Установка и способ экстрагирования биомассы и способ удаления остатков растворителя

 

Предложенные способ и установка относятся к химической промышленности и используются для экстрагирования биомассы. Установка представляет собой систему с замкнутым контуром, включающую в себя соединенные последовательно экстрактор, обеспечивающий контакт растворителя или смеси растворителей с биомассой, испаритель для отделения растворителя и экстракта биомассы друг от друга, компрессор для сжатия газообразного растворителя и конденсатор для конденсации сжатого растворителя с целью возврата в аппарат для экстрагирования. Установка включает в себя дополнительную передаточную магистраль текучей среды, предназначенную для подачи горячей текучей среды из части системы, удаленной от экстрактора, в растворитель в экстракторе и один или несколько управляющих элементов для управления подачей горячей текучей среды. Передаточная магистраль взаимосвязывает выпускной канал компрессора и экстрактор. Приведен способ экстрагирования биомассы в данной установке. Приведен тот же способ удаления остатков растворителя из данной установки. Предложенное изобретение позволяет уменьшить уровни остаточного растворителя на материале биомассы после завершения экстрагирования. 3 с. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к установке и способам удаления остатков растворителя, в частности после "экстрагирования" биомассы. Экстрагирование биомассы - это экстрагирование пахучих, ароматических или фармацевтически активных ингредиентов из материалов естественного происхождения (эти материалы называют "биомассой").

Примеры материалов биомассы включают в себя, но не ограничиваются ими, пахучие или ароматические вещества, такие, как кориандр, гвоздика, иллициум настоящий, кофе, апельсиновый сок, семена фенхеля, тмин, имбирь и другие разновидности коры, листьев, цветов, фруктов, корней, корневищ и семян. Биомассу также можно экстрагировать в виде биологически активных веществ, таких, как пестициды, и фармацевтически активных веществ или их предшественников, получаемых, например, из растительного материала, культуры клеток или питательной среды для ферментации.

В настоящее время растет технический и коммерческий интерес к использованию растворителей, близких к критическим, в таких процессах экстрагирования. Примеры таких растворителей включают в себя сжиженный диоксид углерода или представляющее конкретный интерес семейство растворителей, не содержащих хлор, на основе разновидностей органических фторуглеводородов (ФУВ).

Термином "фторуглеводород" авторы изобретения называют материалы, которые содержат только атомы углерода, водорода и фтора и которые, таким образом, не содержат хлор.

Предпочтительными фторуглеводородами являются фторалканы (предельные (насыщенные) фторуглеводороды) и, в частности, _1-4 фторалканы. Подходящие примеры С_1-4 фторалканов, которые можно применять в качестве растворителей, включают в себя, помимо прочих, трифторметан (R-23), фторметан (R-41), дифторметан (R-32) пентафторэтан (R-125), 1,1,1-трифторэтан (R-143a), 1,1,2,2-тетрафторэтан (R-134), 1,1,1,2-тетрафторэтан (R-134a), 1,1-дифторэтан (R-152a), 1,1,1,2,3,3-гексафторпропан (R-236ea), гептафторпропаны и, в частности, 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан (R-227ea), 1,1,1,2,2,3-гексафторпропан (R-236cb), 1,1,1,3,3,3-гексафторпропан (R-236fa), 1,1,1,3,3-пентафторпропан (R-245fa), 1,1,2,2,3-пентафторпропан (R-245ca), 1,1,1,2,3-пентафторпропан (R-245eb), 1,1,2,3,3-пентафторпропан (R-245ea) и 1,1,1,3,3-пентафторбутан (R-365mfc). При желании, можно использовать смеси двух или более фторуглеводородов.

Предпочтительными являются R-134a, R-227ea, R-32, R-125, R-245ca и R-245fa.

Фторуглеводородом, особенно предпочтительным для использования в настоящем изобретении, является 1,1,1,2-тетрафторэтан (R-134a).

Экстрагирование биомассы можно проводить с использованием других растворителей, таких, как хлорфторуглероды (ХФУ) и хлорфторуглеводороды (ХФУВ), и/или смесей растворителей. ХФУ и ХФУВ не пригодны для пищевого применения и поэтому довольно редко применяются в процессах экстрагирования, при которых остаток израсходованной биомассы собираются использовать в качестве, например, корма для животных.

