RU225428U1 - Ультразвуковой экстрактор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к пищевой промышленности, в частности к технике ультразвуковой обработки, а именно к экстракторам для системы твердое тело-жидкость, и может быть использована в пищевой промышленности для экстрагирования растительного сырья, например, корня солодки, имбиря. Технический результат - повышение эффективности устройства при его использовании. Он достигается тем, что устройство содержит вертикально расположенный цилиндрический корпус с технологическими патрубками и рубашкой термостатирования, соосно установленную в корпусе приводную мешалку, размещенные по периферии корпуса отбойники, жестко закрепленные на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, при этом приводная мешалка имеет рамную конструкцию, состоящую из вала, закрепленных на валу горизонтальных и вертикальных лопастей и якорной части, жестко соединенной с вертикальными лопастями и валом, экстрактор имеет крышку, жестко фиксированную на цилиндрическом корпусе, на крышке экстрактора установлены и жестко фиксированы ультразвуковые генераторы, снабженные стержневыми рабочими элементами, расположенными между вертикальными лопастями и валом мешалки, передающими ультразвуковые колебания экстрагированной смеси, а в крышке экстрактора выполнены отверстия для стержневых рабочих элементов, жестко скрепленных с ультразвуковыми генераторами.

Description

Полезная модель относится к пищевой промышленности, в частности к технике ультразвуковой обработки, а именно к экстракторам для системы твердое тело-жидкость, и может быть использована в пищевой промышленности для экстрагирования растительного сырья, например, корня солодки, имбиря, клубня топинамбура.

Известен ультразвуковой экстрактор (см. патент РФ №63240, 2006), содержащий корпус, устройства для загрузки исходного сырья и экстрагента, выгрузки проэкстрагированного сырья и полуфабрикатов экстракта, перемешивающего элемента, устройства возбуждения ультразвуковых колебаний с преобразователями. Корпус устройства 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 4-х 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, симметрично друг другу под углом 90°. Однако эта конструкция отличается сложностью изготовления и не обеспечивает механического и циркуляционного перемешивания системы твердое тело-жидкость для интенсификации процесса экстракции.

Самым близким по технической сути решением, выбранным в качестве прототипа, является экстрактор для системы твердое тело-жидкость (см. патент РФ №2091120, 1997), содержащий вертикально расположенный цилиндрический корпус с технологическими патрубками и рубашкой термостатирования, соосно установленную в корпусе приводную мешалку, размещенные по периферии корпуса отбойники и размещенный в нижней части корпуса соосный с ним эллиптический фильтрующий элемент, отделяющий камеру для сбора экстракта. К недостаткам конструкции следует отнести отсутствие возможности интенсификации процесса экстракции за счет ультразвукового воздействия на систему твердое тело-жидкость и ее циркуляционного перемешивания при продолжительном процессе экстрагирования, в результате чего часть сырья может быть недоэкстрагирована.

Техническая задача - создание устройства, позволяющего осуществлять ультразвуковое воздействие на систему сырье-экстрагент при ее механическом и циркуляционном перемешивании в процессе экстракции.

Технический результат - повышение эффективности устройства при его использовании.

Он достигается тем, что в известном устройстве, содержащем вертикально расположенный цилиндрический корпус с технологическими патрубками и рубашкой термостатирования, соосно установленную в корпусе приводную мешалку, размещенные по периферии корпуса отбойники, жестко закрепленные на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, при этом приводная мешалка имеет рамную конструкцию, состоящую из вала, закрепленных на валу горизонтальных и вертикальных лопастей и якорной части, жестко соединенной с вертикальными лопастями и валом, экстрактор имеет крышку, жестко фиксированную на цилиндрическом корпусе, на крышке экстрактора установлены и жестко фиксированы ультразвуковые генераторы, снабженные стержневыми рабочими элементами, расположенными между вертикальными лопастями и валом мешалки, передающими ультразвуковые колебания экстрагированной смеси, а в крышке экстрактора выполнены отверстия для стержневых рабочих элементов, жестко скрепленных с ультразвуковыми генераторами.

На чертеже изображено предлагаемое устройство (фиг. 1 - общий вид, фиг. 2 - вид сверху, фиг. 3 - ультразвуковой экстрактор в поперечном разрезе).

Устройство имеет вертикально расположенный цилиндрический корпус 1 с технологическими патрубками 2, 3 и 4, рубашку термостатирования 5 с патрубками 6 и 7, отбойники 8, жестко закрепленные на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1, приводную рамную мешалку 9, состоящую из вала 10, горизонтальных лопастей 11, вертикальных лопастей 12 и якорной части 13, жестко соединенной с вертикальными лопастями и валом, крышку 14, жестко фиксированную на цилиндрическом корпусе 1, на которой жестко закреплены ультразвуковые генераторы 15, снабженные стержневыми рабочими элементами 16, расположенными между вертикальными лопастями 12 и валом 10 мешалки 9, передающими ультразвуковые колебания экстрагированной смеси, а в крышке экстрактора 14 выполнены отверстия 17 для стержневых рабочих элементов 16, жестко скрепленных с ультразвуковыми генераторами 15.

