Экстрактор для системы твердое тело - жидкость

 

Использование: в пищевой, микробиологической , фармацевтической, химической и других отраслях промышленности для экстракции веществ из твердых тел жидкостями , в частности из растительного сырья и его зерен или семян, содержащих лечебные масляные препараты. Сущность изобретения: экстрактор снабжен контуром принудительной циркуляции жидкого газа, содержащим вертикальную центральную трубу и насос, Вход насоса соединен с объемом экстрактора, а выходке центральной трубой. Устройство для выгрузки включает патрубки для подвода эвакуирующей жидкости и вывода эвакуируемой смеси. Центральная труба снабжена продольными рассекателями потока со сквозными окнами . 1 з.п.ф-лы, 2 ил, у е

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s В 01 D 11/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4874122/26 (22) 15.10.90 (46) 15,08.92. Бюл. N. 30 (71) Украинский научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения (72) О.И. Краснух ин, А, И. Калмычко в и

П,П.Ветров (53) 66.061.4.05 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 741908. кл. В 01 0 11/04, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 1101252, к . В 01 О 11/02, 1984. (54) ЭКСТРАКТОР ДЛЯ СИСТЕМЫ ТВЕРдое тело — жидкость (57) Использование: в пищевой, микробиологической, фармацевтической, химической

Изобретение относится к массообменным аппаратам и может быть использовано в пищевой, микробиологической, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности для экстракции веществ из твердых тел жидкостями, в частности из растительного сырья и его зерен или семян, содержащих лечебн ые масля и ые и репараты.

Известен аппарат для проведения массообменных процессов в системе твердое тело — жидкость, содержащий вертикальный корпус с загрузочным и выгрузочным устройс?вами, патрубки для подачи и отвода жидкости, вертикальный шток с кривошипно-шатунными виброприводом, поперечные перфорированные перегородки со срезом, образующим зазоры, а между перегородками и корпусом, установленные на штоке с чередующимся наклоном друг к другу.

„„5U ÄÄ 1754142 А1

2 и других отраслях промышленности для экстракции веществ иэ твердых тел жидкостями, в частности из растительного сырья и его зерен или семян, содержащих лечебные масляные препараты, Сущность изобретения: экстрактор снабжен контуром принудительной циркуляции жидкого газа, содержащим вертикальную центральную трубу и насос. Вход насоса соединен с обьемом экстрактора, а выход- с центральной трубой. Устройство для выгрузки включает патрубки для подвода эвакуирующей жидкости и вывода эвакуируемой смеси. Центральная труба снабжена продольными рассекателями потока со сквозными окнами. 1 з,п.ф-лы, 2 ил, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является колонный экстрактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на зоны смешения и расслаивания взаимодействующих фаз и снабженный крышкой и коническим днищем. Асимметрично оси корпуса в зоне смешения установлен вал с дисковыми мешалками, а зона расслаивания снабжена насадкой из полос, расположенных у диска под углом 90 — 120О, причем величина этого угла оказывает суще- ственное влияние на унос твердой фазы с мисцеллой;

Экстрактор работает следующим образом.

Исходный материал подают в верхнюю часть корпуса в зону смешения, в которой расположен вал с мешалками. В нижнюю часть корпуса (этой же эоны) противотоком к исходному материалу через штуцер подают экстрагент, который восходящим потокам проходит через насадки, уменьшающие турбулизацию потока, а следовательно, унос частиц твердой фазы, Вал с дисковыми мешалками обеспечивает равномерное распределение твердой фазы по сечению корпуса. Твердая фаза пад воздействием силы тяжести движется сверху вниз, а экстрагент, насыщаясь целевыми веществами, — снизу вверх. Сгущение твердой фазы происходит в зоне разделения фаз, каждая из которых отводится через соответствующие штуцеры, Образовавшиеся в процессе пары и газы выводят через штуцер в верхней крышке экстрактора.

Недостатками известного колонного экстрактора являются высокая металлоемкость, сложность конструкции, невысокая производительность, прежде всего ввиду неполного извлечения целевых компонентов, а также унос части мелкадисперснай твердой фазы; Кроме того, экстрактор не пригоден для процесса, в котором плотность экстрагента выше плотности твердой фазы, а наличие в нем перемешивающих устройств и нзсадок создает определенные трудности в эксплуатации, обслуживании и ремонте. подборе оптимальных потоков взаимодействующих носителей.

Цель изобретения — повышение производительности и степени извлечения целевых "компонентов за счет проведения процесса во взвешенном слое, снижение эксплуатационных затрат.