Известные процессы экстрагирования с использованием растворителей обычно проводят на оборудовании с замкнутым контуром для экстрагирования. Типичный пример 10 такой системы условно изображен на фиг.1.

В этой типичной системе обеспечивается возможность просачивания сжиженного растворителя под действием силы тяжести вниз через слой биомассы, поддерживаемый в аппарате 11. Затем он течет в испаритель 12, где летучий растворитель испаряется за счет теплообмена с горячей текучей средой. Пар из испарителя 12 затем сжимается компрессором 13. Сжатый пар после этого подается в конденсатор 14, где он сжижается посредством теплообмена с холодной текучей средой. Затем сжиженный растворитель, по выбору, собирают в промежуточный сборник 15 или возвращают (по магистрали 16) непосредственно в аппарат 11 для экстрагирования, замыкая контур.

В документе US-A-4278012 раскрыта сущность системы для экстрагирования биомассы, предназначенной для применения растворителя в виде СО₂, который находится в жидком состоянии, в аппарате для экстрагирования биомассы.

Получаемую смесь жидкого растворителя и экстракта биомассы нагревают в испарителе-теплообменнике, а затем сжимают и повторно сжижают. Тепло, высвобождающееся в результате охлаждения газообразного СО₂ и в результате последующего изменения его состояния, подводят в качестве подогревающего тепла в смесь растворителя и экстракта в испарителе-теплообменнике.

В публикации WО-A-00/33859 раскрыта сущность раздельной рециркуляции трех фракций растворителя в системе для экстрагирования биомассы.

Ни в документе US-A-4278012, ни в публикации WО-A-00/33859 не раскрыта сущность применения рециркулированного растворителя для какой-либо цели помимо последующего экстрагирования биомассы.

Одним из ключевых параметров, связанных с применением растворителей, таких, как используемые в процессах экстрагирования биомассы, является уровень остаточного растворителя на материале биомассы после завершения экстрагирования. Высокие уровни остаточного фторуглеводородного растворителя (ФУВ-растворителя) (или иного) могут считаться нежелательными, исходя из целого ряда таких аспектов, как: - выброс ФУВ в атмосферу; - потери ФУВ из процесса рециркуляции, потенциально увеличивающие дополнительные расходы; - захоронение отходов, сжигание отходов, компостирование и другие вопросы контроля утилизации биомассы; - пригодность обедненной биомассы для использования в качестве дополнительного корма для животных.

Когда экстрагирование завершается, обычно обеспечивают возможность слива как можно большего количества растворителя из аппарата 11 для экстрагирования в испаритель растворителя, либо под действием силы тяжести, либо за счет приложенной разности давлений между экстрактором 11 и испарителем 12. Однако это не гарантирует полное удаление жидкого растворителя: некоторая его часть может улавливаться в полостях слоя экстрактора, а некоторая часть будет химически адсорбироваться на поверхность биомассы.

Очевидно, что любой жидкий растворитель, который не удален из биомассы перед тем, как сосуд открывают для очистки, будет теряться из системы. Это нежелательно с финансовой точки зрения. Это также означает, что растворитель выпускается в окружающую среду либо за счет непосредственного испарения после открывания, либо за счет медленной десорбции и испарения из биомассы, что тоже нежелательно. Если биомассу утилизируют путем сжигания отходов, а растворитель содержит фтор, это может повлечь за собой дополнительные затраты средств на сжигание отходов, потому что большинство промышленных установок для сжигания отходов могут перерабатывать фторсодержащие отходы только путем смешения с другим материалом.

Чтобы увеличить скорость экстрагирования растворителями, биомассу обычно дробят или измельчают каким-либо образом для увеличения площади поверхности при контакте с экстрагирующим растворителем. Целесообразно увеличивать скорость экстрагирования желаемых компонентов во время экстрагирования биомассы, эта увеличенная площадь поверхности сказывается в увеличении количества растворителя, который может оказаться адсорбированным на биомассу и внутрь нее после экстрагирования. Очевидно, что какой-либо экономически эффективный способ достижения приемлемых остаточных уровней ФУВ-растворителей имел бы большое значение в развитии техники.