Устройство работает следующим образом. Твердую фазу сырья и жидкую фазу экстрагента подают в объем цилиндрического корпуса 1 по технологическому патрубку 2. Механическое перемешивание осуществляется приводной рамной мешалкой 9, состоящей из вала 10, горизонтальных лопастей 11, вертикальных лопастей 12 и якорной части 13. Конструкция рамной мешалки 9 позволяет эффективно перемешивать смесь в рабочем объеме корпуса 1 и интенсифицирует теплообменные процессы при термостатировании. Наличие отбойников 8, жестко закрепленных на внутренней поверхности цилиндрического корпуса 1 позволяет исключить негативный эффект воронкообразования при механическом перемешивании смеси. Циркуляционное перемешивание смеси производится в результате отбора части смеси через патрубок 4 и направлении этой смеси в верхнюю часть аппарата через патрубок 3. Циркуляционное перемешивание позволяет равномерно распределять экстракционную смесь в объеме аппарата. Для создания и поддержания требуемой температуры взаимодействия смеси при экстрагировании в аппарате используется рубашка термостатирования 5 с патрубками 6 и 7 для ввода и вывода теплоносителя. Ультразвуковые колебания передаются смеси от ультразвуковых генераторов 15 через стержневые рабочие элементы 16, которые погружены в смесь в пространстве между вертикальными лопастями 11 и валом 10 мешалки 9. После завершения процесса экстракции вывод смеси из аппарата для дальнейшего разделения на экстракт и отработанное сырье осуществляется через патрубок 4.

По сравнению с прототипом предлагаемый ультразвуковой экстрактор имеет ряд преимуществ. Конструкция аппарата позволяет реализовать процесс экстракции в непрерывном режиме, путем непрерывной подачи экстракционной смеси в верхнюю часть аппарата через патрубок и отвод отработанной смеси через патрубок в нижней части аппарата.

В зависимости от вида экстрагента, режимов экстракции, механическое и циркуляционное перемешивание смеси и воздействие на нее ультразвуковых колебаний могут осуществляться как непрерывно в течение процесса экстракции, так и периодически в различных сочетаниях, реализуя осциллирующие режимы процессов воздействия на смесь при экстракции.

Механическое и циркуляционное перемешивание интенсифицирует тепломассообменные процессы при экстракции, содействуя созданию и обновлению развитой поверхности контакта фаз, реализуя перенос экстрагируемых веществ от поверхности контакта фаз вглубь экстрагента за счет конвективной диффузии.

Воздействие ультразвуковых колебаний на экстракционную смесь интенсифицирует процессы проникновения экстрагента в пористую структуру сырья, экстрагирования - растворения экстрагируемых веществ в экстрагенте и последующий перенос экстрагируемых веществ за счет молекулярной диффузии в объеме частиц сырья к поверхности контакта фаз.

Пример конкретного выполнения.

Конструкция рамной мешалки 9 позволяет эффективно перемешивать смесь в рабочем объеме корпуса 1 и интенсифицирует теплообменные процессы при термостатировании (Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической технологии [Текст]: [Учебник для техникумов] / А.Н. Плановский, В.М. Рамм, С.З. Каган. - 5-е изд., стер. - Москва: Химия, 1968. - 847 с.)

Ультразвуковые генераторы 15, снабженные стержневыми рабочими элементами 16 позволяют интенсифицировать процессы проникновения экстрагента в пористую структуру сырья (Потороко, И.Ю. Перспективы использования ультразвукового воздействия в технологии экстракционных процессов / И.Ю. Потороко, И.В. Калинина // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии. - 2014. - Т. 2, №1. - С. 42-47.).

Положительный эффект - предлагаемый ультразвуковой экстрактор позволяет экстрагировать различные виды растительного сырья, используя ультразвуковое воздействие при непрерывном перемешивании экстрагируемой смеси.

Claims (1)

1. Ультразвуковой экстрактор, содержащий вертикально расположенный цилиндрический корпус с технологическими патрубками и рубашкой термостатирования, соосно установленную в корпусе приводную мешалку, размещенные по периферии корпуса отбойники, отличающийся тем, что приводная мешалка имеет рамную конструкцию, состоящую из вала, закрепленных на валу горизонтальных и вертикальных лопастей и якорной части, жестко соединенной с вертикальными лопастями и валом, отбойники жестко закреплены на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, экстрактор имеет крышку, жестко фиксированную на цилиндрическом корпусе, на крышке экстрактора установлены и жестко фиксированы ультразвуковые генераторы, снабженные стержневыми рабочими элементами, расположенными между вертикальными лопастями и валом мешалки, передающими ультразвуковые колебания экстрагированной смеси, а в крышке экстрактора выполнены отверстия для стержневых рабочих элементов, жестко скрепленных с ультразвуковыми генераторами.