Установка для микроволновой экстракции плодово-ягодных выжимок неполярными экстрагентами

 

Использование: в виноделии и при производстве соков. Сущность изобретения: установка для микроволновой экстракции плодово-ягодных выжимок неполярными экстрагентами содержит средства подачи неполярного экстрагента и сырья, связанный с ними смеситель, микроволновый аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель, конденсатор, соединенный со смесителем, и сборную емкость для шрота. Экстрактор выполнен в виде радиопрозрачного корпуса, установленного в корпусе на полом горизонтальном приводном валу с отверстиями с образованием кольцевой камеры радиопрозрачного барабана с перфорацией в виде сверхзвуковых сопел. На входах в сопла установлены завихрители. Смеситель соединен с экстрактором через полый вал. Испаритель дополнительно соединен с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновый аппликатор установлен в корпусе экстрактора. 3 ил.

Изобретение относится к оборудованию для получения диффузионных соков из плодово-ягодных выжимок, в частности виноградных, и может быть использовано в виноделии и соковой промышленности.

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

Задачей изобретения является интенсификация процесса экстракта за счет улучшения условий контакта фаз.

Поставленная 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, микроволновый аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель и конденсатор, соединенный со смесителем, сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем, согласно изобретению, экстрактор выполнен в виде радиопрозрачного корпуса, установленного в корпусе с образованием кольцевой камеры на полом горизонтальном приводном валу с отверстиями радиопрозрачного барабана с перфорацией в виде сверхзвуковых сопел, на входах в которые установлены завихрители. При этом смеситель соединен с экстрактором через полый вал, испаритель дополнительно соединен с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновый аппликатор установлен на корпусе экстрактора.

Это позволяет интенсифицировать экстракцию за счет улучшения условий контакта фаз при активном перемешивании экстракционной смеси, развитии поверхности контакта фаз и снижении диффузионного сопротивления сырья.

На фиг. 1 изображена схема установки; на фиг.2 -экстрактор, разрез; на фиг.3 узел I на фиг.2.

Установка для микроволновой экстракции плодово-ягодных выжимок неполярными экстрагентами содержит средства 1 и 2 подачи неполярного экстрагента и сырья соответственно, связанные со смесителем 3, за которым в замкнутом контуре последовательно установлены экстрактор 4 с установленным на нем микроволновым аппликатором 5, сепаратор 6, испаритель 7 и конденсатор 8, а также сборные емкости 9 и 10 для шрота и экстракта соответственно, соединенные с сепаратором 6 и испарителем 7 соответственно.

Экстрактор 4 выполнен в виде радиопрозрачного корпуса 22, в котором с образованием кольцевой камеры 12 на полом горизонтальном приводном валу 13 с отверстиями 14 установлен радиопрозрачный барабан 15 с перфорацией в виде сверхзвуковых сопел 16, на входах в которые установлены завихрители 17.

Смеситель 3 соединен с экстрактором 4 через полый вал 13, а испаритель 7 дополнительно по газовой фазе соединен с кольцевой камерой 12 экстрактора 4. Микроволновый аппликатор размещен на корпусе 11 экстрактора 4.

Установка работает следующим образом.

Выжимку и неполярный экстрагент подают средствами 1 и 2 соответственно в смеситель 3. Полученная смесь поступает через полый вал 13 и его отверстие 14 на внутреннюю поверхность вращаемого на валу 13 барабана 15 и распределяется по его поверхности в виде пленки, текущей в поле центробежных сил. В экстракторе 4 экстракционная смесь обрабатывается микроволновым излучением аппликатора 5, после чего поступает в сепаратор 6, где шрот отделяют и удаляют в сборную емкость 9, а жидкую фазу подают в испаритель 7. В последнем при повышении температуры экстрагент переводят в газовую фазу, а накапливаемые экстрактивные вещества удаляют периодически в сборную емкость 10. Газовую фазу экстрагента делят на два потока, один из которых поступает в конденсатор 8, отжимается и возвращается на рециркуляцию в смеситель 3. Вторая часть потока газовой фазы экстрагента поступает в кольцевую камеру 12 экстрактора 4, из которой, закручиваясь завихрителями 17 и ускоряясь до сверхзвуковой скорости истечения с адиабатным расширением в соплах 16, поступает в пленку экстракционной смеси на внутренней поверхности барабана 15. На выходе из сопел 16 происходит турбулетный срыв сверхзвуковых потоков газовой фазы экстрагента, сопровождающийся образованием и схлопыванием навитационных полостей. 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, всплывающие в пленке экстракционной смеси под действием силы инерции и силы выталкивания и при противодействии сил трения и поля центробежных сил. Это приводит к турбулинизации течения пленки экстракционной смеси и возникновению в пузырьках газовой фазы экстрагента тороидальных потоков и пульсаций объема, в результате чего ускоряется процесс обновления поверхностей контакта фаз и уменьшается толщина пограничного ламинарного слоя, и при характерных для данного устройства числах Рейнольдса, равных 100-1000, осредненные по времени числа Нуссельта достигают значений 30-50. В условиях теплообмена с экстракционной смесью при такой интенсивности пузырьки газовой фазы экстрагента охлаждаются и конденсируются в ней со схлопыванием кавитационных лопастей с ультразвуковой частотой. Под действием микроволнового излучения аппликатора 5 происходит увеличение внутриклеточной температуры обрабатываемого сырья за счет высокочастотных колебаний полярных молекул клеточного содержимого, которое частично переходит в газовую фазу, что приводит к резкому возрастанию внутриклеточного давления. Ультразвуковое воздействие на ослабленные температурным воздействием и перенапряженные из-за повышения внутриклеточного давления клеточные мембраны приводит к их механическому разрушению, резкому увеличению поверхности контакта фаз и падению диффузионного сопротивления сырья. 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 40-70. Массообмен такой интенсивности позволяет достаточно быстро вывести экстракционную смесь на равновесное значение концентрации экстракционных веществ в сырье и экстрагенте.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет интенсифицировать процесс экстракции за счет улучшения условий контакта фаз при генерировании в экстракционной смеси ультразвуковых колебаний.

Формула изобретения

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, отличающаяся тем, что экстрактор выполнен в виде радиопрозрачного корпуса, установленного в корпусе на полом горизонтальном приводном валу с отверстиями с образованием кольцевой камеры радиопрозрачного барабана с перфорацией в виде сверхзвуковых сопел, на входах в которые установлены завихрители, при этом смеситель соединен с экстрактором через полый вал, испаритель дополнительно соединен с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновый аппликатор установлен на корпусе экстрактора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3