Одним путем удаления остаточного растворителя из слоя биомассы является подвод тепла. Это усиливает испарение и/или десорбцию и поэтому обеспечивает значительное удаление остатка. Этого можно достичь обычно путем введения нагретого воздуха или пара или путем подвода избыточного тепла к стенкам аппарата 11 с уплотненным слоем для экстрагирования.

Вместе с тем, способы, предусматривающие подвод тепла, не очень эффективны по следующим причинам.

В случае, когда для удаления растворителя используют горячий воздух, этот растворитель выводится в виде конденсируемого пара низкой концентрации в вытяжке инертного воздуха. Восстановление растворителя из таких вытяжек является хорошо известной проблемой в химической промышленности: благодаря температурам кипения большинства летучих растворителей, холодильное оборудование, необходимое для конденсации и восстановления растворителя из таких вытяжек, редко бывает экономически оправданным при малых объемах производства, да и промышленность, производящая пахучие и ароматические вещества, тоже имеет относительно малые объемы производства. Таким образом, хотя биомассу очищают от растворителя, этот растворитель по-прежнему теряется для пользователя и по-прежнему представляет собой выброс в окружающую среду.

Когда в качестве источника тепла используют пар, возможно восстановление растворителя: в этом случае, сначала надо конденсировать пар, оставляя вытяжку большей части растворителя, затем можно использовать второй охлажденный конденсатор для конденсации вытяжки растворителя. Однако это тоже потенциально дорогостоящий процесс, если учесть дополнительное оборудование. Кроме того, конденсированный пар будет загрязнен растворителем, конденсированный растворитель будет загрязнен водой, и вероятно, что произойдут выбросы растворителя в атмосферу.

Если тепло подводят к внешней стенке экстрактора 11 в качестве заключительной стадии процесса экстрагирования, то можно ожидать некоторого испарения растворителя. В этом случае, любой испарившийся растворитель будет восстановлен обычным путем и поэтому не теряется из системы. Проблема, связанная с этим подходом, заключается в том, что удельная теплопроводность уплотненного слоя материала (биомассы и растворителя), который, по существу, не содержит жидкость, будет очень низкой - приближающейся к удельной теплопроводности пара растворителя. Это означает, что скорость, с которой будет происходить передача тепла в радиальном направлении внутрь аппарата, будет низкой, поэтому время, затрачиваемое на повышение температуры всего слоя до уровня, который эффективен в течение десорбции, будет большим. Это время представляет собой потери времени при возможной обработке и поэтому является негативным экономическим фактором.

Сочетание испарения и нагрева (например, путем использования рубашки нагрева, окружающей аппарат 11 для экстрагирования, и дополнительных элементов конструкции для откачивания из аппарата 11) также может оказывать воздействие, снижая уровни остаточного растворителя в биомассе через некоторый период времени. Однако этот способ имеет ряд потенциальных недостатков, в число которых входят: - увеличенное время разрежения для достижения низких остаточных уровней; - плохая теплопередача в уплотненный слой биомассы из рубашки аппарата, результатом чего является неравномерный нагрев и возможное термическое ухудшение качества биомассы (обугливание, карамелизация и т.д.).

Такое обугливание и карамелизация нежелательны, в частности, потому, что они могут оказать негативное влияние на коммерческую значимость экстрактов биомассы.

Согласно изобретению в первом его аспекте, предложена установка для экстрагирования биомассы, представляющая собой систему с замкнутым контуром, включающую в себя оперативно соединенные последовательно экстрактор, предназначенный для содержания в нем биомассы, который обеспечивает контакт растворителя или смеси растворителей с биомассой для осуществления экстрагирования, испаритель для отделения растворителя и экстракта биомассы друг от друга, компрессор для сжатия газообразного растворителя, и конденсатор для конденсации сжатого растворителя с целью возврата в аппарат для экстрагирования, включает в себя дополнительную передаточную магистраль текучей среды, предназначенную для подачи горячей текучей среды из части системы с замкнутым контуром, удаленной от экстрактора, в растворитель в экстракторе, и один или несколько управляющих элементов для управления подачей горячей текучей среды по упомянутой передаточной магистрали, которая взаимосвязывает выпускной канал компрессора и экстрактор.

Эта установка преимущественно обеспечивает эффективный подвод тепла к расходуемой биомассе и растворителю в экстракторе, повышая тем самым эффективность восстановления растворителя.

