Установка для газожидкостной экстракции растительного сырья

 

Использование: при экстракции сжиженным газом прочного растительного сырья типа шишек хмеля и нелистовых пряностей. Сущность изобретения: установка содержит соединенные в замкнутый контур экстрактор, испаритель, конденсатор и смеситель, соединенный со средствами подачи сырья и средствами подпитки экстрагента, экстрактор выполнен в виде установленного в горизонтальном секционированном корпусе на полом секционированном приводном валу с отверстиями перфорированного барабана с цилиндрической и диффузорной частями, разделенными буртиком, а трубопровод смеситель-экстрактор соединен с полостью вала со стороны цилиндрической части барабана, трубопровод экстрактор-испаритель соединен с секцией корпуса, содержащей диффузорную часть барабана, трубопровод испаритель-конденсатор снабжен регулируемой запорной арматурой и дополнительной ветвью, входящей в секцию корпуса экстрактора, содержащую цилиндрическую часть барабана, и выходящей из экстрактора через полость вала со стороны диффузорной части барабана. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к масложировой промышленности, в частности к оборудованию для экстракции сжиженными газами прочного растительного сырья типа шишек хмеля и нелистовых пряностей.

Известна установка для газожидкостной экстракции растительного сырья, содержащая соединенные в замкнутый контур посредством трубопроводов и регулируемой запорной арматуры загрузочный узел со смесителем, экстрактор, испаритель, конденсатор и средство подпитки экстрагента (авторское свидетельство СССР N 210304, кл. С 11 В 9/02, 1968).

Выполнение известной установки не обеспечивает эффективной экстракции и ее достаточной глубины при обработке прочного растительного сырья типа шишек хмеля, плодов перца черного горького, почек гвоздики, коры корицы, корней калгана и других видов нелистового пряно-ароматического сырья, сохраняющего неизменной структуру в процессе обработки с мягким механическим воздействием.

В предлагаемой установке для газожидкостной экстракции растительного сырья, содержащей соединенные в замкнутый контур посредством трубопроводов и регулируемой запорной арматуры загрузочный узел со смесителем и средство подпитки экстрагента, согласно изобретению загрузочный узел со смесителем размещен между конденсатором и экстрактором и последовательно соединен с ними, экстрактор представляет собой горизонтальный цилиндрический корпус с размещенным в нем полым приводным валом, имеющим установленную внутри него заглушку и отверстия, выполненные в его стенке, и вертикальной перегородкой для разделения внутренней полости горизонтального корпуса на две секции и снабжен установленным в корпусе на полом приводном валу составным барабаном, одна часть которого размещена в одной секции корпуса и выполнена в виде перфорированного цилиндра, имеющего расположенные на его внутренней поверхности с радиальным зазором лопатки для предотвращения брызгоуноса, а другая часть его размещена в другой секции корпуса и выполнена в виде перфорированного диффузора, причем части составного барабана разделены буртиком, выполненным по внутренней его поверхности в плоскости размещения перегородки горизонтального цилиндрического корпуса, каждое отверстие перфорации цилиндрической части составного барабана имеет форму сопла, а лопатки для предотвращения брызгоуноса выполнены так, что величина радиального зазора не меньше высоты буртика, при этом средство подпитки экстрагентом подключено к загрузочному узлу со смесителем, последний трубопровод сообщен с полостью приводного вала экстрактора со стороны размещения цилиндрической части составного барабана, испаритель посредством трубопровода с регулируемой запорной арматурой подключен к секциям горизонтального цилиндрического корпуса, в которых размещены диффузорная, цилиндрическая части составного барабана, а конденсатор посредством трубопровода соединен с полостью приводного вала экстрактора со стороны размещения диффузорной части составного барабана.

Это позволяет интенсифицировать массообмен и развить поверхность контакта фаз независимо от прочности растительного сырья за счет разрушения его клеточной структуры.

В предпочтительном варианте установка снабжена фильтрующими элементами, установленными на полом приводном валу экстрактора в зоне размещения отверстий в диффузорной части составного барабана.

Это позволяет исключить брызгоунос, вынос из экстрактора и рециркуляцию экстрактивных веществ, что особенно важно для исключения коррозионного воздействия на арматуру, уплотнения и сварные швы высококоррозионно-активных экстрактов типа экстрактов хмеля и чеснока.

