УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЭКСТРАКТОР

Полезная модель относится к технике ультразвуковой обработки, а более конкретно к экстракторам для системы твердое тело - жидкость, и может быть использована в химической, фармацевтической и пищевой промышленности.
Известна установка для экстракции продуктов органического происхождения для системы твердое тело - жидкость, содержащей корпус, устройства для загрузки исходного сырья и эстрагента, выгрузки проэкстрагированного сырья и полуфабриката экстракта, перемешивающий элемент и устройство возбуждения ультразвуковых колебаний на боковой
поверхности корпуса, решетку в нижней части корпуса. Устройство возбуждения ультразвуковых колебаний выполнено в виде блоков с m преобразователями. Блоки с преобразователями установлены относительно друг друга со смещением по высоте корпуса, а в горизонтальной плоскости - по окружности. Перемешивающий элемент выполнен в виде вращающейся вертикальной рамки (см. патент RU №2218204, МКП В01D 11/02, опубликован 10.12.2003).
При использовании такого экстрактора не учитывается, что ультразвуковые колебания непосредственно у источника их образования распространяются направленно и лишь на расстоянии 25-50 см эти колебания переходят в концентрические волны, кроме того, перемешивание приводит к неравномерности воздействия ультразвука на твердые частицы. Часть сырья может быть недоэкстрагирована, индивидуальные же вещества, выделенные в экстрагент и неоднократно подвергшиеся воздействию ультразвуком, особенно в присутствии кислорода воздуха, могут подвергаться деструкции, что снижает качество получаемого экстракта. Кроме того, недостатком является длительность процесса ультразвуковой экстракции и соответственно, большое потребление электроэнергии. Использование для процесса ультразвуковой экстракции нагрева экстрагента незначительно, так как с увеличением температуры экстрагента интенсивность передачи ультразвуковой энергии уменьшается, а в области более высоких температур (70-90°С), резко падает (Молчанов Г.И. Ультразвук в фармации. M.; Медицина, 1980, с.55-56).
Наиболее близким по технической сущности и предлагаемому решению является ультразвуковой пьезокерамический преобразователь проходного типа для передачи акустической энергии в жидкие среды, представляющий собой металлический цилиндр, выполненный из акустически прозрачного материала, с расположенными на нем вибраторами. Цилиндр выполнен в виде толстостенной трубы, внутренняя поверхность которой цилиндрическая, а наружная поверхность имеет форму
многогранника, разделенного продольными пазами по граням и кольцевыми пазами на излучающие участки, которые образуют с закрепленными на них пьезоэлектрическими элементами и четвертьволновыми накладками составные полуволновые вибраторы. На внутренней поверхности толстостенной трубы установлена тонкостенная гильза, длина которой превышает длину толстостенной трубы (см. патент RU №2222387, МПК В06В 1/06, опубликован 27.01.2004).
Недостатком данного преобразователя является то, что суммарное фиксирующее излучение пьезоэлектрических элементов в середине цилиндра может значительно отличаться от интенсивности ультразвука в рабочем объеме цилиндра и достигать значительных величин, что неминуемо может привести к деструкции отдельных извлекаемых соединений и снижению качества получаемой продукции, в том числе и при работе в докавитационный период. Кроме того, зависимость скорости и интенсивности ультразвука сильно влияют на производительность данного преобразователя.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение производительности устройства, качества получаемого экстракта, снижение вредного ультразвукового воздействия на обслуживающий персонал, а также уменьшение энергопотребления преобразователей с излучателями.