Экстрактор, содержащий слой биомассы, представляет собой вертикальный полый аппарат, а упомянутая передаточная магистраль подает горячую текучую среду в основание полого аппарата. Управляющие элементы включают в себя один или несколько таких элементов, как ограничитель расхода и запорный клапан, или представляют собой или включают в себя модулирующий управляющий клапан.

Передаточная магистраль предпочтительно подает горячий пар растворителя из выпускного канала компрессора в растворитель, находящийся в экстракторе. Конечно, такой пар находится под высоким давлением, так что желательно средство уменьшения этого давления.

Проходя сквозь смесь биомассы и растворителя в экстракторе, горячий газ отдает свое тепло, действуя как источник тепла для испарения и/или десорбции остаточной жидкости. Получаемый таким образом пар течет обратно в компрессор по обычной сети труб для растворителя, так что через некоторое время уловленный растворитель можно удалять и восстанавливать с помощью основного конденсатора растворителя.

В одной предпочтительной форме ограничитель расхода представляет собой или включает в себя или регулируемую диафрагму, подсоединенную последовательно в передаточной магистрали, за счет чего горячая текучая среда, проходящая в растворитель в экстракторе, проходит сквозь диафрагму. Альтернативный ограничитель расхода представляет собой или включает в себя секцию капиллярной трубки, подсоединенную последовательно в передаточной магистрали, за счет чего горячая текучая среда, проходящая в растворитель в экстракторе, проходит по капиллярной трубке.

Другие формы ограничителя расхода также возможны и находятся в рамках притязаний изобретения.

Ограничитель расхода преимущественно гарантирует, что, несмотря на просачивание пара растворителя из выпускной стороны компрессора, давление текучей среды, покидающей компрессор, остается достаточно высоким, чтобы обеспечить эффективную конденсацию в конденсаторе.

Запорный клапан обеспечивает избирательное открывание и закрывание передаточной магистрали. В предпочтительных конкретных вариантах осуществления изобретения, передаточная магистраль обычно закрыта.

Управляющие элементы, упомянутые выше, могут по выбору быть заменены или дополнены модулирующим управляющим клапаном. Такие клапаны объединяют функции ограничителя расхода и запорного клапана в одном устройстве.

Установка для удобства включает в себя контроллер для управления упомянутым управляющим элементом или упомянутыми управляющими элементами. В предпочтительных конкретных вариантах осуществления, контроллер представляет собой, например, программируемый микропроцессор, такой, как контроллер последовательных партий.

Контроллер управляет единственным или одним из упомянутых управляющих элементов, предотвращая протекание горячей текучей среды по упомянутой передаточной магистрали в растворитель в экстракторе, когда установка экстрагирует биомассу, и управляет единственным или одним из упомянутых управляющих элементов, обеспечивая протекание горячей текучей среды по передаточной магистрали по окончании периода экстрагирования биомассы. Это преимущественно гарантирует, что передача горячей текучей среды не начинается до тех пор, пока не завершится цикл экстрагирования биомассы.

В более предпочтительном варианте установка включает в себя детектор для обнаружения окончания периода экстрагирования биомассы, причем детектор оперативно соединен с контроллером для обеспечения упомянутого протекания горячей текучей среды по упомянутой передаточной магистрали после того, как детектор обнаруживает упомянутое окончание. Такие устройства преимущественно просты и обеспечивают автоматическую индикацию момента окончания экстрагирования биомассы.

Детектор включает в себя датчик для измерения скорости конденсации растворителя в системе, причем контроллер допускает упомянутое протекание горячей текучей среды по упомянутой передаточной магистрали, когда скорость конденсации меньше, чем предварительно определенная скорость.

Установка включает в себя сопло, подсоединенное к концу дополнительной передаточной магистрали, для распределения горячей текучей среды в экстракторе.

