СПОСОБ ЭКСТРАКЦИИ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАСЕЛ КУЗНЕЦОВА В.Н., УСТАНОВКА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА И ПРОТИВОТОЧНЫЙ ЭКСТРАКТОР ПОГРУЖНОГО ТИПА КУЗНЕЦОВА В.Н. Российский патент 2005 года по МПК C11B1/10 

Изобретение относится к масложировой промышленности, в частности к производству растительных масел методом экстракции органическими растворителями.

Известны и широко распространены в настоящее время способы получения растительных масел методами холодного или горячего прессования. При горячем прессовании удается отжать максимальное количество масла, однако оно содержит большое количество сопутствующих веществ. Отжим семян в холодных прессах приводит к меньшему выходу масла, но оно содержат меньшее количество сопутствующих веществ. Однако все масла, полученные методами прессования, содержат большое количество примесей и нуждаются в очистке.

К химическим методам экстракции относится экстракция растительных масел летучими органическими растворителями (чаще низкокипящими фракциями бензина) с последующей отгонкой экстрагента.

Известны способы экстракции растительного сырья с помощью органических растворителей, в которых подготовленное к экстракции сырье обрабатывают парами растворителя, затем осуществляют предварительную экстракцию масла в противотоке с растворителем путем многократного орошения экстрагируемого материала мисцеллой и завершают процесс экстракции в вертикальной колонне, орошаемой мисцеллой. Отгонку растворителя из проэкстрагированного материала осуществляют воздействием на него перегретых паров растворителя, которые не выходят из устройства, а, конденсируясь на шроте, возвращаются в процесс экстракции (см. патент РФ №2166533, кл. С 11 В 1/10, 1999). Установка по данному патенту содержит загрузочную колонну с патрубками ввода экстрагируемого материала, очищаемой газовоздушной смеси и отвода очищенного воздуха, перегрузочное устройство с узлом рециркуляции мисцеллы и вертикальную экстракционную колонну с размещенным внутри шнеком и патрубками для ввода экстрагируемого материала, перегретых паров растворителя и отвода шрота. Вертикальная экстракционная колонна для осуществления процесса экстракции выполнена противоточной.

Основным недостатком данного способа, установки для его осуществления и непосредственно экстрактора является низкая скорость массообмена в процессе экстракции, что требует обеспечения достаточно высокого соотношения растворитель - экстрагируемый материал и влечет за собой получение низкокоцентрированных мисцелл.

Известен способ экстракции растительных масел, включающий загрузку экстрагируемого материала, экстракцию масла растворителем в противоточном экстракторе погружного типа, отбор паров растворителя, их конденсацию и возврат в процесс, отвод шрота и мисцеллы. Перед началом экстракции экстрагируемый материал пропитывают насыщенными парами органического растворителя. Экстракцию масла растворителем ведут в противоточном экстракторе погружного типа и в вертикальном противоточном экстракторе. В процессе экстракции осуществляют отбор паров растворителя, их конденсацию и возврат в процесс, при этом отгонку растворителя из отработанного шрота производят путем воздействия на него перегретых паров растворителя и нагрева шрота в зоне выгрузки (см. патент РФ №2210589, кл. С 11 В 1/10, 2001). Установка для осуществления известного способа содержит загрузочную колонну с патрубком ввода экстрагируемого материала, патрубками ввода отработанного воздуха с парами растворителя и отвода очищенного воздуха, шнек-дозатор, конденсатор, противоточный экстрактор погружного типа с патрубками отвода паров растворителя из экстрактора в конденсатор и возврата сконденсировавшихся паров, узел для нагрева шрота и патрубки ввода растворителя и отвода мисцеллы из установки. Входящий в состав установки противоточный экстрактор погружного типа для экстракции масла установлен горизонтально.

Данные способ, установка и экстрактор являются наиболее близкими к предлагаемым.

