Лабораторное устройство для интенсификации технологических процессов

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к пищевой промышленности, а именно к компактным лабораторным устройствам для интенсификации химико-технологических процессов, в частности посола мяса, экстрагирования растительного сырья и ионизации растворов.
Уровень техники
В настоящее время существуют множество устройств для интенсификации химико-технологических процессов за счет различных физико-химических эффектов, таких как механический, акустический, электрический, магнитный, тепловой, радиационный, химический и т.д.
Так, известно устройство для посола мяса (а.с. СССР на изобретение №925290, опубл. 07.05.1982), содержащее вибрационную и вакуумную установку, а также устройство для перемешивания. Основной целью устройства является интенсификации процесса посола мясного сырья, однако оно имеет ряд недостатков. При посоле сырья с помощью этого устройства происходит значительная деструкция мышечной и соединительной ткани. Более того, устройство представляет собой технически сложную конструкцию при большой материалоемкости, но не способно в полной мере обеспечить равномерное распределение посолочных ингредиентов в мясном сырье, что, в конечном счете, сказывается на качестве готового продукта.
Известно устройство для посола мясосырья (а.с. СССР на изобретение №1717063, опубл. 07.03.1992), содержащее герметично закрытую емкость, источник ультразвуковых возмущений, а также устройство для вибрации и вакуумирования.
Недостатком известного устройства является относительно большая потеря белковых веществ (альбумин, глобулин), а также относительно высокое энергопотребление. Использование вакуумной обработки сказывается на влагоудерживающей способности белков мышечной ткани готового продукта, изменяя ее в худшую сторону.
Известна установка для посола мясных продуктов (патент РФ на изобретение №2249966, опубл. 20.04.2005), характеризующееся несколькими камерами посола, вмонтированным влагоуловителем и ресивером с быстродействующими клапанами.
Известно также устройство для посола мясного сырья (патент РФ на полезную модель №22735, опубл. 27.04.2002), содержащее герметичную смесительную камеру с вакуумной системой, спиральными лопастями и ультразвуковым излучателем.
Общими недостатками устройств для посола мяса можно отнести длительность процесса посола, сложность конструкции, большие габариты, высокое энергопотребление.
Известно устройство для экстракции растительного сырья, содержащее корпус, пульсатор, зону загрузки и выгрузки сырья, зону подачи экстрагента, зону отбора экстракта (патент РФ на полезную модель №2010132393, опубл 10 июня 2012).
Недостатками данного устройство является относительно низкий выход биологически активных веществ при высокой длительности процесса. Сложность конструкции типа «труба в трубе» также характеризуется определенными сложностями в эксплуатации и чистке устройства.
Известен лабораторный экстрактор (SU 988311, опубл. 15.01.83), включающий экстракционную камеру, коническую трубу, поплавок с конической пробкой, газоотводную и сифонную трубку. Экстрактор снабжен цилиндрическим стаканом с конической отбортовкой, расположенным в экстракционной камере над входом газоотводной трубки, при этом в дне стакана установлены вертикальные трубки, выполненные в виде усеченных конусов, направленных меньшим основанием вверх.
Известна лабораторная установка для экстракции растительного сырья (патент РФ на полезную модель №2881135, опубл. 27.01.2006), включающая экстракционную камеру, холодильник и сита. В нижней и верхней частях экстракционной камеры выполнены отверстия, причем в нижней части экстракционной камеры установлены сменные сита, холодильник выполнен в виде цилиндра и снабжен раструбом и фланцем в нижней части, при этом раструб соединен с корпусом экстракционной камеры, а в цилиндрической части холодильника расположены вертикальные трубки, жестко связанные пластинами, выполненные заподлицо с верхней пластиной и выступающие за нижнюю пластину, причем верх цилиндрической части снабжен отверстием с резьбой для регулирования давления.
Недостатком перечисленных лабораторных устройства является ограниченность в выходе нелипидных биологически активных веществ и эфирных масел при экстрагировании, а также относительно большие размеры для лабораторного оборудования.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному результату является устройство для посола мяса с помощью разрядно-импульсных технологий, принятое за прототип (патент РФ на полезную модель №126571, опубл. 10 Апреля, 2013). Устройство содержит герметичную смесительную камеру в форме вертикального цилиндра с дном, выполненным в виде упругой мембраны, изогнутой по краям и плоской в центре.
