установка для микроволновой экстракции растительного сырья

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.

Описание изобретения к патенту

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.