RU209804U1

RU209804U1 - Устройство для гидролиза кератинсодержащего сырья

Info

Publication number: RU209804U1
Application number: RU2021136928U
Authority: RU
Inventors: Геннадий Валентинович Алексеев; Вячеслав Алексеевич Шанин; Артем Андреевич Бирченко; Евгения Владимировна Кравцова; Ксения Каршева; Роман Резниченко
Priority date: 2021-12-14
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2022-03-23

Abstract

Полезная модель относится к химической и биотехнологической отраслям промышленности. Устройство для гидролиза кератинсодержащего сырья, содержащее корпус с патрубком подачи сырья и экстрагента, сливной патрубок, размещенную в корпусе на приводном валу лопастную мешалку, источник ультразвука и сборник экстракта, отличающееся тем, что патрубок подачи сырья и экстрагента снабжен цилиндром, коаксиальным валу лопастной мешалки, связанному с приводом, закрепленным на днище корпуса, источник ультразвука установлен на валу выше лопастей мешалки и выполнен в виде магнитострикционного преобразователя, а на одном уровне с ним размещена загрузочная рециркуляционная воронка, соединенная при помощи насоса и трубопровода с оснащенной отборником проб и сливным патрубком с краном накопительной емкостью, связанной с патрубком загрузки сырья и экстрагента трубопроводом, снабженным задвижкой, управляемой поплавковым регулятором. Благодаря обеспечению циркуляции и повторной обработки кератинсодержащего сырья достигается увеличение массового выхода продукта.

Description

Полезная модель относится к химической и биотехнологической отраслям промышленности и может быть использована при переработке вторичного пищевого сырья с применением кавитационных эффектов, в частности для извлечения из него таких полезных ингредиентов как фибриллярные белки.

Известно устройство для гидролиза кератинсодержащего сырья, включающее цилиндрическую емкость, нагреватель, гомогенизатор, загрузочный и разгрузочный патрубки, где емкость установлена вертикально и по высоте разделена на секции многоярусно установленными сетками, каждая из которых снабжена системой наклонных решетчатых щитков [1].

Сырье, например пух и перья птицы, через загрузочный патрубок поступает в емкость. Одновременно в емкость заливают 4%-ный раствор натриевой щелочи в количестве, необходимом для полного гидролиза загруженного сырья. Сырье частично размещается на верхней сетке, а частично на ее щитках. По мере растворения сырья размеры его частиц уменьшаются, и часть сырья проходит через отверстия щитков и сетки и опускаются на нижележащую сетку.

Таким образом, создаются условия как вертикального, так и горизонтального перемешивания частиц сырья, что позволяет смеси свободно циркулировать, не вызывая на сетке образования монолитной массы разбухшего, не полностью растворившегося сырья. На каждой последующей сетке и ее щитках процесс повторяется до тех пор, пока твердая часть сырья не растворится.

Нерастворимые минеральные загрязнения (песок и т. п.) скапливаются в грязесборнике, откуда периодически удаляются, а насыщаемый гидролизат и набухшие мелкие частицы сырья за счет большей плотности опускаются в нижнюю часть емкости, после чего попадают в гомогенизатор. В гомогенизаторе эти частицы полностью разрушаются и переходят в коллоидный раствор.

Жидкая фракция свободно циркулирует в нагревателе и емкости, тем самым поддерживается необходимый тепловой режим гидролиза.

Недостаток устройства заключается в низкой скорости протекания процесса гидролиза из-за отсутствия механического перемешивания и дополнительной физической обработки сырья.

Наиболее близким к заявляемому устройству является экстрактор для растительного сырья, содержащий корпус с патрубком подачи сырья и экстрагента, размещенную в корпусе на приводном валу лопастную мешалку и источник ультразвука, при этом патрубок рециркуляции экстрагента через трубопровод сообщен с корпусом [2].

Такая конструкция устройства позволяет интенсифицировать экстрагирование за счет создания в экстракционной смеси ультразвуковых колебаний.

Недостаток прототипа заключается в малом времени воздействия ультразвука на смесь, что затрудняет обеспечение доступа экстрагента к мельчайшим частицам сырья.

Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в увеличении продолжительности и площади контакта экстрагента с сырьем.

Поставленная задача решается за счет достижения технического результата, заключающегося в повышении массового выхода продукта.

Данный технический результат достигается за счет того, что устройство для гидролиза кератинсодержащего сырья, содержащее корпус с патрубком подачи сырья и экстрагента, сливной патрубок, размещенную в корпусе на приводном валу лопастную мешалку, источник ультразвука и сборник экстракта, отличающееся тем, что патрубок подачи сырья и экстрагента снабжен цилиндром, коаксиальным валу лопастной мешалки, связанному с приводом, закрепленным на днище корпуса, источник ультразвука установлен на валу выше лопастей мешалки и выполнен в виде магнитострикционного преобразователя, а на одном уровне с ним размещена загрузочная рециркуляционная воронка, соединенная трубопроводом с насосом с оснащенной отборником проб и сливным патрубком с краном накопительной емкостью, которая связана с патрубком загрузки сырья и экстрагента трубопроводом, снабженным задвижкой, управляемой поплавковым регулятором.

Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой изображена общая схема устройства.

