RU50533U1

RU50533U1 - EXTRACTOR

Info

Publication number: RU50533U1
Application number: RU2005128759/22U
Authority: RU
Inventors: Николай Иосифович Малых; Игорь Антонович КОССЫЙ; Эдуард Михайлович Бархударов; Мераб Иванович Тактакишвили
Original assignee: Закрытое акционерное общество Научно-производственный центр "СОЛИТОН-НТТ"
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2006-01-20

Abstract

Полезная модель относится к области экстракции ценных веществ из растительного сырья. Экстрактор содержит корпус с размещенными в нем магнетроном, резонатором, камерой с крышкой, окруженной дополнительной изоляцией и конденсатором, при этом камера, заполняемая сырьем установлена в резонаторе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и сообщена с конденсатором неподвижной трубкой, размещенной в крышке камеры посредством втулки, а камера с крышкой выполнены из материала, частично поглощающего микроволновое излучение. Техническим результатом является создание малогабаритного простого устройства на базе стандартной бытовой микроволновой печи.The utility model relates to the field of extraction of valuable substances from plant materials. The extractor comprises a housing with a magnetron, a resonator, a chamber with a lid surrounded by additional insulation and a capacitor, the chamber filled with raw materials mounted in the resonator rotatably around a vertical axis and connected to the condenser by a fixed tube placed in the chamber lid by means of a sleeve, and the chamber with a lid is made of a material partially absorbing microwave radiation. The technical result is the creation of a small-sized simple device based on a standard household microwave oven.

Description

Полезная модель относится к области экстракции ценных веществ из растительного сырья с помощью воздействия на него СВЧ-энергии.The utility model relates to the field of extraction of valuable substances from plant materials by applying microwave energy to it.

Известны устройства, применяемые для экстракции веществ из растительного сырья, в основном, эти устройства применяются для получения эфирных масел.Known devices used for the extraction of substances from plant materials, mainly, these devices are used to produce essential oils.

В таких наиболее распространенных устройствах используются, в основном, следующие методики:The most common techniques used in these most common devices are:

- получение эфирного масла методом отгонки паром;- production of essential oil by steam distillation;

- получение эфирного масла с помощью различных растворителей;- obtaining essential oils using various solvents;

- применение методов прессования сырья.- application of raw materials pressing methods.

Для реализации перечисленных методов, как правило, требуется большие затраты энергии, т.е. методики обладают очень низким КПД, устройства сложны и громоздки, а для осуществления процесса экстракции требуется значительные затраты времени.To implement the above methods, as a rule, high energy costs are required, i.e. the methods have very low efficiency, the devices are complex and bulky, and the implementation of the extraction process requires a significant investment of time.

Известен экстрактор, содержащий СВЧ-генератор, камеру с размещенным в нем диэлектрическим сосудом с сырьем, и конденсатор (RU 2216574 С2, 20.11.2003).A known extractor containing a microwave generator, a chamber with a dielectric vessel with raw materials placed therein, and a capacitor (RU 2216574 C2, 11/20/2003).

В устройстве в качестве СВЧ-генератора используется магнетрон непрерывного действия мощностью 1 кВт, работающий на частоте 2450 МГц.The device uses a 1 kW continuous magnetron operating at a frequency of 2450 MHz as a microwave generator.

Устройство состоит из следующих частей:The device consists of the following parts:

- первый сосуд из тефлона с отверстиями по образующей, которые предназначены для выхода пара;- the first vessel of Teflon with holes along the generatrix, which are designed to exit the steam;

- тефлоновый сосуд закреплен во втором кварцевом сосуде, предназначенном для сбора пара. Из этого сосуда пар через оливку поступает на конденсатор;- a teflon vessel is secured in a second quartz vessel for collecting steam. From this vessel, steam flows through the olive to a condenser;

- оба сосуда помещены в металлическую камеру, в которую вводится СВЧ энергия с помощью рупорной антенны;- both vessels are placed in a metal chamber into which microwave energy is introduced using a horn antenna;

- первый тефлоновый сосуд вращается вокруг горизонтальной оси, что обеспечивает равномерный прогрев сырья.- the first Teflon vessel rotates around a horizontal axis, which ensures uniform heating of the raw material.

Как описано в прототипе, после закладки сырья в тефлоновый сосуд и установки его в кварцевый сосуд, производится включение магнетрона, что и приводит к нагреву воды в свеженабранном сырье, ее закипанию и обеспечению начало самого процесса экстракции.As described in the prototype, after laying the raw materials in a Teflon vessel and installing it in a quartz vessel, the magnetron is turned on, which leads to heating of the water in the freshly collected raw materials, its boiling and ensuring the start of the extraction process itself.

