ПРОМЫШЛЕННЫЙ СВЧ-ЭКСТРАКТОР

Изобретение относится к области промышленных СВЧ-установок, обеспечивающих получение чистых экстрактов из свежесобранного растительного сырья в едином процессе с помощью только СВЧ-энергии.
В качестве прототипа выбран СВЧ-экстрактор, защищенный патентом Российской Федерации №2216575. Данное изобретение является полезной моделью в развитие указанного патента, в тексте которого рассматриваются физические процессы при проведении экстракции и указаны данные о преимуществах СВЧ-экстракции по сравнению с используемыми до настоящего времени другими промышленными методами выделения ценных веществ из растительного сырья.
Целью данного изобретения является существенное улучшение устройства прототипа, обеспечивающее значительное увеличение производительности процесса СВЧ-экстракции.
Содержание предлагаемого изобретения «ПРОМЫШЛЕННЫЙ СВЧ-ЭКСТРАКТОР» поясняется описанием со ссылками на прилагаемые фигуры.
На фиг.1 и 2 приведены чертежи экстрактора в соответствии с изобретением.
На фиг.3 показано расположение магнетронов на металлической камере.
На фиг.4 изображены экспериментальные графики, иллюстрирующие процесс выхода экстракта во времени.
Металлическая цилиндрическая камера 1, указанная на чертежах экстрактора на фиг.1 и 2, изготовлена из нержавеющей стали. К цилиндру приварено дно 11 из того же материала. Камера имеет в верхней части фланец, на который накладывается крышка 4. Приняты специальные меры уплотнения зазора между фланцем металлической камеры и крышкой 4 для предотвращения микроволнового излучения из камеры наружу при работе экстрактора. На крышке камеры закреплен привод 6, ось которого проходит в камеру и своим вилкообразным устройством 7 входит в зацепление с крестовиной 5 (фиг.1, 2). Контейнер 2 изготовлен из диэлектрических нитей и имеет вид мешка, в который загружается свежее сырье 18 (фиг.2). Свойство диэлектрического мешка таково, что при работе экстрактора СВЧ-энергия свободно проникает через его стенки в сырье, нагревает его, а образовавшийся пар свободно
проходит через стенки мешка сквозь зазоры между нитями, попадает на стенки металлической камеры, конденсируется и жидкость - экстракт стекает на дно камеры 11. После окончания процесса экстракции и открытия крана 12 через отверстие 13 экстракт сливается в сборный сосуд 14.
В верхней части металлической камеры имеются два фланца 3. В одном из них расположена термопара 9, другой фланец может быть использован для откачки камеры, если процесс экстракции необходимо проводить при более низкой температуре. Все устройство экстрактора крепится вертикально на полу с помощью опор 15.
На фиг.3а, б приведен чертеж схемы размещения двенадцати магнетронов по образующей цилиндрической рабочей камеры. В СВЧ-экстракторе применены стандартные магнетроны, используемые в бытовых микроволновых печах, генерирующие на частоте 2450 МГц при мощности 1 кВт.
Магнетроны разбиты на четыре равные группы в четырех сечениях камеры. На фиг.3а приведено размещение магнетронов M1, М2 и М3 в сечении металлической камеры 1 (фиг.1). Магнетроны установлены на отрезках волноводов, с которых СВЧ-энергия через тефлоновые окна поступает в металлическую камеру. Как видно на фиг.3а в плоскости сечения 1 магнетроны расположены так, что угол между ними составляет 120°. В следующем сечении 2 плоскость размещения магнетронов повернута на 90°. Такой же поворот на 90° производится для сечения 3 по отношению к сечению 2 и, соответственно, сечения 4 относительно сечения 3. Такое расположение двенадцати магнетронов обеспечивает достаточно равномерное распределение СВЧ-энергии в сырье находящемся в контейнере 2. Полную равномерность поглощения СВЧ-энергии в сырье обеспечивает медленное вращение контейнера с сырьем. Контейнер с сырьем 18 (фиг.2) подвешивается на четырех крючках 10 (фиг.1, 2) на крестовину 5, которая вращается от привода на четырех колесиках 17 по ободу 8.
Испытание описываемого промышленного СВЧ-экстрактора проводилось с сырьем, в качестве которого использовался свежесобранный лавровый лист. После заполнения мешка сырьем и закрепления его согласно описанной выше процедуре можно приступать к процессу экстракции. В опытах влажность сырья составляла 50%, содержание эфирного масла 2%. На фиг.4 приведены графики, иллюстрирующие ход экстракции во времени. Для удобства оценки характеристик экстрактора графики пересчитаны на 1 кг сырья. Кривая 1 показывает характер изменения температуры пара в рабочей камере в зависимости от времени.
Положение термопары 9 указано на фиг.1. Начальная температура сырья равнялась 20°С. На 10 минуте, при достижении температуры 100°С, начинается интенсивное выделение экстракта (кривая 2). Эта кривая характеризует суммарный выход экстракта, состоящего из эфирного масла и воды с растворенными в ней солями. Кривая 3 показывает характер выхода эфирного масла во времени, который на 32-й минуте процесса практически прекращается. Эта кривая представлена в относительных единицах, причем единица означает величину практического окончания выхода эфирного масла. В данном случае для одного кг лаврового листа это 20 мл. Что касается водной части экстракта, то она практически продолжает нарастать линейно. Если целью экстракции является получение такой воды с растворенными солями растения, то процесс экстракции можно продолжить. При этом мощность СВЧ-излучения следует уменьшить и выключить нагрев после прекращения выделения раствора.
Приведем количественную оценку выхода экстракта в описываемом промышленном СВЧ экстракторе. Объем диэлектрической камеры при плотности сырья около 0,4 кг/литр позволяет загрузить в него 70 кг сырья. В соответствии с фиг.4 примерно на 35 минуте работы экстрактора получаем 9,1 литра воды с растворенными в ней солями и 1,4 л экстракта эфирного масла, что - составляет примерно 2% от всего загруженного сырья лавра.
В заключение отметим, что в описываемом «Промышленном СВЧ экстракторе» сохранены все положительные параметры прототипа, но при этом:
- улучшена и значительно упрощена конструкция промышленного экстрактора. Так, например, контейнер (мешок) из диэлектрических нитей с сырьем самоцентрируется и не требует дополнительных специальных устройств для его крепления;
- в результате более рационального размещения магнетронов нагрев сырья оказывается более равномерным по объему, что позволяет сократить время проведения процесса экстракции. При этом скорость вращения контейнера с сырьем может быть уменьшена до величины менее одного оборота в минуту;
- более эффективно (по сравнению с горизонтальным вариантом прототипа) экстракт стекает с вертикальных стенок металлической магнетронной камеры на ее дно;
- за счет увеличения количества магнетронов (12 шт.) и более рационального их размещения производительность экстрактора увеличивается в два раза.
Предлагаемый «Промышленный СВЧ-экстрактор» может быть использован в пищевой промышленности, в сельском хозяйстве, в производстве веществ для лекарств и парфюмерии, а также в других областях для получения экстрактов из сырья, содержащего воду.