RU2225242C2 - Apparatus to manufacture extracts from vegetable raw materials - Google Patents

Abstract

FIELD: chemical industry; alcoholic beverage industry. SUBSTANCE: the invention presents the apparatus for manufacture of extracts from vegetable raw materials. It may be used in chemical industry for realization of the mass-exchange processes in a solid-liquid system. The apparatus contains a body, a cylinder located coaxially to the body, a shaft with a mixer, a cover with the drive and branch-pipes, a bottom. The body is supplied with a hatch with a squeezer. The cylinder located coaxially to the body has an upper open part and its lower part is fixed on the mixer blades. On its side surface there are spokes installed radially. On the cover there is a pulsation chamber linked with the upper open part of the cylinder and through a branch-pipe - with external generator of pneumatic variable-polarity pulses of pressure. Above the bottom there is a lattice, which surface is located in the plane of loading of the squeezer. The given design of the apparatus allows to increase efficiency of extraction in a solid-liquid system in production of alcoholic beverage industry at reduction of losses of the extract. EFFECT: the apparatus allows to increase efficiency of extraction and to decrease losses of the extract. 1 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам для проведения массообменных процессов в системе твердое тело-жидкость и может быть использовано для интенсификации процессов получения экстрактов из растительного сырья, например плодов ягод и трав, находящихся в сухом, свежем или мороженом виде. The invention relates to apparatus for carrying out mass transfer processes in a solid-liquid system and can be used to intensify the processes of obtaining extracts from plant materials, for example, fruits of berries and herbs, which are in dry, fresh or frozen form.

Известен аппарат, предназначенный для получения спиртованных морсов из сырья растительного происхождения, включающий цилиндрический корпус с плоским днищем, внутри которого размещено перфорированное наклонное ложное дно, у нижнего края дна размещен люк для загрузки и выгрузки твердого сырья, а в крышке корпуса размещен патрубок для залива водно-спиртового экстрагента (Б. В. Жбанков. Технологическое оборудование ликероводочных производств. Москва, Легкая и пищевая промышленность, 1983, с. 33). A device is known for producing alcoholized fruit drinks from raw materials of plant origin, including a cylindrical body with a flat bottom, inside which a perforated inclined false bottom is placed, a hatch for loading and unloading solid raw materials is placed at the bottom edge of the bottom, and a nozzle for water -alcohol extractant (B. V. Zhbankov. Technological equipment for distilleries. Moscow, Light and Food Industry, 1983, p. 33).

Основным недостатком этого аппарата является то, что процесс экстрагирования осуществляется в режиме ламинарной диффузии (простым настаиванием с периодической прокачкой экстракта насосом при неподвижном слое твердой фазы), при котором происходит быстрое насыщение экстрактивными веществами слоя экстрагента вблизи твердой частицы, что приводит к уменьшению градиента концентраций в течение времени насыщения и к падению эффективности процесса экстрагирования. The main disadvantage of this apparatus is that the extraction process is carried out in the laminar diffusion mode (by simply insisting with periodic pumping of the extract by the pump with a fixed layer of the solid phase), in which the extractant layer rapidly saturates the extractant layer near the solid particle, which leads to a decrease in the concentration gradient in the course of the saturation time and to a decrease in the efficiency of the extraction process.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является экстрактор для системы твердое тело - жидкость, имеющий корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище (SU 850108 А1, 30.07.1981). Closest to the proposed technical solution is an extractor for the solid-liquid system having a housing located coaxially to the cylinder body, a shaft with a stirrer, a cover with a drive and nozzles, a bottom (SU 850108 A1, 07/30/1981).

Недостатком известного аппарата является возникающее при возвратно-поступательном движении ворошителей мешалки уплотнение твердой фазы вблизи перфорированной поверхности днища, что приводит к увеличению гидравлического сопротивления слоя твердой фазы и задержке растворителя в слое в зоне выгрузки твердого сырья. A disadvantage of the known apparatus is the compaction of the solid phase occurring during the reciprocating motion of agitators of the mixer near the perforated surface of the bottom, which leads to an increase in the hydraulic resistance of the layer of the solid phase and the delay of the solvent in the layer in the discharge zone of solid raw materials.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения заключается в повышении эффективности экстракции в системе твердое тело - жидкость в производствах ликероводочной промышленности путем обработки сырья жидким экстрагентом в режиме пульсирующего поршневого потока с последующим отжимом твердого сырья с целью сокращения потерь экстракта. The technical result achieved by the implementation of this invention is to increase the extraction efficiency in the solid-liquid system in the distillery industry by treating raw materials with a liquid extractant in a pulsating piston flow mode, followed by extraction of solid raw materials in order to reduce extract losses.

