Пульсационный экстрактор для приготовления морсов из плодов, ягод

Изобретение относится к химической, пищевой и фармацевтической отраслям промышленности и используется для проведения массообменных процессов в системе твердое тело - жидкость. Пульсационный экстрактор для приготовления морсов из плодов, ягод содержит корпус, расположенный внутри коаксиально корпусу цилиндр с рассекателями и перфорированные тарелки. Нижняя тарелка служит опорой цилиндру, а верхняя выполнена кольцевой и снабжена штангами, обеспечивающими ее расположение перпендикулярно оси корпуса. Экстрактор содержит крышку корпуса с люком для загрузки твердой фазы, патрубки залива экстрагента и слива морса, а также подачи импульсов сжатого газа от генератора в цилиндр. Цилиндр составлен из двух труб различного диаметра, имеет поплавок и турбину на штоке, выходящем за пределы крышки цилиндра. Крышка люка выполнена в виде секторного шибера. Нижняя тарелка перфорирована радиальными щелями с отбортовкой краев по обе стороны тарелки. Штанги кольцевой тарелки соединены коромыслом, имеющим механизм перемещения типа "домкрат". Изобретение позволяет сократить расход энергии, повысить эффективность процесса экстракции в системе твердое тело - жидкость и качество спиртованных морсов в производствах ликероводочной промышленности. 3 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, находящихся в сухом, свежем или замороженном виде.

Известен аппарат для получения экстрактов из растительного сырья, имеющий корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище. Корпус снабжен люком с отжимным устройством, коаксиальный 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. (Патент Российской Федерации №2225242 от 10.03.2004 г. Бюл. №7).

Основным недостатком этого аппарата является то, что растительное сырье всплывает на поверхность жидкой фазы и в начальный период, до набухания, не участвует в процессе экстракции. После набухания, совершая возвратно-поступательное движение вместе с экстрагентом, ягоды исстираются, а получающаяся при этом взвесь ухудшает качество экстракта.

Близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому техническому решению является пульсационный экстрактор для приготовления спиртованных морсов из плодов и ягод, содержащий корпус, расположенный внутри коаксиально корпусу цилиндр с рассекателями и перфорированные тарелки, нижняя из которых служит опорой цилиндру, а верхняя выполнена кольцевой и снабжена штангами, обеспечивающими ее расположение перпендикулярно оси корпуса, крышку корпуса с люком для загрузки твердой фазы, патрубки залива экстрагента и слива морса, а также подачи импульсов сжатого газа от генератора в цилиндр.(Четвертая Международная научно-практическая конференция "Прогрессивные технологии и современное оборудование - составляющие успеха экономического развития предприятий спиртовой и ликероводочной промышленности", 23-24 апреля 2003 г. М.: Пищепромиздат, 2003 г. стр.231-237).

Недостатком известного аппарата является то, что при приготовлении морса зажатое тарелками сырье набухает, уменьшается порозность слоя и при этом возрастает его гидравлическое сопротивление а также затраты энергии на преодоление этого сопротивления. В результате эффективный пульсационный режим экстрагирования может быть достигнут только при более высоких энергетических параметрах. Перемещение кольцевой верхней перфорированной тарелки при отсутствии синхронности подъема штанг приводит к заклиниванию тарелки и разным толщинам слоя сырья в кольцевом канале аппарата, что также нарушает гидродинамику аппарата и снижает его эффективность.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и снижение энергозатрат на осуществление процесса экстракции в системе твердое тело - жидкость в производствах ликероводочной промышленности.

Задача решается тем, что в пульсационном экстракторе для приготовления морсов из плодов, ягод, содержащем корпус, расположенный внутри коаксиально корпусу цилиндр с рассекателями и перфорированные тарелки, нижняя из которых служит опорой цилиндру, а верхняя выполнена кольцевой и снабжена штангами. обеспечивающими ее расположение перпендикулярно оси корпуса, крышку корпуса с люком для загрузки твердой фазы, патрубки залива экстрагента и слива морса, а также подачи импульсов сжатого газа от генератора в цилиндр, цилиндр составлен из двух труб различного диаметра, имеет поплавок и турбину на штоке, выходящем за пределы крышки цилиндра, крышка люка выполнена в виде секторного шибера, нижняя тарелка перфорирована радиальными щелями с отбортовкой краев по обе стороны тарелки, а штанги кольцевой тарелки соединены коромыслом, имеющим механизм перемещения типа "домкрат".

Предлагаемое техническое решение в литературе не описано. Сущность изобретения состоит в том, расположенный коаксиально корпусу цилиндр составлен из двух труб различного диаметра, имеет поплавок и турбину на штоке, выходящем за пределы крышки цилиндра, крышка люка выполнена в виде секторного шибера, нижняя тарелка перфорирована радиальными щелями с отбортовкой краев по обе стороны тарелки, а штанги кольцевой тарелки соединены коромыслом, имеющим механизм перемещения типа "домкрат".