На фиг. 1 представлена схема установки; на фиг. 2 экстрактор, разрез; на фиг. 3 узел I на фиг. 2.

Установка для газожидкостной экстракции растительного сырья содержит экстрактор 1, испаритель 2, конденсатор 3 и смеситель 4, соединенные технологическими трубопроводами 5-8 в замкнутый контур, средство 9 подачи сырья, средства 10 подпитки экстрагента и сборники 11 и 12 экстракта и шрота соответственно. Трубопровод 6 испаритель-конденсатор снабжен регулируемой запорной арматурой 13 и дополнительной ветвью, состоящей из двух участков 14 и 15, испаритель-экстрактор и экстрактор-конденсатор соответственно.

Экстрактор содержит горизонтальный цилиндрический корпус 16, разделенный вертикальной перегородкой 17 на секции 18 и 19, установленный в корпусе 16 полый вал 20 с заглушкой 21, установленной в плоскости перегородки 17, и отверстиями 22 и 23 по разные стороны заглушки 21, связанный с приводом 24 вращения, состоящий из цилиндрической 25 и диффузорной 26 частей, разделенных буртиком 27 в плоскости перегородки 17, перфорированный составной барабан и лопатки 28, установленные в цилиндрической части 25 барабана с образованием радиального зазора с его внутренней поверхностью не меньше высоты буртика 27. Отверстия перфорации цилиндрической части 25 барабана выполнены по форме сопл 29. Трубопровод 8 соединен с полостью вала 20 со стороны цилиндрической части 25 барабана. Трубопровод 5 соединен с секцией 19 корпуса 16. Участок 14 дополнительной ветки трубопровода 6 соединен с секцией 18 корпуса 16, а участок 15 с полостью вала 20 со стороны диффузорной части 26 барабана. На отверстиях 23 вала 20 могут быть установлены фильтрующие элементы 30.

Установка работает следующим образом.

Перерабатываемое растительное сырье средствами 9 подают в смеситель 4 совместно со сжиженным газом из средств 10 подпитки экстрагента, откуда суспензия сырья в экстрагенте поступает по трубопроводу 8 через полость вала 20 и отверстия 22 в цилиндрическую часть 25 барабана, вращаемого через вал 20 от привода 24. В поле центробежных сил суспензия распределяется по цилиндрической части 25 барабана в виде постоянно обновляемой за счет подпитки пленки, радиальная высота которой равна высоте буртика 27, поскольку остальная часть суспензии переливается через буртик 27 и разделяется в диффузорной части 26 барабана, в которой мисцелла стекает в секцию 19 корпуса 16 и по трубопроводу 5 поступает в испаритель 2, а шрот удаляется из корпуса 16 экстрактора 1 в сборник 12 шрота. В испарителе 2 при повышении температуры происходит разделение мисцеллы с удалением газовой фазы экстрагента в конденсатор 3 по трубопроводу 6, регулировкой гидравлического сопротивления которого арматурой 13 создают поток газовой фазы по дополнительной ветви. По участку 14 отделенная часть газовой фазы экстрагента поступает в секцию 18 корпуса 16 экстрактора 1, создавая подпор пленке суспензии в цилиндрической части 25 барабана и исключая ее разделение со стеканием жидкой фазы в секцию 18 корпуса 16. При этом более высокое давление газовой фазы по сравнению с давлением в суспензии приводит к барботированию газовой фазы в пленку суспензии через сопла. Это приводит к адиабатному расширению газовой фазы экстрагента с охлаждением и увеличением скорости. В поле центробежных сил высокая скорость вдува газовой фазы экстрагента в пленку суспензии приводит к турбулизации течения пленки с одновременным созданием турбулентных завихрений в барботируемых пузырьках газовой фазы, что приводит к интенсивному обновлению поверхности контакта фаз. В результате этого за счет теплообмена с суспензией газовая фаза экстрагента переходит в жидкую со схлопыванием кавитационной полости. При схлопывании каждого пузырька газовой фазы в пленке суспензии возникает ударная волна, периодически перекрывающая выходные отверстия сопл 29 и создающая пульсирующую подачу газовой фазы в пленку суспензии, что повышает энергоемкость генерируемых ударных волн. Таким образом, в суспензии возникает постоянное поле механических колебаний ультразвуковой частоты. Наложение механических колебаний ультразвуковых частот на обрабатываемое растительное сырье приводит к необратимым изменениям в его клеточной структуре, начиная от усталостного износа с потерей диффузионного сопротивления до нарушения межклеточных связей и целостных клеточных оболочек. Это увеличивает поверхность контакта фаз, снижает диффузионное сопротивление сырья, ускоряет диффузию и обновление поверхности контакта фаз. Все перечисленные эффекты интенсифицируют массообменные процессы, что ускоряет экстракцию сырья и увеличивает ее глубину. Несконденсированная газовая фаза экстрагента выходит из пленки суспензии и удаляется из диффузоpной части 26 барабана через отверстия 23, полость вала 20 и участок 15 в конденсатор 3. Для снижения брызгоуноса в цилиндрической части 25 барабана закреплены лопатки 28, которые, вращаясь совместно с барабаном, сбывают выносимые брызги и не препятствуют растеканию пленки суспензии за счет образования радиального зазора с внутренней поверхностью цилиндрической части барабана больше толщины пленки, равной высоте буртика 27. Улавливаемые лопатками 28 брызги по мере накопления и коагуляции возвращаются в пленку суспензии под действием поля центробежных сил. Для полного исключения брызгоуноса и рециркуляции экстрактивных веществ в условиях получения высококоррозионно-активных экстрактов типа экстрактов хмеля и чеснока на отверстиях 23 вала 20 устанавливают фильтрующие элементы 30, которые удерживают аэрозольные частицы жидкой фазы, по мере накопления и коагуляции которых происходит их сброс в поле центробежных сил на поверхность диффузорной части 26 барабана, в результате чего они выводятся из экстрактора 1 совместно с мисцеллой в испаритель 2. Часть газовой фазы экстрагента из испарителя 2, прошедшая через арматуру 13, по трубопроводу 6 и несконденсированная в экстракторе 1 газовая фаза по участку 15 дополнительной ветви конденсируются в конденсаторе 3 и возвращаются в цикл при подаче по трубопроводу 7 в смеситель 4. Экстракт по мере накопления удаляют из испарителя 2 в сборник 11.

