ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к области экстракции ценных веществ из растительного сырья с помощью воздействия на него СВЧ-энергии.
Известны устройства, применяемые для экстракции веществ из растительного сырья, в основном, эти устройства применяются для получения эфирных масел.
В таких наиболее распространенных устройствах используются, в основном, следующие методики:
- получение эфирного масла методом отгонки паром;
- получение эфирного масла с помощью различных растворителей;
- применение методов прессования сырья.
Для реализации перечисленных методов, как правило, требуется большие затраты энергии, т.е. методики обладают очень низким КПД, устройства сложны и громоздки, а для осуществления процесса экстракции требуется значительные затраты времени.
Известен экстрактор, содержащий СВЧ-генератор, камеру с размещенным в нем диэлектрическим сосудом с сырьем, и конденсатор (RU 2216574 С2, 20.11.2003).
В устройстве в качестве СВЧ-генератора используется магнетрон непрерывного действия мощностью 1 кВт, работающий на частоте 2450 МГц.
Устройство состоит из следующих частей:
- первый сосуд из тефлона с отверстиями по образующей, которые предназначены для выхода пара;
- тефлоновый сосуд закреплен во втором кварцевом сосуде, предназначенном для сбора пара. Из этого сосуда пар через оливку поступает на конденсатор;
- оба сосуда помещены в металлическую камеру, в которую вводится СВЧ энергия с помощью рупорной антенны;
- первый тефлоновый сосуд вращается вокруг горизонтальной оси, что обеспечивает равномерный прогрев сырья.
Как описано в прототипе, после закладки сырья в тефлоновый сосуд и установки его в кварцевый сосуд, производится включение магнетрона, что и приводит к нагреву воды в свеженабранном сырье, ее закипанию и обеспечению начало самого процесса экстракции.
После прохождения пара через устройство конденсации он обращается в жидкость - экстракт состоящий из воды с растворителями в ней солями растительного сырья и эфирного масла, в случае если экстрагированию подвергается эфиросодержащее сырье.
Недостатками известного экстрактора являются облучение непрерывным излучением, что приводит к большому расходу электроэнергии, большие габариты и сложность эксплуатации.
Технический результат полезной модели заключается в создании малогабаритного простого устройства на базе стандартной бытовой микроволновой печи, обеспечивающего условия быстрого получения высококачественного экстракта из свежесобранного растительного сырья. Кроме того техническим результатом является:
- высокая надежность и долговечность;
- улучшение равномерного объемного нагрева массы сырья за счет его облучения квазиимпульсной СВЧ энергией с частотой 50 Гц,
- увеличении КПД устройства за счет применения только одного сосуда и тепловой изоляции этого сосуда с сырьем;
- исключение утечки микроволнового излучения, связанного с подключением системы конденсации пара, т.е. паразитные излучения определяются только паспортными значениями для микроволновой печи;
- упрощение управления процессом экстракции - экстрактор позволяет полностью автоматизировать процесс за счет имеющейся системы
управления микроволновой печью, т.е. управление им практически ничем не отличается от способа приготовления пищи в микроволновой печи.
Технический результат достигается тем, что экстрактор содержит корпус с размещенными в нем магнетроном, резонатором, камерой с крышкой, окруженными слоем изоляции, и конденсатором, при этом камера с сырьем установлена в резонаторе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и сообщена с конденсатором неподвижной трубкой, размещенной в крышке камеры посредством втулки, а камера с крышкой выполнены из материала, частично поглощающего микроволновое излучение.
Предлагаемое контактное устройство экстрактора на базе бытовой микроволновой печи представлено на фиг.1. На фиг.2 - графики иллюстрирующие процессы работы экстрактора на свежесобранном сырье - в данном случае это листья лавра.
В корпусе печи 3 находится резонатор 2, в котором обычно размещается сосуд для приготовления пищи. Нагрев содержимого в сосуде производится микроволновой энергией магнетрона 16. При этом поступление генерируемой СВЧ энергии происходит через отверстие 13 (направление распространения СВЧ энергии указано стрелками). Как и обычно, в микроволновой бытовой печи имеется вращающийся поддон 1, на котором установлен сосуд с продуктом.
В нашем случае все эти элементы используются, но сосуд имеет совершенно другую конструкцию.