Указанный технический результат достигается тем, что в аппарате для получения экстрактов из растительного сырья, имеющем корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище, согласно изобретению корпус снабжен люком с отжимным устройством, расположенный коаксиально корпусу цилиндр имеет верхнюю открытую часть и закреплен нижней частью на лопастях мешалки, а на боковой поверхности установлены радиально спицы, на крышке выполнена пульсационная камера, сообщенная с верхней открытой частью цилиндра, а посредством патрубка - с внешним генератором пневматических знакопеременных импульсов давления, над днищем установлена решетка, поверхность которой расположена в плоскости загрузки отжимного устройства. The specified technical result is achieved by the fact that in the apparatus for producing extracts from plant materials having a housing located coaxially with the cylinder body, a shaft with an agitator, a cover with a drive and nozzles, a bottom, according to the invention, the housing is equipped with a manhole with a squeezing device, the cylinder located coaxially with the housing has the upper open part and is fixed with the lower part on the blades of the mixer, and on the side surface there are radially spokes, a pulsation chamber communicating with the upper open part is made on the lid Tew cylinder and through pipe - with an external generator of alternating pneumatic pressure pulses is set above the bottom of grate surface which is located in the loading plane of the squeezing device.

Сущность изобретения поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.

Аппарат состоит из корпуса 1, люка 7 с отжимным устройством 8, например, отжимным шнеком. Внутри корпуса расположен коаксиально цилиндр 2. На крышке 5 аппарата имеется привод вращения вала 3 мешалки 4. Цилиндр 2 имеет верхнюю открытую часть и закреплен нижней частью на лопастях мешалки 4. На боковой поверхности цилиндра установлены радиально спицы 12 для разрушения свода сыпучего сырья при разгрузке аппарата. На крышке 5 аппарата имеется пульсационная камера 13, которая сообщена с открытой верхней частью цилиндра 2, а ее патрубок 10 служит для подключения внешнего генератора пневматических знакопеременных импульсов давления. Для изоляции пульсационной камеры 13 от атмосферы и кольцевого рабочего объема аппарата установлены сальниковые уплотнения 9 на валу 3 и боковой поверхности цилиндра 2. Над днищем установлена решетка 11 для разделения жидкой и твердой фаз при выгрузке, а ее поверхность для полного освобождения аппарата от твердой фазы размещена в плоскости загрузки отжимного устройства 8. Аппарат снабжен люком 14 для загрузки сырья и патрубком 15 для слива готового экстракта. The apparatus consists of a housing 1, a hatch 7 with a squeezing device 8, for example, a squeezing screw. Coaxial cylinder 2 is located inside the housing. On the cover 5 of the apparatus there is a drive for rotating the shaft 3 of the agitator 4. Cylinder 2 has an upper open part and is fixed with a lower part on the blades of the agitator 4. On the lateral surface of the cylinder, spokes 12 are installed to break the body of loose bulk material when unloading the apparatus . On the cover 5 of the apparatus there is a pulsation chamber 13, which is in communication with the open upper part of the cylinder 2, and its pipe 10 is used to connect an external generator of pneumatic alternating pressure pulses. To isolate the pulsation chamber 13 from the atmosphere and the annular working volume of the apparatus, gland seals 9 are installed on the shaft 3 and the side surface of the cylinder 2. Above the bottom there is a grating 11 for separating the liquid and solid phases during unloading, and its surface is placed to completely free the apparatus from the solid phase in the loading plane of the squeezing device 8. The device is equipped with a hatch 14 for loading raw materials and a pipe 15 for draining the finished extract.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

