RU2061025C1

RU2061025C1 - Set for microwave extraction of plant raw material

Info

Publication number: RU2061025C1
Application number: RU94035697A
Authority: RU
Inventors: О.И. Квасенков; В.А. Ломачинский; В.Б. Пенто
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: production of ethereal oils from high-strength plant raw material. SUBSTANCE: set has means to feed nonpolar extragent and raw material connected to mixer behind which there are mounted in series; extraction unit with microwave applicator put on body, separator, evaporator and condensor and collecting containers for extract and solvent cake. Extraction unit is manufactured in the form of radioparent drum with holes in the form of ultrasonic nozzles put on horizontal driving shaft with holes in the form of ultrasonic nozzles put on horizontal driving shaft with holes and mounted in radioparent housing to form ring chamber. Radioparent perforated stator embraces drum. Holes of stator are fitted with vortex generators and positioned in same planes with nozzles of drum along coaxial circumferences with unequal and nonmultiple circular pitch. Mixer is connected to extraction unit via hollow shaft and evaporator is in addition coupled over gas phase to ring chamber of extraction unit. EFFECT: enhanced operational efficiency and reliability. 4 dwg

Description

Изобретение относится к экстракционному оборудованию для высокопрочного растительного сырья, в частности хмеля и нелистовых пряностей. The invention relates to extraction equipment for high-strength plant materials, in particular hops and non-leaf spices.

Известна установка для микроволновой экстракции растительного сырья, содержащая средства подачи неполярного экстрагента и сырья, соединенный с ними смеситель, за которым последовательно установлены в замкнутом контуре микроволновый аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель и конденсатор, а также сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем [1]
Недостатком этой установки является низкая интенсивность экстракции.A known installation for microwave extraction of plant materials, containing means for supplying non-polar extractant and raw materials, a mixer connected to them, behind which a microwave applicator, extractor, separator, evaporator and condenser are installed sequentially in a closed loop, as well as a collecting container for meal, connected to the separator, and a collecting container for the extract connected to the evaporator [1]
The disadvantage of this installation is the low extraction rate.

Задачей изобретения является интенсификация процесса экстракции. The objective of the invention is to intensify the extraction process.

Для этого в установке для микроволновой экстракции растительного сырья, содержащей средства подачи неполярного экстрагента и сырья, связанный с ними смеситель, микроволновый аппликатор, экстрактор, сепаратор, испаритель и конденсатор, соединенный со смесителем, а также сборную емкость для шрота, соединенную с сепаратором, и сборную емкость для экстракта, соединенную с испарителем; экстрактор выполнен в виде радиопрозрачного корпуса, установленного в корпусе с образованием кольцевой камеры на полом горизонтальном приводном валу с отверстиями радиопрозрачного цилиндрического барабана с перфорацией в виде сверхзвуковых сопл и обхватывающего барабан радиопрозрачного перфорированного статора, отверстия перфорации которого снабжены завихрителями и размещены с соплами барабана в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом, при этом смеситель соединен с экстрактором через полый вал, испаритель по газовой фазе соединен дополнительно с кольцевой камерой экстрактора, а микроволновый аппликатор установлен на корпусе экстрактора. To do this, in the installation for microwave extraction of plant materials containing means for supplying non-polar extractant and raw materials, an associated mixer, a microwave applicator, an extractor, a separator, an evaporator and a condenser connected to the mixer, as well as a collection container for meal, connected to the separator, and a collection container for the extract connected to the evaporator; the extractor is made in the form of a radiolucent case installed in the case with the formation of an annular chamber on a hollow horizontal drive shaft with holes of a radiolucent cylindrical drum with perforation in the form of supersonic nozzles and a radiolucent perforated stator enveloping the drum, the perforation holes of which are equipped with swirls and are placed with the nozzles of the drum in the same planes along coaxial circles with unequal and non-multiple circumferential steps, while the mixer is connected to the extractor through p ly shaft by gas phase evaporator connected further with an annular chamber of the extractor, and the microwave applicator is mounted on the extractor housing.

Это позволяет интенсифицировать экстракцию за счет улучшения условий контакта фаз. This allows you to intensify the extraction by improving the phase contact conditions.

На фиг. 1 изображена схема экстракционной установки; на фиг. 2 экстрактор, общий вид; на фиг. 3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 узел I на фиг.2. In FIG. 1 shows a diagram of an extraction plant; in FIG. 2 extractor, general view; in FIG. 3 section aa in figure 2; in Fig.4 node I in Fig.2.

