УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТОВ Российский патент 2001 года по МПК B01D11/02 

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. B 01 D 11/02, 07.05.1981].

Недостатками этой установки являются низкая производительность и интенсивность процесса экстракции, сложность конструкции, связанная с наличием карусели и разнесенным расположением функциональных узлов, трудоемкость в эксплуатации.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является установка для получения экстрактов в системе твердое тело - жидкость, содержащая по меньшей мере один экстрактор, в нижней части которого размещен барботер, конденсатор, испаритель, сепаратор, а также сборник экстракта, магистраль с обратным клапаном и запорной арматурой и магистрали с запорной арматурой, соединяющие конденсатор, экстрактор и испаритель в замкнутый контур [патент Российской Федерации N 2060777, кл. В 01 D 11/02, 27.05.1996].

Известная установка частично устраняет недостатки аналога за счет исключения гидравлических ударов, возникающих в соединительных магистралях, и позволяет расширить ее технологические возможности.

Однако основным недостатком этой установки является ограниченная скорость и низкая интенсивность протекания процесса экстрагирования, обусловленная незначительной разностью температур в конденсаторе и испарителе, так как испаритель работает в режиме теплового насоса, что значительно снижает производительность установки и сужает область ее применения.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования известной установки для получения экстрактов, в которой за счет совмещения испарителя с экстрактором и сборником экстракта и снабжения установки гидродинамическим гомогенизатором-диспергатором, а конденсатора - вакуумным насосом достигается интенсификация тепломассобмена, повышение производительности, а также возможность проводить в одной установке процессы экстрагирования, концентрирования, диспергации, гомогенизации и другие операции, что позволяет расширить технологические возможности установки и виды обрабатываемого сырья.

Поставленная задача решается тем, что установка для получения экстрактов, содержащая по меньшей мере один экстрактор с размещенным в нижней части барботером, конденсатор, испаритель, сепаратор и сборник экстракта, а также магистраль с обратным клапаном и запорной арматурой, согласно изобретению 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.

Кроме того, задача решается тем, что верхняя часть экстрактора-испарителя снабжена крышкой, совмещенной с оросительным коллектором.

Такая совокупность существенных признаков способствует интенсификации процесса экстрагирования, сокращению продолжительности технологического цикла, повышению производительности, экономичности и эффективности установки, а также качества готового продукта за счет обеспечения высокой дисперсности, что позволяет расширить технологические возможности и область применения установки.

Снабжение экстракторов-испарителей устройствами терморегулирования позволяет совместить экстрактор с испарителем, что дает возможность регулировать параметры температуры в процессе экстрагирования в зависимости от технологических требований, например нагревать, охлаждать, термостатировать, за счет чего улучшаются эксплуатационные показатели и расширяются технологические возможности и область применения установки.

Снабжение экстракторов-испарителей емкостями для загрузки твердого тела, перфорированными сверху и снизу, и размещение их внутри экстракторов-испарителей над барботерами с образованием в нижней части сборников экстракта позволяет направить поток жидкости через весь неподвижный слой твердого тела и тем самым обеспечить полную смачиваемость его жидкостью.

Наличие в верхней части экстракторов-испарителей оросительных коллекторов обеспечивает равномерное распределение жидкости по всей поверхности обрабатываемого твердого тела.

Введение компрессоров в магистрали с обратными клапанами позволяет организовать периодическое барботирование твердого тела парами жидкости, образовавшейся в верхней части экстракторов-испарителей таким образом, чтобы не допустить пенообразования и слеживания твердого тела, а также дает возможность обеспечить управление процессом барботирования.

Размещение сепаратора в нижней части конденсатора позволяет интенсифицировать процесс каплеотделения за счет охлаждения паров жидкости, образовавшихся в верхней части экстракторов-испарителей, а снабжение конденсатора вакуумным насосом, всасывающий патрубок которого размещен выше уровня жидкости в сепараторе, позволяет снизить температуру парообразования в экстракторах-испарителях и тем самым создать щадящий режим для экстрагирования твердого тела и предотвратить его деструкцию, что способствует повышению качества готового продукта.

Соединение экстракторов-испарителей между собой встречно тремя магистралями с запорной арматурой позволяет применять наиболее распространенные методы экстрагирования в одной установке (мацерацию, перколяцию, реперколяцию), что расширяет ее технологические возможности.

