Установка для микроволновой экстракции растительного сырья

 

Использование: в процессах экстракции высокопрочного растительного сырья, в частности хмеля, при получении эфирных масел. Сущность изобретения: установка содержит средства подачи неполярного экстрагента и сырья, соединенные со смесителем, за которым последовательно установлены в замкнутом контуре экстрактор с установленным на корпусе микроволновым аппликатором, сепаратор, испаритель и конденсатор и сборные емкости для экстракта и шрота. Экстрактор выполнен в виде установленного в радиопрозрачном корпусе с образованием кольцевой камеры на полом горизонтальном приводном валу с отверстиями радиопрозрачного барабана с отверстиями в виде сверхзвуковых сопл, и обхватывающего барабан радиопрозрачного перфорированного статора, отверстия которого снабжены завихрителями и размещены с соплами барабана в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом. Смеситель соединен с экстрактором через полый вал, а испаритель дополнительно по газовой фазе соединен с кольцевой камерой экстрактора. 4 ил.

Изобретение относится к экстракционному оборудованию для высокопрочного растительного сырья, в частности хмеля и нелистовых пряностей.

Известна установка для микроволновой экстракции растительного сырья, содержащая средства подачи неполярного экстрагента и сырья, соединенный с ними смеситель, за которым последовательно установлены в замкнутом контуре микроволновый аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель и конденсатор, а также сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем [1] Недостатком этой установки является низкая интенсивность экстракции.

Задачей изобретения является интенсификация процесса экстракции.

Для этого в установке для микроволновой экстракции растительного сырья, содержащей средства подачи неполярного экстрагента и сырья, связанный с ними смеситель, микроволновый аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель и конденсатор, соединенный со смесителем, а также сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем; экстрактор выполнен в виде радиопрозрачного корпуса, установленного в корпусе с образованием кольцевой камеры на полом горизонтальном приводном валу с отверстиями радиопрозрачного цилиндрического барабана с перфорацией в виде сверхзвуковых сопл и обхватывающего барабан радиопрозрачного перфорированного статора, отверстия перфорации которого снабжены завихрителями и размещены с соплами барабана в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом, при этом смеситель соединен с экстрактором через полый вал, испаритель по газовой фазе соединен дополнительно с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновый аппликатор установлен на корпусе экстрактора.

Это позволяет интенсифицировать экстракцию за счет улучшения условий контакта фаз.

На фиг. 1 изображена схема экстракционной установки; на фиг. 2 экстрактор, общий вид; на фиг. 3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 узел I на фиг.2.

Установка для микроволновой экстракции растительного сырья содержит средства 1 и 2 подачи неполярного экстрагента и сырья соответственно, соединенный с ними смеситель 3, за которым последовательно размещены в замкнутом контуре экстрактор 4 с микроволновым аппликатором 5, сепаратор 6, испаритель 7 и конденсатор 8, а также сборную емкость 9 для шрота, соединенную с сепаратором 6, и сборную емкость 10 для экстракта, соединенную с испарителем 7.

Экстрактор 4 выполнен в виде радиопрозрачного корпуса 11, в котором с образованием кольцевой камеры 12 на горизонтальном полом приводном валу 13 с отверстиями 14 установлен радиопрозрачный барабан 15 с отверстиями перфорации в виде сверхзвуковых сопл 16, и обхватывающего барабан 15 радиопрозрачного перфорированного статора 17, отверстия 18 перфорации которого снабжены завихрителями 19 и размещены с соплами 16 барабана 15 в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом.

Смеситель 3 соединен с экстрактором 4 через полый вал 13. Испаритель 7 дополнительно соединен по газовой фазе с кольцевой камерой 12 экстрактора 4. Микроволновый аппликатор 5 установлен на корпусе 11 экстрактора 4.

Установка работает следующим образом.

Растительное сырье и неполярный экстрагент подают средствами 2 и 1 в смеситель 3, из которого полученная смесь поступает в экстрактор 4, обрабатывается микроволновым излучением аппликатора 5, разделяется в сепараторе 6 на твердую фазу шрота, отводимую в сборную емкость 9, и мисцеллу, поступающую в испаритель 7. В последнем происходит перевод экстрагента в газовую фазу, поток которой делится на две части, одна из которых возвращается в экстрактор 4, а другая поступает в конденсатор 8, ожижается и возвращается на рециркуляцию в смеситель 3.

