса раскрывается крышка люка 7 и вручную проводится зачистка аппарата и его промывка.

Формула изобретения

Аппарат для получения экстрактов из растительного сырья, имеющий корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище, отличающийся тем, что корпус снабжен люком с отжимным устройством, расположенный коаксиально корпусу цилиндр имеет верхнюю открытую часть и закреплен нижней частью на лопастях мешалки, а на боковой поверхности установлены радиально спицы, на крышке выполнена пульсационная камера, сообщенная с верхней открытой частью цилиндра, а посредством патрубка с внешним генератором пневматических знакопеременных импульсов давления, над днищем установлена решетка, поверхность которой расположена в плоскости загрузки отжимного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1