ШНЕКОВЫЙ ЭКСТРАКТОР Российский патент 1996 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к оборудованию для проведения массообменных процессов в системе твердое тело-жидкость и может быть использовано, например, при извлечении ценных компонентов из растительного сырья.

Известен шнековый экстрактор, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленный в корпусе шнек с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал [1]
Недостатками этого экстрактора являются неравномерная по сечению винтового канала шнека экстракция сырья из-за образования преимущественных путем прохода экстрагента по периферии и телу шнека, где создаются наименьшее гидравлическое сопротивление, и связанный с этим низкий выход экстрактивных веществ.

Известен также шнековый экстрактор, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и два последовательно установленных в корпусе шнека с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал [2]
Этот экстрактор имеет зону перемешивания сырья с экстрагентом в зоне перехода материала с одного шнека на другой, но перемешивание осуществляется неравномерно из-за послойного сдвига материала при сходе с одного шнека и входе в другой, а в остальных зонах неравномерность экстракции сырья по сечению каналов шнеков сохраняется.

Известен также шнековый экстрактор, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленные в корпусе планетарные параллельные шнеки с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал [3]
Этот экстрактор обладает большим выходом экстрактивных веществ, в основном за счет интенсификации экстракции в периферийных зонах шнеков, за счет периодического погружения шнеков в экстрагент, но неравномерность обработки сырья по глубине винтовых каналов шнеков в этом случае увеличивается до максимальной.

Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому эффекту является шнековый экстрактор, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленные в корпусе два карданных шнека с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал [4]
Этот экстрактор имеет зону объемного равномерного перемешивания сырья с экстрагентом в зоне карданного соединения двух шнеков, но в остальных зонах сохраняет все недостатки предыдущих.

В предлагаемом шнековом экстракторе, содержащем корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленный в корпусе по меньшей мере один шнек с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал, согласно изобретению на участке между патрубками ввода экстрагента и отвода мисцеллы по меньшей мере часть шнека выполнена по меньшей мере с одной дополнительной нарезкой, образованием по меньшей мере одного дополнительного винтового канала и ступеней в местах стыков винтовых каналов, причем глубина и/или ширина по меньшей мере одного винтового канала выполнены плавно уменьшающимися и по меньшей мере одного канала плавно увеличивающимися в том же направлении до исчезновении соответствующей ступени.

Это позволяет изменяя давление в различных каналах с противоположным знаком изменения добиться вытеснения сырья из одних каналов и его всасывания совместно с экстрагентом в других каналах, что обеспечивает объемное перемешивание сырья с экстрагентом по сечению каналов шнека на всей длине участка шнека с дополнительными каналами, возможно по всей длине зоны экстракции, увеличивая равномерность экстракции сырья и увеличивая выход экстрактивных веществ.

В предпочтительном варианте в пределах шага основной нарезки шнека по направлению от патрубка загрузки сырья к патрубку выгрузки шрота первый винтовой канал с переменными глубиной и/или шириной выполнен с их увеличением, а последний с их уменьшением в том же направлении. Это позволяет снизить энергоемкость перемешивания за счет сонаправленного действия сил разницы давлений и трения при перемещении материала.

На фиг. 1 показан возможный вариант выполнения экстрактора; на фиг. 2 участок шнека с одной дополнительной нарезкой.

Шнековый экстрактор в качестве примера может быть выполнен (фиг. 1) противоточным с трехсекционным корпусом 1, патрубками 2-5 загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы соответственно. В корпусе 1 этого экстрактора установлены три шнека 6 по одну в каждой секции корпуса 1, выполненные, например, с двумя (фиг. 2) винтовыми нарезками 7 и 8, образующими два винтовых канала 9 и 10 и ступень 11 в месте их стыка. Согласно предпочтительному варианту изобретения в пределах шага Р основной нарезки шнека 6 ближний к патрубку 2 загрузки сырья канал 9 выполнен с увеличением глубины h₁ и ширины b₁, а дальний канал 10 с уменьшением глубины h₂ и ширины b₂ по направлению от патрубка 2 к патрубку 3.

