RU2077911C1

RU2077911C1 - Horizontal sectional extractor for biological raw material

Info

Publication number: RU2077911C1
Application number: RU94036041A
Authority: RU
Inventors: О.И. Квасенков; В.А. Ломачинский
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1997-04-27

Abstract

FIELD: extraction processes in food industry, medicine, and perfumery. SUBSTANCE: extractor has horizontal case separated with vertical partition into two sections, cylindrical-conical drum installed axially on a hollow perforated drive shaft and blanked off from one side. Drum is separated with a flange on its inner surface into cylindrical and conical regions, perforations in the former being made in the form of supersonic nozzles and provided with, installed on the entry, swirling appliances fastened with radial gap, which is not less than height of blade flange. Apparatus further has means for feeding extract under pressure into the first, in the direction of material movement, casing section which is connected with suitable fitting, and also fittings for charging and discharging raw material and extract. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для экстракции биологического сырья жидкими экстрагентами и может быть использовано в пищевой промышленности, медицине и парфюмерии. The invention relates to equipment for the extraction of biological raw materials with liquid extractants and can be used in the food industry, medicine and perfumery.

Известен горизонтальный секционный экстрактор для биологического сырья, содержащий горизонтальный корпус, разделенный вертикальными перегородками на секции, соосно установленный на приводном валу с зазором относительно корпуса перфорированный барабан с закрепленными на нем лопатками и патрубки подачи и отвода сырья и экстрагента (авт.св. СССР N 1169692, кл. B 01 D 11/02, 1985). A horizontal sectional extractor for biological raw materials is known, comprising a horizontal case divided by vertical partitions into sections, a perforated drum with blades fixed to it and with blades fixed to it and clearance for supplying and discharging raw materials and extractant (ed. St. USSR N 1169692) coaxially mounted on the drive shaft Cl B 01 D 11/02, 1985).

Недостатками этого экстрактора являются экстенсивность процесса экстракции и низкий выход целевого продукта. The disadvantages of this extractor are the extensiveness of the extraction process and the low yield of the target product.

Задачей изобретения является интенсификация процесса экстракции и повышение выхода целевого продукта за счет генерирования в экстракционной смеси ультразвуковых колебаний при фазовом переходе экстрагента. The objective of the invention is to intensify the extraction process and increase the yield of the target product by generating ultrasonic vibrations in the extraction mixture during the phase transition of the extractant.

Задача решается тем, что в горизонтальном секционном экстракторе для биологического сырья, содержащем горизонтальный корпус, разделенный вертикальными перегородками на секции, соосно установленный на приводном валу с зазором относительно корпуса перфорированный барабан с закрепленными на нем лопатками, и патрубки подачи и отвода сырья и экстрагента согласно изобретению первая по ходу материала секция корпуса снабжена средством подачи экстрагента под давлением в зазор между корпусом и барабаном, соединенным с ней соответствующим патрубком, барабан снабжен буртиком на внутренней поверхности в плоскости перегородки корпуса и выполнен с отверстиями в виде сверхзвуковых сопел, снабженных установленными на входах завихрителями, в первой по ходу материала секции корпуса и с диффузорным участком во второй по ходу материала секции корпуса, лопатки закреплены на внутренней поверхности в цилиндрическом участке барабана с образованием относительно его внутренней поверхности радиального зазора не меньше высоты буртика, приводной вал выполнен полым с одним или несколькими отверстиями, сообщающими его полость с полостью цилиндрического участка барабана, и заглушен с одного конца, патрубок подачи сырья сообщен с полостью цилиндрического участка барабана, а патрубок подачи экстрагента с полостью вала. The problem is solved in that in a horizontal sectional extractor for biological raw materials containing a horizontal housing, divided by vertical partitions into sections, a perforated drum with blades fixed to it, with a clearance relative to the housing, coaxially mounted on the drive shaft, and pipes for feeding and removing raw materials and extractant according to the invention the first section of the housing along the material is equipped with means for supplying extractant under pressure to the gap between the housing and the drum connected to it by a corresponding cabin, the drum is provided with a shoulder on the inner surface in the plane of the partition wall of the casing and is made with holes in the form of supersonic nozzles equipped with swirls installed at the inlets in the first section of the casing along the material and with the diffuser section in the second section of the casing along the material, the blades are fixed on the inner surface in the cylindrical section of the drum with the formation relative to its inner surface of the radial clearance is not less than the height of the shoulder, the drive shaft is made hollow with one or more holes communicating its cavity with the cavity of the cylindrical section of the drum, and plugged at one end, the supply pipe of raw materials in communication with the cavity of the cylindrical section of the drum, and the supply pipe of the extractant with the cavity of the shaft.

Это позволяет генерировать в экстракционной смеси ультразвуковые колебания при фазовом переходе экстрагента, разрушающие клеточные оболочки, что интенсифицирует массообмен и повышает выход экстрактивных веществ при увеличении поверхности контакта фаз и снижении диффузионного сопротивления сырья. This makes it possible to generate ultrasonic vibrations in the extraction mixture during the phase transition of the extractant, which destroy cell membranes, which intensifies mass transfer and increases the yield of extractives with an increase in the contact surface of phases and a decrease in the diffusion resistance of the raw material.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого экстрактора; на фиг. 2 - фрагмент 1 фиг. 1. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed extractor; in FIG. 2 - fragment 1 of FIG. one.