После прохождения пара через устройство конденсации он обращается в жидкость - экстракт состоящий из воды с растворителями в ней солями растительного сырья и эфирного масла, в случае если экстрагированию подвергается эфиросодержащее сырье.After the steam has passed through the condensation device, it turns into a liquid - an extract consisting of water with solvents in it with the salts of vegetable raw materials and essential oils, if ether-containing raw materials are extracted.

Недостатками известного экстрактора являются облучение непрерывным излучением, что приводит к большому расходу электроэнергии, большие габариты и сложность эксплуатации.The disadvantages of the known extractor are irradiation with continuous radiation, which leads to high energy consumption, large dimensions and complexity of operation.

Технический результат полезной модели заключается в создании малогабаритного простого устройства на базе стандартной бытовой микроволновой печи, обеспечивающего условия быстрого получения высококачественного экстракта из свежесобранного растительного сырья. Кроме того техническим результатом является:The technical result of the utility model is to create a small-sized simple device based on a standard household microwave oven, which provides the conditions for the rapid production of high-quality extract from freshly picked plant materials. In addition, the technical result is:

- высокая надежность и долговечность;- high reliability and durability;

- улучшение равномерного объемного нагрева массы сырья за счет его облучения квазиимпульсной СВЧ энергией с частотой 50 Гц,- improving the uniform volumetric heating of the mass of raw materials due to its irradiation with quasi-pulse microwave energy with a frequency of 50 Hz,

- увеличении КПД устройства за счет применения только одного сосуда и тепловой изоляции этого сосуда с сырьем;- increasing the efficiency of the device due to the use of only one vessel and thermal insulation of this vessel with raw materials;

- исключение утечки микроволнового излучения, связанного с подключением системы конденсации пара, т.е. паразитные излучения определяются только паспортными значениями для микроволновой печи;- elimination of leakage of microwave radiation associated with the connection of the steam condensation system, i.e. spurious emissions are determined only by the passport values for the microwave oven;

- упрощение управления процессом экстракции - экстрактор позволяет полностью автоматизировать процесс за счет имеющейся системы - simplification of the control of the extraction process - the extractor allows you to fully automate the process due to the existing system

управления микроволновой печью, т.е. управление им практически ничем не отличается от способа приготовления пищи в микроволновой печи.microwave control, i.e. its management is practically no different from the method of cooking in the microwave.

Технический результат достигается тем, что экстрактор содержит корпус с размещенными в нем магнетроном, резонатором, камерой с крышкой, окруженными слоем изоляции, и конденсатором, при этом камера с сырьем установлена в резонаторе с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и сообщена с конденсатором неподвижной трубкой, размещенной в крышке камеры посредством втулки, а камера с крышкой выполнены из материала, частично поглощающего микроволновое излучение.The technical result is achieved by the fact that the extractor comprises a housing with a magnetron, a resonator, a chamber with a lid surrounded by an insulation layer, and a capacitor, while the chamber with raw materials is mounted in the resonator with the possibility of rotation around a vertical axis and is in communication with the condenser by a fixed tube placed in the lid of the chamber by means of a sleeve, and the chamber with the lid is made of a material partially absorbing microwave radiation.

Предлагаемое контактное устройство экстрактора на базе бытовой микроволновой печи представлено на фиг.1. На фиг.2 - графики иллюстрирующие процессы работы экстрактора на свежесобранном сырье - в данном случае это листья лавра.The proposed contact device of the extractor based on a household microwave oven is presented in figure 1. Figure 2 - graphs illustrating the processes of the extractor on freshly harvested raw materials - in this case, laurel leaves.

В корпусе печи 3 находится резонатор 2, в котором обычно размещается сосуд для приготовления пищи. Нагрев содержимого в сосуде производится микроволновой энергией магнетрона 16. При этом поступление генерируемой СВЧ энергии происходит через отверстие 13 (направление распространения СВЧ энергии указано стрелками). Как и обычно, в микроволновой бытовой печи имеется вращающийся поддон 1, на котором установлен сосуд с продуктом.In the body of the furnace 3 is a resonator 2, in which a cooking vessel is usually located. The contents in the vessel are heated by the microwave energy of the magnetron 16. In this case, the generation of microwave energy comes through the hole 13 (the direction of propagation of microwave energy is indicated by arrows). As usual, in the microwave household oven there is a rotating tray 1 on which the vessel with the product is mounted.

В нашем случае все эти элементы используются, но сосуд имеет совершенно другую конструкцию.In our case, all these elements are used, but the vessel has a completely different design.