Твердая фаза в виде измельченных трав или плодов и ягод засыпается в корпус 1 аппарата через люк 14, расположенный на крышке 5 и разравнивается по кольцевому сечению аппарата на решетке 11, при этом люк 7 герметично закрыт. Через люк 14 заливают водно-спиртовую смесь в количестве, соответствующем технологическому регламенту. Уплотнение отжимного устройства (шнека) герметично и не допускает течи. Жидкость при заливе заполняет свободное пространство в слое твердого сырья и по закону сообщающихся сосудов поступает в коаксиальный цилиндр 2. По завершении залива экстрагента (водно-спиртовой смеси) через патрубок 10 в пульсационную камеру 13 от внешнего генератора пневматических импульсов давления в коаксиальный цилиндр 2 через открытую его верхнюю часть подается импульс сжатого газа. Сальниковое уплотнение 9 препятствует выбросу сжатого газа вдоль цилиндрической поверхности вала 3 в атмосферу и попаданию газа в кольцевой канал аппарата вдоль боковой поверхности цилиндра 2. Импульс сжатого газа, поступив в пульсационную камеру 13 и верхнюю открытую часть коаксиального цилиндра 2, создает газовую подушку с избыточным давлением, превышающим сопротивление столба жидкости и слоя твердой фазы в кольцевом канале аппарата. По закону сообщающихся сосудов жидкость из коаксиального цилиндра 2 перетекает в кольцевой канал, фильтруясь через слой твердой фазы. При контакте с твердой фазой экстрагент извлекает необходимые вещества из плодов. Экстрагируемые компоненты поступают из внутренних слоев твердых частиц к поверхности раздела фаз и удаляются движущимся потоком экстрагента. The solid phase in the form of crushed herbs or fruits and berries is poured into the housing 1 of the apparatus through the hatch 14 located on the lid 5 and is leveled along the annular section of the apparatus on the grate 11, while the hatch 7 is hermetically closed. Through the hatch 14 pour water-alcohol mixture in an amount corresponding to the technological regulations. The sealing of the squeezing device (screw) is hermetic and does not allow leakage. The liquid during filling fills the free space in the layer of solid raw materials and, according to the law of communicating vessels, enters the coaxial cylinder 2. Upon completion of the filling of the extractant (water-alcohol mixture) through the pipe 10 into the pulsation chamber 13 from an external generator of pneumatic pressure pulses into the coaxial cylinder 2 through the open its upper part is supplied with a pulse of compressed gas. The stuffing box seal 9 prevents the release of compressed gas along the cylindrical surface of the shaft 3 into the atmosphere and gas entering the annular channel of the apparatus along the lateral surface of the cylinder 2. A pulse of compressed gas entering the pulsation chamber 13 and the upper open part of the coaxial cylinder 2 creates a gas cushion with overpressure exceeding the resistance of the liquid column and the solid phase layer in the annular channel of the apparatus. According to the law of communicating vessels, the liquid from the coaxial cylinder 2 flows into the annular channel, filtered through a layer of the solid phase. Upon contact with the solid phase, the extractant extracts the necessary substances from the fruit. Extracted components come from the inner layers of solid particles to the interface and are removed by a moving extractant stream.

Известно, что основное сопротивление массопередаче в системе твердое тело-жидкость сосредоточено в твердой фазе и поддержать высокую интенсивность процесса извлечения экстрагируемых веществ можно только за счет высокого градиента концентраций на границе раздела фаз. В конструкции аппарата это достигается пульсирующим движением жидкой среды за счет знакопеременного пневматического импульса давления, подаваемого в пульсационную камеру 13. Невысокие скорости движения экстрагента, определяемые сопротивлением неподвижного слоя твердого сырья и невысоким давлением импульса сжатого газа, так же как и гидродинамика пульсирующего потока, приближает режим движения к поршневому, который характеризуется минимальным продольным перемешиванием и, следовательно, высоким градиентом концентраций в любой точке аппарата. It is known that the main resistance to mass transfer in the solid-liquid system is concentrated in the solid phase and the high intensity of the extraction of extracted substances can be maintained only due to the high concentration gradient at the phase boundary. In the design of the apparatus, this is achieved by the pulsating motion of the liquid medium due to the alternating pneumatic pressure pulse supplied to the pulsating chamber 13. The low velocity of the extractant, determined by the resistance of the fixed layer of solid raw materials and the low pressure of the compressed gas pulse, as well as the hydrodynamics of the pulsating flow, brings the regime closer movement to the piston, which is characterized by minimal longitudinal mixing and, therefore, a high concentration gradient at any point apparatus.

