Екстрактор

Реферат: UA 99379 U UA 99379 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв для екстракції, диспергування, емульгування та перемішування в рідкому середовищі в гідродинамічному кавітаційному полі, що підвищує ефективність технологічних процесів і якість кінцевого продукту. Пристрій може бути використаний в фармацевтичній, біотехнологічній, харчовій, хімічній промисловості, в сільському господарстві, виробництві паливо-мастильних матеріалів та ін. Механічне перемішування рідин проводять [http://wvvw.masters.donntu.edu.ua/2009/fizmet/varunicheva/diss/indexu.htm]: швидкохідними та тихохідними лопатевими, пропелерними, турбінними, дисковими, якірними та рамними мішалками відкритого чи закритого типу, а також спеціальними мішалками (пневматичні мішалки) [http://apparatus.narod.ru/mesh.htm]. Основним недоліком всіх цих типів мішалок є недостатня ефективність перемішування, що обумовлено рядом їх технічних недоліків, усунення яких дало б можливість значно інтенсифікувати процес перемішування, ці недоліки відсутні в спеціальних мішалках, але вони мають високу вартість. Найбільш близьким аналогом є пристрій (Патент України № 13942А, опублікований 25.04.1997 р., бюл. № 2), в якому мішалка містить циліндричний корпус з патрубками для подачі води, суспензій та твердих часток, а також перемішуючий робочий орган мішалки, виконаний у вигляді лопатей, і електродвигун для його приводу, також мішалка містить коливальний пристрій, що встановлений між електродвигуном та валом, на який посаджений лопатевий змішувач, який має кавітуючі лопаті, тонкі спереду та товстіші в задній частині - для створення ефекту кавітації рідини. Недоліком аналога є значна матеріалоємність, складність конструкції, збільшена витрата електроенергії, яка необхідна для проведення процесу змішування, що зумовлено використанням додаткового коливального механізму. Відомий пристрій (Патент України № 68310, опублікований 26.03.2012 р., бюл. № 6), в якому деякі з цих недоліків усунені, а саме за рахунок виключення з конструкції додаткового коливального механізму, завдяки чому зменшена матеріалоємність, а також використана дещо менш складна конструкція, але гідродинамічний ефект досягається періодичним виштовхуванням поплавка з лопатями на напрямному валу, що надітий на привідний вал квадратного перерізу із рідини та зануренням в рідину. Недоліками є, по-перше те, що кавітаційний ефект при використанні такого принципу не надто інтенсивний. По-друге, він значною мірою залежить від безперешкодного коливального занурення та спливання поплавка із лопатями на напрямному валу, який має безперешкодно ковзати по привідному валу, що саме по собі проблематично при додаванні будь-якої твердої фракції або рідин підвищеної в'язкості. Також слабким місцем (низька надійність) конструкції є муфта, через яку привідний вал квадратного перерізу в верхній частині кріпиться до вала електродвигуна. Постійні вібрації внаслідок коливального занурення та спливання поплавка із лопатями на напрямному валу будуть неминуче приводити до ослаблення або руйнування цього кріплення. Чому також сприяє поштовх лопатей з напрямним валом об опорний виступ привідного вала при опусканні під дією сили гравітації. Також відомий аналог (Патент РФ на винахід № 2127752 "Екстрактор для рослинної сировини"), що використовується для екстрагування рослинної сировини рідкими екстрагентами. Екстрактор містить корпус, в якому розміщені привідні мішалка з барботером і фільтруючий елемент, порожнина якого з'єднана через збірник, що обігрівається з барботером для створення в екстракційній суміші ультразвукових коливань. Згідно з винаходом в реакторі йде нагрівання екстрагента, пари екстрагента досягають надзвуковий швидкості і з адіабатним розширенням надходять в екстракційну суміш. На виході з сопел барботера відбувається турбулентний зрив потоку пари, що супроводжується утворенням і схлопуванням кавітаційних порожнин. Недоліком є те, що незважаючи на інтенсивний кавітаційний ефект при використанні такого рішення, екстрагент за даною технологією неодмінно нагрівається, що неминуче веде до втрат