ПРОТИВОТОЧНЫЙ ЭКСТРАКТОР ДЛЯ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ

Предлагаемая полезная модель относится к пищевой, сельскохозяйственной и фармацевтической промышленности и может быть использована для извлечения полезных веществ из растительного и животного сырья.
Известен экстрактор непрерывного действия (см. а.с. СССР №1111787, кл. B01D 11/02, опубл. 08.02.1983), содержащий устройства загрузки, выгрузки, шнекового перемещения растительного сырья, а также обработки его экстрагентом. В этом экстракторе загрузка растительного сырья производится снизу, а скорость его поднятия в колонне регулируется скоростью вращения непрерывного однозаходного шнека с переменной высотой витка в противоток экстрагенту.
Однако, в зависимости от размеров частиц растительного сырья, возможно нестабильное перемещение вверх, увеличенное проскальзывание сырья относительно стенки трубы экстрактора, что приводит к уплотнению сырья и возможному забиванию подъемного тракта.
Известен противоточный экстрактор для растительного сырья (см. CN №2088340, кл. А23N 1/00, опубл. 1991), содержащий корпус с вертикальной загрузочной и наклонной разгрузочной секциями, снабженными рубашками термостатирования, размещенные в секциях приводные шнеки, патрубок подачи экстрагента, сообщенный с загрузочной секцией, и сборник экстракта, охватывающий верхнюю часть загрузочной секции.
Недостатками этого экстрактора являются низкий выход экстрактивных веществ и экстенсивность экстрагирования.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа прессово-диффузионная установка для экстрагирования пектина (см. RU №66336, кл. C12S 3/12, опубл. 10.09.2007), содержащий корпус, установленный наклонно на опорах и разделенный на пять секций для проведения последовательного экстрагирования с промежуточным прессованием, загрузочный бункер в головной части установки, черпачное колесо с автономным приводом, выполненное из перфорированного металла и установленное в хвостовой части для выгрузки отходов. Внутри корпуса установлены два шнека с возможностью встречного вращения от верхнего и нижнего приводов, с закрепленными на них по винтовой линии лопастями. В последних двух секциях экстрагирования установлены гидроакустические кавитаторы.
Недостатками описанной установки являются большая металлоемкость и громоздкость установки, следствием чего является низкое качество перемешивания и разрыхления сырья, замедленное растворение экстрагента в исходном сырье, низкая скорость процесса растворения твердой фазы в жидкой, невысокая производительность аппарата, а также размещение гидроакустического кавитатора в последних двух секциях в корпусе установки приводит к созданию неоднородного ультразвукового поля в рабочей полости, что приводит к снижению качества и эффективности обработки сред.
Технический результат полезной модели заключается в интенсификации процесса экстракции, повышении производительности аппарата за счет ускорения процесса растворения экстрагента в исходном сырье и уменьшении металлоемкости и габаритных размеров экстрактора.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в противоточном экстракторе для растительного и животного сырья, содержащем загрузочный бункер, наклонно установленный на опорах корпус, разделенный на секции, расположенное в хвостовой части устройство для выгрузки отходов с автономным приводом, внутри корпуса установлен шнек с закрепленными на нем по винтовой линии лопастями, согласно полезной модели корпус разделен на две секции закрепленным на шнеке барботером крестообразной формы, имеющим отверстия со стороны первой секции, расположенной в головной части корпуса, которая занимает большую часть корпуса, чем вторая секция, при этом вал шнека первой секции выполнен полым и соединен с барботером, лопасти шнека выполнены в виде прямоугольных ножей с боковыми режущими кромками, устройство для выгрузки отходов представляет собой вертикальную колонну с установленным в ней прессующим шнеком, соединенным через патрубок выгрузки вторичного экстракта со сборником экстракта, соединенным с патрубком выгрузки первичного экстракта, расположенным в головной части корпуса, и через вакуум-насос с патрубком подачи экстрагента, наклонная часть корпуса снабжена тепловой рубашкой, с двух сторон которой установлены устройства возбуждения ультразвуковых колебаний.
Отличительными признаками заявляемой полезной модели являются новое конструктивное выполнение корпуса за счет разделения его на две секции для проведения последовательного экстрагирования, что способствует уменьшению металлоемкости и габаритных размеров и установка на наклонном корпусе тепловой рубашки, позволяющей использовать различные виды сырья и экстрагента, качество экстракции которых зависит от температуры. Благодаря лопастям шнека, выполненным в виде ножей с боковыми режущими кромками, имеющих прямоугольную форму, происходит разрыхление и дополнительное измельчение смеси. Это позволяет увеличить выход качественного готового продукта и ускорить процесс экстрагирования. Интенсификация процесса экстрагирования происходит за счет выполнения шнека первой секции полым с закрепленным на нем барботером крестообразной формы, имеющим отверстия со стороны первой секции, вследствие чего происходит деструкция структуры исходного сырья под действием, создаваемых в экстракционной смеси струй экстрагента, выходящих из отверстий барботера противоточно, поступающему исходному сырью, и создаваемых в смеси ультразвуковых колебаний, под действием которых разрушаются клеточные мембраны растительного и животного сырья, что приводит к увеличению поверхности контакта фаз и падению диффузионного сопротивления сырья. Это способствует ускорению процесса растворения экстрагента в исходном сырье. Установка решетчатой перегородки в наклонной колонне и прессующего шнека в вертикальной колонне помогают получить очищенный экстракт.
