Экстрактор

 

ЭКСТРАКТОР, включающий вертикальный цилиндрический корпус с конусным днищем, фш1ьтр1пощую перегородку , расположенную по периферии в средней части корпуса, центрально установленный вал с ярусно укрепленными на нем мешалками, устройства Для подачи экстрагируемого материала в верхнюю и экстрагентов в верхнюю и нижнюю части корпуса, устройства для выпуска мисцеллы через фильтрующую перегородку и готового продукта из конусного днища, снабженный циркуляционным контуром, состоящим КЗ теплообменника и трубопроводов впуска и выпуска суспензии экстрагируемого материала и экстрагента, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса экстракции путем стабилизации гидравлического сопротивления фильтрукадей перегородки и исключения продольного перемешивания фаз, он снабжен двумя вертикальными цилиндрическими перегородками , внутренняя из которых выполнена перфорированной, установленными по обе стороны фильтрув ей перегородки и обраэующиьш вмут1 еннюю, заполненную на &,15 - 0,2 ее объема плавающей насадкой/ и наружную каMepti , конической воронкой, уставов- i ленной в верхней части корпуса ниже (Л трубопровода впуска суспензии и :Имеющей вертикальную переточную трубу,. с и коническим винтойь) устройством, установленным на валу в зоне воронки , при этетл наружная камера снабжена разделяюишми ее на секции вертикальными радиальными пе{ егородками ; и источником пульсации, соединенным ; пульсопроводом с секциями, а днище наружной камеры выполнено перфорироСХ ) ванным и имеет приемный коллектор. 00 4 сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) . (!1) 3(5)) В 01 D 11/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРРтщф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)(21 ) 3552561/23-26 (22) 16.02.83, (46) 3 О. 04 ° 84. Бюл. В 16 (72) S.A.Âåéñáåéí, А.П.Захарычев, A.М.Фексон, В.Н.Жучков и С.В.Кан (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ (53) 66 ° 061.5(088.8) (56) 1. Авторское. свидетельство СССР

В 430868, кл. В 01 D 11/09,.1970.

2. Авторское свидетельство СССР

9 135065, кл. В 01 D 11/02, 3. Авторское свидетельство СССР

В 606597, кл. В 01 D 11/02. (54)(57) 3KCTPAKTQP, включающий вертикальный цилиндрический корпус с коиусным днищем, фильтрующую перегородку, расположенную по периферии в средней части корпуса, центрально установленный вал с ярусно укрепленными на нем мешалками, устройства дпя подачи экстрагируемого материала в верхнюю и зкстрагентов в верхнюю и нижнюю части корпуса, устройства дпя выпуска мисцеллы через фильт- . рующую перегородку и готового продукта иэ конусного днища, снабженный циркуляционным контуром, состоящим из теплообменника и трубопроводов впуска и выпуска суспенэии зкстрагируемого материала и экстрагента, о т л )(ч а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса экстракции путем стабилизации гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки и исключения продольного перемешивания фаз, он .снабжен двумя вертикальными цилиндрическими пер городками, внутренняя иэ которых выполнена перфорированной, установленными по обе стороны фильтрующей перегородки и образующими внутреннюю, эаполненнуЮ на 0,15 - 0,2 ее объема плавающей насадкой, и наружную камеры, конической воронкой, установ- Е ленн и в верхней части корпуса ниже трубопровода впуска суспензия и имеющей вертикальную переточную трубу,. и коническим винтовым устройством, установленным на валу в зоне воронки, при этом наружная камера сиабже- Я на разделяющими ее на секции вертикальными радиальными перегородками и источником пульсации, соединенным пульсопроводом с секциями, а днище наружной камеры выполнено перфорированным и имеет приемный коллектор.

1088745 смесительную камеру, последовательно проходит все сепарирующие устройства и смесительные камеры противотоком твердой фазе и удаляется из верх40

45 ней части корпуса в виде концентрированной мисцеллы (ij .

Недостаток данного экстрактора заключается в том., что процесс экстрагирования в нем осуществляется только одним экстрагентом и при низких удельных нагрузках фаз из-эа сильного перекрытия объема экстрактора внутренними секционирующими уст.ройствами. Кроме того, сепарирующие устройства быстро забиваются мелкими частицами твердой фазы, нарушается нормальное противоточное движение фаз и жидкость движется мимо сепарирующих устройств, что приводит к возрастанию уноса и снижению эффективности экстрагирования.

Известен также экстрактор, выполненный в виде вертикального корпуса с конусным днищем, снабженный фильтрующей перегородкой, расположенной по периферии корпуса, устройствами для подачи экстрагируемой фазы, экст рагента, вывода готового продукта и мисцеллы (раствор экстрактивных веществ в экстрагенте).