Это достигается тем, что экстрактор, содержащий вертикальный цилиндрический

" корпус с крыш кой и днищем, внутри которого расположейы зоны смешения и расслаивания, штуцеры ввода и вывода реагентов, устройство для выгрузки отработайного сырья, снабжен контуром принудительной циркуляции жидкого газа, содержащим вертикальную центральную трубу, установленную соасна и с зазором к крышке корпуса, и насос, вход которого соединен с обьемом экстрактора, а выход. — с центральной трубой. При этом устройство для- выгрузки отработанного сырья включает патрубки для подвода эвакуирующей жидкости и вывода эвакуируемой смеси; установленные соответственно в нижней и верхней частях аппарата, а центральная труба снабжена продольными рассекателями потока со сквознымй отверстиями.

На фиг. 1 показан фкстрактор для систе мы твердое тело — жидкость (продольный разрез) с циркуляционным контуром; на фиг. 2 — сечение А-А на фи г. 1.

Экстрактор включает корпус, состоящий из сферической крышки 1, конуса 2, цилиндрической обечайки 3, конический переходник4, расширитель 5 и днище 6. Через центр корпуса проходит труба 7 с рассекателями 8, установленная с зазором по отношению к сферической крышке 1, а нижний участок трубы 7 связан трубопроводом 9 с насосом 10, всасывающий патрубак которого связан трубопроводом 11 со штуцерам 12 на днище 6, а трубопровод 11 соединен с линией 13 для подачи свежего экстрагента.

Расширитель 5 снабжен люком-лазом 14, а днище 6 — штуцером 15 для подачи эвакуирующей жидкости и промывки экстрактора, а конический переходник 4 — штуцером 16 для подачи исходной твердой фазы. Сферическая крышка 1 снабжена штуцерами 17, 18 и 19 с клапаном для отвода отработанной смеси, для отвода эвакуируемой смеси и для соединения с вакуумной линией соответственно, На днище 6 установлен запасной штуцер 20. Экстрактор снабжен рубашкой

21 для подачи в нее теплоносителя через штуцер 22 и отвода его через штуцер 23. На линии 13 установлен клапан 24, а на конусе

4 и расширителе 5 — па одному запасному штуцеру 25. Линией 26 условно обозначена граница раздела фаз, которая разделяет зану смешения и расслаивания, а ее положение в вертикальной плоскости зависит от скорости (обьемного расхода) нисходящего потока сжиженного газа. Рассекатели 8 снабжены отверстиями 27.

35 Экстрактор является многоцелевым устройством, способным проводить процесс экстракции в системе твердое тело — >кидкость при различньи соотношениях их теплофизических свойств, в частности

40 плотности взаимодействующих фаз, чта позволяет рассмотреть предельные варианты работы экстрактора, а именно; — порядок пуска, работы и остановки экстрактора при проведении экстрактара из

45 предварительно подготовленного (очищенного и дробленного) исходного сырья (шрата), плотность котОрого (1000 кгlм ) ниже плотности экстрагента, например хладона—

22, составляющая 1300 кгlм ;

50 — то же, но при условии, что плотность экстрагента меньше плотности шрота.

В а р и а н т N 1 (плотность экстрагента больше плотности шрота).

После заполнения экстрактара шратам

55 через штуцер 16 и вакуумирование через штуцер 19 па линии 13 и 11 насосом 10 по линии 9 и трубс 7 заполня от обьем зкстрактора сжиженным газом, после полного заполнения которога начинается циркуляция сжиженного газа по циркуляцианному кон1754142 туру. Ввиду того, что шрот имеет меньшую плотность, чем сжиженный газ, он стремится собраться в верхней зоне экстрактора: зона смешения, которая ограничивается объемом сферйческой крышки 1, конуса 2, цилИндрический обечайки 3 и коническим переходником 4. Регулируя скорость (объемный расход) подаваемого сжиженного га-. за, устанавливают оптимальный его расход, который обеспечивают растяжку слоя шрота вдоль зоны смешения и получение взвешенного слоя. Именно взвешенный слой шрота в объеме экстрэктора является гарантом равномерного смывания каждой твердой частицы экстрагентом, чем значительно интенсифицируется процесс экстракции целевых компонентов. В зоне разделения, которая условно может находиться на уровне линии 26 (фиг. 1), ввиду резкого увеличения площади поперечного сечения расширителя 5, происходит значительное снижение скорости нисходящего потока сжиженного газа, что обеспечивает разделение взаимодействующих фаз.

ВСледствие этого твердая фаза не выносится в зону расслаивания, чем обеспечивается только циркуляция сжиженного газа без захвата твердой фазы.