Введение между второй и третьей магистралями гидродинамического гомогенизатора-диспергатора, вход которого через третью магистраль соединен с выходами продуктовых насосов, а выход через вторую магистраль соединен с дополнительными магистралями, позволяет проводить гидродинамическую обработку потока жидкости путем его диспергации и гомогенизации и осуществить дискретно-импульсный ввод дополнительной энергии в процесс экстрагирования. Это способствует интенсификации процесса обработки системы твердое тело - жидкость, а также дает возможность создать щадящие условия для извлечения различных видов полезных веществ из твердого тела и расширить виды обрабатываемого сырья.

На чертеже показана схема предлагаемой установки.

Установка для получения экстрактов в системе твердое тело - жидкость содержит экстракторы-испарители 1 и 2 с размещенными в нижней части барботерами 3 и 4, сборники экстракта 5 и 6, магистрали 7 и 8 с компрессорами 9 и 10, обратными клапанами 11 и 12 и запорной арматурой 13 и 14, соединяющей барботеры 3 и 4 с верхней частью экстракторов-испарителей 1 и 2, а также конденсатор 15, в нижней части которого размещен сепаратор 16 с патрубком 17 для выхода конденсата. Конденсатор 15 снабжен также холодильным устройством 18 и вакуумным насосом 19, всасывающий патрубок которого установлен выше уровня жидкости в сепараторе 16.

Экстракторы-испарители 1 и 2 снабжены устройствами терморегулирования 20 и 21, перфорированными емкостями 22 и 23 для размещения твердого тела, расположенными над барботерами 3 и 4 с образованием в нижней части экстракторов-испарителей 1 и 2 сборников 5 и 6 экстракта, а также герметичными крышками 24 и 25, расположенными в верхней части экстракторов-испарителей и совмещенными с оросительными коллекторами 26 и 27. Сборники экстракта 5 и 6, оросительные коллекторы 26 и 27 соединены в замкнутый контур дополнительными магистралями 28 и 29 с фильтрами 30 и 31, продуктовыми насосами 32 и 33 и запорной арматурой 34, 35 и 36, 37.

Между собой экстракторы-испарители соединены встречно тремя магистралями 38, 39 и 40 с запорной арматурой 41, 42, 43 и 44, 45, 46. Между запорной арматурой 41 и 44 к первой верхней магистрали 38 подключен конденсатор 15 через запорную арматуру 47, а между двумя последующими магистралями 39 и 40 установлен гидродинамический гомогенизатор-диспергатор 48, вход 49 которого подключен к третьей магистрали 40 между запорной арматурой 43 и 46, а выход 50 соединен со второй магистралью 39 между запорной арматурой 42 и 45.

Кроме того, установка содержит патрубки 51, 52 для подачи жидкости в экстракторы-испарители 1 и 2 и патрубки 53, 54 для слива экстракта, а также блок управления (на схеме условно не показан).

Ниже приведен один из вариантов работы предлагаемой установки.

Перед началом работы вся запорная арматура находится в положении "закрыто".

Твердое тело, например, растительное сырье, загружают в перфорированную емкость 22 и при открытой крышке 24 размещают ее внутри экстрактора-испарителя 1 над барботером 3, после чего экстрактор-испаритель 1 закрывают крышкой 24 и герметизируют. После этого открываются краны 41 и 47, включается вакуумный насос 19 и по магистралям 28 и 38 из экстрактора-испарителя 1 удаляется воздух, а сырье подвергается вакуумированию. Вакуумирование исходного сухого сырья позволяет удалить газы, содержащиеся на поверхности, в порах и капиллярах сырья, что способствует более полному проникновению в поры жидкости. По окончании процесса вакуумирования отключается вакуумный насос 19, закрываются краны 41 и 47, а краны 34 и 51 открываются и экстрактор-испаритель 1 заполняется жидкостью (экстрагентом), после чего краны 51 и 34 закрываются и осуществляется процесс настаивания (мацерации) сырья в жидком экстрагенте, в процессе которого с помощью устройства терморегулирования 20 в экстракторе-испарителе 1 поддерживается заданная в соответствии с технологическим регламентом температура. В процессе настаивания проводится периодическое барботирование сырья парами экстрагента, образовавшимися в верхней части экстрактора-испарителя 1 при заполнении его жидкостью и в процессе настаивания, для чего открывается кран 13, включается компрессор 9 и по магистрали 7 через обратный клапан 11 обеспечивается циркуляция паров экстрагента из верхней части экстрактора-испарителя 1 в барботер 3. В результате периодического барботирования сырья, находящегося в перфорированной емкости 22, парами экстрагента происходит более полное извлечение полезных компонентов из сырья, не допускается его слеживание, что способствует исключению застойных зон в перфорированной емкости 22 и улучшению тепломассообмена.