В процессе приготовления настоев из плодов, трав и ягод отсутствие сильного перемешивания и движения твердой фазы не создает условий для истирания твердого сырья и образования взвесей твердых частиц в жидком экстракте. Это снижает трудоемкость фильтрации на следующем этапе приготовления настоев и способствует повышению качества конечного продукта. In the process of preparing infusions from fruits, herbs and berries, the absence of strong mixing and movement of the solid phase does not create conditions for the abrasion of solid raw materials and the formation of suspended solids in a liquid extract. This reduces the complexity of filtering at the next stage of preparation of infusions and helps to improve the quality of the final product.

Поскольку предлагаемый аппарат является аппаратом периодического действия, то режим пульсационного перемешивания приводит к быстрому насыщению экстрагента извлекаемыми компонентами и сокращению времени приготовления настоев не менее чем в два раза. Since the proposed apparatus is a periodic apparatus, the pulsating mixing mode leads to a quick saturation of the extractant with extractable components and to reduce the time for preparing infusions by at least two times.

Насыщенный экстрагент сливается через патрубок 15, расположенный в аппарате ниже решетки 11, фильтруясь через слой твердой фазы. После завершения настаивания и слива готового экстракта включают отжимное устройство 8, привод мешалки 4, выполняющей функцию скребка. Твердая фаза подгребается ею по решетке 11 к зоне загрузки отжимного устройства (шнека) 8. Попадая на винт отжимного шнека, плоды сдавливаются, жидкость отжимается и удаляется через нижнюю перфорированную часть устройства 8, а отжатое сырье (мезга) транспортируется шнеком за пределы аппарата. The saturated extractant is discharged through a nozzle 15 located in the apparatus below the grating 11, filtered through a layer of a solid phase. After completion of the infusion and draining of the finished extract include squeezing device 8, the drive of the mixer 4, which performs the function of a scraper. The solid phase is picked up by it along the lattice 11 to the loading zone of the squeezing device (screw) 8. Once on the screw of the squeezing screw, the fruits are squeezed, the liquid is squeezed and removed through the lower perforated part of the device 8, and the squeezed raw materials (pulp) are transported by the screw outside the apparatus.

В случае обработки плодов или ягод со значительным содержанием сахаристых веществ возможно слипание частиц сырья и образование свода твердой фазы, затрудняющих выгрузку продукта. При работе аппарата в режиме выгрузки цилиндр 2, вращаясь вместе с мешалкой 4 и спицами 12, разрушает свод. Обрушенная твердая фаза подхватывается лопастями мешалки и перемещается к зоне загрузки отжимного устройства 8. По завершении процесса раскрывается крышка люка 7 и вручную проводится зачистка аппарата и его промывка. In the case of processing fruits or berries with a significant content of sugary substances, it is possible for the particles of raw materials to stick together and form a solid arch, which makes it difficult to unload the product. When the apparatus is in unloading mode, cylinder 2, rotating together with the mixer 4 and the spokes 12, destroys the arch. The collapsed solid phase is picked up by the blades of the mixer and moves to the loading zone of the squeezing device 8. Upon completion of the process, the manhole cover 7 is opened and the unit is manually cleaned and flushed.

Claims (1)

Аппарат для получения экстрактов из растительного сырья, имеющий корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище, отличающийся тем, что корпус снабжен люком с отжимным устройством, расположенный коаксиально корпусу цилиндр имеет верхнюю открытую часть и закреплен нижней частью на лопастях мешалки, а на боковой поверхности установлены радиально спицы, на крышке выполнена пульсационная камера, сообщенная с верхней открытой частью цилиндра, а посредством патрубка с внешним генератором пневматических знакопеременных импульсов давления, над днищем установлена решетка, поверхность которой расположена в плоскости загрузки отжимного устройства.An apparatus for producing extracts from plant materials, having a body located coaxially to the body of the cylinder, a shaft with a stirrer, a cover with a drive and nozzles, a bottom, characterized in that the body is equipped with a manhole with a squeezing device, located coaxially to the body of the cylinder has an upper open part and is fixed to the bottom part on the blades of the mixer, and on the side surface there are radially spokes, on the cover there is a pulsation chamber communicated with the upper open part of the cylinder, and by means of a pipe with an external generator ohm alternating pneumatic pressure pulses is set above the bottom of grate surface which is located in the loading plane of the squeezing device.