В целях предупреждения излишней турбулизации потоков и появления его закручи.вания вдоль продольной оси, труба 7 снабжена стабилизаторами 8, которыми связана с элементами корпуса экстрактора

2, 3, а отверстия 27 обеспечивают взаимную связь секторов экстрактора в зоне смешения, Контроль за интенсивностью процесса экстракции может осуществляться (на осно. вании эмпирических. данных) по времени или определением содержания целевых компонентов в экстрагенте, либо плотномером или другими способами, что может служить сигналом для начала выгрузки смеси ш рота с жидкой фазой, которая осуществляется через штуцер 17 и направляется на дальнейшее разделение на ее составляющие: шрот, газ;-целевые компоненты. Начало выгрузки является сигналом для подачи ш рота через штуцер 16 и подпитки системы свежим сжиженным газом по линии 13 через клапан 24, линии 11 и далее через насос

10, линию 9 и трубу 7 в экстрактор., Наибольшая эффективность массопереноса зависит не только от относительной скорости взаимодействия (движения) твердой и жидкой фазы, но и от концентрации уже зкстрагированных компонентов в сжиженном газе. Поэтому поддерживая (регулируя) необходимые условия для максимальной эффективности процесса, 5 ния подпитки системы жидким газом) достигают максимальной производительности

30

45

50 взвешенйом слое со всеми вытекающими из

55 этого положительйыми результатами, При этом меняются ролями ряд штуцеров экс10

15 т.е. обьемный расход циркулирующего газа (следовательно — скорость обтекания частицы) и концентрацию целевых компонентов в жидкой фазе (ээ счет увеличения или снижеэкстракции.

При необходимости остановки экстрактора выключают насос 10» через штуцер 20 сливают жидкую фазу, которую напрэвля от на разделение газ-целевой компонент, Оставшаяся в зкстрактопе твердая фаза может быть эвакуирована после прогрева экстрактора путем подачи в рубашку 21 через штуцер 22 и отвода через штуцер 23 теплоносителя с целью отгонки оставшегося газа путем подачи через штуцер 15 эвакуирующей жидкости (например, воды) и отвода смеси воды и твердой фазы через штуцер 18, что,является более рациональным и содержащим новизну и полезность способс:а, позволяющим в значительной мере ускорить этот процесс, а следовательно, увеличить полезный фонд рабочего времени экстрактора, а также — экологически чистым способом, позволяющим использовать отработанный шрот в качестве кормовой добавки в животноводчестве, Периодические остановки экстрактора должны также предусматривать полную регенерацию внутренних поверхностей регенерирующей жидкостью, что может быть осуществлено либо простым заполнением elo экстракторэ через штуцер 15, а при необходимости — включением циркуляционного контура с последующим сливом pereнерирующей жидкости через штуцер 20.

В а р и а н т N 2 (плотность экстрагента ниже плотности шрота).

При реализации процесса экстракции в системе твердое тело — жидкость при условии, что плотность твердой фазы выше плотности экстрагента, изображенную на фиг, 1 конструкцию экстрактора достаточно повернуть на 180, т.е, сферическая крышка 1 с корпусом 2 должна стать нижней зоной аппарата, а конический переходник 4 с расширителем 5 — верхней зоной, В этом случае восходящий поток сжиженного газа, подаваемого через трубу 7, поднимает стремящуюся к осаждению твердую фазу вдоль всей зоны смешения, что обеспечивает проведение процесса экстракции также во трактора: штуцер 20 следует соединить с вакуумной линией, а один из штуцерою 25 на расширителе 5 или конусе 4 следует испольэовать (в зависимости от высоты взвешен1754142

7 ного слоя) для отвода отработанной смеси шрота с жидкой фазой, при обогреве экстрактора в случае его остановки на промывку и регенерацию теплоноситель следует подавать через штуцер 23, а.отводить через 5 штуцер 22, Преимуществом экстрактора является. полнота извлечения целевых компонентов из исходного сырья наряду с повышением фонда рабочего времени и производитель- 10 ности аппарата.за счет ведения процесса во взвешенном слое, что позволяет получить выход целевых компонентов от 90 до 95 Д от максимально возможного, простота конструкции экстрактора (обычная емкость с цир- 15 куляционным контуром и насосом, позволяющая отказаться от малоэффективййх насадок, вращающихся ярусных и кривошйпно-шатунных мешалок), т.е. более низкие капитальные, энергетические и экс- 20 плуатационные затраты на получение единицы целевых компонентов.

Формула изобретения

1. Экстрактор для системы твердое тело — жидкость, содержащий вертикальный ци- 25 линдрический корпус с крышкой и днищем, внутри которого расположены эоны смешения и расслаивания, штуцеры ввода и вывода реагентов, устройство для выгрузки отработанного сырья, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и степени извлечения целевых компонентов за счет проведения процесса во взвешенном слое, снижения эксплуатационных затрат, экстрактор снабжен контуром принудительной циркуляции жидкого газа, содержащим вертикальную центральную трубу, установленную соосно и с зазором к крышке корпуса, и насос, вход которого соединен с объемом экстрактора, а выход — с центральной трубой.

2. Экстрактор по и. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что устройство для выгрузки отработанного сырья включает патрубки для подвода эвакуирующей жидкости и вывода эвакуируемой смеси, установленных соответственно в нижней и верхней частях аппарата, а центральная труба снабжена продольными рассекателями потока со сквозными окнами.

1754142

Составитель А.Калмычков

Редактор Н.Федорова Техред М.Моргентал Корректор А.Ворович

Заказ 2838 Тираж . - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101