Установка для микроволновой экстракции растительного сырья содержит средства 1 и 2 подачи неполярного экстрагента и сырья соответственно, соединенный с ними смеситель 3, за которым последовательно размещены в замкнутом контуре экстрактор 4 с микроволновым аппликатором 5, сепаратор 6, испаритель 7 и конденсатор 8, а также сборную емкость 9 для шрота, соединенную с сепаратором 6, и сборную емкость 10 для экстракта, соединенную с испарителем 7. The plant for microwave extraction of plant raw materials contains means 1 and 2 for supplying non-polar extractant and raw materials, respectively, a mixer 3 connected to them, behind which an extractor 4 with a microwave applicator 5, a separator 6, an evaporator 7 and a condenser 8, as well as a combined assembly are sequentially placed a container 9 for meal, connected to the separator 6, and a collecting tank 10 for the extract, connected to the evaporator 7.

Экстрактор 4 выполнен в виде радиопрозрачного корпуса 11, в котором с образованием кольцевой камеры 12 на горизонтальном полом приводном валу 13 с отверстиями 14 установлен радиопрозрачный барабан 15 с отверстиями перфорации в виде сверхзвуковых сопл 16, и обхватывающего барабан 15 радиопрозрачного перфорированного статора 17, отверстия 18 перфорации которого снабжены завихрителями 19 и размещены с соплами 16 барабана 15 в одинаковых плоскостях по соосным окружностям с неравным и некратным окружным шагом. The extractor 4 is made in the form of a radiolucent case 11, in which, with the formation of an annular chamber 12, a radiolucent drum 15 with perforation holes in the form of supersonic nozzles 16, and a radiotransparent perforated stator 17 and a perforation hole 18, perforation hole 18 are installed on a horizontal hollow drive shaft 13 with holes 14 which are equipped with swirls 19 and placed with nozzles 16 of the drum 15 in the same planes along coaxial circles with an unequal and non-multiple circumferential pitch.

Смеситель 3 соединен с экстрактором 4 через полый вал 13. Испаритель 7 дополнительно соединен по газовой фазе с кольцевой камерой 12 экстрактора 4. Микроволновый аппликатор 5 установлен на корпусе 11 экстрактора 4. The mixer 3 is connected to the extractor 4 through the hollow shaft 13. The evaporator 7 is additionally connected in the gas phase to the annular chamber 12 of the extractor 4. The microwave applicator 5 is mounted on the housing 11 of the extractor 4.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

Растительное сырье и неполярный экстрагент подают средствами 2 и 1 в смеситель 3, из которого полученная смесь поступает в экстрактор 4, обрабатывается микроволновым излучением аппликатора 5, разделяется в сепараторе 6 на твердую фазу шрота, отводимую в сборную емкость 9, и мисцеллу, поступающую в испаритель 7. В последнем происходит перевод экстрагента в газовую фазу, поток которой делится на две части, одна из которых возвращается в экстрактор 4, а другая поступает в конденсатор 8, ожижается и возвращается на рециркуляцию в смеситель 3. Vegetable raw materials and non-polar extractant are fed by means of 2 and 1 to a mixer 3, from which the resulting mixture enters the extractor 4, is processed by microwave radiation of the applicator 5, is separated in the separator 6 into the solid phase of the meal discharged into the collecting tank 9, and the miscell, which enters the evaporator 7. In the latter, the extractant is transferred to the gas phase, the flow of which is divided into two parts, one of which returns to the extractor 4, and the other enters the condenser 8, liquefies and returns for recycling to the mixer 3.