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для экстрационной очистки биомассы дрожжей и других микроорганизмов от углеводородов и липидов.

Известен экстрактор для систем твердое тело — жидкость, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, секционированный по высоте коническими тарелками, вал с лопастными ме- 10 шалками, устройства для загрузки и, выгрузки твердого материала, штуцеры для ввода и вывода жидкости, причем корпус экстрактора снабжен сепарирующими устройствами, выполненными 15 в виде пакетов усеченных конусов, и цилиндрическими обечайками смесительные камеры), в которых устаноВлены мешалки, а на валу укреплены отжимные шнеки, перемещающие твердый gp материал с конической тарелки в смесительную камеру.

Твердая фаза подается в верхнюю смесительную камеру, где смешивается с мисцеллой, поступающей из сепарирующего устройства. Из смесительной камеры твердая фаза опускается на коническую тарелку и затем отжимным шнеком проталкивается в следующую смесительную камеру. Пройдя последовательно все смесительные камеры и конические тарелки, очищенная твердая фаза выгружается из нижней части корпуса экстрактора шнековым устройством.

Растворитель подается в нижнюю

Твердая фаза подается в верхнюю часть корпуса и опускается вниз под собственным весом противотоком подаваемому в нижнюю часть корпуса растворителю. Очищенная твердая фаза выгружается из нижней части корпуса через шлюзовый затвор, а концентрированная мисцелла выводится через фильтрующую перегородку f2) .

Однако процесс экстрагирования в таком экстракторе проводится без пе- ремешивания и одним экстрагентом,в результате чего происходит сильное. продольное перемешивание из-за наличия застойных зон,каналообразования и уноса мелких частиц твердой фазы, что в значительной степени снижает эффективность процесса. Кроме того, фильтрующая перегородка быстро забивается частицами твердой фазы, вследствие чего гидравлическое сопротивление ее резко возрастает и нормальная работа экстрактора нарушается..Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является экстрактор, включающий вертикальный корпус с конусным днищем, фильтрующую перегородку, расположенную по периферии в средней части корпуса, устройства для подачи экстрагируемой фазы и экстрагентов и вывода готового продукта и мисцеллы, центрально установленный вал с ярусно укрепленными на нем перемешивающими устройствами, причем верхняя часть корпуса снабже на циркуляционным контуром, состоя щим из теплообменника и трубопрово-! дов впуска и выпуска суспензии, сос, тоящей из экстрагируемого материала н экстрагента, а перемешивающее устройство, расположенное в зоне, ограниченной высотой фильтрующей перегородки, выполнено в виде спиральных лопастей, скользящих по внутренней поверхности этой перегородки (3 °

Процесс экстрагирования осуществляют следующим образом.

В верхнюю часть корпуса непрерывно подают суспензию, состоящую из обезвоженной биомассы и экстрагента, которая pro мере движения вниз интенсивно перемешивается в результате циркуляции по замкнутому контуру.

При дальнейшем движении вниз суспензия смешивается с чистым экстрагентом, который подают в нижнюю часть корпуса со скоростью, не превышающей порога псевдоожижения, причем может быть подан не только экстрагенr, вместе с которым биомасса поступает в экстрактор, но и любой другой. Очищенная биомасса через конусное днище поступает в устройство вывода готового.продукта, из которого подается на дальнейшую Обработку для отгойки экстрагента.

1088745

Иисцелла, состоящая иэ экстраген- та с растворенными в нем извлеченными из биомассы углеводородами и липидами, через фильтрующую перегородку отводится из экстрактора на дальнейшую переработку — дистилляцию. э

Очистка фильтрующей перегородки от осевших на ее поверхности мелких частиц производится спиральными лопастями, скользящими по этой поверхности 30

В результате прямоточного движения биомассы с экстрагентом в верхней части корпуса и противоточного движения опускающейся биомассы и поднимающегося растворителя в нижней части корпуса происходит очищение биомассы от остаточных углеводородов и липидов (3) .

Недостаток известного экстрактора заключается в том, что спиральные лопасти, скользящие по поверхности фильтрующей перегородки, не удаляют содержащиеся в мисцелле мелкие час- тицы биомассы, оседающие в основном внутри пор этой перегородки, примыкающих к ее поверхности. В результате по мере отвода мисцеллы гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки быстро возрастает, что приводит к нарушению стабильности работы экстрактора и его остановке для чистки °

Кроме того, в процессе экстрагирования благодаря перемешивающим устройствам, размещенным на валу по высоте экстрактора, происходит значительное продольное перемешивание как экстрагируемой фазы, так и экстрагентов, которое существенно снижает эффективность процесса.