Горизонтальный секционный экстрактор для биологического сырья содержит горизонтальный корпус 1, разделенный вертикальными перегородками 2 на секции 3 и 4, соосно установленный на полом валу 5 с заглушкой 6 и отверстиями 7 перфорированный барабан, состоящий из цилиндрического 8 и диффузорного 9 участков, разделенных буртиками 10 на внутренней поверхности, размещенным в плоскости средней перегородки 2 корпуса 1, привод 11 вращения вала 5, лопатки 12, закрепленные на внутренней поверхности цилиндрического участка 8 барабана с образованием с его внутренней поверхностью радиального зазора не меньше высоты буртика 10, патрубок 13 подачи экстрагента, соединенный с полостью вала 5, средство 14 подачи экстрагента под давлением, соединенное патрубком 15 с секцией 3 корпуса 1, патрубок 16 подачи сырья, соединенный с полостью цилиндрического участка 8 барабана, патрубок 17 отвода экстракта, сообщенный с секцией 4 корпуса 1, и патрубок 18 отвода шрота, сообщенный с полостью диффузорного участка 9 барабана. Отверстия перфорации цилиндрического участка 8 барабана выполнены в виде сверхзвуковых сопел и снабжены установленными на входах завихрителями 20. A horizontal sectional extractor for biological raw materials contains a horizontal casing 1, divided by vertical partitions 2 into sections 3 and 4, coaxially mounted on a hollow shaft 5 with a plug 6 and holes 7, a perforated drum consisting of a cylindrical 8 and diffuser 9 sections separated by beads 10 on the inner surface placed in the plane of the middle partition 2 of the housing 1, the drive 11 of the rotation of the shaft 5, the blades 12, mounted on the inner surface of the cylindrical section 8 of the drum with the formation the tread surface of the radial clearance is not less than the height of the shoulder 10, the extractant supply pipe 13 connected to the shaft cavity 5, the extractant supply means 14 connected by the pipe 15 to the section 3 of the housing 1, the raw material supply pipe 16 connected to the cavity of the drum cylindrical section 8, the pipe 17 of the extract outlet, in communication with the section 4 of the housing 1, and the pipe 18 of the extraction of cake, communicated with the cavity of the diffuser section 9 of the drum. The perforation holes of the cylindrical section 8 of the drum are made in the form of supersonic nozzles and are equipped with swirlers 20 installed at the inputs.

