Универсальная вакуумная экстрактно-выпарная установка
Владельцы патента RU 2738938:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тамбовский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "ТГТУ") (RU)
Изобретение относится к оборудованию для экстракции растительного, биологического и других видов сырья жидкими и газообразными экстрагентами и может быть использовано в фармацевтической промышленности при производстве галеновых препаратов, а также в пищевой, парфюмерно-косметической и других отраслях промышленности для экстрагирования, концентрирования и других процессов в системе твердое тело - жидкость. Установка содержит экстрактор-испаритель, соединенный с вакуумным насосом, сборник экстракта, дистиллятор, запорную арматуру. Вакуумный насос выполнен двухступенчатым с последовательным включением ступеней и соединен также с вакуумным выпаривателем с вращающимся конусным нагревательным элементом. Вакуумный выпариватель соединен со вторым дистиллятором. Конусный нагревательный элемент снабжен винтовой дорожкой. Оба дистиллятора имеют одну емкость для сбора дистиллята, подключенную к двухступенчатому вакуумному насосу. Технический результат: создание универсальной конструкции для получения экстрактов, позволяющей совместить процессы экстракции и выпаривания, повысить интенсификацию процесса экстрагирования, производительность, снизить энергозатраты. 1 ил.
Изобретение относится к оборудованию для экстракции растительного, биологического и других видов сырья жидкими и газообразными экстрагентами и может быть использовано в фармацевтической промышленности при производстве галеновых препаратов, а также в пищевой, парфюмерно-косметической и других отраслях промышленности для экстрагирования, концентрирования и других процессов в системе твердое тело - жидкость.
Известна установка для экстрагирования в системе твердое тело - жидкость, включающая установленные на подвижной карусели экстракторы, сборник жидкости, соединенные между собой, распределительное устройство, соединяющее экстракторы со сборником жидкости, нагревательные устройства, устройства для отгонки жидкости, устройство для загрузки сырья и выгрузки шрота, конденсаторы паров жидкости, соединенные с экстракторами дополнительным распределительным устройством, источники вакуума и давления, соединенные с дополнительным распределительным устройством [авторское свидетельство СССР N 827102, кл. В01D 11/02, 07.05.1981].
Недостатками установки являются низкая производительность и интенсивность процесса экстракции, сложность конструктивного исполнения и трудоемкость в эксплуатации.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является установка для получения экстрактов, содержащая по меньшей мере один экстрактор с размещенным в нижней части барботером, конденсатор, испаритель, сепаратор, сборник экстракта, а также магистраль с обратным клапаном и запорной арматурой, при этом каждый экстрактор снабжен устройством терморегулирования, в совокупности образующим экстрактор-испаритель, перфорированной емкостью для сырья, расположенной над барботером с образованием в нижней части экстрактора-испарителя сборника экстракта, а также оросительным коллектором, установленным в верхней части экстрактора-испарителя, дополнительной магистралью с фильтром, продуктовым насосом и запорной арматурой, соединяющей в замкнутый контур сборник экстракта и оросительный коллектор, и компрессором, установленным на магистрали между обратным клапаном и верхней частью экстрактора-испарителя, а сепаратор размещен в нижней части конденсатора, снабженного вакуумным насосом, всасывающий патрубок которого установлен выше уровня жидкости в сепараторе, при этом экстракторы-испарители соединены между собой встречно тремя магистралями с запорной арматурой, причем к первой верхней магистрали подключен конденсатор, а между двумя последующими магистралями установлен гидродинамический гомогенизатор-диспергатор, вход которого через третью магистраль соединен с выходами продуктовых насосов, а выход через вторую магистраль соединен с дополнительными магистралями. Верхняя часть экстрактора-испарителя снабжена крышкой, совмещенной с оросительным коллектором (патент РФ №2174032 С2 В01D 11/02).
Недостатком приведенной конструкции являются невысокая производительность, повышенные энергозатраты, сложность конструктивного исполнения и трудоемкость в эксплуатации.
Технической задачей является создание универсальной конструкции для получения экстрактов, позволяющей совместить процессы экстракции и выпаривания, повысить интенсификацию процесса экстрагирования, производительность, снизить энергозатраты, за счет применения вакуумного выпаривателя с вращающимся конусным нагревательным элементом, снабженным винтовой дорожкой и использования двухступенчатого вакуумного насоса с последовательным включением ступеней.
Решение технической задачи заключается в том, что универсальная вакуумная экстрактно-выпарная установка включает по меньшей мере один экстрактор-испаритель, сборник экстракта, дистиллятор, запорную арматуру, согласно изобретению содержит вакуумный выпариватель с вращающимсяконусным нагревательным элементом, снабженным винтовой дорожкой, двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней.
На фиг. 1 изображена универсальная вакуумная экстрактно-выпарная установка.
Конструкция работает следующим образом.