Недостатками являются большие габариты оборудования, сложность использования вне специально отведенной производственной площади, отвечающей технике безопасности, необходимость обслуживания квалифицированным персоналом.
Раскрытие полезной модели
-5
В основу заявляемой полезной модели положена задача создания технологии интенсификации химико-технологических процессов за счет формирования в жидких средах с обрабатываемым сырьем/материалами серии кратковременных (10 с) высоковольтных импульсных электрических разрядов, приводящих к образованию в рабочей среде целого комплекса физико-химических явлений, включающих динамично развивающиеся гидравлические давления, ударные волны и интенсивные турбулентные перемешивания жидкости, способствующие повышению интенсивности пенетрации и диффузии компонентов рассола в мясо; акустические колебания, преимущественно в ультразвуковом диапазоне, наряду со скоростным массопереносом жидкости способствующие ускорению процесса экстрагирования биологически активных веществ из растительного сырья; мощные электромагнитные поля, понижающие окислительно-восстановительный потенциал воды и ионизирующие растворяемые в жидкости компоненты.
Технический результат - сокращение продолжительности процессов и увеличение эффекта посола мяса, экстрагирования растительного сырья и ионизации растворов.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для интенсификации технологических процессов, включающее рабочую емкость для рассола, изготовленную из нержавеющей стали, в которую вмонтировано два керамических пьезодатчика, позволяющих при необходимости, проводить мониторинг электроимпульсной обработки. В рабочую емкость, на уровне пьезодатчиков, опускается медный излучатель коаксиального типа, соединенный с генераторов электроимпульсных возмущений посредством высоковольтного импульсного кабеля. Генератор электроимпульсных возмущений состоит из конденсаторных батарей, силового блока и блока автоматики, однако выполнен в компактном варианте с геометрическими параметрами 500*500*500 мм.
Краткое описание чертежей
На фиг. представлена структурная схема устройства, включающая генератор импульсных возмущений, кабель высоковольтный импульсный, излучатель коаксиальный, пьезодатчики керамические, рабочую камеру из нержавеющей стали.
Осуществление полезной модели
Принцип действия устройства основан на локальном создании зон повышенного давления в акустическом поле широкого спектра частот при формировании кратковременного импульсного электрического разряда в токопроводящей жидкой среде.
Полезная модель основана на использовании электроимпульсных технологий как универсальный способ интенсификации химико-технологических процессов, таких как посол мяса, экстрагирование растительного сырья, ионизация растворов в лабораторных условиях.
Электроимпульсный разряд в жидкой среде позволяет трансформировать электрическую энергию в другие виды энергии за короткий промежуток времени и при определенной последовательности достигать резонансных явлений (кавитация, ультразвуковое излучение, ультрафиолетовое свечение, мощные элктромагнитные поля, ударные волны, турбулентные перемешивания жидкости, изменение окислительно-восстановительного потенциала и структуры солевого раствора), осуществляющих полезную работу при искомой цели ускорения диффузионно-осмотических, фильтрационных, массообменных процессов.
Устройство состоит из генератора импульсных возмущений, кабеля высоковольтного импульсного, излучателя коаксиального, пьезодатчиков керамических, рабочей камеры из нержавеющей стали.
Устройство для посола мясного сырья работает следующим образом. В рабочую емкость заливают жидкость (преимущественно раствор электролита, рассол), загружают объекты обработки/исследования. Излучатель должен быть полностью погружен в жидкость. Генератор импульсных возмущений приводится в движение путем нажатия кнопки пуск. Обработка проходит по заранее выбранному для данного вида сырья либо материала режиму. Рекомендуемые технические характеристики генеартора: максимальная потребляемая мощность 1,5 кВт в час, напряжение питающей сети 220 В, частота сети - промышленная, 50 Гц, максимальная энергия конденсаторных батарей 500 Дж: выходное напряжение управляемое - от 1 до 10 кВ, емкость батарей - от 1 до 10 мкФ.
Заявленное устройство позволяет изменять скорость движения фронта ударной волны давления при различных режимах обработки и диапазонах излучения, что приводит к фазовым переходам растворенных веществ в рассоле и интенсификации технологического процесса.
Таким образом, заявленное устройство обеспечивает сокращение продолжительности химико-технологического процессов, а также увеличивает конечный эффект при производстве продукции, т.е. способствует улучшению качества.