Основным недостатком известного способа, установки для его осуществления и соответственно экстрактора, как и предыдущих, является низкая интенсивность массообмена в процессе экстракции, обусловленная относительно низкой, 45-50°С, температурой процесса. Кроме того, предусмотренное в установке охлаждение экстрагируемого материала орошением его растворителем ведет к получению шрота с повышенной масличностью, а применение насоса для рециркуляции мисцеллы затрудняет условия его эксплуатации (т.к. в мисцелле находится большое количество частиц экстрагируемого материала с высокими абразивными свойствами) и приводит к наличию механических примесей в отводимой мисцелле.

Задачей настоящего изобретения является создание такого способа экстракции растительных масел, установки для его осуществления и противоточного экстрактора погружного типа, входящего в состав установки, которые позволили бы увеличить интенсивность массообмена на стадии экстракции, повысить концентрацию и чистоту получаемой мисцеллы, обеспечивая повышение выхода экстракционного масла и улучшение его качества, а также получить обезжиренный шрот высокого качества, годный для дальнейшей переработки.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном способе экстракции растительных масел органическими растворителями, включающем загрузку экстрагируемого материала, экстракцию масла растворителем в противоточном экстракторе погружного типа, отбор паров растворителя, их конденсацию и возврат в процесс, отвод шрота и мисцеллы, процесс экстракции ведут при температуре фазового перехода «жидкость-пар» в условиях кавитации.

Для решения поставленной задачи в известной установке для экстракции растительных масел органическими растворителями, содержащей загрузочную колонну с патрубком ввода экстрагируемого материала, патрубками ввода отработанного воздуха с парами растворителя и отвода очищенного воздуха, шнек-дозатор, конденсатор, противоточный экстрактор погружного типа с патрубками отвода паров растворителя из экстрактора в конденсатор и возврата сконденсировавшихся паров, узел для нагрева шрота и патрубки ввода растворителя и отвода мисцеллы, противоточный экстрактор погружного типа снабжен нагревательными элементами для поддержания внутри него температуры фазового перехода «жидкость-пар» и выполнен в виде одной или нескольких секций, а перед первой секцией противоточного экстрактора погружного типа установлен декантатор, имеющий расширяющуюся книзу загрузочную трубу для создания газового затвора.

При этом секции противоточного экстрактора погружного типа могут быть выполнены горизонтальными, наклонными, вертикальными или представлять собой их комбинацию. Оптимальным является такое выполнение установки для экстракции растительных масел, в котором каждая секция противоточного экстрактора погружного типа установлена с наклоном в сторону загрузки экстрагируемого материала.

В другом варианте выполнения противоточного экстрактора погружного типа первая по ходу движения экстрагируемого материала секция выполнена наклонной, а следующая за ней - горизонтальной.

Для решения поставленной задачи противоточный экстрактор погружного типа для экстракции растительных масел органическими растворителями содержит корпус с патрубками ввода экстрагируемого материала, растворителя и отвода паров растворителя, мисцеллы и шрота, снабжен нагревательными элементами для поддержания внутри него температуры фазового перехода «жидкость-пар» и выполнен в виде одной или нескольких секций.

Основой для создания настоящего изобретения послужили многочисленные исследования заявителя, подтвердившие тот факт, что оптимальной температурой проведения процесса экстракции растительных масел органическими растворителями является температура, равная температуре кипения растворителя при давлении, соответствующем давлению в экстракторе; например, для растворителя типа «Нефрас» она находится в интервале 68-72°С. При такой температуре экстракция масла происходит в условиях фазового перехода «жидкость-пар», сопровождающихся кавитационными процессами, обусловленными кипением растворителя, и интенсивным перемешиванием экстрагента в слое экстрагируемого материала. Гидродинамика процесса такова, что каждая частица слоя неперемешиваемого материала интенсивно и много раз омывается экстрагентом. Все это ведет к резкому повышению тепломассобмена и соответственно интенсификации процесса экстракции.

Предлагаемый способ осуществляется, а установка и противоточный реактор работают следующим образом.