термолабільних біологічно активних речовин із рослинної сировини. При недостатньому самоочищенні фільтруючого елемента екстракція зупиняється через поєднання процесів в одному апараті. Також треба відзначити, що екстрактор за даним винаходом є високотехнологічним пристроєм з високою вартістю виготовлення та обслуговування. В основу корисної моделі поставлена задача створення екстрактора спрощеної конструкції з низькою матеріалоємністю, із забезпеченням інтенсифікації екстрагування без нагріву екстрагенту, з високою надійністю та економічністю при проведенні процесу екстракції та змішування, отримання екстрактів із максимально збереженими біологічно-активними 1 UA 99379 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 речовинами за рахунок використання гідроударно-кавітаційного ефекту в магнітному полі, з низькою вартістю при виготовленні та обслуговуванні. Поставлена задача вирішується тим, що екстрактор містить з патрубками для вводу компонентів та відводу готового продукту, перемішуючий активуючий робочий орган, електродвигун для приводу перемішуючого активуючого органу, згідно з корисною моделлю, додатково містить та/або вакуумний патрубок, та/або перетинки зі звуженими каналами, та/або магніти. Крім того, магніт встановлено зовні корпусу на рівні перетинок з каналами; магніт встановлено з можливістю обхвату корпусу; магніт є постійним; магніт встановлено північним полюсом на корпус. Таким чином, зазначений вище технічний результат, що досягається в процесі експлуатації представленої конструкції, що заявляється, забезпечується ознаками, які відрізняють її від ознак подібних пристроїв. Завдяки оснащенню екстрактора магнітного кавітаційно-гідроударного перетинками з каналами, що звужуються в напрямку, потужними магнітами (обіймами), вакуумним патрубком з гідровідбійником для підключення до ваккумного насоса створюється найбільш сприятливе середовище до виникнення кавітаційного ефекту - основи технологічного процесу, що протікає в екстракторі. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де на фіг. 1 представлений ескіз екстрактору; фіг. 2 - переріз перетинки із звуженим каналом. Екстрактор має електродвигун - 1, підшипниковий вузол - 2, вакуумний патрубок - 3 з можливістю підключення до вакуумного насоса (не показано), патрубок для вводу компонентів 4, вал - 5 (перемішуючий активуючий робочий орган), циліндричний корпус - 6, перетинка з каналами - 7, канал із звуженням - 8, лопаті - 9, патрубок з краном для відведення готового продукту - 10, магніт - 11. Екстрактор працює наступним чином: через патрубок для вводу компонентів (4), який знаходиться в верхній частині циліндричного корпусу (6), вводяться компоненти, що необхідні для отримання готового продукту. За допомогою вакуумного патрубку (3) з гідровідбивачем (не показано) із циліндричного корпусу (6) відкачують повітря до необхідного рівня. Підготовлюють магніт (11). Включають електродвигун (1) з певною, в залежності від компонентів, частотою обертання. За допомогою підшипникового вузла (2) та вала рух передається активуючому робочому органу (5) з лопатям (9). При роботі екстрактора, лопаті (9) відкидають компоненти на перетинки 7 з каналами (8), які виконані звуженими, при лопаті (9) рухаються таким чином, щоб направляти компоненти на отвір меншого діаметра каналів (8). Після закінчення роботи екстрактора готовий продукт виводиться за допомогою патрубка з краном (10). Треба відзначити, що основою технологічного процесу в екстракторі є потужна кавітація. Як відомо, кавітація - це процес пароутворення і подальшої конденсації бульбашок пари в потоці рідини, що супроводжується шумом і гідравлічними ударами, що утворюються в рідині порожнин (кавітаційних бульбашок), заповнених паром самої рідини, в якій виникає. Вона виникає в результаті місцевого зниження тиску в рідині до певного критичного значення, що може відбуватися при збільшенні швидкості рідини (гідродинамічна кавітація). При русі рідини через звуження каналу, тиск в рідині підвищується, а по виході із звуження - значно знижується. В цьому місці і сплескуються кавітаційні бульбашки. Саме це відбувається, коли