Таким образом, выявленные отличительные признаки заявляемой полезной модели обеспечивают достижение указанного выше технического результата, заключающегося в интенсификации процесса экстракции, повышении производительности аппарата за счет ускорения процесса растворения экстрагента в исходном сырье и уменьшении металлоемкости и габаритных размеров экстрактора.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 схематически изображен продольный разрез заявляемого устройства, а на фиг.2 - барботер крестообразной формы.
Противоточный экстрактор для растительного и животного сырья содержит наклонно установленный корпус 1 на опорах 2, разделенный на две секции 3 и 4, с тепловой рубашкой 5, патрубки подачи экстрагента и рециркуляции экстракта 6, выгрузки первичного 7 и вторичного экстракта 8, подачи 9 и отвода теплоносителя 10, отвода проэкстрагированного сырья 11 соответственно, и дозатор 12 (см. фиг.1). В корпусе 1 установлен шнек 13 с закрепленными по винтовой линии лопастями, которые выполнены в виде прямоугольных ножей 14 с боковыми режущими кромками 15. Секции 3 и 4 разделены закрепленным на шнеке 13 барботером 16 крестообразной формы, имеющим отверстия 17 со стороны первой секции 3, расположенной в головной части корпуса 1, которая занимает большую часть корпуса, чем вторая секция 4 (см. фиг.2). Вал 18 шнека 13 до секции 4, выполнен полым и соединен с барботером 16. В хвостовой части корпуса 1 имеется устройство для выгрузки отходов, представляющее собой вертикальную колонну 19 с установленным в ней прессующим шнеком 20, соединенным через патрубок отвода вторичного экстракта 8 со сборником экстракта 21. Сборник экстракта 21 соединен с патрубком выгрузки первичного экстракта 7, расположенным в головной части корпуса 1 и через вакуум-насос 22 - с патрубком подачи экстрагента 6. В головной части корпуса 1 установлена решетчатая перегородка 23. Устройство снабжено емкостью 24 для экстрагента. С двух сторон тепловой рубашки 5 установлены устройства возбуждения ультразвуковых колебаний 25. Вращение шнека 13 в наклонном корпусе 1 осуществляют от привода 26, а прессующего шнека 20 - от привода 27.
Экстрактор работает следующим образом. При включенных приводах 26 и 27 сырье по дозатору 12 подают в секцию 3 корпуса 1, по патрубку 6 туда же заливают экстрагент. Вращение передается шнеку 13 с ножами 14, крестообразному барботеру 16 и прессующему шнеку 20. Экстрагент из емкости 24 поступает через патрубок 6 под давлением благодаря вакуум-насосу 22 в полый вал секции 3 в барботер 16. Отверстия 17 установлены в барботере так, чтобы обеспечивался противоток поступающему встречно исходному сырью. При выходе из отверстий экстрагент деструктирует экстракционную смесь и этим создает большую межфазную поверхность, что способствует тепло- и массообменным процессам, а также химическому взаимодействию экстрагента со смесью, что приводит к многократному увеличению поверхности контакта фаз и падению диффузионного сопротивления сырья, помогая переносу вещества в экстрагент. Параллельно на сырье воздействует устройство возбуждения ультразвуковых колебаний 25. Он помогает лучшему перемешиванию и растворению твердой фазы в результате образования в жидкой фазе мелких пузырьков и их схлопывания, вследствие эффекта кавитации. При совместном воздействии механическом (перемешивании шнеком) и физическом (воздействие ультразвуком и использование барботера) увеличивается быстрота процесса растворения целевого компонента в растворителе. Для поддержания требуемой температуры в корпусе установлена тепловая рубашка 5, куда через патрубок 9 подают теплоноситель. Удаление отработанного теплоносителя осуществляется через патрубок 10. Далее первичный экстракт благодаря наклону корпуса 1 легко выводится через решетчатую перегородку 23 в патрубок 7 и затем в сборник экстракта 21 и при необходимости направляется на рециркуляцию через патрубок 6. Ножи 14, врезаясь своими острыми кромками 15 в измельченное сырье, разрушают застойные зоны вдоль всей винтовой поверхности своего движения, облегчая доступ растворителя ко всей поверхности каждой частицы твердого тела, и разрыхляют сырье. При этом смещение частиц твердого тела в продольном и поперечном направлениях, а также их уплотнение минимальны. Затем проэкстрагированное сырье направляется на прессующий шнек 20, где дополнительно отжимается. Выделенный при этом вторичный экстракт выводится через патрубок 8 в сборник экстракта 21 и также при необходимости направляется на рециркуляцию через насос 22 и патрубок 6. Шрот, полученный в результате отжима выводится через нижний патрубок 11.
Разгрузка и очистка экстрактора проводится при работающих приводах 26 и 27. Экстракт полностью сливают из корпуса 1. Шрот также полностью удаляется. Далее цикл работы экстрактора повторяется, а выделенный экстракт сливают из сборника экстракта 21.
Таким образом, предлагаемая полезная модель экстрактора обладает повышенной надежностью работы за счет шнека с установленными на нем ножами, что значительно повышает производительность оборудования и позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования растительного сырья за счет разрушения его структуры под действием струй экстрагента, выходящих из отверстий барботера и ультразвука, создаваемых в экстракционной смеси.