По окончании процесса настаивания открываются краны 34, 43 и 42, включается продуктовый насос 32 и гомогенизатор-диспергатор 48 и полученный экстракт из сборника 5 через фильтр 30 по магистралям 28, 40 и 39, 28 подается в оросительный коллектор 26. В результате такой обработки экстрагент прокачивается через неподвижный слой сырья, обогащается экстрактивными веществами, затем направляется в гомогенизатор-диспергатор 48, где подвергается диспергированию и гидродинамической обработке, и повторно направляется через неподвижный слой сырья, т.е. осуществляется процесс активного перколирования сырья. Процесс перколирования чередуется с барботированием сырья парами экстрагента, образовавшимися в верхней части экстрактора-испарителя 1, для чего периодически включается компрессор 9. Чередование перколирования сырья потоком экстрагента с барботированием парами того же экстрагента способствует всплытию пузырьков газовой фазы экстрагента в экстракционной смеси, что обеспечивает разрыхление обрабатываемого сырья, исключает образование застойных зон в перфорированной емкости 22, а также ускоряет процесс обновления поверхности контакта фаз. При конденсации пузырьков экстрагента происходит схлопывание кавитационных полостей с образованием ударной волны высокой удельной мощности, что приводит к резкому падению диффузионного сопротивления сырья и развитию поверхности контакта фаз, в результате чего интенсифицируется процесс экстрагирования.

По окончании процесса перколирования отключается гомогенизатор-диспергатор 48, закрывается кран 42, открываются краны 46 и 37 и экстракт, полученный в экстракторе-испарителе 1, по магистралям 28, 40 и 29 при помощи насоса 32 подается на оросительный коллектор 27 экстрактора-испарителя 2, в котором размещена перфорированная емкость 23 с предварительно провакуумированным сырьем. При необходимости осуществляется повторное настаивание и перколирование сырья в экстракторе-испарителе 2 аналогично первому.

Перед разгрузкой экстрактора-испарителя 1 производится удаление экстрагента и его паров из отработанного сырья путем его гигро- или гидрообработки и перегонки полученной смеси экстрагента и его паров в конденсатор 15. Для этого открываются краны 41 и 47, включаются холодильное устройство 18 и вакуумный насос 19 и пары экстрагента из экстрактора-испарителя 1 по магистралям 28 и 38 отсасываются в конденсатор 15, где они сжижаются и сливаются в сепаратор 16, откуда периодически удаляются через кран 17 для повторного использования в процессе экстрагирования.

Экстракт, полученный в экстракторе-испарителе 2, при необходимости концентрируют путем вакуумной отгонки паров экстрагента в сепаратор 16, для чего открываются краны 44 и 47, включаются вакуумный насос 19 и холодильное устройство 18, в результате чего в экстракторе-испарителе 2 происходит упаривание экстрагента и концентрация экстракта до заданного согласно технологического регламента содержания сухих веществ. После концентрации экстракта краны 44 и 47 закрываются, отключаются вакуумный насос 19 и холодильное устройство 18. Полученный концентрат удаляется из сборника 4 насосом 33 через открытые краны 36 и 54 и фильтр 31.

Такое конструктивное выполнение установки для получения экстрактов в системе твердое тело - жидкость обеспечивает интенсификацию процесса экстрагирования, повышение выхода полезных веществ, производительности и эффективности установки, а также позволяет проводить следующие основные технологические операции:
- мацерацию (настаивание) твердого тела в экстракторах-испарителях 1 и 2;
- простое перколирование в экстракторах-испарителях 1 и 2;
- барботирование твердого тела в экстракторах-испарителях 1 и 2;
- реперколирование из экстрактора-испарителя 1 в экстрактор-испаритель 2;
- реперколирование из экстрактора-испарителя 2 в экстрактор-испаритель 1;
- экстрагирование в экстракторах-испарителях 1 и 2 с гомогенизацией и диспергацией экстракта;
- вакуумную отгонку жидкости из экстракторов-испарителей 1 и 2;
- вакуум-паровую отгонку жидкости из экстракторов-испарителей 1, 2;
- концентрирование экстракта в экстракторах-испарителях 1 и 2 и другие операции.

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. Содержит 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. 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. Также снабжен 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. Сепаратор размещен в нижней части конденсатора, снабженного вакуумным насосом, всасывающий патрубок которого установлен выше уровня жидкости в сепараторе. Экстракторы-испарители соединены между собой встречно тремя магистралями с запорной арматурой. К первой верхней магистрали подключен конденсатор. 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. Данное выполнение установки позволяет достичь интенсификации тепломассообмена, повышение производительности, а также расширение технологических возможностей. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. 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, отличающаяся тем, что 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. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что верхняя часть экстрактора-испарителя снабжена крышкой, совмещенной с оросительным коллектором.