Аппарат для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного и растительного сырья

Изобретение относится к оборудованию для диспергирования и экстрагирования в системе твердое тело - жидкость и может быть использовано в пищевой, фармацевтической и смежных отраслях промышленности для извлечения биологически активных веществ из плодово-ягодного и растительного сырья. Аппарат содержит цилиндрический корпус, воронку для загрузки экстрагируемого сырья и экстрагента и патрубок отвода экстракта. На валу электродвигателя установлено роторно-пульсационное устройство, а на боковой поверхности направляющего конуса под углом 120° вмонтированы ультразвуковые излучатели. Корпус снабжен рубашкой термостатирования. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования в системах твердое тело - жидкость путем увеличения удельной поверхности взаимодействия и уменьшения величины диффузионного граничного слоя, обеспечивая тем самым многократное ускорение технологических процессов. 2 ил.

 

Изобретение относится к оборудованию для диспергирования и экстрагирования в системе твердое тело - жидкость и может быть использовано в пищевой, фармацевтической и смежных отраслях промышленности для извлечения биологически активных веществ из плодово-ягодного и растительного сырья.

Известно устройство для выделения пектина из плодово-ягодных выжимок [1], содержащее вертикальный цилиндрический корпус с двойным конусным днищем, в котором установлен приводной вал с мешалкой, узел выгрузки шрота, средства подачи сырья и экстрагента. На боковой поверхности корпуса установлены кольцевые магнитострикционные преобразователи, соединенные с источником тока высокой частоты.

Недостатками этого устройства являются технологическая сложность изготовления магнитострикционных преобразователей, а также сложность их обслуживания. Площадь боковой поверхности преобразователей, с которых производится излучение, мала, что приводит к неполному использованию возможности ультразвука для экстракции, и низкий КПД его использования, т.к. использование магнитострикционных преобразователей, больших по размерам, нецелесообразно из-за большой потребляемой мощности. Также существенным недостатком аппарата является отсутствие в нем кавитации и необходимость предварительного измельчения экстрагируемого сырья.

Наиболее близким к новому устройству по совокупности признаков является известное устройство - экстрактор для растительного сырья [2], в корпусе которого размещены мешалка с барботером, снабженным сверхзвуковыми соплами, и полый фильтрующий элемент. В поле центробежных сил происходит перемешивание экстракционной смеси и тангенциальная фильтрация мисцеллы, которая, проходя через фильтр, поступает в обогреваемый сборник, в котором экстрагент вскипает, отделяясь от экстракта, и подается в барботер. В соплах пары экстрагента достигают сверхзвуковой скорости и с адиабатным расширением поступают в экстракционную смесь. На выходе из сопел происходит срыв потока пара, сопровождающийся образованием и схлопыванием кавитационных полостей.

Недостатком данного устройства, принятого за прототип, являются большие энергозатраты по причине поддержания высоких температур в обогреваемом сборнике с целью извлечения экстрагента из полученного экстракта. В результате длительного пребывания лабильных биологических веществ при высокой температуре в зоне нагрева происходит их разложение. Также одним из негативных факторов, влияющих на интенсификацию процесса, является то, что ультразвуковая волна не распространяется по всему объему из-за недостаточного перемешивания.

Задачей изобретения является более эффективное воздействие на экстрагируемое сырье, как следствие повышение выхода экстрактивных веществ, сохранение их биологической ценности.

Технический результат достигается тем, что эффект, создаваемый роторно-пульсационным устройством, установленным на валу электродвигателя, дополняется воздействием на экстрагируемое сырье трех ультразвуковых излучателей, установленных на боковой поверхности направляющего конуса. В результате более эффективного воздействия на экстрагируемое сырье происходит уменьшение коэффициента трения на участке жидкость - конус, образование в пограничном слое большого количества кавитационных полостей, что приводит к увеличению скорости потока, тем самым увеличивается выход экстрактивных веществ. Также для создания необходимых условий проведения процесса экстрагирования в аппарате предусмотрена рубашка термостатирования.

На фиг.1 изображен аппарат для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного и растительного сырья; на фиг.2 разрез А-А.

Аппарат состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с рубашкой термостатирования 2, имеющей патрубки подвода 3 и отвода 4 теплоносителя.

В верхней части аппарата имеется крышка 5 с установленной на ней воронкой 6, предназначенной для загрузки экстрагируемого сырья и экстрагента. В нижней части корпуса 1 предусмотрен патрубок отвода экстракта 7. Для удобства удаления остаточного экстракта на боковой поверхности корпуса 1 смонтировано ручное поворотное устройство 8. В нижней части аппарата электродвигатель 9 соединяется с корпусом 1 с помощью фланцев. На вал электродвигателя насажен подвижный ротор 10 с ножами 11. Статор 12 неподвижен. На статоре 12 и роторе 10 имеются каналы. На боковой поверхности направляющего конуса 13 установлены ультразвуковые излучатели 14 под углом 120°. Вся эта конструкция смонтирована на сварной раме 15.

При работе аппарата экстрагируемое сырье и экстрагент подают внутрь через воронку 6. Затем включают электродвигатель 9 и ультразвуковые излучатели 14. Вращение передается от электродвигателя 9 к ротору 10. Перед попаданием экстрагируемого сырья в каналы статора оно подвергается грубому предварительному измельчению ножами зубцевидной формы 11. После чего при совмещении каналов ротора 10 и статора 12 экстракционная смесь достигает сверхзвуковой скорости и адиабатно расширяется. На выходе из них происходит турбулентный срыв потока пара, сопровождающийся образованием и схлопыванием кавитационных полостей. В результате в экстракционной смеси генерируются колебания давления ультразвуковых частот, под действием которых разрушаются клеточные мембраны растительного сырья, что приводит к предварительному измельчению, многократному увеличению поверхности контакта фаз и падению диффузионного сопротивления растительного сырья. Для более эффективного воздействия экстрагируемое сырье подвергается дополнительной обработке излучателями, возбуждающими ультразвуковые колебания. Также одним из основных факторов эффективности процесса является поддержание постоянной температуры процесса за счет подачи теплоносителя с требуемой температурой в рубашку термостатирования 2. Все это способствует интенсификации процесса экстрагирования. После экстрагирования полученный экстракт сливают через патрубок 7.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет интенсифицировать и повысить глубину экстракции растительного сырья за счет более эффективного воздействия на его клеточную структуру. В результате повышается выход экстрактивных веществ с сохраненной биологической ценностью.

Источники информации

1. Пат. 2063148 Российская Федерация, МПК⁷ В01D 11/02 Устройство для выделения пектина из плодово-ягодных выжимок / Ломачинский В.А., Квасенков О.И., Пенто В.Б., Касьянов Г.И.; заявл. 28.12.93; опубл. 10.07.96 Бюл.№17/2000.

2. Пат. 2127752 Российская Федерация, МПК⁷ 6 С11В 1/10 Экстрактор для растительного сырья / Ломачинский В.А., Квасенков О.И.; заявл. 13.10.1997; опубл. 20.03.1999 Бюл. №31/2001.

Аппарат для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного и растительного сырья, содержащий цилиндрический корпус, воронку для загрузки экстрагируемого сырья и экстрагента, патрубок отвода экстракта, отличающийся тем, что на валу электродвигателя установлено роторно-пульсационное устройство, а на боковой поверхности направляющего конуса под углом 120° вмонтированы ультразвуковые излучатели, также корпус снабжен рубашкой термостатирования.