Согласно изобретению во втором его аспекте, предложен способ удаления растворителя из биомассы, который проводят в экстракторе, являющемся частью системы с замкнутым контуром для экстрагирования биомассы, причем в этой системе заключена текучая рабочая среда, содержащая растворитель, циркулирующий в системе, вследствие чего упомянутая текучая среда в части системы, отдаленной от экстрактора, горячее, чем растворитель, смешанный с биомассой, при этом способ включает в себя этап передачи рабочей текучей среды, запас энергии, которой достаточен для удаления растворителя из биомассы, из упомянутой отдаленной части системы по дополнительной передаточной магистрали в экстрактор для нагрева растворителя, смешанного с биомассой, и отделения, таким образом, упомянутого смешанного растворителя и биомассы друг от друга.

Текучая рабочая среда, передаваемая по передаточной магистрали, представляет собой пар растворителя. Способ включает в себя этап управления протеканием рабочей текучей среды по передаточной магистрали.

Этот способ преимущественно можно реализовать, применяя установку, соответствующую изобретению.

Согласно изобретению в третьем аспекте, предложен способ экстрагирования биомассы в экстракторе, являющемся частью системы с замкнутым контуром для экстрагирования биомассы, причем система содержит последовательно соединенные экстрактор, испаритель, компрессор и конденсатор, а способ включает в себя этапы, на которых осуществляют циркуляцию растворителя по системе, вследствие чего растворитель проходит через экстрактор и экстрагирует биомассу, приводят в действие испаритель для отделения растворителя и экстракта биомассы друг от друга, осуществляют сжатие растворителя в компрессоре и осуществляют конденсацию растворителя в конденсаторе, который дополнительно включает в себя этап передачи горячего пара растворителя по дополнительной передаточной магистрали из части системы, отдаленной от экстрактора, в экстрактор для нагрева содержащихся в нем биомассы и растворителя и отделения за счет этого биомассы и растворителя в экстракторе друг от друга.

Передачу горячего пара растворителя осуществляют из компрессора в экстрактор по упомянутой передаточной магистрали.

Передаточная магистраль выполнена с возможностью избирательного открывания и закрывания для управления передачей горячего пара растворителя в экстрактор, при этом способ включает в себя этап управления упомянутой передачей с использованием передаточной магистрали.

Способ включает в себя этап, на котором предотвращают передачу горячего пара по передаточной магистрали, когда скорость конденсации растворителя в системе превышает предварительно определенную скорость, и обеспечивают передачу горячего пара по передаточной магистрали, когда скорость конденсации растворителя в системе падает ниже этой предварительно определенной скорости, причем это падение означает, что экстрагирование биомассы, по существу, окончено.

Во избежание сомнений, авторы изобретения заявляют, что растворитель восстанавливается непосредственно способами, охарактеризованными в данной заявке, и экстракт биомассы также получается непосредственно способами, охарактеризованными в данной заявке.

Теперь, в качестве не ограничительного примера, приводится описание предпочтительных конкретных вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, где на фиг. 1 приведено условное изображение известной системы с замкнутым контуром для экстрагирования биомассы, а на фиг. 2 приведено условное изображение установки, соответствующей изобретению.

Обращаясь к фиг. 2, отмечаем, что здесь изображена установка 10' для экстрагирования биомассы, соответствующая изобретению. Некоторые составные части установки 10', изображенной на фиг.2, имеют функцию и/или конструкцию, аналогичную соответствующим составным частям установки 10, изображенной на фиг. 1. Такие соответственные составные части обозначены на фиг.2 теми же позициями, что и на фиг.1.

Установка 10' представляет собой систему с замкнутым контуром, где имеется последовательное оперативное соединение экстрактора 11, испарителя 12, компрессора 13, конденсатора 14 и устанавливаемого по выбору ресивера 15 растворителя.

Установка 10' включает в себя сеть 17 труб, оперативно взаимосвязывающую различные составные части для образования замкнутого контура. В некоторых конкретных вариантах осуществления, ресивер 15 растворителя может быть снабжен секцией сети 17 труб, используемой непосредственно для взаимосвязи конденсатора 14 и экстрактора 11.

В изображенном конкретном варианте осуществления, экстрактор 11 представляет собой вертикальный полый, по существу, закрытый цилиндр, который может быть набит (уплотнен) слоем экстрагируемой биомассы.

Слой биомассы предпочтительно плотно упакован и полностью занимает внутреннее поперечное сечение экстрактора 11 на части его осевой длины.

Безотносительно точного характера слоя биомассы, экстрактор обеспечивает контакт растворителя, например - R-134a, но не обязательно такого, с биомассой для осуществления экстрагирования.