При работе экстрактора биологическое сырье подают по патрубку 16 в полость цилиндрического участка 8 барабана одновременно с охлажденным экстрагентом, проходящим из патрубка 13 через полость вала 5 и отверстия 7. В поле центробежных сил, создаваемом вращением барабана на валу 5 от привода 11, сырье смешивается с экстрагентом, образуя экстракционную смесь, которая распределяется по внутренней поверхности цилиндрического участка 8 барабана в виде пленки с толщиной, равной высоте буртика 10. Одновременно средством 14 через патрубок 15 нагнетают нагретый экстрагент в секцию 3 корпуса 1, из которой он поступает через завихрители 20 в сверхзвуковые сопла 19. При увеличении скорости закрученного потока экстрагента до сверхзвуковой в результате адиабатного расширения давление в потоке падает ниже давления насыщенных паров. В результате экстрагент переходит в газовую фазу. Выход газовой фазы экстрагента в пленку экстракционной смеси при сверхзвуковой скорости истечения сопровождается турбулентным срывом потока на выходе из сопел 19 с образованием и схлопыванием кавитационных полостей с ультразвуковой частотой. Закрученный сверхзвуковой поток газовой фазы экстрагента имеет бочкообразную форму и создает регулярные скачки уплотнения с ультразвуковой частотой до дробления потока на отдельные пузырьки, всплывающие в пленке экстракционной смеси под действием сил инерции и архимедовой силы и при противодействии сил трения и поля центробежных сил. В таких условиях в пузырьках возникают тороидальные потоки и пульсации объема, а пленка экстракционной смеси турбулизируется всплывающими пузырьками и вдуваемыми потоками газовой фазы экстрагента. В результате интенсивного теплообмена при высокой скорости обновления поверхности контакта фаз и уменьшенной толщине пограничного ламинарного слоя, когда при характерных для данного устройства числах Рейнольдса, равных 100 1000, осредненные по времени числа Нуссельта равны 30 50, газовая фаза экстрагента в пузырьках охлаждаются и конденсируется со схлопыванием кавитационных полостей с ультразвуковой частотой. Таким образом, в экстракционной смеси возникают высокоэнергоемкие ультразвуковые колебания давления. Под их действием происходит разрушение клеточных мембран обрабатываемого биологического сырья, что приводит к резкому увеличению поверхности контакта фаз в экстракционной смеси и резкому падению диффузионного сопротивления сырья. Это интенсифицирует массообменные процессы и повышает глубину извлечения экстрактивных веществ. Обработанная таким образом экстракционная смесь при непрерывной подаче сырья и экстрагента переливается через буртик 10 и поступает в диффузорный участок 9 барабана. Под действием поля центробежных сил жидкая фаза экстракта при отсутствии противодавления с внешней стороны барабана проходит через его перфорацию и поступает в секцию 4 корпуса 1, из которой удаляется по патрубку 17. Твердая фаза шрота биологического сырья под действием увеличивающейся центробежной силы перемещается по диффузорному участку 9 барабана и выводится из его полости по патрубку 18. When the extractor is operating, the biological feed is supplied through the pipe 16 to the cavity of the cylindrical section 8 of the drum simultaneously with the cooled extractant passing from the pipe 13 through the cavity of the shaft 5 and the hole 7. In the field of centrifugal forces created by the rotation of the drum on the shaft 5 from the drive 11, the raw material is mixed with extractant, forming an extraction mixture, which is distributed on the inner surface of the cylindrical portion 8 of the drum in the form of a film with a thickness equal to the height of the shoulder 10. At the same time, the means 14 are pumped through the pipe 15 onto heated extractant into section 3 of housing 1, from which it enters through supersonic nozzles 20 to supersonic nozzles 19. As the swirling flow rate of the extractant increases to supersonic as a result of adiabatic expansion, the pressure in the stream drops below the saturated vapor pressure. As a result, the extractant passes into the gas phase. The exit of the gas phase of the extractant into the film of the extraction mixture at a supersonic flow rate is accompanied by turbulent flow stall at the exit of the nozzles 19 with 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 with ultrasonic frequency until the flow is crushed into individual bubbles that pop up in the film of the extraction mixture under the action of inertia and Archimedean forces and when the friction and centrifugal forces are counteracted. Under such conditions, toroidal flows and volume pulsations occur in the bubbles, and the film of the extraction mixture is turbulized by pop-up bubbles and injected flows of the extractant gas phase. As a result of intense heat transfer at a high rate of renewal of the contact surface and a reduced thickness of the boundary laminar layer, when for Reynolds numbers characteristic of this device equal to 100 1000, the time-averaged Nusselt numbers are 30 50, the gas phase of the extractant in the bubbles is cooled and condenses with collapse cavitation cavities with ultrasonic frequency. Thus, highly energy-intensive ultrasonic pressure oscillations occur in the extraction mixture. Under their action, the cell membranes of the processed biological raw material are destroyed, which leads to a sharp increase in the contact surface of the phases in the extraction mixture and a sharp drop in the diffusion resistance of the raw material. This intensifies mass transfer processes and increases the depth of extraction of extractive substances. Thus treated extraction mixture with a continuous supply of raw materials and extractant is poured through the bead 10 and enters the diffuser section 9 of the drum. Under the action of the field of centrifugal forces, the liquid phase of the extract in the absence of counterpressure from the outside of the drum passes through its perforation and enters the section 4 of the housing 1, from which it is removed through the pipe 17. The solid phase of the meal of biological raw materials under the action of increasing centrifugal force moves along the diffuser section 9 of the drum and is removed from its cavity through the pipe 18.

Выносимые из пленки экстракционной смеси при ее ультразвуковой обработке брызги захватываются вращаемыми совместно с барабаном лопатками 12, с которых они возвращаются обратно в пленку по мере накопления и коагуляции под действием поля центробежных сил. The sprays taken out from the film of the extraction mixture during its ultrasonic treatment are captured by the blades 12 rotated together with the drum, from which they return to the film as they accumulate and coagulate under the action of the centrifugal force field.

Таким образом, предлагаемый экстрактор позволяет интенсифицировать массообменные процессы и увеличить выход экстрактивных веществ. Thus, the proposed extractor allows you to intensify mass transfer processes and increase the yield of extractive substances.

Claims

A horizontal sectional extractor for biological raw materials, comprising a horizontal casing, divided by vertical partitions into sections, perforated drum with blades fixed to it with a gap relative to the casing, mounted on the drive shaft with blades mounted on it, and supply and exhaust pipes for raw materials and extractant, characterized in that the first along the material the section of the housing is equipped with means for supplying extractant under pressure to the gap between the housing and the drum connected to it by a corresponding pipe, the drum is equipped with teak on the inner surface in the plane of the partition wall of the casing and is made with holes in the form of supersonic nozzles equipped with swirls installed at the inputs in the casing section along the material and with the diffuser section in the second casing section along the material, the blades are fixed on the inner surface in a cylindrical section drum with the formation relative to its inner surface of the radial clearance not less than the height of the shoulder, the drive shaft is made hollow with one or more holes communicating with it about the cavity with the cavity of the cylindrical section of the drum, and plugged at one end, the supply pipe of raw materials in communication with the cavity of the cylindrical section of the drum, and the supply pipe of the extractant with the cavity of the shaft.