Установка для газожидкостной экстракции

 

Использование: в пивоваренной и консервной промышленности при экстракции высококоррозионноактивных ароматических масел хмеля, чеснока и других. Сущность изобретения: установка для газожидкостной экстракции содержит соединенные в замкнутый контур экстрактор, испаритель и конденсатор, средства подпитки экстрагента и сборник экстракта. Испаритель выполнен в виде установленных в корпусе со входным патрубком для мисцеллы и выходными патрубками для экстракта и экстрагента приводного вала с установленными на нем с образованием ломанной поверхности дисками, толщина которых увеличивается к оси вала, С-образных перегородок, установленных между дисками, и по меньшей мере одного источника инфракрасного излучения, установленного с противоположной стороны от С-образных перегородок. Все это обеспечивает равномерное выпаривание экстрагента с поверхности ротора, исключая испарение и рециркуляцию высококоррозионноактивного экстракта. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к оборудованию для производства термолабильных ароматических экстрактов, в частности из хмеля в пивоварении, пряностей в консервной промышленности, ароматических растений в парфюмерии, посредством экстракции сжиженным газом.

Известна установка для газожидкостной экстракции, содержащая последовательно соединенные в замкнутый контур экстрактор, испаритель и конденсатор, средства подпитки экстрагента и сборник экстракта, в которой испаритель выполнен в виде емкости с размещенным в ней конвективным источником тепла.

Недостатками этой установки являются наличие зон локального перегрева мисцеллы в испарителе на нагревателе, приводящее к циркуляции части легколетучих экстрактивных веществ с экстрагентом, и коррозионный износ элементов арматуры и уплотнений при циркуляции с экстрагентом экстрактивных веществ с высокой коррозионной активностью, особенно хмеля и чеснока.

Предлагаемая установка для газожидкостной экстракции, содержащая последовательно соединенные в замкнутый контур экстрактор, испаритель и конденсатор, средства подпитки экстрагента и сборник экстракта, согласно изобретению, выполнена с испарителем в виде установленных в корпусе приводного вала с закрепленными на нем дисками, выполненными с толщиной, увеличивающейся к оси вала, и установленными с образованием ломаной поверхности, С-образных перегородок, установленных между дисками, и по меньшей мере одного источника инфракрасного излучения, установленного с противоположной стороны от С-образных перегородок.

Такая конструкция установки позволяет исключить образование зон локального перегрева и испарения ароматических экстрактивных веществ, в том числе коррозионноактивных, при отсутствии возможности контакта мисцеллы с нагревательными элементами в испарителе.

В предпочтительном варианте источники инфракрасного излучения могут быть установлены в плоскостях, перпендикулярных оси вала, и выполнены по дугам, соосным дискам окружностей, при этом желательно, чтобы диски образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах a 0 (1) где Х ось, совпадающая с осью вала; Y ось, перпендикулярная оси вала; а константа, определяющая условия освещенности поверхности дисков, м^-1.

Такое выполнение установки позволяет осуществлять дифференцированный энерговвод по длине корпуса в зависимости от уменьшения содержания экстрагента для исключения перегрева и испарения коррозионноактивного экстракта при периодическом проведении процесса экстракции, а в желательном варианте создать равномерную освещенность поверхности дисков для исключения зон локального перегрева и испарения экстракта на их поверхности.

Другим предпочтительным вариантом предусмотрена установка источников инфракрасного излучения параллельно оси вала и их выполнение линейными, при этом желательно, чтобы диски образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах a 0 (2) где Х, Y, а имеют те же значения.

Такая конструкция установки обеспечивает минимальный удельный энерговвод и предназначена для обработки мисцелл при экстракции в непрерывном потоке при малом гидромодуле или в условиях интенсивного массообмена при высокой концентрации мисцелл, в желательном варианте без образования зон локального перегрева мисцеллы при равномерной освещенности.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение источника инфракрасного излучения в виде части, соосной валу цилиндрической поверхности, при этом желательно, чтобы диски образовывали поверхность, удовлетворяющую уравнению в декартовых координатах 2arctg arctg -Yʹln -B 0 где B безразмерная константа, определяющая условия освещенности поверхности дисков; X, Y имеют те же значения.

Такая конструкция установки обеспечивает максимальный удельный энерговвод и обладает максимальной производительностью выпаривания экстрагента, что необходимо при работе установки в непрерывном режиме с высоким гидромодулем. В желательном варианте форма образуемой дисками поверхности исключает образование зон локального перегрева мисцеллы при ее равномерной освещенности.

Еще одним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение дисков с заостренными внешними кромками, желательно с углом при вершине не менее 10^о.