На фиг.2 показано, что растворитель подается в основании экстрактора 11 и течет сквозь находящуюся внутри биомассу за счет всасывающего воздействия компрессора 13. Однако возможны и другие варианты, такие, как течение растворителя под действием силы тяжести, как показано на фиг.1, или прокачивание или всасывание через биомассу в ином направлении или с другим профилем течения.

Испаритель посредством нагрева отделяет растворитель и любой поступающий с ним экстракт биомассы друг от друга. Экстракт биомассы в экстракторе сливается для дальнейшего промышленного применения.

Компрессор и конденсатор соответственно сжимают и конденсируют растворитель, от которого отделен экстракт биомассы, вследствие чего обеспечивается возможность повторного использования растворителя в экстракторе 11, по выбору - после сбора в ресивере 15.

Установка 10' включает в себя передаточную магистраль 18, взаимосвязывающую выпускную сторону (высокого давления) компрессора 13, отдаленную от экстрактора 11, и внутреннее пространство экстрактора 11. Передаточная магистраль служит для избирательной подачи горячей текучей среды в виде горячего сжатого пара растворителя внутрь экстрактора 11.

Передаточная магистраль 18 по большей части представляет собой полую трубу той же конструкции, что и сеть 17 труб.

Передаточная магистраль 18 включает в себя один или несколько управляющих элементов для управления расходом горячей текучей среды. В изображенном конкретном варианте осуществления, управляющие элементы выполнены в виде последовательно ограничителя 19 потока, подробнее описанного ниже, и запорного клапана 20, которые соединены последовательно.

Ограничитель расхода, показанный на фиг.2, представляет собой регулируемую мембрану, конструкция которой сама по себе известна и может быть подобрана путем замены мембранами разных размеров в промежутках между циклами экстрагирования.

В качестве альтернативы ограничителю 19 расхода, ограничитель расхода может быть нерегулируемым, например, он может быть выполнен в виде секции капиллярной трубки (не показанной на фиг.2), подсоединенной последовательно в передаточной магистрали 18.

В рамках притязаний изобретения возможны и другие формы ограничителя расхода. Основная функция ограничителя расхода заключается в обеспечении передачи горячего пара растворителя в экстрактор 11 с одновременным поддержанием давления пара в сети 17 труб, взаимосвязывающей, в частности, компрессор 13 и конденсатор 14.

Запорный клапан 20 выполнен с возможностью регулирования, например, посредством поворотного элемента 20а, для открывания и закрывания передаточной магистрали 18.

В некоторых конкретных вариантах осуществления, поворотный элемент 20а можно приводить в действие вручную, если это желательно. В альтернативном варианте, исполнительные механизмы в установке могут приводиться в действие двигателями, работающими под управлением контроллера, такого, как программируемый контроллер партий в виде, например, микропроцессора.

Если это желательно, ограничитель 19 расхода и запорный клапан 20 можно заменить или дополнить модулирующим управляющим клапаном (не показанным на фиг.2, но уже известным), установленным последовательно в передаточной магистрали 18.

Известен модулирующий управляющий клапан, который сочетает функции ограничителя расхода и запора (ВКЛ-ВЫКЛ), выполняемые ограничителем расхода 19 и клапаном 20, которые показаны на фиг.2.

Модулирующий управляющий клапан может приводиться в действие вручную или иметь привод от двигателя, при этом любые приводные двигатели могут по выбору работать под управлением контроллера, как описано выше.

Когда он есть, контроллер управляет единственным или каждым управляемым управляющим элементом в передаточной магистрали 18, предотвращая протекание горячего пара растворителя в экстрактор 11, когда происходит экстрагирование биомассы. Контроллер обеспечивает такое протекание по окончании периода экстрагирования биомассы.

Установка 10' может включать в себя детектор для обнаружения окончания упомянутого периода, причем детектор по выбору может быть выполнен в виде датчика, выход которого является входом в контроллер, для измерения скорости конденсации растворителя в системе (например, в конденсаторе 14). Когда датчик обнаруживает, что скорость конденсации упала ниже предварительно определенной скорости, контроллер после этого срабатывает, обеспечивая протекание горячего пара растворителя в экстрактор 11.

