Лабораторный СВЧ-экстрактор Российский патент 2024 года по МПК C11B1/10 C11B9/00 

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, предназначенному для проведения лабораторных и научных исследований процесса экстрагирования в системе твёрдое тело - жидкость под воздействием электромагнитного поля сверхвысокой частоты (СВЧ) и может быть использовано в пищевой, химической, парфюмерной промышленности для получения композиций и чистых экстрактов из сырья растительного и животного происхождения.

Наиболее близким по своей сущности и взятым за прототип является колонной СВЧ-экстрактор (Описание изобретения к патенту RU 2766006 C1, МПК С11/В 1/10 (2006.01), заявлено 12.04.2021, опубликовано 07.02.2002 Бюл. №4), содержащий цилиндрическую камеру, состоящую из отдельных секций, установленных по высоте и оснащённых теплообменной рубашкой, в которую подаётся теплоноситель и поясом магнетронов, обеспечивающих воздействие электромагнитного СВЧ-поля через окна, выполненные из диэлектрического материала на смесь сырья и экстрагента. Внутри металлической цилиндрической камеры экстрактора размещён непрерывно вращающийся вертикальный вал с закреплёнными на нём перфорированными диэлектрическими пластинами, обеспечивающими перемещение смеси исходного сырья и экстрагента по круговой траектории. Экстрактор оснащен шнеком с переменным шагом витков, расположенным в перфорированном корпусе, имеющем рубашку и патрубки для отвода экстракта, а также насадку для вывода широта.

Недостатком известного экстрактора является сложность конструкции, отсутствие возможности регулирования продолжительности пребывания смеси исходного сырья с экстрагентом и СВЧ-воздействия в рабочем объёме аппарата, наличие трения между компонентами смеси и рабочими органами, внутренними стенками экстрактора, обуславливающее излишнее измельчение частиц исходного сырья и попадание продуктов истирания и частичек шрота в экстракт. Технический результат предполагаемого изобретения заключается в упрощении конструкции, обеспечении возможности оперативного регулирования режимных параметров процесса экстрагирования, повышении чистоты экстракта за счет исключения трения между подвижными частями экстрактора и частицами сыпучего материала и попадания продуктов истирания и частичек шрота в экстракт.

Технический результат достигается тем, что в лабораторном СВЧ-экстракторе, включающем цилиндрическую камеру с источником СВЧ-излучения, оснащенную вертикальным валом с закреплёнными на нём перфорированными пластинами, новым является то, что секции камеры экстрактора оснащены выемными сетчатыми контейнерами с крышечками из диэлектрического материала повторяющими геометрический корпус секции, каждая перфорированная диэлектрическая пластина имеет Т-образную горизонтальную полочку на торце, обращённом к нижней части цилиндрического корпуса, а также предусмотрен трубопроводный контур для осуществления многократной циркуляции экстракта в аппарате.

На фиг. 1 представлен общий вид лабораторного СВЧ-экстрактора. На фиг. 2 -разрез А-А на общем виде. На фиг. 3 - конструкция перфорированной диэлектрической пластины. На фиг. 4 - объемное изображение сетчатого диэлектрического контейнера и крышечки к нему.

Экстрактор содержит металлическую раму 1, внутри которой закреплены три металлические полки. На средней полке 18 смонтирован экстрактор, состоящий из металлического цилиндрического корпуса 5, закрытого снизу металлическим фланцевым днищем 19 с отверстием в центральной части для закрепления сливного трубопровода 20 и имеющий верхний металлический фланец 14 с поворотной крышкой 8 для загрузки и выемки сетчатых диэлектрических контейнеров 22 с крышечками заполненных сыпучим материалом.

Цилиндрический корпус 5 с одной стороны имеет окно, закрытое диэлектрической пластиной и магнетрон 16 с защитным кожухом, осуществляющий подачу энергии СВЧ через окно в объём цилиндрического корпуса 5.

Боковая поверхность цилиндрического корпуса 5 оснащена тепловой изоляцией 6 для снижения потерь теплоты в окружающее пространство.

На верхнем фланце 14 смонтирован мотор-редуктор 13, на выходном конце которого консольно закреплён вертикальный вал 17 с диэлектрическими перфорированными пластинами 15 разделяющими внутреннюю полость аппарата на сектора равного объёма.

Каждая диэлектрическая перфорированная пластина 15 имеет на торце, обращённом к фланцевому днищу 19, горизонтальную полочку 23, выполненную также из диэлектрического материала и являющуюся опорным элементом для диэлектрического сетчатого контейнера 22 при нахождении его внутри цилиндрического корпуса 5.

На верхней полке 11 установлена напорная ёмкость 9 с прикрепленным к ней одним концом нагнетательным трубопроводом 12, второй его конец соединён с отверстием в верхнем фланце 14.

На нижней полке 2 размещена сборная ёмкость 21, соединённая трубопроводом с насосом 3.

Установка содержит циркуляционный трубопровод 4 со счётчиком -расходомером 7, при этом один конец трубопровода 4 присоединён к напорной магистрали насоса 3, а второй конец трубопровода 4 соединён с напорной ёмкостью 9.

Для управление работой электродвигателей мотор-редуктора 13, насоса 3, варьирования излучаемой СВЧ-энергии магнетрона 16, контроля, сигнализации и общего питания электрической энергией предназначен пульт 10 управления.

