Колонный СВЧ-экстрактор
COLUMN MICROWAVE EXTRACTOR

Изобретение относится к оборудованию, предназначенному для осуществления процесса экстрагирования под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (СВЧ), и может быть использовано в пищевой, химической, парфюмерной промышленности для получения композиций и чистых экстрактов из сырья растительного и животного происхождения.
Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является промышленный СВЧ экстрактор (Описание полезной модели к патенту RU 63357 U1, МПК С11В 1/10, заявлено 27.12.2006, опубликовано 27.05.2007), содержащий металлическую цилиндрическую камеру, изготовленную из нержавеющей, стали. К цилиндру приварено дно из того же материала. Камера имеет в верхней части фланец, на который накладывается крышка. На крышке камеры закреплен привод, ось которого проходит в камеру и своим вилкобразным устройством входит в зацепление с крестовиной. Контейнер изготовлен из диэлектрических нитей и имеет вид мешка, в который загружается свежее сырье. В верхней части металлической камеры имеются два фланца в одном из них расположена термопара, другой фланец может быть использован для откачки камеры если процесс экстракции необходимо проводить при более низкой температуре. Всё устройство экстрактора крепится вертикально на полу с помощью опор.
Недостатком известного экстрактора являются периодичность проведения процесса извлечения целевых компонентов, отсутствие перемешивания сырья, интенсифицирующего процесс, невозможность использования в аппарате экстрагента и регулирования температурного режима процесса экстрагирования, а также отсутствие механического разделения экстракта и отработанного шрота.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в интенсификации процесса экстрагирования, повышении производительности за счет ускорения процесса растворение экстрагента в исходном сырье путем разрушения его структуры и интенсификации перемешивания исходного сырья и экстрагента, а также возможности механического разделения экстрагента и отработанного шрота.
Технический результат достигается тем что в колонном СВЧ экстракторе, включающем металлическую камеру, с источниками СВЧ-энергии, новым является то, что корпус экстрактора разделен на отдельные секции, оснащенные теплообменной рубашкой, ротор выполнен из перфорированных пластин, разделяющих полость секций на отдельные ячейки, обеспечивающие возможность направленного воздействия теплового и электромагнитного поля СВЧ на обрабатываемое сырье и оснащен шнеком, с переменным шагом, располагаемым в перфорированном корпусе с рубашкой.
На фиг. 1 представлен общий вид колонного СВЧ экстрактора. На фиг. 2 представлено сечение А-А на общем виде. На фиг. 3 представлено сечение Б-Б на общем виде.
Экстрактор содержит металлическую цилиндрическую камеру 1 состоящую из отдельных секций, установленных по высоте. Каждая секция оснащена теплообменной рубашкой 2, в которую подаётся теплоноситель и поясом магнетронов 3, обеспечивающих воздействие электромагнитного СВЧ поля через окна 5, выполненные из диэлектрического материала на смесь сырья и экстрагента. Каждый магнетрон закрыт защитным кожухом 4, предотвращающем распространение излучения в окружающее пространство.
Перепускные коллекторы 6 обеспечивают перенос теплоносителя из одной секции экстрактора в другую.
Внутри металлической цилиндрической камеры размещен непрерывно вращающийся вертикальный вал 7 с закрепленными на нем перфорированными диэлектрическими пластинами 8 ротора, обеспечивающего перемещение смеси обрабатываемого сырья и экстрагента по круговой траектории.
Фланцы 9, разделяющие соседние секции экстрактора друг от друга, имеют перегрузочные окна 24, предназначенные для перемещения смеси исходного сырья и экстрагента из верхней секции в нижнюю.
Патрубок 10 предназначен для подачи в колонный СВЧ экстрактор теплоносителя для подогрева смеси исходного сырья и экстрагента. Для удаления отработанного теплоносителя из теплообменной рубашки экстрактора предназначен патрубок 16.
Для подачи экстрагента в колонный СВЧ экстрактор предусмотрен патрубок 11, а для загрузки исходного сырья в цилиндрическую камеру 1 предназначен шлюзовый питатель 12, смонтированный на крышке 15.