Экстрагируемый материал поступает в загрузочную колонну, где пропитывается насыщенными парами растворителя, поступающими туда вместе с отработанным воздухом, и посредством шнека-дозатора перемещается в декантатор, очищая поступающую противотоком мисцеллу от грубых примесей, после чего попадает в противоточный экстрактор погружного типа, секции которого снабжены нагревательными элементами. Процесс экстракции осуществляют при температуре фазового перехода «жидкость-пар» в условиях кавитации. Образующиеся при этом пары растворителя выводят из экстрактора, конденсируют и конденсат с температурой, близкой к температуре кипения, возвращают в экстрактор, обеспечивая, таким образом, рециркуляцию растворителя. Это позволяет снизить подачу свежего растворителя в устройство и соответственно увеличить концентрацию готовой мисцеллы. Полнота извлечения масла при этом такова, что в последнюю секцию противоточного экстрактора поступает практически обезжиренный шрот, где из него отгоняют растворитель посредством подачи перегретых паров растворителя и нагрева самого шрота.

Ниже приведен пример реализации способа, который не является ограничивающим изобретение.

Экстрагируемый материал в виде соевого лепестка поступает в загрузочную колонну, где пропитывается насыщенными парами растворителя, поступающими туда вместе с отработанным воздухом, и посредством шнека-дозатора перемещается в декантатор, очищая поступающую противотоком мисцеллу от грубых примесей, после чего попадает в противоточный экстрактор погружного типа, шесть наклонных в сторону загрузки материала секций которого снабжены нагревательными элементами, выполненными в виде паровых рубашек, посредством которых температуру внутри секций поддерживают в пределах 68-72°С. Процесс экстракции осуществляют в условиях фазового перехода «жидкость-пар» и кавитации. Образующиеся при этом пары растворителя выводят из секций экстрактора, конденсируют и конденсат с температурой, близкой к температуре кипения, возвращают в последнюю по ходу движения экстрагируемого материала секцию экстрактора, обеспечивая, таким образом, рециркуляцию растворителя. Поступающий в последнюю, седьмую секцию противоточного экстрактора для окончательной экстракции и отгонки растворителя шрот имеет масличность 0,7-1,0%. Время экстракции 21 минута. Концентрация готовой мисцеллы достигает уровня 50-70%.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен общий вид установки для экстракции растительных масел и входящего в ее состав противоточного экстрактора погружного типа, а на фиг.2 - один из ее вариантов.

Установка для экстракции растительных масел содержит загрузочную колонну 1 с патрубком 2 ввода экстрагируемого материала, патрубком 3 ввода отработанного воздуха с парами растворителя, патрубком 4 отвода очищенного воздуха, шнек-дозатор 5, обеспечивающий постоянный уровень экстрагируемого материала в загрузочной колонне 1, декантатор 6, который служит для предварительной очистки мисцеллы от грубых взвесей и для поддержания постоянного уровня экстрагента в экстракторе погружного типа.

Противоточный экстрактор погружного типа выполнен в виде нескольких наклонных секций 7, 8, 9, 10, 11, 12, соединенных друг с другом посредством перегрузочных узлов 13, 14, 15, 16, 17. Каждая из наклонных секций 7, 8, 9, 10, 11, 12 имеет размещенные внутри шнеки 18 для перемещения экстрагируемого материала и нагревательные элементы, выполненные, например, в виде паровых рубашек 19. Каждая из наклонных секций 7, 8, 9, 10, 11, 12 снабжена патрубками 20, 21, 22, 23, 24, 25 отвода паров растворителя, образующихся в процессе экстракции, через каплеуловители 26, 27, 28, 29, 30, 31 в конденсатор 32, и патрубками 33, 34, 35, 36, 37, 38 для возврата в секции мисцеллы в случае ее вспенивания. Последняя секция противоточного экстрактора выполнена в виде наклонной колонны 39 со шнеком внутри (на чертеже не показан).