Сосуд 5 изготовлен из специального стекла, которое частично поглощает микроволновую энергию. Этот сосуд, в который загружается свежее сырье с влажностью выше 50%, закрывается крышкой 7 из такого же материала с уплотнительной прокладкой 6 из специальной термостойкой пищевой резины. В центре крышки 7 имеется цилиндрическое отверстие, куда плотно запрессована тефлоновая втулка, которая вращается вместе с сосудом 5 с крышкой 7. Во втулку 9 на скользящей посадке входит вертикальная часть трубки 12. Таким образом, при вращении сосуда с The vessel 5 is made of special glass, which partially absorbs microwave energy. This vessel, which is loaded with fresh raw materials with a humidity above 50%, is closed with a lid 7 of the same material with a gasket 6 made of special heat-resistant food rubber. In the center of the cover 7 there is a cylindrical hole where the Teflon sleeve is tightly pressed, which rotates together with the vessel 5 with the cover 7. The vertical part of the tube 12 enters the sleeve 9 on a sliding fit. Thus, when the vessel rotates with

крышкой соблюдаются следующие условия: а) трубка 12 остается неподвижной, б) пар по ней поступает в конденсатор змеевика 15, в) скользящая посадка предотвращает выход пара наружу. Трубка 12 расположена под наклоном так, чтобы в случае конденсации паров в ней жидкость самотеком стекала к конденсатору.The following conditions are met by the lid: a) the tube 12 remains stationary, b) the steam flows through it into the condenser of the coil 15, c) the sliding fit prevents the steam from escaping. The tube 12 is located at an angle so that in case of vapor condensation in it, the liquid flows by gravity to the condenser.

Трубка 10, изготовленная из металла играет важную роль, т.к. ее размеры (диаметр и высота) выбраны таким образом, чтобы для волны, генерируемой магнетроном (λ - 12,4 см), она представляла предельный волновод и излучение из резонатора печи не проникало наружу. Термопара 11 служит для контроля температуры пара. Сосуд 5 и крышка 7 покрыты специальной изоляцией 4, роль которой будет описана ниже. Змеевик 15 конденсатора обдувается потоком воздуха от вентилятора 14 и это обеспечивает конденсацию пара на внутренней поверхности трубки змеевика. Образовавшаяся жидкость - экстракт по внутренней поверхности змеевика стекает по трубке 17 в сосуд для сбора экстрактора, который установлен снаружи печи.The tube 10 made of metal plays an important role, because its dimensions (diameter and height) are chosen so that for the wave generated by the magnetron (λ - 12.4 cm), it represents the limit waveguide and the radiation from the cavity of the furnace does not penetrate outward. Thermocouple 11 is used to control the temperature of the steam. The vessel 5 and the lid 7 are coated with special insulation 4, the role of which will be described below. The condenser coil 15 is blown by the air flow from the fan 14 and this provides steam condensation on the inner surface of the coil tube. The resulting liquid - extract on the inner surface of the coil flows down the tube 17 into the vessel for collecting the extractor, which is installed outside the furnace.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После загрузки сосуда 5 сырьем 18, включается микроволновая печь и достигается температура кипения воды в сырье, в сосуде 5 образуется пар, который не только выходит через отверстие во втулке 9 в крышке, но и нагревает весь сосуд и в результате часть пара конденсируется на внутренних стенках сосуда 5 и крышки 7 и жидкость частично скапливается на дне сосуда 5. Для устранения этого эффекта температура внутренних стенок должна быть несколько выше 100° с тем, чтобы конденсация на них не происходила.After loading the vessel 5 with raw material 18, the microwave oven is turned on and the boiling point of water in the raw material is reached, steam 5 is formed in the vessel 5, which not only exits through the hole in the sleeve 9 in the lid, but also heats the entire vessel and, as a result, part of the steam condenses on the inner walls the vessel 5 and the lid 7 and the liquid partially accumulates at the bottom of the vessel 5. To eliminate this effect, the temperature of the inner walls should be slightly higher than 100 ° so that condensation does not occur on them.

Такие условия достигаются следующим образом. Как уже упоминалось выше, камера и крышка выполнены из специального стекла, которое поглощает ~5% поступающей от магнетрона микроволновой энергии по пути ее прохождения непосредственно к сырью. Этой энергии, а также частично энергии пара, который омывает внутренние стенки сосуда, достаточно, чтобы Such conditions are achieved as follows. As mentioned above, the chamber and the lid are made of special glass, which absorbs ~ 5% of the microwave energy received from the magnetron along its path directly to the raw material. This energy, as well as partially the energy of the steam that washes the inner walls of the vessel, is enough to

нагреть внутреннюю поверхность сосуда 5 и крышки 7 до такой температуры (>100°С), чтобы конденсации паров на стенках не происходило, а значит, весь пар поступал к конденсатору.heat the inner surface of the vessel 5 and the lid 7 to such a temperature (> 100 ° C) that condensation of vapors on the walls does not occur, which means that all the steam entered the condenser.

