Диффузионный аппарат
Диффузионный аппарат предназначен для извлечения растворяющихся в воде полезных компонентов нераздробленного плодово-ягодного сырья. В головной части аппарата расположены загрузочный бункер и ситовой пояс для отделения экстрагента. В вертикальном участке корпуса, выполненном прямоугольной формы, расположено устройство для перемещения сырья в виде установленных на звездочках бесконечных цепей с закрепленными на них ковшами, дозатор экстрагента, снабженный шарнирным краном с коллектором для подачи экстрагента в ковш. В горизонтальном участке корпуса установлено транспортирующее средство в виде спирали с лопатками, которые прикреплены к спирали под углом к горизонтали, равным 20-25o, по радиусу спирали под углом, равным 0,01-12o, при этом длина каждой лопатки равна половине шага спирали, ширина - половине высоты спирали, спираль и лопатки выполнены перфорированными и к патрубку для отвода экстрагента подключен гидрозатвор. Устройство обеспечивает сокращение потерь полезных компонентов и улучшение качества получаемого продукта. 11 ил.
Изобретение относится к оборудованию для извлечения полезных компонентов из неразрушенного плодово-ягодного сырья (слива, черешня, вишня, брусника, черника, клюква, смородина, ежевика и др.) для производства соков. Указанное сырье измельчают в специальных машинах, а из полученной мезги сок отделяют или прессованием (яблоки, груши, айва и др.), или отстаиванием-сепарированием и другой очисткой. Часто для того, чтобы не отделять пульпу, соки выпускают в виде нектара или сок с мякотью. Это приводит к снижению качества соков, т.к. тонкоизмельченная мякоть теряет свои органолептические свойства по сравнению с неразрушенным плодом. Из сахарной промышленности известно применение диффузионных аппаратов для выщелачивания полезных веществ из яблочных и виноградных вижимок. При получении соков известным оборудованием увеличиваются потери полезных веществ в отходах, а также при последующей очистке. Чаще всего соки остаются мутными и содержат частицы мякоти, так как при измельчении плодово- ягодного сырья разрушаются клеточные стенки, частично протоплазма, вскрывается обладающая большой поверхностью структура плазменного геля и система сообщающихся межклеточных пространств с их широко развитой поверхностью. В сок переходят, кроме полезных, растворяющиеся в воде вещества (сахара, многоатомные спирты, кислоты, пептозаны и др.), также и нерастворяющиеся в воде вещества, придающие сокам другой цвет, специфический вкус и запах (Самсонова А.Н., Ушева В.Б. Фруктовые и овощные соки, стр. 62-70. М. ВО "Агропромиздат", 1990, кн.; Трусова С.А., Фертман В.К. Производство спиртованных плодово-ягодных соков и морсов. стр. 88-96, "Пищепромиздат", М, 1955, кн. ). В известных конструкциях экстракторов и диффузионных аппаратах извлечь только растворяющиеся в воде полезные вещества из плодово-ягодного сырья не представляется возможным, так как их конструктивные особенности всегда приводят к перетиранию (измельчению) плодово-ягодного сырья (Гребенюк С.М. Технологическое оборудование сахарных заводов, стр. 93-150, Изд. "Пищевая промышленность", М. 1969, кн.). Все известные аппараты с конструктивной точки зрения имеют только одно устройство для перемещения продукта и создания гидродинамических условий процесса диффузии.
