ЭКСТРАКТОР ДЛЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
EXTRACTOR FOR VEGETAL RAW MATERIALS

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к устройствам для извлечения полезных веществ из растительного сырья.
Известен экстрактор для системы твердое тело - жидкость (Описание изобретения к патенту RU 2308308, МПК B01D 11/00, заявлено 17.03.2006, опубликовано 20.10.2007), содержащий корпус, разделенный вертикальной не доходящей до дна перегородкой на две зоны, патрубки для отбора экстракта и подачи экстрагента, наклонную трубу, пульсатор, компрессор, датчик уровня жидкости.
Недостатками этого экстрактора являются длительное растворение твердой фазы в жидкой и снижение качества продукта и значительные затраты времени на извлечение экстракта и времени на поддержание повышенной температуры.
Известен экстрактор для системы твердое тело - жидкость (Описание изобретения к патенту RU 1706096, МПК B01D 11/02, заявлено 04.11.1985, опубликовано 27.05.1995), содержащий вертикальный цилиндрический корпус с паровой рубашкой, сборник экстрактора со штуцерами для удаления экстракта из корпуса и подачи в него пара. Корпус соединен с крышкой, в которой закреплены штуцер для загрузки в корпус предварительно измельченной твердой фазы, штуцер для ввода в корпус через кольцеобразный распылитель растворителя (жидкой фазы), штуцер для удаления из корпуса газо- и парообразных веществ. Внутри корпуса в его нижней части установлена горизонтальная решетчатая перегородка и над ней смонтированы рабочие элементы в виде ножей с боковыми режущими кромками, закрепленные на вертикальном валу с возможностью вращения вокруг своей оси и возвратно-поступательного перемещения.
Недостатками описанного экстрактора являются недостаточно качественное перемешивание и разрыхление сырья, большая потеря электроэнергии на возвратно-поступательное движение ножа, медленное растворение экстрагента в исходном сырье, низкая скорость процесса растворения твердой фазы в жидкой, невысокая производительность аппарата.
Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является экстрактор для системы твердое тело - жидкость (Описание полезной модели к патенту RU 111012, МПК B01D 11/00, заявлено 16.06.2011, опубликовано 10.12.2011) содержащий вертикальный корпус с паровой рубашкой, с технологическими патрубками и дозатор. В корпусе на полом валу соосно установлено перемешивающее устройство, которое выполнено в виде верхней и нижней мешалок крестообразной формы. Нижняя мешалка перемешивающего устройства выполнена полой и снабжена полыми Г-образными гребенками с отверстиями на концах, изогнутых вверх. Перемешивающее устройство содержит установленные на полом валу на разной высоте ножи с боковыми режущими кромками. Каждый нож при виде сверху расположен относительно другого ножа под углом 45°. Под гребенками расположена решетчатая перегородка.
Недостатками известного экстрактора являются недостаточно качественное перемешивание сырья, замедленное растворение экстрагента в исходном сырье, и как следствие невысокая производительность устройства.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в интенсификации процесса экстракции, повышении производительности за счет ускорения процесса растворения экстрагента в исходном сырье путем разрушения его структуры и интенсификации перемешивания исходного сырья и экстрагента.
Достигается технический результат тем, что в экстракторе для растительного сырья, включающем вертикальный корпус с паровой рубашкой и технологическими патрубками, в нижней части которого установлена горизонтальная решетчатая перегородка, над которой установлено перемешивающее устройство, выполненное в виде полого вала на котором на разной высоте закреплены ножи, сборник экстракта, каждый нож имеет форму пластины с одной заточенной кромкой вдоль длинной стороны, по краям короткой торцевой поверхности ножа, обращенной в сторону полого вала, выполнено два выступа, выступ, расположенный со стороны заточенной кромки, выполнен цилиндрическим и образует вращательную кинематическую пару с полым валом, выступ, расположенный на том же торце ножа, но с противоположной стороны, имеет длину большую, чем диаметр полого вала, перемешивающее устройство оснащено реверсивным приводом.
