Жидкостный экстрактор для ускоренного извлечения водорастворимых веществ из растительного сырья

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для автоматизированного извлечения водорастворимых веществ из растительного сырья.
Известен способ получения экстрактов растительного сырья и продуктов пчеловодства, который предусматривает охлаждение исходного сырья, его измельчение, смешивание с экстрагентом, экстракцию с последующим охлаждением и фильтрованием [патент RU №2446852, МПК B01D 11/00, 2012 г.]. Для проведения экстракции смесь исходного сырья с экстрагентом помещают в герметичный контейнер, размещенный в рабочем объеме экстрактора, затем проводят ультразвуковую экстракцию в режиме кавитации в течение 20-40 мин, создавая внутри контейнера избыточное давление 0,3-1,85 МПа. Источник ультразвука располагают снаружи контейнера. Изобретение позволяет упростить получение целевого продукта за счет интенсификации массообменного процесса между экстрагентом и исходным сырьем.
Недостатком данного технического решения является сложность процесса экстракции, его многоступенчатость и необходимость применения специализированного ультразвукового источника. Кроме того, процесс ультразвуковой экстракции в режиме кавитации занимает достаточно длительное время, поэтому технологически сложен и затратен, что приводит к высокой стоимости конечного продукта.
Известна установка для экстракции [патент RU №2218204, МПК B01D 11/02, 2003 г.], содержащая корпус, устройства для загрузки исходного сырья и экстрагента, выгрузки проэкстрагированного сырья и полуфабрикатов экстракта, перемешивающий элемент и устройство возбуждения ультразвуковых колебаний на боковой поверхности корпуса, решетку в нижней части корпуса. Устройство возбуждения ультразвуковых колебаний выполнено в виде n блоков с m преобразователями, где n и m - целые числа. Блоки с преобразователями установлены относительно друг друга со смещением по высоте корпуса, а в горизонтальной плоскости - по окружности. Перемешивающий элемент выполнен в виде вращающейся вертикальной рамки. Данная конструкция установки позволяет упростить ее обслуживание, не ухудшая процесс экстракции.
Недостатком данного технического решения является применение специализированного ультразвукового источника, длительный процесс экстракции, а также большой рабочий объем экстрактора, находящегося внутри основного корпуса установки, в результате чего при смене исходного сырья или экстрагента возникает необходимость в продолжительной прочистке внутренней поверхности корпуса и перемешивающего элемента.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является аппарат для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного и растительного сырья [патент RU №2340383, МПК B01D 11/00, C11B 1/00, 2008 г.], содержащий цилиндрический корпус, воронку для загрузки экстрагируемого сырья и экстрагента и патрубок отвода экстракта. На валу электродвигателя установлено роторно-пульсационное устройство, а на боковой поверхности направляющего конуса под углом 120° вмонтированы ультразвуковые излучатели. Корпус снабжен рубашкой термостатирования. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования в системах твердое тело - жидкость путем увеличения удельной поверхности взаимодействия и уменьшения величины диффузионного граничного слоя, обеспечивая тем самым многократное ускорение технологических процессов.
Недостатком данного технического решения является применение специализированного ультразвукового источника, роторно-пульсационного устройства, длительный процесс экстракции, а также большой рабочий объем, находящийся внутри основного корпуса аппарата, в результате чего при смене исходного сырья или экстрагента возникает необходимость в продолжительной прочистке внутренней поверхности корпуса.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является преодоление указанных недостатков, т.е. автоматизация процесса получения экстракта, сокращение времени отгонки экстракта, уменьшение рабочего объема и вынос его за пределы основного корпуса экстрактора.
Это достигается тем, что экстрактор работает в автономном режиме и содержит модуль предварительного измельчения растительного сырья, модуль прессования, контейнер (являющийся рабочим объемом), в который из теплообменного стакана поступает вода с оптимальными параметрами для экстракции водорастворимых веществ (давление 9 атм, температура 88-92°С).