Известен экстрактор для интенсификации процесса экстрагирования. Этот экстрактор состоит из горизонтальной и вертикальной колонн, снабженных патрубками для ввода подлежащего экстракции материала, патрубками для отвода экстракта. В горизонтальной колонне установлен шнек, имеющий прерывистое перо, и между перьями - рыхлители, установленные на его валу. В вертикальной колонне установлен шнек и двухступенчатый шнек. В головной части горизонтальной колонны имеется ситовой пояс со щетками для очистки его фильгирующей поверхности. Патрубок для ввода подлежащего материала установлен за ситовым поясом (АС N 180279, кл. B 01 D 11/02, 1963 г.). Этот экстрактор не может быть использован для извлечения полезных компонентов из плодово-ягодного сырья, так как он не обеспечивает перемешивание частиц в горизонтальной части аппарата, причем в вертикальной его части транспортирующее устройство прессует продукт, в результате чего приводит к попаданию в сок измельченных частиц сырья, что резко ухудшает качество сока. Гидродинамические условия в аппарате не обеспечивают равномерный нагрев смеси по всему его сечению. Наиболее близким техническим решением является экстрактор, включающий корпус, имеющий горизонтальный и вертикальный участки с установленными внутри устройствами для перемещения сырья и разгрузки отходов, бункер для загрузки сырья, ситовой пояс для отделения экстрагента, расположенный в головной части аппарата. На горизонтальном транспортирующем устройстве по радиусу укреплены спирали. Также горизонтальный участок включает греющие камеры, приводы, патрубки для подачи экстрагента и отвода экстракта. Данный экстрактор предназначен для извлечения экстрактивных веществ из растительных материалов, в частности, из лакричного корня (лакрицы). (АС N 1235517, кл. В 01 D 11/02, 1984 г.). Недостатками данного экстрактора являются следующие причины: лопасти расположены под углом к оси устройства для перемещения сырья и к радиусу спирали, рассчитаны для лакричного корня, форма и структура которого отличаются от плодово-ягодного сырья. При перемещении плодово-ягодного сырья из-за малой скорости вращения устройства частицы (ягоды) зависают на лопатках, образуются застойные зоны, что ухудшает гидродинамику процесса диффузии. Жидкий экстрагент в горизонтальной части аппарата образует неравномерные потоки из-за движения его в основном по стенке корпуса, между спиралями устройства, ближе к валу экстрагент практически не движется. Это резко увеличивает время диффузии полезных компонентов в пограничном слое на частицах сырья, ухудшает гидродинамику и приводит к размягчению плодовой мякоти в горизонтальной части аппарата, что разрушает частицы и снижает качество сока. Устройство для перемещения сырья, расположенное в вертикальной части аппарата, также выполнено спиральным. В этой части происходит частичное отжатие сырья для лакричного корня, учитывая его прочную структуру, что дает положительный результат. Для плодово-ягодного сырья даже незначительное отжатие приводит к полному их разрушению. Если учесть, что экстрагент подается сверху, то разумеется, что вся разрушенная плодовая мякоть в виде мезги возвращается в сок, а это резко ухудшает качество сока, так как в него переходят все нерастворяющиеся в воде вещества вплоть до частиц, видимых невооруженным глазом. В аппарате не обеспечивается постоянное соотношение: экстрагент - плодово-ягодное сырье, так как отбор сока производится cо нижней части аппарата, что не позволяет поддерживать постоянный гидростатический напор из-за сложности поддержания отбора сока, одинакового с подачей экстрагента. Это приводит к потерям полезных компонентов в отходах. В данном аппарате вертикальное устройство служит в основном для отвода отходов: диффузионный процесс на этом участке прекращается. Задачей данного изобретения является сокращение потерь полезных компонентов и улучшение качества сока из плодово-ягодного сырья (сливы, абрикосы, вишня, черешня, клюква, брусника, кизил, рябина и др.). Поставленная задача решается тем, что в диффузионном аппарате, содержащем корпус, имеющий горизонтальный и вертикальный участки с установленными внутри устройствами для перемещения сырья и разгрузки отходов, бункер для загрузки сырья, ситовой пояс для отделения экстрагента, расположенный в головной части аппарата, укрепленные по радиусу спирали с лопатками на горизонтальном транспортирующем устройстве, греющие камеры, приводы, патрубки для подачи экстрагента и отвода экстракта, отличием является то, что вертикальный участок корпуса выполнен прямоугольной формы в поперечном сечении, а его устройство для перемещения сырья состоит из установленных на звездочках бесконечных цепей с закрепленными на них ковшами, а в верхней его части установлен дозатор для экстрагента, снабженный шарнирным краном с коллектором для подачи экстрагента в ковши, при этом лопатки прикреплены к спиралям под углом относительно горизонтальной оси вала, равным 20-25o по радиусу спирали под углом, равным 0,01-12o, спирали и лопатки выполнены перфорированными, причем к патрубку для отвода экстрагента подключен гидрозатвор. Выполнение