Установка включает в себя сопло 21, подсоединенное к концу передаточной магистрали 18 и находящееся внутри экстрактора 11 в его основании. Сопло 21 обеспечивает равномерное распределение газа по поперечному сечению слоя биомассы, гарантируя, таким образом, надлежащее отделение растворителя от остатка биомассы.

При эксплуатации установки 10', экстрактор 11 набит (уплотнен) биомассой, как сказано выше, сеть 17 труб при необходимости заправлена растворителем, а испаритель 12, компрессор 13 и конденсатор 14 при необходимости приводятся в действие для достижения экстрагирования биомассы.

Во время этого процесса, передаточная магистраль 18 закрыта посредством запорного клапана и/или модулирующего управляющего клапана (если он есть). При желании, экстракт биомассы сливают из испарителя 12.

В конце процесса экстрагирования (определяемом, например, с помощью детектора или на основе синхронизации), запорный клапан 20 и/или модулирующий управляющий клапан открыт, а ограничитель расхода по выбору настроен на достижение желательного расхода пара растворителя, выходящего из компрессора, сквозь биомассу. Горячий пар растворителя может затем проходить сквозь слой, нагревая его содержимое по мере прохождения и обуславливая этим испарение остаточного растворителя. Это обеспечивает подвод тепла по всему радиальному профилю слоя и, следовательно, имеет преимущество над нагревом только от внешней стенки.

После прохождения горячего пара растворителя сквозь слой биомассы в течение достаточного периода времени, по существу, весь растворитель, уловленный в этом слое, высвобождается и течет по основному проточному контуру 17 в ресивер 15 (если он есть) или обратно в экстрактор 11 (если ресивер отсутствует). Запорный клапан 20 и/или модулирующий управляющий клапан затем можно закрыть, и это будет частью процесса подготовки установки 10' к дальнейшей эксплуатации с целью экстрагирования биомассы.

Точный характер управления (либо ручного, либо задаваемого автоматическим контроллером, как описано выше), будет зависеть от экстрагируемой биомассы. Если необходимо разработать соответствующие технологические методы для каждой биомассы, то количество удерживаемого растворителя будет изменяться от биомассы к биомассе.

Краткое изложение преимуществ изобретения - Улучшенное удаление растворителя из биомассы до опорожнения и/или очистки и/или утилизации расходуемой биомассы.

- Улучшенное восстановление годного растворителя по сравнению, например, с операциями удаления воздухом или очистки паром.

- Уменьшенное время нагрева по сравнению с введением тепла через внешнюю стенку.

- Немногочисленное необходимое дополнительное оборудование или незначительное усложнение необходимого управления по сравнению с альтернативными средствами осуществления удаления и восстановления растворителя.

Формула изобретения

1. Установка для экстрагирования биомассы, представляющая собой систему с замкнутым контуром, включающую в себя оперативно соединенные последовательно экстрактор, предназначенный для содержания в нем биомассы, который обеспечивает контакт растворителя или смеси растворителей с биомассой для осуществления экстрагирования, испаритель для отделения растворителя и экстракта биомассы друг от друга, компрессор для сжатия газообразного растворителя и конденсатор для конденсации сжатого растворителя с целью возврата в аппарат для экстрагирования, отличающаяся тем, что установка включает в себя дополнительную передаточную магистраль текучей среды, предназначенную для подачи горячей текучей среды из части системы с замкнутым контуром, удаленной от экстрактора, в растворитель в экстракторе и один или несколько управляющих элементов для управления подачей горячей текучей среды по упомянутой передаточной магистрали, которая взаимосвязывает выпускной канал компрессора и экстрактор.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что экстрактор представляет собой вертикальный полый аппарат, а упомянутая передаточная магистраль подает горячую текучую среду в основание полого аппарата.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что экстрактор содержит слой биомассы.

4. Установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что управляющие элементы включают в себя один или несколько таких элементов, как ограничитель расхода и запорный клапан.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что ограничитель расхода представляет собой или включает в себя регулируемую диафрагму, подсоединенную последовательно в передаточной магистрали, за счет чего горячая текучая среда, проходящая в растворитель в экстракторе, проходит сквозь диафрагму.

