Установка для микроволновой экстракции плодово-ягодных выжимок неполярными экстрагентами

 

Использование: в винодельческой отрасли. Сущность изобретения: установка для микроволновой экстракции плодово - ягодных выжимок неполярными экстрагентами содержит средства подачи неполярного экстрагента и сырья, связанный с ним смеситель, микроволновый апликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель, конденсатор, соединенный со смесителем, сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем. Экстрактор выполнен в виде установленного в радиопрозрачном корпусе с образованием кольцевой камеры на горизонтальном полом приводном валу с отверстиями радиопрозрачного цилиндрического барабана с отверстиями в боковой стенке, выполненными в виде сопл Лаваля. Смеситель соединен с экстрактом через полый вал, испаритель соединен по газовой фазе дополнительно с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновый аппликатор установлен на корпусе экстрактора.2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к экстракционному оборудованию для плодово-ягодных выжимок, в том числе виноградных, и может быть использовано в виноделии и соковой промышленности.

Известна установка для микроволновой экстракции плодово-ягоных выжимок неполярными экстрагентами, содержащая средства подачи неполярного экстрагента и сырья, связанный с ними смеситель, за которым последовательно установлены в замкнутом контуре микроволновой аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель и конденсатор, а также сборную емкость для шрота, соединенные с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем.

Недостатками этой установки являются низкая производительность и высокая энергоемкость.

Задачей изобретения является увеличение производительности за счет интенсификации процесса экстракции и снижение энергоемкости за счет утилизации тепловой энергии газовой фазы экстрагента.

Указанная задача решается тем, что в установке для микроволновой экстракции плодово-ягодных выжимок неполярными экстрагентами, содержащей средства подачи неполярного экстрагента и сырья, связанный с ними смеситель, микроволновой аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель, конденсатор, соединенный со смесителем, сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем, согласно изобретению экстрактор выполнен в виде установленного в радиопрозрачном корпусе с образованием кольцевой камеры на горизонтальном полом приводном валу с отверстиями радиопрозрачного цилиндрического барабана с отверстиями в боковой стенке, выполненными в виде сопл Лаваля, смеситель соединен с экстрактором через полый вал, испаритель по газовой фазе дополнительно соединен с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновой аппликатор установлен на корпусе экстрактора.

Это позволяет интенсифицировать процесс экстракции за счет улучшения условий контакта фаз и сократить энергоемкость за счет утилизации энергии газовой фазы экстрагента на интенсификацию процесса экстракции.

В предпочтительном варианте экстрактор снабжен размещенным в кольцевой камере в зоне контакта с барабаном радиопрозрачным перфорированным статором, при этом отверстия перфорации статора и сопла барабана выполнены таким образом, что их оси размещены в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом.

Это позволяет дополнительно интенсифицировать процесс экстракции за счет усиления получаемых эффектов улучшения условий контакта фаз.

В другом предпочтительном варианте сепаратор выполнен в виде соосно сопряженного с барабаном экстрактора перфорированного диффузора, а корпус экстрактора выполнен с охватывающей диффузор изолированной от кольцевой камеры полостью, при этом на внутренней поверхности барабана в плоскости сопряжения с диффузором выполнен буртик.

Это позволяет упростить конструкцию установки за счет совмещения двух единиц оборудования и снизить ее энергоемкость за счет использования для них общего привода.

На фиг. 1 изображена схема установки; на фиг.2 показан совмещенный узел экстракции, микроволновой обработки и сепарации; на фиг.3 разрез А-А на фиг. 2.

Установка для микроволновой экстракции плодово-ягодных выжимок неполярными экстрагентами содержит средство 1 подачи неполярного экстрагента, средство 2 подачи сырья, связанный с ними смеситель 3, соединенные с ним последовательно с образованием замкнутого контура экстрактор 4 с установленным на нем микроволновым аппликатором 5, сепаратор 6, испаритель 7 и конденсатор 8, сборную емкость 9 для шрота, соединенную с сепаратором 6, и сборную емкость 10 для экстракта, соединенную с испарителем 7.

Экстрактор 4 содержит радиопрозрачный корпус 11, установленный в нем с образованием кольцевой камеры 12 на горизонтальном полом приводном валу 13 с отверстиями 14 радиопрозрачный цилиндрический барабан 15 с отверстиями в боковой стенке, выполненными в виде сопл 16 Лаваля. Смеситель 3 соединен с экстрактором 4 через полый вал 13, испаритель 7 по газовой фазе дополнительно соединен с кольцевой камерой 12 экстрактора 4, а микроволновой аппликатор 5 установлен на корпусе 11 экстрактора 4.

Экстрактор 4 может быть снабжен размещенным в кольцевой камере 12 в зоне контакта с барабаном 15 радиопрозрачным перфорированным статором 17, при этом отверстия 18 перфорации статора 17 и сопла 16 Лаваля выполнены в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом.

Сепаратор 6 может быть выполнен в виде соосно сопряженного с барабаном 15 экстрактора 4 перфорированного диффузора 19, а корпус 11 экстрактора 4 выполнен в этом случае с охватывающей диффузор 19 изолированной от кольцевой камеры 12 полостью 20, при этом на внутренней поверхности барабана 15 экстрактора 4 в плоскости сопряжения с диффузором 19 выполнен буртик 21.

Установка работает следующим образом.