вертикального участка корпуса прямоугольной формы в поперечном сечении обусловлено тем, что только при таком выполнении можно установить транспортирующее устройство, обеспечивающее гидродинамические условия, способные существенно сократить время массопереноса в пограничном слое. Устройство для перемещения сырья состоит из установленных на звездочках бесконечных цепей с закрепленными на них перфорированными ковшами, которые обеспечивают разрыхление плодово-ягодного сырья струями экстрагента, вытекающими из коллектора, и за счет этого интенсивно смывать пограничный слой с оставшимися полезными компонентами с поверхности плодово-ягодных частиц. Так как в каждый ковш должна подаваться определенная доза экстрагента, зависящая от соотношения фаз, то в верхней части вертикального участка устанавливается дозатор для экстрагента. Расположения лопаток на спиралях, а также перфорации в спиралях и лопатках позволяют улучшить гидродинамику диффузионного процесса за счет увеличения числа Рейнольдса, способствует сокращению пограничного слоя на поверхности частиц, а также предотвращаем образование застойных зон плодово-ягодных частиц. Для поддержания гидростатического уровня и равномерного отбора сока в аппарате, к патрубку для отвода экстрагента подключен гидрозатвор. На фиг. 1 изображен общий вид диффузионного аппарата с указанием всех его основных конструктивных элементов; на фиг. 2 изображено сечение горизонтальной части аппарата по I-I; на фиг. 3 изображена вертикальная часть аппарата со стороны головной его части; на фиг. 4 изображен разрез вертикальной части аппарата по А-А с указанием дозатора для экстрагента и устройства для перемещения сырья; на фиг. 6 изображен узел дозирования экстрагента, расположенного на вертикальной части аппарата (см. фиг. 1 и 6); на фиг. 7 дан вид фиг. 6 по стрелке А, на нем изображены щели, по которым движется распределитель экстрагента; на фиг. 8 изображено устройство для перемещения сырья в горизонтальной части аппарата; на фиг. 9 дано сечение устройство на фиг. 8 по I-I; на фиг. 10 дан вид фиг. 8 по стрелке А; на фиг. 11 изображена лопатка для перемешивания смеси. Предлагаемый диффузионный аппарат (фиг. 1) состоит из корпуса 1, имеющего горизонтальный 2 и вертикальный 3 участки. Внутри участков установлены устройства 4 и 5 для перемещения сырья по горизонтали и по вертикали соответственно. В головной части аппарата установлен бункер 6 для загрузки сырья в экстрактор и ситовой пояс 7 для отделения экстрагента от загружаемого сырья. На спирали горизонтального устройства 4 для перемещения сырья укреплены лопатки 8 (фиг. 10) для перемешивания смеси. На горизонтальном участке 2 (фиг. 1) аппарата установлены камеры 9 для парового и/или водяного подогрева смеси в аппарате. В верхней части вертикального участка 3 аппарата 1 предусмотрен патрубок 10 для подачи экстрагента, а в нижней части горизонтального участка 2 - патрубок 11 (фиг. 1) для отвода экстрагента. Устройство для перемещения сырья - 4 горизонтального участка 2 (фиг. 1) снабжено приводом 12, а устройство для перемещения сырья 5 вертикального участка 3 (фиг. 1, 3, 4) - приводом 13 (фиг. 1, 3). Вертикальный участок 3 корпуса 1 (фиг. 1, 3, 4, 5, 6) выполнен прямоугольной формы в поперечном сечении. Его устройство 5 для перемещения сырья состоит из установленных на звездочках 14 и 15 бесконечных цепей 16 и 17, на которых укреплены перфорированные ковши 18, В верхней части вертикального участка 3 установлен дозатор 19 для экстрагента и снабжен шарнирным краном 20 с коллектором 21 для подачи определенной дозы экстрагента в ковш 18 восходящей ветви устройства 5. На спиралях 22 устройства 4 для перемещения сырья, расположенного в горизонтальном участке 2 аппарата, лопатки 8 (фиг. 1, 8, 9, 10, 11) прикреплены под углом равным 20-25o по горизонтальной оси вала 23 и под углом![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/946.gif)
Формула изобретения
Диффузионный аппарат, содержащий корпус, имеющий горизонтальный и вертикальный участки с установленными внутри устройствами для перемещения сырья и разгрузки отходов, бункер для загрузки сырья, ситовой пояс для отделения экстрагента, расположенный в головной части аппарата, спирали с лопатками на горизонтальном транспортирующем устройстве, греющие камеры, приводы, патрубки для подачи экстрагента и отвода сока, отличающийся тем, что вертикальный участок корпуса выполнен прямоугольной формы в поперечном сечении, а его устройство для перемещения сырья состоит из установленных на звездочках бесконечных цепей с закрепленными на них ковшами, а в верхней его части установлен дозатор для экстрагента, снабженный шарнирным краном с коллектором для подачи экстрагента в ковш, при этом лопатки прикреплены к спирали под углом относительно горизонтальной оси вала, равным 20 - 25o, по радиусу спирали под углом, равным 0,01 - 12o, а длина каждой лопатки равна половине шага спирали, ширина - половине высоты спирали, спирали и лопатки выполнены перфорированными, причем к патрубку для отвода экстрагента подключен гидрозатвор.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11