В экстракторе 4 при подаче экстракционной смеси в полый приводной вал 13 она под действием центробежных сил через отверстия 14 поступает на внутреннюю поверхность барабана 15 и распределяется по ней в виде пленки в поле центробежных сил. Из камеры 12 при периодическом совпадении отверстий 18 статора 17 с соплами 16 барабана 15 в пленку экстракционной смеси поступает газовая фаза экстрагента, закручиваемая завихрителями 19 и ускоряемая в соплах 16 до сверхзвуковой скорости истечения. На выходе из сопел 16 происходит турбулентный срыв потока газовой фазы экстрагента, особенно интенсивный в момент перекрытия сопел 16 статором 17, сопровождаемый образованием и схлопыванием кавитационных полостей с ультразвуковой частотой. Закрученный сверхзвуковой поток газовой фазы экстрагента имеет бочкообразную форму и создает регулярные скачки уплотнения в экстракционной смеси с ультразвуковой частотой до дробления на отдельные пузырьки производящие вымывающее действие в пленке экстракционной смеси под действием сил инерции и архимедовой силы выталкивания и при противодействии сил трения и поля центробежных сил. В таких условиях происходит перемешивание пленки экстракционной смеси при возникновении в ней спутных потоков, а в пузырьках газовой фазы экстрагента возникают тороидальные потоки и пульсации объема, что приводит к ускоренному обновлению поверхностей контакта фаз и уменьшению толщин пограничных ламинарных слоев. При характерных для данного экстракта числах Рейнольдса, равных 100-1000, осредненные по времени числа Нуссельта достигают значений 50-80. В условиях теплообмена с экстракционной смесью такой интенсивности пузырьки газовой фазы экстрагента охлаждаются и конденсируются со схлопыванием кавитационных полостей с ультразвуковой частотой. Микроволновая обработка экстракционной смеси приводит к резкому увеличению внутриклеточной температуpы сырья, содержащего полярные компоненты, которые частично переходят в газовую фазу, что приводит одновременно к резкому увеличению внутриклеточного давления и снижению динамической прочности клеточных мембран. Под действием поля генерируемых в экстракционной смеси ультразвуковых колебаний происходит разрушение ослабленных температурным воздействием клеточных мембран обрабатываемого сырья, что резко снижает его диффузионное сопротивление и приводит к многократному увеличению поверхности контакта фаз. При полном перемешивании экстракционной смеси газовой фазой экстрагента, когда критерий Био стремится к бесконечности, при граничных условиях первого рода осредненные по времени числа Шервуда достигают значений 70-100. Настолько интенсивный массообмен приводит к быстрому завершению экстракции и выходу компонентов экстракционной смеси на равновесную концентрацию экстракционных веществ.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет интенсифицировать процесс экстракции за счет улучшения условий контакта фаз.

Формула изобретения

Установка для микроволновой экстракции растительного сырья, содержащая средства подачи неполярного экстрагента и растительного сырья, связанный с ними смеситель, микроволновой аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель и конденсатор, соединенный со смесителем, сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем, отличающаяся тем, что экстрактор имеет корпус, выполненный из материала, прозрачного для радиоволн микроволнового диапазона, и образован установленными в корпусе с образованием кольцевой камеры на полом горизонтальном приводном валу с отверстиями радиопрозрачным цилиндрическим перфорированным барабаном, каждое отверстие которого имеет форму сверхзвукового сопла, и охватывающим барабан радиопрозрачным перфорированным статором, имеющим размещенные в отверстиях перфорации завихрители, причем цилиндрический перфорированный барабан и перфорированный статор расположены таким образом, что отверстия перфорации статора и сопла барабана размещены в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом, при этом смеситель соединен с экстрактором через полый горизонтальный приводной вал, испаритель по газовой фазе соединен дополнительно с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновой аппликатор установлен на корпусе экстрактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4