На фиг. 1 представлен экстрактор для растительного сырья при работе в режиме мешалки. На фиг. 2 представлен экстрактор для растительного сырья при работе в режиме разрушения структуры растительного сырья. На фиг. 3 представлен вид А экстрактора для растительного сырья. На фиг. 4 представлено сечение Б-Б экстрактора для растительного сырья. На фиг. 5 представлено сечение В-В экстрактора для растительного сырья.
Экстрактор для растительного сырья содержит вертикальный корпус 1 с паровой рубашкой 2, с технологическими патрубками 3, 4, 5, 6, 7, 8 подачи экстрагента, подачи и отвода теплоносителя, отвода экстракта, отвода шрота и рециркуляции экстракта, соответственно, и дозатор 9. В вертикальном корпусе 1 установлено оснащенное реверсивным приводом 14 перемешивающее устройство, включающее полый вал 10 с размещенными на разной высоте ножами 15. Ножи 15 выполнены в виде перфорированных отверстиями 17 пластин с одной режущей кромкой 16. Каждый нож 15 при виде сверху расположен относительно другого ножа под некоторым углом, таким образом, чтобы ножи 15 были равномерно распределены по окружности, описанной вокруг геометрической оси полого вала 10. По краям короткой торцевой поверхности ножа 15, обращенной в сторону полого вала 10, выполнено два выступа 11, 23. Выступ 11, расположенный со стороны заточенной кромки 16, выполнен цилиндрическим и образует вращательную кинематическую пару с полым валом 10. Выступ 23, расположенный на том же торце ножа, но с противоположной стороны, имеет длину большую, чем диаметр полого вала 10. В нижней части вертикального корпуса 1 расположена горизонтальная решетчатая перегородка 18. Вертикальный корпус 1 соединен с фильтром 19, сборником экстракта 20 и вакуум-насосом 21, связанным с патрубком 8 рециркуляции экстракта, последний из которых сообщен с полостью вала 10. Патрубок 7 соединен с разгрузочным устройством 22 для одновременного отжима проэкстрагированного сырья.
Экстрактор для растительного сырья работает следующим образом. При включенном реверсивном приводе 14, обеспечивающем вращение перемешивающего устройства (фиг. 1) по часовой стрелке, растительное или животное сырье по дозатору 9 подают в корпус 1, по патрубку 3 туда же заливают экстрагент. При данном направлении вращения нож 15 благодаря тому, что выступ 11 образует вращательную кинематическую пару с полым валом 10 будет поворачиваться в данном узле до упора выступом 23, имеющим длину большую чем диаметр полого вала, в полый вал 10. При этом нож займет положение, при котором его широкая плоскость будет находиться под острым углом к геометрической оси вращения полого вала (фиг. 1). Выступ 23 выполняет функцию ограничителя угла поворота ножа. В таком положении перемешивающее устройство будет обеспечивать перемешивание исходного сырья с экстрагентом. Наличие отверстий перфорации в ноже будет способствовать интенсификации данного процесса.
Через определенный промежуток времени, устанавливаемый экспериментальным путем для каждого сочетания вида растительного сырья и экстрагента, осуществляют реверсирование направления вращения перемешивающего устройства (фиг. 2). При данном направлении вращения нож 15 будет поворачиваться во вращательной кинематической паре, образуемой выступом 11 и полым валом 10, до положения при котором его режущая кромка 16 будет находиться перпендикулярно геометрической оси вращения полого вала (фиг. 2). В этом режиме работы ножи будут обеспечивать разрушения структуры растительного сырья и тем самым за счет перерезания его волокон обеспечивать доступ экстрагента к новой поверхности растительно сырья.
Следующее реверсирование движения позволит осуществлять интенсивный отвод экстрагируемых веществ от вновь созданных в результате разрушения структуры растительного сырья плоскостей среза волокон за счет интенсивного перемешивания содержимого корпуса 1.