Поставленная техническая задача достигается тем, что в ультразвуковом экстракторе, содержащем корпус, устройства для загрузки исходного сырья и экстрагента, выгрузки проэкстрагированного сырья и полуфабрикатов экстракта, перемешивающего элемента, устройства возбуждения ультразвуковых колебаний с преобразователями, корпус выполнен из внешнего и герметично вставленного в него внутреннего корпусов, пространство между которыми заполнено звукоизоляционным материалом, устойчивым к воздействию ультразвука, в качестве перемешивающего элемента предусмотрена установка барботирования
аргоном, устройство возбуждения ультразвуковых колебаний выполнено из четырех ультразвуковых генераторов с четырьмя магнитострикционными преобразователями, имеющими излучающие пластины, причем преобразователи установлены на боковых поверхностях с внешней стороны внутреннего корпуса экстрактора в защитных кожухах, а излучающие пластины установлены на боковых поверхностях с внутренней стороны внутреннего корпуса попарно-параллельно друг другу под углом 90°. В качестве звукоизоляционного материала, устойчивого к воздействию ультразвука, служит полиметилсилоксановая жидкость, а излучающие пластины выполнены из пищевой нержавеющей или титановой стали.
Благодаря тому, что корпус экстрактора выполнен из внешнего и герметично вставленного в него внутреннего корпусов, пространство между которыми заполнено звукоизоляционным материалом (например, полиметилсилоксановой жидкостью - маслом ПМС 50-1000), устойчивым к воздействию ультразвука, обеспечивается надежная защита обслуживающего персонала при проведении процесса экстракции.
Так как внутри экстрактора предусмотрена установка барботирования аргоном, проведение процесса экстракции сырья в режиме ультразвукового перемешивания позволяет значительно уменьшить окисление действующих веществ, извлекаемых из сырья, т.е. повышается качество получаемого экстракта.
Попарно-параллельное расположение преобразователей в защитных кожухах с излучателями под углом 90° позволяет в 4 раза уменьшить энергопотребление при проведении процесса экстракции, при неизменном эффекте действия ультразвука на сырье, что позволяет сохранить качественные характеристики биологически активных веществ исходного сырья.
Выполнение излучающих пластин из пищевой нержавеющей или титановой стали полностью исключает появление «мертвых зон» внутри ультразвукового экстрактора.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен общий вид ультразвукового экстрактора, на фиг.2 - разрез А-А.
Ультразвуковой экстрактор состоит из внешнего 1 и герметично вставляемого в него внутреннего корпуса 2, пространство 3 между которыми заполнено звукоизоляционным материалом, устойчивым к воздействию ультразвука, устройства загрузки 4 исходного сырья и экстракрагента, и выгрузки 5 полуфабрикатов экстракта, установки барботирования 6 и устройства возбуждения ультразвуковых колебаний. Устройство возбуждения ультразвуковых колебаний состоит из четырех ультразвуковых генераторов (на чертеже не показаны) с четырьмя магнитострикционными преобразователями 7, 8, 9, 10, имеющими излучающие пластины 11, 12, 13, 14. Преобразователи 7, 8, 9, 10 установлены на боковых поверхностях с внешней стороны внутреннего корпуса 2 в защитных кожухах 15, 16, 17, 18. Излучающие пластины 11, 12, 13, 14 выполнены из пищевой нержавеющей стали или титановой стали и устанавливаются на боковых поверхностях с внутренней стороны внутреннего корпуса 2 попарно-параллельно 11, 12 и 13, 14 друг другу под углом 90°.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Исходное сырье и экстрагент через загрузочное устройство 4 подается во внутренний корпус 2, включается установка барботирования 6 и устройство возбуждения ультразвуковых колебаний в режиме диспергирования, а затем экстракции. Происходит интенсивное экстрагирование в жидкость компонентов исходного сырья. Выгрузка проэкстрагированного сырья - полуфабрикатов экстракта осуществляется через устройство для выгрузки 5.
3
Предлагаемая конструкция ультразвукового экстрактора обеспечивает выполнение поставленной технической задачи, а также проста в изготовлении и монтаже, обладает высокой производительностью при экстракции, может работать в цикличном и непрерывном режимах (0,5 м/час
жидкого экстракта в цикличном проточном режиме), в 4 раза уменьшает энергопотребление, сокращает время нахождения сырья в зоне ультразвукового воздействия до 2-3 минут, что с одновременным проведением процесса барботирования аргоном позволяет избежать деструкции действующих веществ, извлекаемых из сырья.