На фиг. 1 изображен экстрактор для ускоренного извлечения водорастворимых веществ из растительного сырья.
Экстрактор для ускоренного извлечения водорастворимых веществ из растительного сырья содержит: бойлер 1 в виде стального цилиндра, теплоэлектронагреватель 2, теплообменный стакан с магистралью в виде системы полых трубок 3, перистальтический насос 4, автоматический регулятор уровня воды 5, взрывной клапан 6, датчик давления водяного пара 7, клапан подачи воды 8, контейнер 9, модуль прессования 10, резервуар для воды 11, датчик давления воды 12, резервуар для сырья 13, модуль предварительного измельчения растительного сырья 14, емкость для экстракта 15, ПК с ПО 16.
Жидкостный экстрактор для ускоренного извлечения водорастворимых веществ из растительного сырья работает следующим образом.
Растительное сырье помещают в резервуар 13 до метки (метка показывает, какой объем материала может обработать модуль измельчения 14 за 1 цикл). Воду заливают в резервуар 11. На ПК с ПО 16 оператор задает скорость вращения ножевой мельницы V, об/мин, в модуле предварительного измельчения 14, сжимающее усилие N, кН, на модуле прессования 10, давление P, атм, и температуру воды t, °C на выходе из теплообменного стакана 3, время обработки сырья t, с (не менее 25 секунд), и нажимает кнопку Пуск. Включается модуль предварительного измельчения растительного сырья 14 – ножевая мельница начинает вращаться с заданной скоростью в течение 1 минуты, одновременно с этим в резервуаре для сырья 13 выдвигается нижняя заслонка и сырье попадает в модуль измельчения 14. По прошествии 1 минуты выдвигается нижняя заслонка в модуле измельчения 14 и сырье попадает в модуль прессования 10, ножевая мельница останавливается. Затем включается модуль прессования 10 – плиты гидравлического пресса выходят из стенок модуля с двух противоположных сторон и сжимают измельченное сырье в запрессовку. Перистальтический насос 4 подает воду в бойлер 1. Автоматический регулятор 5 в бойлере поддерживает необходимый уровень воды, около 70%. Теплоэлектронагреватель 2 нагревает воду в бойлере 1. Благодаря расширению воды при нагревании в бойлере 1 создается давление. Взрывной клапан 6 предназначен для избежания разрыва корпуса бойлера от высокого давления и срабатывает при пороговом давлении. Холодная вода проходит по теплообменному стакану 3 в бойлере 1 и нагревается. Датчик давления водяного пара 7 в бойлере 1 информирует о прогреве экстрактора до заданной температуры и выходе на рабочий режим - открывается клапан 8, после чего перистальтический насос 4 подает воду под давлением P, атм, по магистралям через теплообменный стакан 3 в контейнер 9, а также подкачивает воду в бойлер 1. Прошедшая через клапан 8 в контейнер 9 и нагретая до температуры t, °C, вода под давлением P, атм, проходит через запрессовку из измельченного растительного сырья в течение времени T, с. Полученный экстракт проходит через съемную решетку в дне контейнера 9 и попадает в емкость для экстракта 15. По завершении процесса экстрагирования плиты модуля прессования 10 возвращаются в начальное положение, нижние заслонки в резервуаре для сырья 13 и модуле измельчения 14 задвигаются обратно. Оператор снимает съемную решетку в дне контейнера 9, удаляет с нее проэкстрагированное сырье и прочищает решетку при необходимости.
Достаточно высокая температура воды при обработке сырья и создаваемое заданное давление позволяют добиться минимального времени отгонки порции экстракта (до 25 с). Автоматический режим устройства позволяет максимально упростить процесс отгонки экстракта для оператора путем задания начальных параметров экстрагирования и нажатия кнопки пуска.
Заявляемая конструкция устройства позволяет автоматизировать и значительно ускорить процесс отгонки экстракта.