ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к пищевой промышленности, в частности к конструкциям массообменных аппаратов для проведения процесса экстрагирования из твердых веществ из измельченного растительного сырья.
Известна конструкция экстрактора периодического действия для извлечения целевых компонентов из дубовой щепы. Аппарат для получения экстрактов в системе твердое тело-жидкость содержит цилиндрический корпус, патрубки для подачи экстрагента, твердого вещества и отвода готового продукта, цилиндрический корпус оснащен перфорированной плоской крышкой с возможностью перекрытия в ней отверстий, а в его нижней части установлено газораспределительное устройство, способствующее равномерному вводу кислорода, приводящему к созданию барботажного слоя и многократному перемешиванию твердых частиц во всем объеме спирта, а также к окислительным преобразованиям в системе. Интенсификация процесса экстрагирования целевых компонентов из дубовой щепы достигается за счет равномерного ввода кислорода в экстрактор, приводящего к созданию барботажного слоя и многократному перемешиванию твердых частиц во всем объеме спирта (патент РФ № 2 644 914, 2016).
Недостатком конструкции является недостаточная степень интенсификации процесса экстракции за счет увеличения межфазной поверхности контакта при образовании пузырьков, которые поднимаясь снизу вверх приводят измельченное сырье в псевдоожиженное состояние, хаотично перемешивая его во всем объеме экстрагента. В конструкции не решен вопрос автоматической разгрузки аппарата после проведения процесса экстракции.
Самым близким по технической сути является экстрактор, включающий корпус с крышкой, приводной вал, на котором установлено перемешивающее устройство, выполненное в виде диска, в диске выполнены глухие отверстия с внутренней резьбой и геометрической осью, ориентированной параллельно геометрической оси вращения приводного вала, в глухих отверстиях установлены полые капсулы с перфорированными отверстиями боковой стенкой, днищем и горлышком с внешней резьбой, соответствующей внутренней резьбе глухих отверстий диска перемешивающего устройства, размер отверстий перфорации боковой стенки полых капсул выполнен меньшим, чем размер фракции экстрагируемого исходного сырья, причем между диском и крышкой установлена мембрана, пространство между мембраной и крышкой связано с устройством нагнетания сжатого воздуха.(патент РФ № 193819, 2019).
Недостатками конструкции являются сложности выполнения и сохранения герметичности в узле соединения корпуса с ротором при использовании высоких скоростей центрифугирования и избыточного давления, загрузка капсул сырьем вне устройства и установка капсул посредством резьбового соединения с глухими отверстиями ротора, неполное использование объема аппарата для контакта жидкой и твердой фаз, т.к. процесс протекает только внутри капсул, сложность удаления отработанного измельченного растительного сырья, набухшего в процессе экстракции, из объема перфорированных капсул после его отжима в процессе центрифугирования.
Техническая задача – создание конструкции экстрактора, позволяющей легко удалять отработанное сырье после экстрагирования и интенсифицировать процесс экстрагирования в поле центробежных сил без использования привода и движущихся частей в аппарате.
Технический результат – повышение эффективности работы устройства при его использовании за счет усовершенствования конструкции.
Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус с крышкой, приводной вал, на котором установлено перемешивающее устройство, выполненное в виде диска, между диском и крышкой установлена жесткая мембрана, пространство между мембраной и диском связано с устройством нагнетания сжатого воздуха для его периодической подачи посредством патрубка с регулирующим вентилем, в диске выполнены отверстия размером меньшим, чем размер фракции экстрагируемого исходного сырья, на боковой стенке корпуса тангенциально выполнен патрубок для подачи сжатого воздуха в пространство между мембраной и диском, на боковой стенке корпуса установлен патрубок для подачи сырья и экстрагента, а приводной вал установлен с возможностью вертикального перемещения внутри корпуса, которое ограничено при контакте фиксаторов, установленных на крышке корпуса на стойках и состоящих из корпуса, язычка, ручки и пружины, а на валу жестко установлено стопорное кольцо.
Увеличение скорости процесса извлечения экстрагента с образованием межфазной поверхности происходит за счет энергии компримированного воздуха. Для создания центробежного поля внутри аппарата на боковой стенке корпуса тангенциально выполнен патрубок, подача через него сжатого воздуха создает перемешивающие экстрагент и сырье потоки, движущиеся по окружности вдоль стенки аппарата, что интенсифицирует процесс экстрагирования.
Загрузка сырья и экстрагента производится через патрубок, установленный в боковой стенке корпуса, что значительно упрощает конструкцию за счет исключения стадии установки капсул в отверстия ротора их крепления там посредством резьбового соединения.
Контакт экстрагента и измельченного сырья происходит в объеме аппарата, ограниченном нижним перфорированным диском и расположенной жесткой мембраной, что позволяет эффективно использовать объем аппарата для проведения экстракции.
Сырье из объема экстракта удаляется за счет подъема перфорированного диска, экстрагент под действием силы тяжести фильтруется через отверстия в диске. Такая организация процесса удаления экстрагента из объема аппарата позволяет получить обезвоженное отработанное сырье без использования механически вращающихся частей (ротора), тем самым упрощает изготовление и эксплуатацию.