Сосуд 5 изготовлен из специального стекла, которое частично поглощает микроволновую энергию. Этот сосуд, в который загружается свежее сырье с влажностью выше 50%, закрывается крышкой 7 из такого же материала с уплотнительной прокладкой 6 из специальной термостойкой пищевой резины. В центре крышки 7 имеется цилиндрическое отверстие, куда плотно запрессована тефлоновая втулка, которая вращается вместе с сосудом 5 с крышкой 7. Во втулку 9 на скользящей посадке входит вертикальная часть трубки 12. Таким образом, при вращении сосуда с
крышкой соблюдаются следующие условия: а) трубка 12 остается неподвижной, б) пар по ней поступает в конденсатор змеевика 15, в) скользящая посадка предотвращает выход пара наружу. Трубка 12 расположена под наклоном так, чтобы в случае конденсации паров в ней жидкость самотеком стекала к конденсатору.
Трубка 10, изготовленная из металла играет важную роль, т.к. ее размеры (диаметр и высота) выбраны таким образом, чтобы для волны, генерируемой магнетроном (λ - 12,4 см), она представляла предельный волновод и излучение из резонатора печи не проникало наружу. Термопара 11 служит для контроля температуры пара. Сосуд 5 и крышка 7 покрыты специальной изоляцией 4, роль которой будет описана ниже. Змеевик 15 конденсатора обдувается потоком воздуха от вентилятора 14 и это обеспечивает конденсацию пара на внутренней поверхности трубки змеевика. Образовавшаяся жидкость - экстракт по внутренней поверхности змеевика стекает по трубке 17 в сосуд для сбора экстрактора, который установлен снаружи печи.
Устройство работает следующим образом.
После загрузки сосуда 5 сырьем 18, включается микроволновая печь и достигается температура кипения воды в сырье, в сосуде 5 образуется пар, который не только выходит через отверстие во втулке 9 в крышке, но и нагревает весь сосуд и в результате часть пара конденсируется на внутренних стенках сосуда 5 и крышки 7 и жидкость частично скапливается на дне сосуда 5. Для устранения этого эффекта температура внутренних стенок должна быть несколько выше 100° с тем, чтобы конденсация на них не происходила.
Такие условия достигаются следующим образом. Как уже упоминалось выше, камера и крышка выполнены из специального стекла, которое поглощает ~5% поступающей от магнетрона микроволновой энергии по пути ее прохождения непосредственно к сырью. Этой энергии, а также частично энергии пара, который омывает внутренние стенки сосуда, достаточно, чтобы
нагреть внутреннюю поверхность сосуда 5 и крышки 7 до такой температуры (>100°С), чтобы конденсации паров на стенках не происходило, а значит, весь пар поступал к конденсатору.
Дополнительно для экономии микроволновой энергии приняты следующие меры. Весь сосуд покрыт слоем специальной изоляции, которая свободно пропускает микроволновую энергию внутрь сосуда через камеру к сырью, и в то же время устраняет потери тепловой энергии, исходящей из камеры. Описанные меры приводят к значительному повышению КПД использования микроволновой энергии магнетрона.
Приведем пример эксперимента экстракции из лаврового листа. В сосуд фиг.1 загружалось 2 кг свежесобранного лаврового листа с влажностью ~50%. При этом объем сосуда 6 л заполнялся полностью. Начальная температура сырья составляла величину 20°С. Сосуд помещали в камере микроволновой печи, дверца печи закрывалась, устанавливались необходимые величины параметров: мощность - 800 Вт, время ~ 40 минут. Микроволновая печь включается, сосуд приходил во вращение и микроволновая мощность поступает в сырье. При достижении температуры ~100° (см. фиг.2, кривая 1) на 10-ой минуте начинается эффективное выделение экстракта (вода с растворенными в ней солями плюс эфирное масло). Этот процесс иллюстрируется кривой 2. Кривая 3 показывает закономерность выделения эфирного масла. На 32 минуте процесса выделение экстракта эфирного масла практически прекращается, а общий выход экстракта продолжает нарастать линейно (хотя эфирное масло уже отсутствует). Отметим, что в случае получения только эфирного масла процесс можно остановить на 32 минуте, но если целью является получение раствора солей, этот процесс можно продолжить до тех пор, пока влажность сырья не упадет до 10-15%. При этом мощность микроволновой печи должна быть уменьшена.
Поскольку удельный вес эфирного масла меньше единицы, оно в процессе экстракции всплывает на поверхность и может быть легко
извлечено из сосуда, в котором собирается стекающий в печи экстракт по трубке 17 (фиг.1).
Предлагаемое устройство можно применять для бытовых нужд с целью получения экстрактов из различного пищевого сырья, а также в медицине, биологии, фармакологии и парфюмерии.
Особенно ценным данное устройство может быть использовано для применения его в крупных производствах эфирных масел с целью предварительного контроля сырья используемого на крупных установках.