Лабораторный СВЧ-экстрактор работает следующим образом. Перед началом работы перекрываются вентили на нагнетательном 12 сливном 20 и циркуляционным 4 трубопроводах. Напорная ёмкость 9 заполняется растворителем, выступающим в роли экстрагента. Сетчатые диэлектрические контейнеры 22 заполняются сыпучим материалом, содержащим в своём составе эстрагируемые вещества, избирательно растворяемые экстрагентом в результате лабораторного исследования, после чего закрываются крышечками.

Открывают поворотную крышку 8, размещённую на верхнем фланце 14 и опускают один из заполненных сыпучим материалом сетчатых диэлектрических контейнеров 22 закрытый крышечкой в секторное пространство, образованное внутри цилиндрического корпуса 5 двумя соседними перфорированными диэлектрическими пластинами 15, так, чтобы контейнер установился на горизонтальные полочки 23 двух соседних пластин 15.

Производя кратковременный пуск и останов электродвигателя мотор-редуктора 13 при помощи пульта 10 управления добиваются перемещения перфорированных диэлектрических пластин 15 таким образом, чтобы под отверстием, закрываемым поворотной крышкой 8 оказывалось свободное секторное пространство образованные соседними перфорированными пластинами 15, после чего помещают следующий сетчатый диэлектрический контейнер 22 с крышечкой в образовавшуюся полость. Подобным образом заполняют сетчатыми диэлектрическими контейнерами 22 с крышечками всё внутреннее пространство цилиндрического корпуса 5.

Закрывают поворотную крышку 8.

Открывают вентиль, расположенный на нагнетательном трубопроводе 12 и заполняют цилиндрический корпус 5 необходимым количеством экстрагента, после чего вентиль закрывают.

При помощи пульта 10 управления включает электродвигатель мотор-редуктора 13, который приводит во вращение вертикальный вал 17 с закреплёнными на нём перфорированными диэлектрическими пластинами 15, в результате чего осуществляется перемещение сетчатых диэлектрических контейнеров 22, заполненных сыпучим материалом по круговой траектории в слое экстрагента. При помощи пульта 10 управления подают электрическую энергию для питания магнетрона 16 с защитным кожухом, осуществляющего излучения СВЧ-энергии через окно в цилиндрическом корпусе 5, закрытое диэлектрической пластиной, во внутренний объём аппарата, вызывая колебания молекул и диполей воды в экстрагенте и частицах сыпучего материала, инициируя повышение температуры и интенсифицируя процессы массообмена.

По истечении времени, требуемого для СВЧ-экстрагирования при помощи пульта 10 управления отключают питание электродвигателя мотор-редуктора 13 и магнетрона 16 с защитным кожухом. Открывают вентиль на сливном трубопроводе 20 и сливают экстракт в сборную ёмкость 21. Открывают поворотную крышку 8 и производят извлечение сетчатых диэлектрических контейнеров 22 с крышечками заполненных отработанным материалом - шротом в последовательности обратной заполнению цилиндрического корпуса 5. Сетчатые диэлектрические контейнеры 22 освобождают от отработанного шрота, после чего они вновь готовы к повторному использованию.

В случае необходимости проведения исследования процесса экстрагирования в режиме циркуляции при заполненном цилиндрическом корпусе 5 экстрагентом и сетчатыми диэлектрическими контейнерами 22, открывают вентили на сливном трубопроводе 20 и циркуляционном трубопроводе 4, при помощи пульта 10 управления приводят в действие электродвигатель насоса 3, обеспечивающий перекачивание экстракта из сборной емкости 21 в напорную емкость 9 через счетчик – расходомер 7.

Аналогичным образом в режиме циркуляции осуществляется безразборная мойка экстрактора.

В случае проведения экстрагирования в условиях мацерации или перколяции использование магнетрона 16 с защитным кожухом не требуется.

Изобретение относится к лабораторному оборудованию, предназначенному для экстрагирования сырья и может быть использовано в пищевой, химической, парфюмерной промышленности для получения композиций и чистых экстрактов из сырья растительного и животного происхождения. Лабораторный СВЧ-экстрактор, включающий цилиндрическую камеру с источником СВЧ-излучения, оснащенный вертикальным валом с закреплёнными на нём перфорированными пластинами. При этом секции камеры экстрактора оснащены выемными сетчатыми контейнерами с крышечками из диэлектрического материала, повторяющими геометрический корпус секции, каждая перфорированная диэлектрическая пластина имеет Т-образную горизонтальную полочку на торце, обращённом к нижней части цилиндрического корпуса, а также предусмотрен трубопроводный контур для осуществления многократной циркуляции экстракта в аппарате. Изобретение позволяет упростить конструкцию, обеспечить возможность оперативного регулирования режимных параметров процесса экстрагирования, повысить чистоту экстракта за счет исключения трения между подвижными частями экстрактора и частицами сыпучего материала и попадания продуктов истирания и частичек шрота в экстракт. 4 ил.

Лабораторный СВЧ-экстрактор, включающий цилиндрическую камеру с источником СВЧ-излучения, оснащенный вертикальным валом с закреплёнными на нём перфорированными пластинами, отличающийся тем, что секции камеры экстрактора оснащены выемными сетчатыми контейнерами с крышечками из диэлектрического материала, повторяющими геометрический корпус секции, каждая перфорированная диэлектрическая пластина имеет Т-образную горизонтальную полочку на торце, обращённом к нижней части цилиндрического корпуса, а также предусмотрен трубопроводный контур для осуществления многократной циркуляции экстракта в аппарате.