Это исключает зону перегрева на торце дисков, в желательном варианте без значительного увеличения материалоемкости. Для повышения КПД использования инфракрасного излучения диски могут быть выполнены с гладким профилем впадин.

Для увеличения поверхности испарения диски могут быть выполнены с изломом во впадинах образуемой ими поверхности, желательно с углом при вершине излома не меньше 160^о, что исключает резкое падение КПД использования инфракрасного излучения.

Последним предпочтительным вариантом предусмотрено выполнение дисков с максимальной толщиной, уменьшающейся для каждого диска по направлению от входного патрубка для мисцеллы к выходному патрубку для экстракта.

Это исключает образование застойных зон при изменении расхода мисцеллы по мере удаления из нее экстрагента и снижает удельный энерговвод в экстракт, исключая его перегрев и испарение.

На фиг. 1 изображена схема установки; на фиг.2 испаритель с дуговыми излучателями, разрез; на фиг. 3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 то же с линейными излучателями, разрез; на фиг.5 разрез Б-Б на фиг.4; на фиг.6 то же с излучателями в виде сектора цилиндрической поверхности, разрез; на фиг.7 разрез В-В на фиг.6; на фиг.8 узел I на фиг.6.

Установка для газожидкостной экстракции содержит экстрактор 1, соединенные с ним в замкнутый контур испаритель 2 и конденсатор 3, средства подпитки экстрагента 4 и сборник 5 экстракта, соединенный с испарителем 2. Испаритель соединен с приводом 6 вращения подвижных частей.

Испаритель 2 выполнен в виде горизонтально расположенного цилиндрического корпуса 7 со входным патрубком 8 для мисцеллы и выходными патрубками 9 и 10 для экстракта и экстрагента соответственно, горизонтального приводного вала 11 с закрепленными на нем дисками 12, выполненными с толщиной, увеличивающейся к оси вала 11, и установленными с образованием ломаной поверхности, С-образных перегородок 13, установленных в нижней части корпуса 7 между дисками 12, и источников 14 инфракрасного излучения.

При выполнении (фиг.2,3) источников 14 инфракрасного излучения по дугам, соосных дискам 12 окружностей, и их установке в плоскостях, перпендикулярных оси вала 11, диски 12 образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению (1), гарантирующую равномерную освещенность при данной конфигурации и размещении источников 14 инфракрасного излучения.

При выполнении (фиг.4,5) источников 14 инфракрасного излучения линейными и параллельными оси вала 11 диски 12 образуют поверхность, удовлетворяющую уравнению (2), также гарантирующую равномерную освещенность.

При выполнении (фиг.6,7) источника 14 инфракрасного излучения в виде части, соосной валу 11 цилиндрической поверхности, диски 12 образуют равномерно освещенную поверхность, удовлетворяющую уравнению (3).

Внешняя кромка дисков 12 выполнена (фиг.8) заостренной с углом α при вершине не меньше 10^о, а при наличии излома во впадинах дисков 12 угол ϕ при их вершине не меньше 160^о.

На фиг. 2 и 4 показаны диски 12, образующие впадины с гладким профилем. На фиг.6 показаны диски 12 с убывающей по направлению от патрубка 8 к патрубку 9 максимальной толщиной Р.

Установка для газожидкостной экстракции работает следующим образом.

брабатываемое сырье, например, измельченные шишки хмеля, загружают в экстрактор 1. Из средств 4 подают в экстрактор 1 сжиженный газ, например, двуокись углерода, осуществляя экстракцию горьких и ароматических веществ хмеля для охмеления пивного сусла. Полученную в результате экстракции мисцеллу из экстрактора 1 подают в испаритель 2, в котором при вращении приводом 6 его подвижных элементов создают тонкую пленку мисцеллы, из которой выпаривают экстрагент при отсутствии контакта с поверхностями нагрева или теплоносителем, что исключает испарение экстракта. Экстрагент в газовой фазе поступает без примесей экстракта в конденсатор 3, в котором ожижается, накапливается и возвращается в цикл, а экстракт из испарителя 2 поступает в сборник 5, в котором накапливается до удаления на дальнейшую переработку.