Количество циклов реверсирования движения может быть различным и зависит от вида исходного сырья, крупности его фракции, вида экстрагента, количественного соотношения исходного сырья и экстрагента и устанавливается экспериментально для каждого вышеуказанного сочетания факторов.
Для поддержания требуемой температуры в корпусе установлена паровая рубашка 2, куда через патрубок 4 подают теплоноситель. Удаление отработанного теплоносителя осуществляется через патрубок 5. По мере насыщения экстракт проходит через решетчатую перегородку 18, где проводится грубая фильтрация и сливается по патрубку 6 в фильтр 19 для отделения примесей и направляется в сборник 20, где отстаивается от оставшихся элементов после фильтрации. В зависимости от степени насыщения экстракта, последний направляется на рециркуляцию через патрубок 8 при помощи вакуум-насоса 21 в полость вала 10. Благодаря вакууму, создаваемому насосом 21, экстракт, направленный на повторное насыщение поступает в экстракционную смесь под давлением сквозь отверстия 13.
После завершения процесса экстрагирования при работающем приводе 14 экстракт полностью сливают из вертикального корпуса 1, а проэкстрагированное сырье выводят через патрубок 7, соединенный с разгрузочным устройством 22, где сырье до конца отжимается.
Известно, что в основе процесса экстракции лежит диффузионный перенос извлекаемых из исходного сырья веществ в экстрагент. В результате диффузии происходит перенос из клеток через клеточные оболочки к поверхности частиц исходного сырья извлекаемых веществ, на поверхности исходного сырья образуется неподвижный диффузионный слой, толщина которого различна и зависит от скорости движения экстрагента относительно сырья. Диффузионный слой является сопротивлением для экстракции веществ, т.к. замедляет выход веществ из сырья. Преодолев диффузионный слой, извлекаемые вещества распределяются по всему объему экстрагента по законам свободной конвективной диффузии.
Действенным способом создания условий, при которых происходит интенсификация разрушения диффузионного слоя на поверхности частиц исходного сырья, является обеспечение передвижения экстрагента относительно исходного сырья путем их перемешивания в ходе процесса экстракции.
Благодаря тому, что на каждом ноже 15 по краям короткой торцевой поверхности, обращенной в сторону полого вала, выполнено два выступа, первый выступ, расположенный со стороны заточенной кромки, выполнен цилиндрическим и образует вращательную кинематическую пару с полым валом, а второй выступ, расположенный на том же торце ножа, но с противоположной стороны, имеет длину большую, чем диаметр полого вала, обеспечивается возможность работы ножа в двух режимах в зависимости от направления вращения перемешивающего устройства - разрушение структуры исходного сырья при расположении режущей кромки ножа перпендикулярно геометрической оси вращения полого вала 10 и перемешивание при нахождении ножа в положении близком (под острым углом) к перпендикулярному по отношению к геометрической оси вращения перемешивающего устройства.
При вращении в одну сторону ножи обеспечивают разрушение структуры исходного сырья путем перерезания его волокон и тем самым осуществляют доступ экстрагента к новой поверхности, при реверсировании движения за счет своего положения и перфорации ножи обеспечивают интенсивное омывание экстрагентом исходного сырья.
Такое сочетание процессов измельчения и перемешивания способствует разрушению застойных зон сырья по всему объему вертикального корпуса 1, облегчая доступ экстрагента ко всей поверхности каждой частицы твердого тела. Все это способствует ускорению процесса экстракции, повышению производительности экстрактора для растительного сырья.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Описание изобретения к патенту RU 2308308, МПК B01D 11/00, заявлено 17.03.2006, опубликовано 20.10.2007.
2. Описание изобретения к патенту RU 1706096, МПК B01D 11/02, заявлено 04.11.1985, опубликовано 27.05.1995.
3. Описание полезной модели к патенту RU 111012, МПК B01D 11/00, заявлено 16.06.2011, опубликовано 10.12.2011.