Цель изобретения — интенсификация процесса экстракции путем стабилизации гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки и исключения продольного перемешивания фаз.

Поставленная цель достигается тем,45 что экстратор, включающий вертикальный цилиндрический корпус с конусным днищем, фильтрующую перегородку, расположенную по периферии в средней части корпуса, центрально установлен-5О ный вал с ярусно укрепленными на нем мешалками, устройства для подачи экстрагируемого материала в верхнюю и экстрагентов в верхнюю и нижнюю части корпуса, устройства для выпус- ка мисцеллы через фильтрующую перегородку и готового продукта иэ конус- . ного днища, снабженный циркуляционным контуром, состоящим из теплообменника и трубопроводов впуска и выпуска суспензии зкстрагируемого материала и экстрагента, снабжен двумя вертикальными цилиндрическими перегородками, внутренняя из которых выпол- нена перфорированной, установленными по обе стороны фильтрующей перего-65 родки и образующими внутреннюю, заполненную на 0,15 — 0,2 ее объема плавающей насадкой, и наружную камеры, конической воронкой, установленной в верхней части корпуса ниже трубопровода впуска суспенэии и имеющей вертикальную переточную трубу, и коническим винтовым устройством, установленным на валу в зоне воронки, при этом наружная камера снабжена разделяющими ее на секции вертикальными радиальными перегородками и источником пульсации, соединенным пульсопроводом с секциями, а днище наружной камеры выполнено перфорированным и имеет приемный коллектор.

На фиг. 1 представлен экстрактор, общий вид,в разрезе; на фиг. 2 — сечение A-A на фиг. 1, Экстрактор представляет собой вер тикальный цилиндрический корпус 1 с паровой рубашкой 2 и конусным днищем 3. В средней части корпуса по периферии установлена фильтрующая перегородка 4, по обе стороны которой установлены вертикальные цилиндрические внутренняя 5 и наружная б перегородки, образу:ощие камеры, причем внутренняя камера на 0,15 — 0,2 свое. го объема заполнена плавающей насадкой 7, а стенки этой камеры выполнены перфорированными с размерами отверстий, меньшими размеров насадки.

Наружная камера разделена вертикальными радиальными перегородками 8 на секции 9, соединенные посредством пульсопровода 10 с источником 11 пульсаций, установленным снаружи корпуса и выполненным в виде вращающегося от электродвигателя 12 эолотникового устройства, в которое подается сжатый воздух.

Днище 13 наружной камеры перфорировано отверстиями, при этом по периметру .его установлен кольцевой коллектор 14 со штуцером 15 для отвода мнсцеллы.

По .оси корпуса экстрактора установлен вал 16 с перемешивающими устройствами 17, которые могут быть выполнены в .виде радиальных многопластных мешалок.

В верхней части корпуса установлен циркуляционный контур, включающий теплообменник 18 со штуцерами

19 для подачи пара 20 вывода конденсата, а также трубопроводы 21 впуска и 22 выпуска суспензии.

Ниже трубопровода впуска суспензии.на стенке корпуса укреплена коническая воронка 23 с вертикальной переточной трубой 24, причем выходное отверстие воронки составляет

0,25 — 0,4 диаметра корпуса.

На валу в зоне конической воронки установлено винтовое устройство

25, витки которого скользят по поверхности воронки.

1088745

Устройства для подачи зкстрагируемого материала и зкстрагента выполнены в виде патрубков 26 и 27, укрепленных на крышке 28 экстрактора и опущенных ниже уровня суспении в экстракторе, определяемого высотой переточной трубы. Для отвода паров экстрактора укреплен штуцер 29.

Для подачи второго экстрагента на конусном днище 3 укреплен штуцер 30. Вывод готового продукта осу- 10 ществляют через шлюзовой затвор 31, установленный под конусным днищем. ,Цля поддержания необходимой температуры внутри экстрактора в рубашку подают пар через штуцер 32, а кои- 15 денсат выводят через штуцер 33.

Экстрактор работает следующим образом.

В верхнюю часть корпуса через патрубок 26 непрерывно подают экстрагиру-20 емый материал, например в виде сухой биомассы,а через патрубок 27 — экстра- гент, например, полярный растворитель типа обводненного спирта. Экстрагируемый материал можно подавать также д5 в виде заранее приготовленной суспензии, состоящей из биомассы и экстрагента.