Привод 13, закрепленный на крышке 15, приводит во вращение вертикальный вал 7 экстрактора. Он состоит из электродвигателя и редуктора.
Крышка 15 экстрактора оснащена штуцером 14 для отвода паров и газов, выделяющихся при экстрагировании. Штуцер 14 также может быть использован для подключения к вакуумной магистрали, в случае если процесс экстрагирования необходимо осуществлять под вакуумом.
Дно 17 цилиндрической камеры 1 экстрактора имеет перегрузочные окна 24, служащие для перемещения смеси исходного сырья и экстрагента между соседними секциями и для подачи смеси на разделение механическим путем. Для этого предназначен шнек 18 с переменным шагом витков расположенный в перфорированном корпусе 19, оснащенным рубашкой 20 и патрубком 21 для отвода экстракта, а также насадкой 22 для вывода шрота.
Для монтажа экстрактора предназначены опоры 23.
Колонный СВЧ экстрактор работает следующим образом. При включённом приводе 13 вертикального вала 7, обеспечивающем вращение ротора, выполненного из перфорированных диэлектрических пластин по часовой стрелке исходное сырье шлюзовым питателем 12 подаётся в верхнюю цилиндрическую камеру 1. Одновременно туда же заливается экстрагент по патрубку 10.
Энергия теплоносителя и СВЧ обеспечат температурное воздействие на обрабатываемое сырье, создавая благоприятные условия я для его пропитки экстрагентом и диффузии растворимых веществ из внутриклеточной структуры к поверхности частицы и массе экстрагента.
Перемещаясь по круговой траектории, исходное сырье и экстрагент под воздействием перфорированных диэлектрических пластин 8 ротора перемещаются в объёме секции по направлению к перегрузочному окну 24 связывающему верхнюю секцию с нижней и перемещаются в нижнюю секцию цилиндрической камеры 1. В итоге осуществляется направленное движение смеси сырья и экстрагента по круговой траектории в пределах секции и перегрузка смеси из верхней секции цилиндрической камеры 1 в нижнюю.
Известно, что эффективным способом создания условий при которых происходит интенсификация разрушения диффузионного слоя на поверхности частиц исходного сырья является обеспечение передвижения экстрагента относительно сырья путём их перемешивания в ходе процесса экстрагирования. Для этого в колонном СВЧ экстракторе предусмотрены отверстия в диэлектрических пластинах 8 ротора обеспечивающие направленное движение потоков экстрагента, омывающего частицы исходного сырья, что позволяет интенсифицировать перенос растворимых веществ от поверхности твердых частиц сырья в жидкую фазу экстрагента.
Электромагнитное СВЧ воздействие обеспечивает при этом частичное разрушение клеточный оболочек, диффундирование растворённых веществ к поверхности частиц под действием градиентов температуры и влагосодержания.
После экстрагирования смесь сырья и экстрагента поступает на механическое разделение посредством шнека 18 с переменным шагом витков, раположенного в перфорированном корпусе 19 с рубашкой 20, где осуществляется разделение экстракта и шрота прессованием. Ступенчатое выполнение шнека 17 обеспечивает создание необходимого давления прессования для отделения жидкой фазы экстракта от шрота, отводимого через насадку 22. При этом экстракт отводится из рубашки 20 перфорированного корпуса 19 по патрубку 21 отвода экстракта.
В случае экстрагирования сырья без присутствия экстрагента, исходное сырье шлюзовом питателем 12 загружается в цилиндрическую камеру 1 экстрактора с вращающимся вертикальным валом 7 на котором размещены перфорированные диэлектрические пластины ротора, последовательно перемещается ими из верхних секций экстрактора в нижние, через перегрузочные окна 24, после чего попадает в перфорированный корпус 19, где под воздействием шнека 18 с переменным шагом осуществляется разделение экстракта от шрота.
В колонном экстракторе предусмотрена также реализация осциллирующего режима экстрагирования за счет попеременного включения в работу поясов магнетронов соответствующих чередующихся секций.