6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что ограничитель расхода представляет собой или включает в себя секцию капиллярной трубки, подсоединенную последовательно в передаточной магистрали, за счет чего горячая текучая среда, проходящая в растворитель в экстракторе, проходит по капиллярной трубке.

7. Установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что управляющие элементы представляют собой или включают в себя модулирующий управляющий клапан.

8. Установка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что включает в себя контроллер для управления упомянутым управляющим элементом или упомянутыми управляющими элементами.

9. Установка по п.8, отличающаяся тем, что контроллер управляет единственным или одним из упомянутых управляющих элементов, предотвращая протекание горячей текучей среды по упомянутой передаточной магистрали в растворитель в экстракторе, когда установка экстрагирует биомассу, и управляет единственным или одним из упомянутых управляющих элементов, обеспечивая протекание горячей текучей среды по передаточной магистрали по окончании периода экстрагирования биомассы.

10. Установка по п.9, отличающаяся тем, что включает в себя детектор для обнаружения окончания периода экстрагирования биомассы, причем детектор оперативно соединен с контроллером для обеспечения упомянутого протекания горячей текучей среды по упомянутой передаточной магистрали после того, как детектор обнаруживает упомянутое окончание.

11. Установка по п.10, отличающаяся тем, что детектор включает в себя датчик для измерения скорости конденсации растворителя в системе, причем контроллер допускает упомянутое протекание горячей текучей среды по упомянутой передаточной магистрали, когда скорость конденсации меньше, чем предварительно определенная скорость.

12. Установка по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что включает в себя сопло, подсоединенное к концу дополнительной передаточной магистрали, для распределения горячей текучей среды в экстракторе.

13. Способ удаления растворителя из биомассы, отличающийся тем, что его проводят в экстракторе, являющемся частью системы с замкнутым контуром для экстрагирования биомассы, причем в этой системе заключена текучая рабочая среда, содержащая растворитель, циркулирующий в системе, вследствие чего упомянутая текучая среда в части системы, отдаленной от экстрактора, горячее, чем растворитель, смешанный с биомассой, при этом способ включает в себя этап передачи рабочей текучей среды, запас энергии которой достаточен для удаления растворителя из биомассы, из упомянутой отдаленной части системы по дополнительной передаточной магистрали в экстрактор для нагрева растворителя, смешанного с биомассой, и отделения, таким образом, упомянутого смешанного растворителя и биомассы друг от друга.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что текучая рабочая среда, передаваемая по передаточной магистрали, представляет собой пар растворителя.

15. Способ по п.13 или 14, отличающийся тем, что включает в себя этап управления протеканием рабочей текучей среды по передаточной магистрали.

16. Способ экстрагирования биомассы в экстракторе, являющемся частью системы с замкнутым контуром для экстрагирования биомассы, причем система содержит последовательно соединенные экстрактор, испаритель, компрессор и конденсатор, а способ включает в себя этапы, на которых осуществляют циркуляцию растворителя по системе, вследствие чего растворитель проходит через экстрактор и экстрагирует биомассу, приводят в действие испаритель для отделения растворителя и экстракта биомассы друг от друга, осуществляют сжатие растворителя в компрессоре и осуществляют конденсацию растворителя в конденсаторе, отличающийся тем, что способ дополнительно включает в себя этап передачи горячего пара растворителя по дополнительной передаточной магистрали из части системы, отдаленной от экстрактора, в экстрактор для нагрева содержащихся в нем биомассы и растворителя и отделения за счет этого биомассы и растворителя в экстракторе друг от друга.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что передачу горячего пара растворителя осуществляют из компрессора в экстрактор по упомянутой передаточной магистрали.

18. Способ по п.16, отличающийся тем, что передаточная магистраль выполнена с возможностью избирательного открывания и закрывания для управления передачей горячего пара растворителя в экстрактор, при этом способ включает в себя этап управления упомянутой передачей с использованием передаточной магистрали.

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что включает в себя этап, на котором предотвращают передачу горячего пара по передаточной магистрали, когда скорость конденсации растворителя в системе превышает предварительно определенную скорость, и обеспечивают передачу горячего пара по передаточной магистрали, когда скорость конденсации растворителя в системе падает ниже этой предварительно определенной скорости, причем это падение означает, что экстрагирование биомассы, по существу, окончено.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2