Наклонная колонна 39 снабжена патрубком 40 для отвода паров растворителя из нее в конденсатор 41, патрубком 42 для возврата конденсата из конденсаторов 32 и 41, патрубком 43 для пополнения экстрактора растворителем из оборотной системы. Наклонная колонна 39 имеет также патрубок 44 для выгрузки шрота из устройства, размещенный в верхней части колонны узел 45 нагрева шрота и течку 46 для опорожнения в случае необходимости наклонной колонны 39. Декантатор 6 снабжен патрубком 47 для вывода мисцеллы из устройства. Расположение патрубка 47 определяет высоту уровня мисцеллы в наклонных секциях 7, 8, 9, 10, 11, 12, 39. Внутри декантатора 6 расположена расширяющаяся книзу загрузочная труба 48, по которой опускается экстрагируемый материал, поступающий из шнека-дозатора 5, и которая служит для создания газового затвора, предотвращающего проход насыщенных паров растворителя из декантатора 6 в загрузочную колонну 1. В верхней части декантатора 6 размещен патрубок 49, с помощью которого газовое пространство декантатора 6 соединено с газовым пространством наклонных секций (на чертеже не показано). В нижней части каждой наклонной секции 7, 8, 9, 10, 11, 12 имеются патрубки 50, 51, 52, 53, 54, 55 для опорожнения секций в случае необходимости.

Вариант установки, изображенный на фигуре 2, содержит загрузочную колонну 56 с патрубком 57 ввода экстрагируемого материала, патрубком 58 ввода отработанного воздуха с парами растворителя, патрубком 59 отвода очищенного воздуха, шнек-дозатор 60, декантатор 61, экстрактор погружного типа, имеющий наклонную 62 и горизонтальную 63 секции с размещенными внутри них шнеками 64 и 65 соответственно, которые снабжены нагревательными элементами в виде паровых рубашек 66 и 67 соответственно. Противоточный экстрактор погружного типа имеет еще одну вертикальную секцию 68 для окончательной экстракции масла, внутри которой помещен шнек 69, а снаружи - нагревательный элемент в виде паровой рубашки 70. Верхняя часть секции 68 имеет патрубок 71 для выгрузки шрота и узел нагрева шрота 72, а нижняя - патрубок 73 отвода паров растворителя в конденсатор 74 и патрубок 75 возврата сконденсированных паров, патрубок 76 для пополнения экстрактора растворителем и патрубок 77 для опорожнения секции 68. Для опорожнения наклонной секции 62 и декантатора 61 предусмотрен патрубок 78. Декантатор 61 снабжен патрубком 79 для вывода мисцеллы из устройства. Внутри декантатора 61 расположена расширяющаяся книзу загрузочная труба 80, по которой опускается экстрагируемый материал, поступающий из шнека-дозатора 60, и которая служит для создания газового затвора, предотвращающего проход насыщенных паров растворителя из декантатора 61 в загрузочную колонну 56. В верхней части декантатора 61 помещен патрубок 81, через который газовое пространство декантатора соединено с газовым пространством секции 63 (на чертеже не показано).

Установка и, в том числе, противоточный экстрактор погружного типа согласно фиг.1 работают следующим образом. Подготовленный экстрагируемый материал поступает через патрубок 2 в загрузочную колонну 1, откуда шнеком-дозатором 5 подается в загрузочную трубу 48 декантатора 6, где, проходя через слой мисцеллы, насыщается ею и освобождается от воздуха, который через патрубок 49 проходит в газовое пространство наклонных секций. Насыщенный мисцеллой и освобожденный от воздуха материал опускается в наклонную секцию 7 и шнеком (на чертеже не показан) перемещается в секцию 8 через перегрузочный узел 13. В процессе перемещения материал попадает в зону кипящей мисцеллы, насыщая ее маслом.

В наклонных секциях 8, 9, 10, 11, 12 противоточного экстрактора погружного типа этот процесс повторяется, при этом в каждой последующей наклонной секции крепость мисцеллы (содержание масла в растворителе) возрастает, а содержание масла в твердых частицах экстрагируемого материала снижается, и на выходе из секции 12 находится уже на уровне 1-1,5%.