Поступающая в корпус 7 испарителя 2 по патрубку 8 мисцелла перемещается по каналу, образованному дисками 12 и С-образными элементами 13. При вращении дисков 12 приводным валом 11 от привода 6 за счет смачивания поверхностей дисков 12 мисцелла в виде тонкой пленки на их поверхности поступает в верхнюю часть корпуса 7. На части траектории перемещения пленки мисцеллы она подвергается воздействию инфракрасного излучения источников 14, что приводит к ее нагреву до температуры кипения наиболее легколетучей фракции экстрагента, в данном случае двуокиси углерода, и ее выпариванию. Перегрева мисцеллы не происходит благодаря отсутствию ее контакта с поверхностями нагрева или теплоносителем и использованию дополнительного энерговвода от источников 14 только на парообразование экстрагента. Выполнение дисков 12 с образованием повехности в соответствии с уравнениями (1), (2) или (3) в зависимости от формы выполнения источников 14 инфракрасного излучения обеспечивает равномерную освещенность этой поверхности и соответственно равномерный энерговвод, нагрев мисцеллы в пленке и равномерное выпаривание по всей площади пленки отгоняемой фракции экстрагента, исключающее первоочередное упаривание мисцеллы на любом участке и образование зоны локального перегрева после полного испарения экстрагента и испарение части высококоррозионноактивного экстракта. Обработанная излучением пленка возвращается в основую массу обрабатываемой мисцеллы и за счет высоких тангенциальных напряжений в зазоре между дисками 12 и перегородками 13 эффективно с ней смешивается, обеспечивая равномерный прогрев продукта по всему объему. Выпаренная газовая фаза экстрагента отводится из корпуса 7 по патрубку 10. По мере перемещения по корпусу 7 мисцелла многократно обрабатывается в тонкой пленке до полного выпаривания экстрагента. При проведении периодической экстракции или при сверхнизкой концентрации экстрактивных веществ в мисцелле целесообразно выполнять диски 12 с уменьшающейся от патрубка 8 к патрубку 9 максимальной толщиной, что уменьшает проходное сечение канала для мисцеллы, исключает снижение линейной скорости перемещения мисцеллы, образование застойных зон и выпаривание высококоррозионноактивного экстракта. Наиболее полное выпаривание экстрагента в испарителе 2, как правило, целесообразно при использовании токсичных или пожаровзрывоопасных экстрагентов, таких как углеводороды, фреоны закись азота.

Предлагаемая установка позволяет вести высокоэффективное разделение мисцеллы на экстрагент и экстракт при исключении возможности рециркуляции высококоррозионноактивного экстракта, в частности хмеля, чеснока и других, способных привести к коррозионному разрушению элементов соединения, арматуры и уплотнений установки.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ, содержащая последовательно соединенные в замкнутый контур экстрактор, испаритель и конденсатор, средства подпитки экстрагента и сборник экстракта, отличающаяся тем, что испаритель выполнен в виде установленных в корпусе с входным патрубком для мисцеллы и выходными патрубками для экстракта и экстрагента приводного вала с устанолвенными на нем с образованием ломаной поверхности дисками, толщина которых увеличивается к оси вала, С-образных перегородок, установленных между дисками, и по меньшей мере, одного источника инфракрасного излучения, установленного с противоположной стороны от С-образных перегородок.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что источники инфракрасного излучения установлены в плоскостях, перпендикулярных оси вала, и выполнены по дугам соосных дискам окружностей.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что диски выполнены таким образом, что поверхность, образованная ими, удовлетворяет уравнению в декартовых координатах
где x ось, совпадающая с продольной осью вала;
y ось, перпендикулярная оси вала;
a константа, определяющая условия освещенности поверхности дисков, м^-1.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что источники инфракрасного излучения установлены параллельно оси вала и выполнены линейными.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что диски выполнены таким образом, что поверхность, образованная ими, удовлетворяет уравнению в декартовых координатах

где x, y, a имеют те же значения.

6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что источник инфракрасного излучения выполнен в виде части соосной валу цилиндрической поверхности.

7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что диски выполнены таким образом, что поверхность, образованная ими, удовлетворяет уравнению в декартовых координатах

где b безмерная константа, определяющая условия освещенности поверхности дисков;
x и y имеют те же значения.

8. Установка по любому из пп. 1 7, отличающаяся тем, что внешние кромки дисков выполнены заостренными.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что угол при вершине заостренных кромок дисков составляет не меньше 10^o.

10. Установка по любому из пп. 1- 9, отличающаяся тем, что диски выполнены таким образом, что образованная ими ломаная поверхность имеет впадины с гладким профилем.

11. Установка по любому из пп. 1 9, отличающаяся тем, что диски выполнены таким образом, что образованная ими ломаная поверхность имеет профиль с изломом во впадинах.

12. Установка по п.11, отличающаяся тем, что угол при вершине изломов во впадинах ломаной поверхности, образованной дисками, составляет не меньше 160^o.

13. Установка по любому из пп. 1 12, отличающаяся тем, что диски имеют различную максимальную толщину и установлены таким образом, что она уменьшается в направлении к выходному патрубку для экстракта.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8