Удаление отработанного сырья происходит за счет подачи в пространство между мембраной и диском, зафиксированным на определенной высоте посредством контакта язычка фиксатора и кольца, находящегося на валу, потока сжатого воздуха через патрубок в направлении, перпендикулярном направлению осей отверстий диска. Организованная таким образом выгрузка продукта позволяет эффективно и быстро удалять из объема аппарата отработанное сырье без разъединения корпуса и крышки.
Предлагаемое устройство изображено на чертеже (фиг. 1 – общий вид, фиг. 2 – сечение А-А).
Устройство содержит корпус 1 с крышкой 2, вал 3, на котором жестко установлен перфорированный диск 4, отверстия перфорации выполнены размером меньшим, чем размер фракции экстрагируемого исходного сырья. Между диском 4 и крышкой 2 установлена жесткая мембрана 5. На боковой стенке корпуса 1 установлен патрубок 6 для подачи сжатого воздуха в пространство между мембраной 5 и диском 4, патрубок оснащен регулирующим вентилем 7. Подача сырья и экстрагента осуществляется через патрубок 8, установленный на боковой стенке корпуса 1. На боковой стенке корпуса 1 расположен тангенциально патрубок 9 для подачи сжатого воздуха в пространство между мембраной 5 и диском 4, от расположенного вне, устройства нагнетания сжатого воздуха (например, компрессора). Сжатый воздух подается в патрубки 6 и 9 попеременно. В нижней части корпуса установлен патрубок 10 для слива экстракта. Вал 3 имеет возможность вертикального перемещения внутри корпуса 1, которое ограничено посредством фиксаторов 11, установленных на крышке 2 корпуса на стойках 12 и состоящих из корпуса фиксатора 13, язычка 14, ручки 15 и пружины 16, с кольцом 17, жестко соединенным с валом 3. Выгрузка отработанного измельченного сырья осуществляется через патрубок 18.
Устройство работает следующим образом.
В корпус 1, закрытый крышкой 2, подают через патрубок 8 измельченное растительное сырье и экстрагент. При этом перфорированный диск 4 занимает крайнее нижнее положение, таким образом, сырье и экстрагент загружаются в пространство между мембраной 5 и диском 4. Посредством устройства нагнетания сжатого воздуха, например, компрессора, через расположенный тангенциально по отношению к корпусу патрубок 9 для подачи сжатого воздуха в пространство между мембраной 5 и диском 4 подается поток воздуха, который движется по окружности внутри корпуса 1 и создает центробежное поле. В поле центробежных сил активно идут процессы перемешивания сырья и экстрагента и экстракции целевых компонентов. После окончания цикла экстрагирования через патрубок 10 сливают экстракт из корпуса 1, который постепенно фильтруется через слой отработанного сырья и отверстия в перфорированном диске 4. Для интенсификации процесса удаления из устройства готового экстракта, а также снижения влажности отработанного сырья приводной вал 3 перемещают вертикально в крайнее верхнее положение и отработанное сырье зажимается между жесткой мембраной 5 и перфорированным диском 4, за счет приложенного усилия и силы тяжести экстрагент стекает на дно корпуса 1 и удаляется из устройства через патрубок 10. Затем положение перфорированного диска 4 фиксируется в среднем положении посредством фиксаторов 11, установленных на крышке 2 корпуса на стойках 12 и состоящих из корпуса фиксатора 13, язычка 14, ручки 15 и пружины 16, с кольцом 17, жестко соединенным с валом 3. Кольцо 17, упираясь в выступающий из корпуса фиксатора 13 язычок 14, ограничивает вертикальное перемещение вала 3 с перфорированным диском 4 вниз под действием силы тяжести. Выгрузка отработанного измельченного сырья осуществляется через патрубок 18. В пространство между мембраной 5 и диском 4 через патрубок 6 для подачи сжатого воздуха, расположенный на боковой стенке корпуса 1, при открывании регулирующего вентиля 7 подается поток сжатого воздуха. Этот поток удаляет с поверхности перфорированного диска 4 отработанное измельченное сырье и выносит его из устройства через патрубок 18. Затем язычки 14 втягиваются внутрь корпуса фиксатора 13 при передаче усилия пружинам 16 от ручек 15, тем самым лишая кольца 17 опоры. Приводной вал 3 с перфорированным диском 4 опускается внутри корпуса 1 устройства в крайнее нижнее положение и цикл работы экстрактора повторяется.
Положительный эффект – предлагаемое устройство позволяет эффективно проводить процесс экстрагирования при развитии межфазной поверхности за счет энергии сжатого воздуха, потоки которого организованы таким образом, что внутри аппарата создается поле центробежных сил. Конструкция аппарата обеспечивает также простую выгрузку отработанного измельченного сырья и позволяет получить обезвоженное отработанное сырье без использования механически вращающихся частей (ротора), тем самым упрощает изготовление и эксплуатацию устройства.