Поступившая в экстрактор биомасса мешалкой 17 равномерно распределяется по его сечению и смешивается с экстрагентом. Образовавшаяся суспензия вначале попадает и циркуляциоиный контур 21, 18, 22 для лучшего проникновения экстрагента внутрь частиц биомассы в условиях повышеиного температурного поля, а затем поступает в коническую воронку 23. Винтовое устройство 25, витки которого скользят по поверхности воронки, гро-40 талкивает биомассу в среднюю часть корпуса, одновременно отжимая мис, целлу, переливающуюся по переточной трубе 24 в зону, ограниченную высотой фильтрующей перегородки 4. 45

Вышедшая из конической воронки биомасса, содержащая незначительное количество мисцеллы, опускается вниз а среднюю часть корпуса где подвер 50 гается обработке вторым экстрагентом, например неполярным растворителем типа гексана. Второй экстрагент подается в конусное днище 3 через штуцер

30 и поднимается вверх в зону, ограниченную высотой фильтрующей перегородки, противотоком биомассе. Очищенная биомасса выводится из конусного днища 3 "ерез шлюзовой затвор 31 на дальнейшую обработку для отгонки растворителя.

Иисцеллы от первого и второго экстрагентов смешиваются в зоне, ограниченной высотой фильтрующей перегородки, и направляются во внутреннюю камеру,5, где подвергаются интен-65 сивному перемешиванию плавающей насадкой 7.

В результате получается высокодисперсная эмульсия — конечная мисцелла, которая, пройдя сквозь фильтрующую перегородку 4, очищается от твердых примесей и направляется в наружную . камеру 6, из которой сливается в приемный коллектор 14 и через штуцер 15 отводится на дальнейшую переработку (дистилляцию).„Плавающая насадка 7 приводится в движение от столба жидкости, пульсирующего в пульсопроводе 10 за счет периодического изменения давления воздуха в пульсаторе 11. Интенсивность пульсаций жидкости подбирается такой, чтобы плавающая насадка циркулировала по всему объему внутренней камеры.

Плавающая насадка, движущаяся во внутренней камере за счет пульсаций жидкости, непрерывно совершает беспорядочные соударения с фильтрующей перегородкой и тем самым эффективно очищает ее поверхность от твердых частиц, которые удаляются в среднюю часть экстрактора сквозь перфорированные стенки камеры. Заполнение внутренней камеры на 0,15 - 0,2 ее объема фигурной насадкой позволяет оптимально использовать поверхность насадки для очистки фильтрующей перегородки при подаче пульсаций.

Разделение наружной камеры вертикальными перегородками на секции позволяет равномерно и эффективно распределить воздействие энергии пульсирующего потока жидкости на фильтрующую перегородку.

Соединение наружной камеры пульсопроводом с наружным источником пульсаций позволяет использовать энергию пульсирующего потока жидкости как для поддержания фигурной насадки в движущемся состоянии, так и для гидравлического воздействия на жидкость, находящуюся в порах фильтрующей перегородки. В результате твердые частицы, меньшие размера пор и находящиеся в этих порах, поддерживаются во взвешенном состоянии, что позволяет стабилизоровать гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки.

Укрепление конической воронки с переточной трубой в верхней частй корпуса ниже трубопровода впуска суспенэии позволяет отделить суснензию, состоящую иэ первого экстрагента и биомассы, от смешивания с вторым экстрагентом (либо его мало концентрированной мисцеллой) и предотвратить проскок частиц биомассы и мис- еллы первого экстрагента в нижнюю часть экстрактора, т.е. исключить продольное перемешивание фаз.

Выполнение размера выходного отверстия конической воронки равным

10&8745

0,25 — .0,4 диаметра корпуса и установка на валу в зоне конической воронки винтового устройства, витки которого скользят по поверхности воронки, позволяет поддерживать достаточно высокую удельную нагрузку по биомассе (1-1,5 м /м«ч), отделять мисцеллу первого экстрагента от биомассы с достаточно высокой степенью (содержание мисцеллы в биомассе, выходящей из конической воронки, 4060%) и устранять зависание биомассы в воронке.

Составитель A.Сондор

РедактоР О.МеРмелютейн ТехРедМ.Тепер Корректор Г. Рещетник

Заказ 2754/4 Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

11

t2

Л

Я

f7

Ф

Таким образом, предлагаемый экстрактор позволяет интенсифицировать процесс экстракции липидов из биомассы путем стабилизации гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки и исключения продольного перемешивания фаз в 1,5 — 2 раза, т.е. получать биомассу с остаточным содержанием липидов 0,3 — 0,5%, а также снизить эксплуатационные

1О,затраты на обслуживание по срав-, 1нению с прототипом примерно на ЗОЪ.