Устройство для гидролиза кератинсодержащего сырья содержит корпус 1 с патрубком подачи сырья и экстрагента 2, оснащенным воронкой, патрубок для слива твердых примесей 3, лопастную мешалку 4, размещенную внутри корпуса 1 на приводном валу 5, источник ультразвука 6 и трубопровод рециркуляции экстрагента 7, снабженный насосом 8 и связанный с накопительной емкостью 9. Патрубок подачи сырья и экстрагента 2 снабжен цилиндром 10, коаксиальным валу 5 лопастной мешалки 4, связанному с приводом 11. Размещенный выше лопастной мешалки 4 источник ультразвука 6 выполнен в виде магнитострикционного преобразователя, конструкция которого представляет собой кольцевой слоистый витой сердечник с чередующимися слоями магнитострикционного активного материала, покрывающего внутреннюю и внешнюю поверхности преобразователя, и обмотку возбуждения, тороидально охватывающую сердечник [3]. Принцип работы преобразователя такого типа основан на эффекте магнитострикции, заключающимся в изменении размеров ферромагнитных тел под действием переменного магнитного поля, причем степень деформации различных ферромагнитных материалов зависит от величины его напряженности [4]. На одном уровне с источником ультразвука 6 установлена загрузочная рециркуляционная воронка 12, соединенная трубопроводом 7 с накопительной емкостью 9. Накопительная емкость 9 имеет отборник проб 13, сливной патрубок 14 с краном 15 и сообщается с воронкой патрубка подачи сырья и экстрагента 2 посредством трубопровода 16, оснащенного задвижкой 17, управляемой поплавковым регулятором 18.

Работает устройство следующим образом. Сырье и экстрагент через загрузочный патрубок 2 поступают в корпус 1, и, проходя через цилиндр 10, подвергаются воздействию со стороны источника ультразвука 6. Сырье, предварительно разрушенное кавитацией от ультразвука, дополнительно измельчается и перемешивается под действием лопастной мешалки 4. Мисцеллы белка, образующиеся в результате гидролиза кератинсодержащего сырья, за счет меньшей плотности поднимаются к верхним слоям смеси, где попадают в рециркуляционную воронку 12, откуда по трубопроводу 7 перекачиваются насосом 8 в накопительную емкость 9. Из накопительной емкости 9 через отборник проб 13 периодически производится отбор продукта и определяется концентрация мисцелл белка в растворе. На начальных стадиях процесса рециркуляции смесь из накопительной емкости 9 по трубопроводу 16 поступает в патрубок для загрузки сырья и экстрагента 2 и проходит повторную обработку ультразвуком. Поток смеси, поступающий на повторную обработку через трубопровод 16, регулируется заслонкой 17, управляемой поплавковым регулятором 18. Когда концентрация белка в растворе достигает требуемых значений, оператор открывает кран 15, и обогащенная смесь выгружается через патрубок 14. Твердые остатки кератинсодержащего сырья удаляются из корпуса 1 через сливной патрубок 3.

Процесс рециркуляции смеси кератинсодержащего сырья и экстрагента через воронку 12, трубопроводы 7 и 16 с повторной обработкой ультразвуком от магнитострикционного преобразователя увеличивает продолжительность и площадь контакта экстрагента с сырьем и обеспечивает повышение массового выхода продукта.

При помощи устройства для гидролиза кератинсодержащего сырья, описанного в полезной модели были проведены экспериментальные исследования по получению β-кератина из перо-пуховых отходов птицеперерабатывающего предприятия. Исследовалось влияние использования циркуляции смеси на массовый выход получаемого в процессе гидролиза продукта. Результаты исследования приведены в таблице.

Таблица - Результаты гидролиза при получении β-кератина

Вид обработки перо-пуховых отходов	Массовая доля водопрочных агрегатов (%)
	5% раствор KOH		3% раствор KOH		1% раствор KOH
	60^oC	80^oC	60^oC	80^oC	60^oC	80^oC
Ультразвуковая обработка (22кГц;1 Вт/см²) с циркуляцией смеси (1 ч)	41,8	51,2	61,3	65,4	7,9	9,9
Ультразвуковая обработка (22кГц;1 Вт/см²) с циркуляцией смеси (2 ч)	48,6	60,5	74,6	80,3	10,1	14,5
Ультразвуковая обработка (22кГц;1 Вт/см²) без циркуляции (2 ч)	42,3	52,1	62,8	66,1	8,2	10,4

Полученные результаты позволяют судить о том, что процесс рециркуляции смеси позволяет быстрее достигнуть большего массового выхода продукта по сравнению с гидролизом без циркуляции смеси сырья и экстрагента.

[1] Авторское свидетельство СССР №455 733, МПК C11B 1/10, Заявка: 1921938/13, от 17.05.1973. Опубликовано: 05.01.1975

[2] Патент РФ №2 127 752, МПК C11B 1/10, Заявка 97116963/13, от 13.10.1997. Опубликовано: 20.03.1999

[3] Авторское свидетельство СССР №539 384 МПК H04R 15/00, Заявка: 2196017/10 от 08.12.1975. Опубликовано: 15.12.1976

[4] Оськин С. В. О-79 Электротехнологии в сельском хозяйстве: учебник для студентов вузов / С. В. Оськин – Краснодар: КубГАУ, 2016. – 501 с.

Claims

Устройство для гидролиза кератинсодержащего сырья, содержащее корпус с патрубком подачи сырья и экстрагента, сливной патрубок, размещенную в корпусе на приводном валу лопастную мешалку, источник ультразвука и сборник экстракта, отличающееся тем, что патрубок подачи сырья и экстрагента снабжен цилиндром, коаксиальным валу лопастной мешалки, связанному с приводом, закрепленным на днище корпуса, источник ультразвука установлен на валу выше лопастей мешалки и выполнен в виде магнитострикционного преобразователя, а на одном уровне с ним размещена загрузочная рециркуляционная воронка, соединенная трубопроводом с насосом с оснащенной отборником проб и сливным патрубком с краном накопительной емкостью, которая связана с патрубком загрузки сырья и экстрагента трубопроводом, снабженным задвижкой, управляемой поплавковым регулятором.