ЭКСТРАКТОР Российский патент 1999 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к технике экстрагирования растворимых веществ из дисперстной твердой фазы и может применяться в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известно устройство для проведения массообменных процессов в гетерофазных системах, содержащее корпус, оснащенный патрубками ввода и вывода экстрагента, между которыми располагается слой обрабатываемого дисперсного материала (Плановский А.И., Николаев П.И. - Основные процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии - М, Химия, 1987, рис.15.4 а, с. 372).

Недостатками известного устройства являются: возможность каналообразования в обрабатываемом материале, что приводит к "проскоку" его обрабатываемой средой, значительное диффузионное сопротивление в пограничном слое, снижающее эффективность массообменных процессов, трудность загрузки и разгрузки дисперсной фазы.

Наиболее близким к новому устройству по совокупности признаков является известное устройство - экстрактор, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и днищем, снабженный патрубками ввода и вывода экстракционной жидкости, герметичным центральным полым стержнем, на внешней поверхности которого закреплены вибраторы, и стаканом для загрузки исходного сырья, выполненным из проницаемого материала в виде двух соосных цилиндров с общим дном и зафиксированных между крышкой и дном экстрактора (патент РФ N 2023464 МКИ B 01 D 11/04, 1994 г.).

Недостатком данного известного устройства, принятого за прототип, является то, что наличие стакана с исходным сырьем не обеспечивает равномерное распределение компонентов жидкость-твердое тело в объеме экстрактора, при этом в объеме стакана с сырьем через некоторое время установится равновесная концентрация извлекаемых компонентов, снижатся движущая сила процесса и время экстракции будет лимитироваться диффузией экстракта из стакана с сырьем в весь объем экстрагента, кроме того после слива экстракта из аппарата в сырье остается экстракт (т.к. конструкция аппарата не предусматривает стадию фильтрования), что приводит к безвоздмезной потери последнего при выгрузки отработанного сырья. Использование стакана ограничивает производительность аппарата, т. к. растительное сырье в процессе экстракции разбухает (до трех объемов).

Новое устройство - экстрактор, который содержит цилиндрический корпус с крышкой, днищем, фильтрующей перегородкой, технологическими штуцерами и пульсационной камерой, выполненной в виде колокола и расположенной коаксиально корпусу, экстрактор снабжен пневматической системой поворота корпуса на 180^o и крышкой со встроенной в нее фильтрующей перегородкой, причем на пульсационной камере установлена подвижная царга и шаровой вентиль. Предпочтительно, чтобы ручка шарового вентиля была выведена через боковую стенку корпуса аппарата, а внутри пульсационной камеры выше уровня подвижной царги установлена успокоительная решетка.

Новое устройство отличается от устройства-прототипа тем, что в корпусе аппарата установлена пульсационная камера с подвижной царгой, а в верхней части пульсационной камеры размещен шаровой вентиль, ручка которого выведена через боковую стенку корпуса аппарату и внутри пульсационной камеры выше уровня подвижной царги установлена успокоительная решетка, устройство снабжено пневматической системой поворота корпуса на 180^o и крышкой со встроенной в нее фильтрующей перегородкой.

На чертеже схематически изображено новое устройство - экстрактор. Экстрактор состоит из: цилиндрического корпуса 1 с днищем 2 и штуцером ввода экстрагента 3; на корпусе установлена крышка 4 со встроенной фильтрующей перегородкой, штуцером 5 для выхода экстрагента и пневматической системой поднятия и опускания крышки 4; пульсационной камеры 6 с подвижной царгой 7, шаровым вентилем 8, находящимся в верхней части пульсационной камеры, ручка которого выведена через боковую стенку корпуса, и штуцером 9 входа и выхода воздуха, установленной коаксиально корпусу, внутри пульсационной камеры закреплена успокоительная решетка 10, которая находится выше уровня подвижной царги; теплообменной рубашки 11 со штуцером входа и выхода теплоносителя 12 и 13; экстрактор снабжен пневматической системой 14 поворота корпуса на 180^o и пультом управления частотой и амплитудой пульсации.