Твердое тело, например, растительное сырье, загружают в перфорированную емкость 1 и размещают ее внутри экстрактора-испарителя 2, после чего экстрактор-испаритель 2 закрывают крышкой и герметизируют. После этого открываются краны 3 и 4, включается двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5 (работают две ступени) и по магистрали А из экстрактора-испарителя 2 удаляется воздух, а растительное сырье подвергается вакуумированию. Вакуумирование исходного сухого растительного сырья позволяет удалить газы, содержащиеся на поверхности, в порах и капиллярах сырья, что способствует более полному проникновению в поры экстрагента. По окончании процесса вакуумирования отключается двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5, закрываются клапаны 3 и 4, а клапан 6 открывается и экстрактор-испаритель 2 заполняется экстрагентом из емкости 7, после чего клапан 6 закрывается и осуществляется процесс настаивания (мацерации) растительного сырья в жидком экстрагенте, в процессе которого с помощью устройства терморегулирования 8 в экстракторе-испарителе 2 поддерживается заданная в соответствии с технологическим регламентом температура. После настаивания открываются клапаны 9, 10 и 4, включается двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5 (работает одна ступень) и происходит вакуумирование системы, после чего кран 4 закрывается и двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5 отключается. В экстракторе-испарителе 2 происходит процесс кипения экстрагента, пары которого поднимаются по магистрали Б и улавливается дистиллятором 11 и собираются в емкость 12 (двухступенчатый вакуумный насос может и не отключатся). Как только экстрагент достигнет уровня верхней границы загруженного в перфорированную емкость растительного сырья осуществляется его возврат (фаза возврата) путем вакуумного траспортирования в экстрактор-испаритель 2 из емкости 12. Уровень экстрагента в экстракторе-испарителя 2 контролируется электронным датчиком слежения уровня экстрагента 13. При этом закрываются клапаны 9 и 10, открываются клапаны 14, 3, 4, 15, 16, включается первая ступень двухступенчатого вакуумного насоса с последовательным включением ступеней 5 (вторая ступень отключена), собранный дистиллят (экстрагент) по магистрали С поступает в экстрактор-испаритель 2. Для интенсификации внешнедифузионного насыщения экстракта вакуумное транспортирование экстрагента осуществляется периодически. Периодичность вакуумного траспортирования осуществляется фазами извлечения (из экстрактора-испарителя 2) и возврата экстракта (в емкость 12). Фаза извлечения экстракта из экстрактора-испарителя 2 в емкость 12 осуществляется при открытых клапанах 14, 10, 4 и 17, включенном двухступенчатом вакуумном насосе с последовательным включением ступеней 5 (работает одна ступень). Таким образом, организация последовательного включения ступеней вакуумного насоса 5 позволяет повысить общую энергоэффективность установки за счет снижения энергопотребления при отключении второй степени вакуумного насоса 5.
Для извлечения полученного экстракта из экстрактора-испарителя 2 открываться клапан 18 и экстракт поступает в емкость 19.
Для сгущения экстракта он может быть направлен в вакуумный выпариватель 20, при этом открываются клапаны 14 и 21 (остальные клапаны закрыты). Вакуумный выпариватель оснащен конусным нагревательным элементом 22 с возможностью вращения относительно центральной оси в подшипниковых опорах 23, снабженным винтовой дорожкой, что позволяет осуществлять выпаривание в двух режимах - объемном и капельном. Вращение позволяет более равномерно распределить экстракт по поверхности конусного нагревательного элемента, что ускоряет процесс испарения влаги из экстракта. При объемном режиме экстракт заполняет некоторый объем вакуумного выпаривателя 20 и в процессе нагрева конусного нагревательного элемента 22 происходит сгущение экстракта до необходимой концентрации. Уровень экстракта в вакуумном выпаривателе 20 контролируется электронным датчиком слежения уровня экстрагента 24. При капельном режиме экстракт поступает в вакуумный выпариватель в виде капель или тонкой струйки (скорость струйки подбирается в соответствии со скоростью испарения влаги из экстракта при заданном температурном режиме). При этом режиме происходит сгущение экстракта до гелеобразного состояния. Для сгущения экстракта при заданной температуре кипения, поддерживаемой терморегулятором 25, подключается двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5 посредством клапана 26 магистрали Е. Вращение конусного нагревательного элемента 12 позволяет обеспечить транспортировку полученного экстракта с верхней части выпаривателя 20 в нижнюю, при этом открывается клапан 27 и экстракт поступает в емкость 28.
При сгущении экстракта в вакуумном выпаривателе 20 при необходимости открывается клапаны 4, 10, 29 и образовавшиеся пары по магистрали Д улавливаются дистиллятором 30 и собираются в емкость 12. Собранный дистиллят посредством клапана 31 извлекается в емкость 32.
Контроль значения вакуума в экстракторе-испарителе 2, вакуумном выпаривателе 20 и впускном патрубке двухступенчатого вакуумного насоса с последовательным включением ступеней 5, осуществляется вакуумметрами 33, 34 и 35, соответственно.
При сопоставлении предлагаемой установки с прототипом установлено:
- повышение интенсификации процесса экстрагирования за счет предварительного вакуумирования исходного сухого растительного сырья, позволяющего удалить газы, содержащиеся на поверхности, в порах и капиллярах сырья, что способствует более полному проникновению в поры экстрагента;
- повышение интенсификации процесса экстрагирования за счет циркуляционного воздействия экстрагента на сырье;
- повышение производительности за счет параллельного проведения процессов экстрагирования и выпаривания;
- использование вращающегося конусного нагревательного элемента, снабженного винтовой дорожкой, позволяет осуществлять выпаривание в двух режимах - объемном и капельном;
- организация последовательного включения ступеней двухступенчатого вакуумного насоса позволяет повысить общую энергоэффективность установки за счет снижения энергопотребления.
Универсальная вакуумная экстрактно-выпарная установка, содержащая экстрактор-испаритель, соединенный с вакуумным насосом, сборник экстракта, дистиллятор, запорную арматуру, отличающаяся тем, что вакуумный насос выполнен двухступенчатым с последовательным включением ступеней и соединен также с вакуумным выпаривателем с вращающимся конусным нагревательным элементом, снабженным винтовой дорожкой, соединенным со вторым дистиллятором, при этом оба дистиллятора имеют одну емкость для сбора дистиллята, подключенную к двухступенчатому вакуумному насосу.