Таким образом, предлагаемая установка обеспечивает интенсификацию и увеличение глубины экстракции твердого растительного сырья.

Формула изобретения

1. УСТАНОВКА ДЛЯ ГАЗОЖИДКОСТНОЙ ЭКСТРАКЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, преимущественно шишек хмеля и нелистового пряно-ароматического сырья, включающая соединенные в замкнутый контур посредством трубопроводов и регулируемой запорной арматуры загрузочный узел со смесителем, экстрактор, испаритель, конденсатор и средство подпитки экстрагента, отличающаяся тем, что загрузочный узел со смесителем размещен между конденсатором и экстрактором и последовательно соединен с ними, экстрактор представляет собой горизонтальный цилиндрический корпус с размещенными в нем полым приводным валом, имеющим установленную внутри него заглушку и отверстия, выполненные в его стенке, и вертикальной перегородкой для разделения внутренней полости горизонтального корпуса на две секции и снабжен установленным в корпусе на полом приводном валу составным барабаном, одна часть которого размещена в одной секции корпуса и выполнена в виде перфорированного цилиндра, имеющего расположенные на его внутренней поверхности с радиальным зазором лопатки для предотвращения брызгоуноса, а другая часть его размещена в другой части корпуса и выполнена в виде перфорированного диффузора, причем части составного барабана разделены буртиком, выполненным по внутренней его поверхности в плоскости размещения перегородки горизонтального цилиндрического корпуса, каждое отверстие перфорации цилиндрической части составного барабана имеет форму сопла, а лопатки для предотвращения брызгоуноса выполнены так, что величина радиального зазора не меньше высоты буртика, при этом средство подпитки экстрагентом подключено к загрузочному узлу со смесителем, последний трубопроводом сообщен с полостью приводного вала экстрактора со стороны размещения цилиндрической части составного барабана, испаритель посредством трубопровода с регулируемой запорной арматурой подключен к секциям горизонтального цилиндрического корпуса, в которых размещены диффузорная и цилиндрическая части составного барабана, а конденсатор посредством трубопровода соединен с полостью приводного вала экстрактора со стороны размещения диффузорной части составного барабана.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена фильтрующими элементами, установленными на полом приводном валу экстрактора в зоне размещения отверстий в диффузорной части составного барабана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3