Экстрактор работает следующим образом. На пульсационной камере при помощи подвижной царги 7 устанавливают необходимый зазор между нижней кромкой царги и днищем аппарата 2 для конкретного вида сырья. В корпус 1 экстрактора загружают исходное сырье при поднятой крышке 4 со встроенной фильтрующей перегородкой, а через штуцер 3 заливается экстрагент, после чего закрывается крышка 4. В пульсационной камере 6 периодически (с определенной частотой) создают избыточное давление (до 0,07 МПа), под действием которого часть экстрагента вытесняется из пульсационной камеры 6 воздействием на обрабатываемую твердую фазу и устремляется в кольцевой зазор между корпусом аппарата и пульсационной камерой. После сброса давления в пульсационной камере 6 суспензия (жидкость - твердое тело) возвращается в пульсационную камеру 6. При этом суспензия приходит в возвратно-поступательное движение, что обеспечивает равномерное распределение компонентов жидкость-твердое тело в объеме экстрактора и интенсивное проведение массообменных процессов, благодаря чему происходит выравнивание концентраций извлекаемых компонентов во всем объеме экстрагента и обеспечивается возможность проведения процесса экстракции до достижения равновесных значений - концентрации извлекаемых компонентов во всем объеме экстрагента. Успокоительная решетка 10 предотвращает выброс экстрагента в трубопроводы пневмопульсатора. Зазор, установленный при помощи подвижной царги 7, не дает твердому сырью залегать на дне аппарата и обеспечивает участие твердой фазы в процессе экстракции и в то же время позволяет попадать частицам твердого вещества в пульсационную камеру и весь экстрагент также участвует в процессе экстракции. Пульсационный воздух попадает в пульскамеру через штуцер 9. Поддержание необходимой температуры в зоне экстракции осуществляется за счет использования теплообменной рубашки 11, при этом ввод и вывод теплоносителя осуществляется соответственно через патрубки 12 и 13. По завершении процесса экстракции аппарат переворачивается на 180^o. Открывается шаровой вентиль 8, а твердая фаза и экстрагент, насыщенный извлеченными компонентами из корпуса 1 и пульсационной камеры 6, попадает на фильтрующую перегородку крышки 4, после чего идет процесс фильтрования. Экстрагент, насыщенный извлеченными компонентами, удаляется из экстрактора через технологический штуцер 5, а твердая фаза остается на фильтрующей перегородке крышки 4. Затем аппарат переворачивается в исходное положение, а твердая фаза попадает в зону экстракции, туда заливается свежий экстрагент и цикл повторяется до полного извлечения полезных компонентов из твердого сырья. После завершения процесса экстракции отработанная твердая фаза выгружается из аппарата при отводе крышки 4 и цикл повторяется.

Использование заявленного устройства позволяет обеспечить максимально возможную степень извлечения ценных компонентов из твердой фазы при данных условиях, что видно из таблицы, и повысить выход экстрактивных веществ в 1,5 раза по сравнению с устройством-прототипом.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет определенных конструктивных отличий нового устройства.

Благодаря наличию подвижной царги, позволяющей менять зазор между нижней кромкой пульсационной камеры и днищем аппарата, твердая фаза не залегает на дно аппарата, при этом экстрагент участвует в процессе извлечения ценных компонентов из нее, так как внутри пульсационной камеры также осуществляется интенсивное перемешивание жидкость-твердое тело и происходит выравнивание концентраций извлекаемых компонентов во всем объеме экстрагента.

Аппарат работает в стабильном режиме при наличии успокоительной решетки, с помощью которой предотвращается возможность выплескивания экстрагента в систему трубопроводов пневмопульсации.

Наличие шарового вентиля, установленного в верхней части пульсационной камеры, позволяет выгрузить суспензию экстракт- твердое тело из пульсационной камеры на фильтрацию (при повороте аппарата на 180^o. Предпочтительно, чтобы ручка шарового вентиля пульсационной камеры была выведена через боковую стенку корпуса аппарата, что позволяет открыть шаровой вентиль без открытия крышки аппарата.

Изготовление аппарата с возможностью поворота на 180^o позволяет проводить процессы экстракции и фильтрования в одном объеме, при этом оставшаяся на фильтре твердая фаза при повороте экстрактора в исходное положение опять попадает в экстракционную зону и может быть залита свежим экстрагентом, тем самым удается достичь требуемой степени извлечения ценных компонентов из растительного сырья.

Крышка аппарата, выполненная со встроенным фильтром, позволяет проводить несколько технологических стадий (экстракция - фильтрация) в одном объеме и получать целевые продукты высокой степени чистоты с заданными свойствами.

Использование нового устройства позволяет автоматизировать процесс и обеспечивает извлечение экстрактивных из сырья близкое к теоретическому, что видно из таблицы.

Изобретение относится к технике экстрагирования растворимых веществ из дисперсной твердой фазы и может применяться в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Экстрактор содержит цилиндрический корпус с крышкой, днищем и технологическими штуцерами, пневматической системой поворота корпуса на 186^o, крышкой с встроенной в нее фильтрующей перегородкой, пульсационной камерой, выполненной в виде колокола, расположенного коаксиально в корпусе и шаровой клапан. Для изменения зазора между днищем аппарата и нижней кромкой пульсационной камеры установлена подвижная царга. Изобретение позволяет обеспечить максимально возможную степень извлечения ценных компонентов из твердой фазы. 2 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Экстрактор, содержащий цилиндрический корпус с крышкой, днищем и технологическими штуцерами, отличающийся тем, что он снабжен пневматической системой поворота корпуса на 180^o, крышкой с встроенной в нее фильтрующей перегородкой, пульсационной камерой, выполненной в виде колокола и расположенной коаксиально корпусу, причем на пульсационной камере установлены подвижная царга и шаровой вентиль. 2. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что ручка шарового вентиля выведена через боковую стенку корпуса аппарата. 3. Экстрактор по п.1, отличающийся тем, что выше уровня подвижной царги установлена успокоительная решетка.