Совмещение этих элементов отсутствует в прототипе, следовательно, изобретение соответствует критерию "новизна". При проведении сопоставительного анализа заявленного технического решения с аналогами установлено, что сочетания его отличительных признаков с учетом достигаемого результата также не известно, что свидетельствует о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Промышленная применимость подтверждается примером и описанием работы устройства.

На фиг.1 изображен продольный разрез пульсационного экстрактора для приготовления морсов из плодов, ягод, на фиг.2 - разрез А-А, на фиг.3 - разрез В-В.

Экстрактор состоит из корпуса 1, расположенного внутри коаксиально корпусу цилиндра 2, составленного из двух труб различного диаметра и рассекателей 3, перфорированных тарелок 4, 5, нижняя тарелка 4 служит опорой цилиндру 2, а верхняя 5 выполнена кольцевой и снабжена штангами 6, соединенными коромыслом 17 с механизмом перемещения 18 типа "домкрат".

Расположенный коаксиально корпусу 1 цилиндр 2 имеет поплавок 12, турбину 13, установленные на штоке 14, выходящем за пределы крышки цилиндра 2. На конце штока 14 установлен индикатор 19 его вращения. На крышке 7 экстрактора расположен люк 8 для загрузки твердого сырья с крышкой, выполненной в виде секторного шибера 9. Нижняя тарелка 4, служащая опорой цилиндру 2, пефорирована радиальными щелями 16 с отбортованными краями по обе стороны тарелки 4. На крышке корпуса расположен патрубок 10 для залива экстрагента, а на днище - патрубок 11 для слива морса, а на трубе малого диаметра цилиндра 2 - патрубок 15 подачи импульсов сжатого газа от генератора импульсов.

Экстрактор работает следующим образом. Перед загрузкой твердого сырья производят подъем верхней перфорированной кольцевой тарелки 5 под крышку 7 с помощью штанг 6, коромысла 17, вращая механизм 18 типа "домкрат". Открывают отверстие секторного шибера 9 крышки люка 8, перемещая крышку по фланцу люка. В отверстие засыпают твердое сырье (плоды или ягоды). При этом сырье, попадая на рассекатели 3 цилиндра 2, равномерно распределяется по поверхности перфорированной радиальными щелями 16 нижней тарелки 4, а затем во всем кольцевом канале экстрактора. Загруженное сырье прижимается перфорированной верхней кольцевой тарелкой 5, опускаемой на слой твердой фазы с помощью механизма 18 типа "домкрат", воздействующего на коромысло 17, которое синхронно перемещает обе штанги 6 через крышку 7, передвигая кольцевую тарелку 5 без перекосов и обеспечивая ее расположение перпендикулярно оси корпуса 1 и равную толщину слоя твердого сырья в кольцевом канале экстрактора. Затем производят залив экстрагента (водно-спиртовую смесь) соответствующей крепости через патрубок 10. При этом уровень жидкости в цилиндре 2 и кольцевом канале аппарата по закону сообщающихся сосудов становится одинаковым, а поплавок 12, всплывая, поднимает шток 14 с турбиной 13, перемещая ее в трубу малого диаметра цилиндра 2. По завершении залива экстрагента через патрубок 15 подают импульс сжатого газа в цилиндр 2 от генератора импульсов, расположенного вне аппарата. Под действием нарастающего (положительный импульс) давления газа жидкая фаза из цилиндра 2 вытесняется в кольцевой канал экстрактора, омывая неподвижные частицы твердого сырья. С опусканием уровня жидкости в цилиндре 2 опускается и поплавок 12, перемещается шток 14 и турбина 13 в трубу большого диаметра цилиндра. При выходе турбины 13 из трубы малого диаметра цилиндра 2 в трубу большего диаметра ее вращение потоком газа прекращается из-за уменьшения вращающего усилия и подавления последнего силой трения поплавка о поверхность жидкости. При сбросе давления в цилиндре 2 (отрицательный импульс) жидкость из кольцевого канала экстрактора возвращается в цилиндр 2, омывая обратным током твердое сырье. При таком движении интенсифицируется отток экстрагируемых веществ с поверхности твердых частиц и градиент концентраций на границе раздела твердое тело - жидкость сохраняет свое максимальное значение, тем самым поддерживается высокая эффективность экстракции, а переход жидкости через нижнюю тарелку 4, перфорированную радиальными щелями 16 с отбортованными краями, способствует вращению потока жидкости и устранению за счет этого застойных зон в аппарате. В течение процесса экстрагирования перерабатываемое сырье набухает. Это приводит к уменьшению порозности слоя и увеличению его гидравлического сопротивления. Изменение этой характеристики приводит к тому, что между уровнями жидкой фазы в цилиндре 2 и в кольцевом пространстве экстрактора появляется перепад, который не успевает устраниться до очередного импульса давления и, вследствие этого, турбина 13 не входит в трубу малого диаметра цилиндра 2 и не испытывает воздействия момента вращения. Индикатор 19 не вращается, свидетельствуя о изменениях в гидродинамике и необходимости увеличения расхода энергии для сохранение эффективного режима экстрагирования. Конструкция экстрактора позволяет сократить расход энергии и эффективно извлекать экстрактивные вещества из набухшего сырья. Для этого следует слою набухшей твердой фазы восстановить ее прежнее гидравлическое сопротивление, подняв кольцевую верхнюю перфорированную тарелку 5, штангами 6 и коромыслом 17 вращая механизм перемещения 18 типа "домкрат". Такое воздействие на слой твердой фазы при работе аппарата способствует увеличению объема слоя сырья и возвращению к прежней величине порозности слоя. Уровни жидкости в цилиндре 2 и кольцевом пространстве приобретут прежние значения, а турбина 13 снова при сбросе давления газа будет перемещаться в трубу малого диаметра цилиндра 2 и вращаться под действием момента сил, передавая импульс индикатору 19 на штоке 14. Вращение индикатора свидетельствует о возобновлении работы экстрактора в эффективном заданном режиме. Равная высота слоя твердого сырья по всему кольцевому каналу аппарата и восстановленные гидродинамические характеристики (амплитуда и частота колебания жидкости), формируемые внешним генератором импульсов давления газа, обеспечивают высокую эффективность массопередачи и сокращение времени приготовления экстракта (спиртованного морса), который по завершении процесса сливают через патрубок 11, а отработанное сырье выгружают из экстрактора.