Описанный выше шнековый экстрактор или любой другой с иными конфигурацией корпуса и расположением шнеков 6 такой же конструкции работает следующим образом.

Сырье загружают в корпус 1 через патрубок 2, где оно захватывается одним из шнеков 6 и транспортируется из зоны загрузки в зону экстракции корпуса 1, в которую по патрубку 4 подают экстрагент. В зоне экстракции между патрубками 4 и 5 по меньшей мере на части шнека 6 нарезаны в данном случае две нарезки 7 и 8, транспортирующие сырье по своим каналам 9 и 10 соответственно. По мере перемещения от патрубка 2 к патрубку 3 глубина h₁ и ширина b₁ канала 9 увеличиваются, увеличивая площадь сечения канала 9, чем создают разрежение в нем. Одновременно уменьшаются глубина h₂ и ширина b₂ канала 10, чем создается избыточное давление в канале 10. Это приводит к выдавливанию сырья из канала 10 и всасыванию сырья с экстрагентом в канал 9. При передавливании сырья из канала 10 в канал 9 оно проходит через периферийную зону шнека 6, в которой идет наиболее интенсивный массообмен за счет прохода по ней максимального количества экстрагента из-за минимального гидравлического сопротивления. При исчезновении ступени 11 между каналами 9 и 10 вся доза сырья из канала 10 передавливается в канал 9 через зону интенсивного массообмена, равномерно обрабатываясь экстрагентом. Очередность расположения каналов 9 и 10 облегчает передавливание сырья за счет сонаправленного действия на него силы трения о корпус 1, что снижает энергоемкость процесса. При выполнении большего количества винтовых каналов или большего количества участков с несколькими винтовыми нарезками работа экстрактора происходит аналогично на каждом таким участке при аналогичной работе каналов с одинаковым изменением площади поперечного сечения. Отработанный экстрагент с экстрактивными веществами в виде мисцеллы удаляется из корпуса 1 через патрубок 5, а проэкстрагированное сырье в виде шрота удаляется из корпуса 1 через патрубок 3.

Таким образом, предлагаемый экстрактор за счет специальной конструкции шнека позволяет повысить равномерность обработки сырья экстрагентом по сечению нарезки, чем увеличить выход экстрактивных веществ.

Использование: для проведения массообменных процессов в системе твердое тело-жидкость, в частности при извлечении ценных компонентов из растительного сырья. Сущность изобретения: экстрактор содержит корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленный в корпусе по меньшей мере один шнек, выполненный по меньшей мере с двумя винтовыми нарезками, образующими соответствующее количество винтовых каналов и ступеней в местах их стыка, при этом глубина и (или) ширина по меньшей мере одного винтового канала выполнены плавно уменьшающимися и по меньшей мере одного канала плавно увеличивающимися в том же направлении. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. ШНЕКОВЫЙ ЭКСТРАКТОР, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленный в корпусе по меньшей мере один шнек с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал, отличающийся тем, что на участке между патрубками ввода экстрагента и отвода мисцеллы, по меньшей мере часть шнека выполнена по меньшей мере с одной дополнительной винтовой нарезкой с образованием по меньшей мере одного дополнительного винтового канала и ступени в месте стыка винтовых каналов, при этом глубина и/или ширина по меньшей мере одного винтового канала выполнены плавно уменьшающимися и по меньшей мере одного канала плавно увеличивающимися в том же направлении до исчезновения соответствующих ступеней. 2. Экстрактор по п. 1, отличающийся тем, что в пределах шага основной нагрузки шнека по направлению от патрубка загрузки сырья к патрубку выгрузки шрота первый канал с переменными глубиной и/или шириной выполнен с их увеличением, а последний с их уменьшением в том же направлении.