Обрабатываемые, например, для извлечения аромата плодово-ягодные выжимки, например виноградные, и неполярный экстрагент, например бутан, средствами 2 и 1 соответственно подают в смеситель 3 в заданном соотношении объемных или весовых расходов. В смесителе 3 из компонентов готовят экстракционную смесь, которую затем подают через полость вала 13 и отверстия 14 на внутреннюю поверхность вращаемого на приводном валу 13 барабана 15 экстрактора 4. В поле центробежных сил экстракционная смесь распределяется по внутренней поверхности барабана 15 в виде тонкой пленки, толщина которой при наличии буртика 21 равна его радиальной высоте. Посредством воздействия микроволнового излучения аппликатора 5 осуществляют дифференцированный разогрев смеси. Содержащие остаточные количества воды и других полярных соединений плодово-ягодные выжимки резко разогреваются с переходом воды в газовую фазу и резким увеличением внутриклеточного давления. Неполярный экстрагент практически не изменяет температуры, которая под действием микроволновой энергии увеличивается только за счет теплообмена с обрабатываемым сырьем. Рециркулируемую через экстрактор 4 часть газовой фазы экстрагента подают из испарителя 7 в кольцевую камеру 12. На нее она поступает непрерывно через сопла 16 Лаваля или в пульсирующем режиме при совпадении сопл 16 Лаваля с отверстиями 18 перфорации статора 17 в случае наличия последнего. В соплах 16 Лаваля газовая фаза экстрагента достигает при адиабатном расширении и охлаждении сверхзвуковой скорости истечения и поступает из них в пленку экстракционной смеси на внутренней поверхности барабана 15. На выходе из сопл 16 Лаваля происходит турбулентный срыв потока газовой фазы экстрагента, особенно интенсивный в случае перекрытия сопл 16 Лаваля статором 17, с образованием и схлопыванием кавитационных полостей и с дроблением потока газовой фазы экстрагента по отдельные пузырьки. При всплытии пузырьков газовой фазы экстрагента в поле центробежных сил вращаемого на валу 13 барабана 15 и в поле ультразвуковых колебаний происходят турбулизация течения экстракционной смеси и возникновение тороидальных токов и пульсаций объема в самих пузырьках. Это интенсифицирует теплообменные процессы между газовой фазой экстрагента и экстракционной смесью за счет ускорения обновления поверхности контакта фаз между ними, способствует охлаждению и конденсации газовой фазы экстрагента в экстракционной смеси со схлопыванием кавитационных полостей. Таким образом, экстракция проходит одновременно в полях микроволнового излучения и механических колебаний ультразвуковых частот. Их комбинированное воздействие на растительные клетки приводит к полному разрушению клеточных мембран обрабатываемых выжимок и высвобождению их содержимого при более низких температурах сырья по сравнению с воздействием только микроволновой энергии, что снижает энергоемкость установки. Кроме того, турбулизация течения экстракционной смеси и ультразвуковое воздействие на смесь интенсифицируют массообменные процессы. Фактически при характерных для данного экстрактора 4 числах Рейнольдса, равных 100-1000, осредненные по времени числа Нуссельта выходят на значения 20 30, то есть при полном разрушении клеточных мембран и протекании массообмена в соответствии с законом Фика, концентрация экстрактивных веществ в сырье и экстрагенте выходит практически на равновесное значение. Обработанная таким образом экстракционная смесь поступает в сепаратор 6, в котором мисцеллу отделяют от шрота. В предпочтительном варианте это происходит при переливе обработанной экстракционной смеси через буртик 21 и попадании в диффузор 19, на котором в поле центробежных сил мисцелла через его перфорацию поступает в полость 20 корпуса 11, а из нее в испаритель 7, а шрот под действием увеличивающихся по направлению к выходу из диффузора центробежных сил перемещается по его внутренней поверхности и выводится в сборную емкость 9. В испарителе 7 при повышении температуры осуществляют перевод экстрагента в газовую фазу, которую разделяют на два потока, осуществляя ее подачу на конденсацию в экстрактор 4 или конденсатор 8, из которого она поступает в смеситель 3 для приготовления экстракционной смеси. Выделенный из мисцеллы в испарителе 7 экстракт, например, в виде ароматических веществ винограда непрерывно или периодически отводят в сборную емкость 10.

Таким образом, предлагаемая установка обладает сниженной энергоемкостью за счет частичной утилизации тепловой энергии, вводимой в экстрагент в испарителе, на интенсификацию массообмена в экстракционной смеси, что одновременно увеличивает производительность установки.

Формула изобретения

1. Установка для микроволновой экстракции плодово-ягодных выжимок неполярными экстрагентами, содержащая средства подачи неполярного экстрагента и сырья, связанный с ними смеситель, микроволновый аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель, конденсатор, соединенный со смесителем, сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем, отличающаяся тем, что экстрактор выполнен в виде установленного в радиопрозрачном корпусе с образованием кольцевой камеры на горизонтальном полом приводном валу с отверстиями радиопрозрачного цилиндрического барабана с отверстиями в боковой стенке, выполненными в виде сопл Лаваля, смеситель соединен с экстрактором через полый вал, испаритель соединен по газовой фазе дополнительно с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновой аппликатор установлен на корпусе экстрактора.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что экстрактор снабжен размещенным в кольцевой камере в зоне контакта с барабаном радиопрозрачным перфорированным статором, при этом отверстия перфорации статора и сопла барабана выполнены так, что их оси расположены в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом.

3. Установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что сепаратор выполнен в виде соосно сопряженного с барабаном экстрактора перфорированного диффузора, а корпус экстрактора выполнен с охватывающей диффузор и изолированной от кольцевой камеры полостью, при этом на внутренней поверхности барабана экстрактора в плоскости сопряжения с диффузором выполнен буртик.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3