потік рідини направляється лопатями (9) по окружності циліндричного корпусу (6) екстрактора. Відцентрове і радіальне прискорення направляють потік на перетинки з каналами (7) із звуженням. При виході потоку рідини з вузької частини каналу і відбувається кавітаційний ефект. Цей ефект посилюється при зниженні тиску за рахунок вакуумного патрубку - (3) в корпусі екстрактора, що передбачено конструкцією. Також ефект кавітації значно посилюється внаслідок впливу магнітного поля, що забезпечується магнітом (11). Відзначимо, що вода має діамагнітні властивості (коефіцієнт її магнітної проникності μ=0,999991), і при взаємодії з магнітним полем вода з нього виштовхується. Внаслідок цього виникає сила, що гальмує поток. Оскільки число молекул води в кожній одиниці об'єму однаково, то епюра сил, що гальмують, являє собою пряму лінію. Отже, всередині соленоїда і безпосередньо перед ним в потоці виникає ділянка стиснення, де тиск рідини вище, а швидкість руху менше, ніж в іншому потоці. Але завдяки об'ємній міцності рідини, її потік не розривається, і безпосередньо за ділянкою стиснення повинен утворити ділянку розтягування, де тиск менше, а швидкість вище, ніж в основному потоці. Виникнення внаслідок дії поля градієнта тиску викликає у воді ефект кавітації аналогічно тому, як виникає вона в каналі (трубці), який звужується. Використання постійних магнітів забезпечує постійне магнітне поле, дозволяє спростити конструкцію та зменшити споживання електроенергії. Завдяки тому, що силові лінії магнітного поля виходять саме з північного полюсу постійного магніту, встановлення постійного 2 UA 99379 U 5 10 15 20 25 30 магніту північним полюсом на циліндричний корпус забезпечує більшу протяжність силових ліній магнітного поля відносно рідини в циліндричному корпусі, що, в свою чергу, посилює кавітаційний ефект в рідині, яка знаходиться всередині циліндричного корпусу. Встановлення магніту зовні циліндричного корпусу на рівні перетинок за каналами, в тому числі, з можливістю обхвату циліндричного корпусу дозволяє максимально зосередити кавітаційний ефект від магнітного поля на рівні зон утворення кавітації від руху рідини крізь канали в перетинках, що, в свою чергу, сумарно посилює ефект кавітації і забезпечує значно більш інтенсивне екстрагування. В результаті адіабатного розширення і теплообміну з екстракційними компонентами бульбашки сплескуються, чим генерують коливання тиску ультразвукових частот, під дією яких руйнуються клітинні мембрани рослинної сировини, що приводить до багаторазового збільшення поверхні контакту фаз і падіння дифузійного опору рослинної сировини. Це забезпечує інтенсифікацію екстрагування без нагріву екстрагенту. Екстрактор за 2-5 хвилин дозволяє отримувати водні, спиртові, водно-спиртові та масляні екстракти з природної сировини. Таким чином, технічним результатом запропонованої корисної моделі є значне підвищення кавітаційного ефекту, що в комплексі з конструкторськими та технологічними рішеннями забезпечує інтенсифікацію екстрагування без нагріву екстрагенту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Екстрактор, що містить корпус з патрубками для вводу компонентів та відводу готового продукту, перемішуючий активуючий робочий орган, електродвигун для приводу перемішуючого активуючого органу, який відрізняється тим, що корпус додатково містить та/або вакуумний патрубок, та/або перетинки зі звуженими каналами, що встановлені в корпусі, та/або принаймні один магніт. 2. Екстрактор за п. 1, який відрізняється тим, що магніт встановлено зовні корпусу. 3. Екстрактор за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що магніт встановлено на рівні перетинок зі звуженими каналами. 4. Екстрактор по одному з пп. 1-3, який відрізняється тим, що магніт встановлено з можливістю обхвату корпусу. 5. Екстрактор по одному з пп. 1-4, який відрізняється тим, що магніт є постійним. 6. Екстрактор по одному з пп. 1-5, який відрізняється тим, що постійний магніт встановлено північним полюсом на корпус. 3 UA 99379 U 4 UA 99379 U Комп’ютерна верстка М. Шамоніна Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5