В экстракторе 4 при подаче экстракционной смеси в полый приводной вал 13 она под действием центробежных сил через отверстия 14 поступает на внутреннюю поверхность барабана 15 и распределяется по ней в виде пленки в поле центробежных сил. Из камеры 12 при периодическом совпадении отверстий 18 статора 17 с соплами 16 барабана 15 в пленку экстракционной смеси поступает газовая фаза экстрагента, закручиваемая завихрителями 19 и ускоряемая в соплах 16 до сверхзвуковой скорости истечения. На выходе из сопел 16 происходит турбулентный срыв потока газовой фазы экстрагента, особенно интенсивный в момент перекрытия сопел 16 статором 17, сопровождаемый образованием и схлопыванием кавитационных полостей с ультразвуковой частотой. Закрученный сверхзвуковой поток газовой фазы экстрагента имеет бочкообразную форму и создает регулярные скачки уплотнения в экстракционной смеси с ультразвуковой частотой до дробления на отдельные пузырьки производящие вымывающее действие в пленке экстракционной смеси под действием сил инерции и архимедовой силы выталкивания и при противодействии сил трения и поля центробежных сил. В таких условиях происходит перемешивание пленки экстракционной смеси при возникновении в ней спутных потоков, а в пузырьках газовой фазы экстрагента возникают тороидальные потоки и пульсации объема, что приводит к ускоренному обновлению поверхностей контакта фаз и уменьшению толщин пограничных ламинарных слоев. При характерных для данного экстракта числах Рейнольдса, равных 100-1000, осредненные по времени числа Нуссельта достигают значений 50-80. В условиях теплообмена с экстракционной смесью такой интенсивности пузырьки газовой фазы экстрагента охлаждаются и конденсируются со схлопыванием кавитационных полостей с ультразвуковой частотой. Микроволновая обработка экстракционной смеси приводит к резкому увеличению внутриклеточной температуpы сырья, содержащего полярные компоненты, которые частично переходят в газовую фазу, что приводит одновременно к резкому увеличению внутриклеточного давления и снижению динамической прочности клеточных мембран. Под действием поля генерируемых в экстракционной смеси ультразвуковых колебаний происходит разрушение ослабленных температурным воздействием клеточных мембран обрабатываемого сырья, что резко снижает его диффузионное сопротивление и приводит к многократному увеличению поверхности контакта фаз. При полном перемешивании экстракционной смеси газовой фазой экстрагента, когда критерий Био стремится к бесконечности, при граничных условиях первого рода осредненные по времени числа Шервуда достигают значений 70-100. Настолько интенсивный массообмен приводит к быстрому завершению экстракции и выходу компонентов экстракционной смеси на равновесную концентрацию экстракционных веществ. In the extractor 4, when the extraction mixture is fed into the hollow drive shaft 13, it under the action of centrifugal forces through the holes 14 enters the inner surface of the drum 15 and is distributed thereon in the form of a film in the field of centrifugal forces. From the chamber 12, with the periodic coincidence of the holes 18 of the stator 17 with the nozzles 16 of the drum 15, the extractant gas phase enters the film of the extraction mixture, twisted by swirls 19 and accelerated in the nozzles 16 to a supersonic outflow speed. At the exit from the nozzles 16, a turbulent disruption of the flow of the gas phase of the extractant occurs, especially intense at the moment the nozzles 16 are blocked by the stator 17, accompanied by the formation and collapse of cavitation cavities with an ultrasonic frequency. The swirling supersonic flow of the extractant gas phase has a barrel-shaped shape and creates regular shock waves in the extraction mixture at an ultrasonic frequency before crushing into individual bubbles, which have a leaching effect in the film of the extraction mixture under the action of inertia and Archimedean buoyancy forces and when the friction and centrifugal forces are counteracted. Under such conditions, the film of the extraction mixture is mixed when tangled flows occur in it, and toroidal flows and volume pulsations appear in the bubbles of the extractant gas phase, which leads to accelerated updating of the contact surfaces of the phases and a decrease in the thickness of the boundary laminar layers. With Reynolds numbers characteristic of this extract equal to 100-1000, time-averaged Nusselt numbers reach values of 50-80. Under conditions of heat exchange with an extraction mixture of such intensity, the bubbles of the extractant gas phase are cooled and condense with the collapse of cavitation cavities with an ultrasonic frequency. Microwave treatment of the extraction mixture leads to a sharp increase in the intracellular temperature of raw materials containing polar components that partially pass into the gas phase, which simultaneously leads to a sharp increase in intracellular pressure and a decrease in the dynamic strength of cell membranes. Under the action of the field of ultrasonic vibrations generated in the extraction mixture, the cell membranes of the processed raw materials weakened by the temperature influence are destroyed, which sharply reduces its diffusion resistance and leads to a multiple increase in the phase contact surface. When the extraction mixture is completely mixed with the gas phase of the extractant, when the Biot criterion tends to infinity, under boundary conditions of the first kind, time-averaged Sherwood numbers reach values of 70-100. Such intense mass transfer leads to the rapid completion of the extraction and the output of the components of the extraction mixture to the equilibrium concentration of the extraction substances.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет интенсифицировать процесс экстракции за счет улучшения условий контакта фаз. Thus, the proposed installation allows to intensify the extraction process by improving the phase contact conditions.

Claims

A plant for microwave extraction of plant materials containing means for supplying non-polar extractant and plant materials, an associated mixer, a microwave applicator, an extractor, a separator, an evaporator and a condenser connected to a mixer, a collecting container for meal, connected to a separator, and a collecting container for the extract connected to the evaporator, characterized in that the extractor has a housing made of a material that is transparent to microwave waves, and is formed installed in the housing with the formation of an annular chamber on a hollow horizontal drive shaft with holes of a translucent cylindrical perforated drum, each hole of which is in the form of a supersonic nozzle, and a radiotransparent perforated stator enclosing the drum having swirls located in the perforation holes, the cylindrical perforated drum and the perforated stator being arranged so that the perforation holes of the stator and the nozzle of the drum are placed in the same planes along coaxial circles and aliquant unequal circumferential step, the mixer is connected with the extractor through the hollow horizontal drive shaft for the gas phase connected to the evaporator in addition to the annular chamber of the extractor, and the microwave applicator is mounted on the extractor housing.