Дополнительно для экономии микроволновой энергии приняты следующие меры. Весь сосуд покрыт слоем специальной изоляции, которая свободно пропускает микроволновую энергию внутрь сосуда через камеру к сырью, и в то же время устраняет потери тепловой энергии, исходящей из камеры. Описанные меры приводят к значительному повышению КПД использования микроволновой энергии магнетрона.Additionally, the following measures have been taken to save microwave energy. The entire vessel is covered with a layer of special insulation, which freely passes microwave energy into the vessel through the chamber to the raw materials, and at the same time eliminates the loss of thermal energy coming from the chamber. The described measures lead to a significant increase in the efficiency of using the microwave energy of the magnetron.

Приведем пример эксперимента экстракции из лаврового листа. В сосуд фиг.1 загружалось 2 кг свежесобранного лаврового листа с влажностью ~50%. При этом объем сосуда 6 л заполнялся полностью. Начальная температура сырья составляла величину 20°С. Сосуд помещали в камере микроволновой печи, дверца печи закрывалась, устанавливались необходимые величины параметров: мощность - 800 Вт, время ~ 40 минут. Микроволновая печь включается, сосуд приходил во вращение и микроволновая мощность поступает в сырье. При достижении температуры ~100° (см. фиг.2, кривая 1) на 10-ой минуте начинается эффективное выделение экстракта (вода с растворенными в ней солями плюс эфирное масло). Этот процесс иллюстрируется кривой 2. Кривая 3 показывает закономерность выделения эфирного масла. На 32 минуте процесса выделение экстракта эфирного масла практически прекращается, а общий выход экстракта продолжает нарастать линейно (хотя эфирное масло уже отсутствует). Отметим, что в случае получения только эфирного масла процесс можно остановить на 32 минуте, но если целью является получение раствора солей, этот процесс можно продолжить до тех пор, пока влажность сырья не упадет до 10-15%. При этом мощность микроволновой печи должна быть уменьшена.Here is an example of an extraction experiment from bay leaf. In the vessel of figure 1 was loaded 2 kg of freshly picked bay leaf with a moisture content of ~ 50%. In this case, the volume of the vessel of 6 l was completely filled. The initial temperature of the feed was 20 ° C. The vessel was placed in the chamber of the microwave oven, the oven door was closed, the necessary parameters were set: power - 800 W, time ~ 40 minutes. The microwave oven turns on, the vessel comes into rotation and the microwave power enters the feed. Upon reaching a temperature of ~ 100 ° (see figure 2, curve 1) at the 10th minute, the effective extraction of the extract begins (water with salts dissolved in it plus essential oil). This process is illustrated by curve 2. Curve 3 shows the pattern of evolution of the essential oil. At 32 minutes of the process, the isolation of the extract of essential oil practically ceases, and the total yield of the extract continues to increase linearly (although the essential oil is no longer available). Note that in the case of obtaining only essential oil, the process can be stopped at 32 minutes, but if the goal is to obtain a solution of salts, this process can be continued until the moisture content of the feed drops to 10-15%. In this case, the power of the microwave oven should be reduced.

Поскольку удельный вес эфирного масла меньше единицы, оно в процессе экстракции всплывает на поверхность и может быть легко Since the specific gravity of the essential oil is less than unity, it floats to the surface during extraction and can be easily

извлечено из сосуда, в котором собирается стекающий в печи экстракт по трубке 17 (фиг.1).removed from the vessel in which the extract flowing in the furnace is collected via tube 17 (FIG. 1).

Предлагаемое устройство можно применять для бытовых нужд с целью получения экстрактов из различного пищевого сырья, а также в медицине, биологии, фармакологии и парфюмерии.The proposed device can be used for domestic purposes in order to obtain extracts from various food raw materials, as well as in medicine, biology, pharmacology and perfumery.

Особенно ценным данное устройство может быть использовано для применения его в крупных производствах эфирных масел с целью предварительного контроля сырья используемого на крупных установках.Especially valuable, this device can be used for its use in large-scale production of essential oils for the purpose of preliminary control of raw materials used in large plants.

Claims

An extractor, characterized in that it contains a housing with a magnetron, a resonator, a chamber with a lid surrounded by a layer of insulation, and a capacitor, the chamber being filled with raw materials mounted in the resonator with the possibility of rotation around a vertical axis and communicated with the condenser by a fixed tube placed in the chamber lid by means of a sleeve, and the chamber with the lid are made of a material partially absorbing microwave radiation.