Предлагаемый пульсационный экстрактор для приготовления морсов из плодов, ягод был испытан на филиале ГУП РТ ПО "Татспиртпром" Бугульминский ликероводочный завод. Сырьем служили сухие красная и черноплодная рябина. Конечным продуктом являлся спиртованный морс для приготовления бальзама "Бугульма". Результаты сравнивались с данными работы пульсационного экстрактора - ближайшего аналога. Во время работы испытуемого пульсационного экстрактора нарушения режима процесса от набухания ягод в слое сырья отмечались изменением характера движения индикатора на конце штока поплавка с турбиной. Проводилась корректировка высоты слоя ягод кольцевой перфорированной верхней тарелкой путем перемещения штанг с помощью коромысла и механизма типа "домкрат". При этом высота слоя ягод в кольцевом канале экстрактора во всех точках была одинаковой, а тарелка располагалась перпендикулярно оси корпуса аппарата. При работе экстрактора и прохождении жидкости через нижнюю тарелку с радиальными щелями, имеющими отбортованные края, наблюдалось вращение жидкости через смотровое стекло. С помощью внешнего генератора импульсов давления газа частота колебаний давления, а следовательно, и колебаний уровня жидкости находилась в пределах 1-2 кол./мин при амплитуде колебания 20 мм. При регулировании высоты слоя ягод и поддержании указанных параметров пульсационного режима давление сжатого газа, подаваемого от генератора импульсов, не превышало 0,02 МПа, что в три раза меньше величины давления газа в экстракторе-аналоге при не регулированной высоте слоя сырья. Время приготовления спиртованных морсов в предлагаемом экстракторе было снижено с девяти суток до пяти по сравнению с аналогом, в полученном спиртовом морсе экстрактивных веществ стало на 7% больше, чем по регламенту, взвешенных частиц ягод не обнаружено, что свидетельствует об отсутствии истирания ягод при пульсационном экстрагировании в предлагаемом аппарате.

Пульсационный экстрактор для приготовления морсов из плодов, ягод, содержащий корпус, расположенный внутри коаксиально корпусу цилиндр с рассекателями и перфорированные тарелки, нижняя из которых служит опорой цилиндру, а верхняя выполнена кольцевой и снабжена штангами, обеспечивающими ее расположение перпендикулярно оси корпуса, крышку корпуса с люком для загрузки твердой фазы, патрубками залива экстрагента и слива морса, а также подачи импульсов сжатого газа от генератора в цилиндр, отличающийся тем, что расположенный коаксиально корпусу цилиндр составлен из двух труб различного диаметра, имеет поплавок и турбину на штоке, выходящем за пределы крышки цилиндра, крышка люка выполнена в виде секторного шибера, нижняя тарелка перфорирована радиальными щелями с отбортовкой краев по обе стороны тарелки, а штанги кольцевой тарелки соединены коромыслом, имеющим механизм перемещения типа "домкрат".