В наклонной секции 39 материал промывается чистым растворителем и шнеком (на чертеже не показан) транспортируется из зоны погружения в растворитель в зону испарения растворителя. Освобожденный от растворителя проэкстрагированный материал выгружается через патрубок 44.

Пары растворителя, образующиеся в результате кипения мисцеллы в секциях 7, 8, 9, 10, 11, 12, проходя через каплеуловители 26, 27, 28, 29, 30, 31 очищаются от пены и капель, уносимых парами, конденсируются в конденсаторе 32, а пары растворителя, полученные при испарении растворителя в секции 39, конденсируются в конденсаторе 41. Конденсат паров растворителя через патрубок 42 сливается в секцию 39 и движется в сторону декантатора через наклонные секции 12, 11, 10, 9, 8, 7 навстречу потоку экстрагируемого материала.

Через патрубок 43 в секцию 39 подается растворитель на пополнение экстрактора из оборотной системы в количестве, соответствующем его содержанию в полученной мисцелле, выводимой из экстрактора через патрубок 47 декантатора 6. Паровоздушная смесь из конденсаторов 32 и 41 дополнительными устройствами транспортируется в загрузочную колонну 1 через патрубок 3, очищается от паров растворителя (за счет абсорбции растворителя маслом, содержащимся в экстрагируемом материале) и удаляется через патрубок 4.

Установка и противоточный экстрактор согласно фиг.2 работают следующим образом. Подготовленный экстрагируемый материал поступает через патрубок 57 в загрузочную колонну 56, откуда шнеком-дозатором 60 подается в загрузочную трубу 80 декантатора 61, где, проходя через слой мисцеллы, насыщается ею и освобождается от воздуха, который через патрубок 81 проходит в газовое пространство секции 68. Насыщенный мисцеллой и освобожденный от воздуха материал опускается в наклонную секцию 62 и шнеком 64 перемещается в горизонтальную секцию 63 противоточного экстрактора. В процессе перемещения материал попадает в зону кипящей мисцеллы, насыщая ее маслом.

В вертикальной секции 68 противоточного экстрактора материал промывается чистым растворителем и шнеком транспортируется из зоны погружения в растворитель в зону испарения растворителя. Освобожденный от растворителя проэкстрагированный материал выгружается через патрубок 71.

Пары растворителя, образующиеся в результате кипения мисцеллы в секциях 62, 63 противоточного экстрактора и секции 68, конденсируются в конденсаторе 74. Конденсат паров растворителя через патрубок 75 сливается в секцию 68 и движется в сторону декантатора через горизонтальную 63 и наклонную 62 секции противоточного экстрактора навстречу потоку экстрагируемого материала.

Через патрубок 76 в секцию 68 подается растворитель на пополнение экстрактора из оборотной системы в количестве, соответствующем его содержанию в полученной мисцелле, выводимой из экстрактора через патрубок 79 декантатора 61.

Паровоздушная смесь из конденсатора 74 дополнительными устройствами транспортируется в загрузочную колонну 56 через патрубок 58, очищается от паров растворителя (абсорбция растворителя маслом, содержащимся в экстрагируемом материале) и удаляется через патрубок 59.

Исследования, проведенные заявителем, подтвердили, что оптимальной температурой проведения процесса экстракции растительных масел органическими растворителями является температура, равная температуре кипения растворителя при давлении, соответствующем давлению в экстракторе. Эти исследования показали, что при такой температуре экстракция масла происходит в условиях фазового перехода «жидкость-пар», сопровождающихся кавитационными процессами, обусловленными кипением растворителя, и интенсивным перемешиванием экстрагента в слое экстрагируемого материала. Гидродинамика процесса такова, что каждая частица слоя неперемешиваемого материала интенсивно и много раз омывается экстрагентом. Все это ведет к резкому повышению тепломассобмена и соответственно интенсификации процесса экстракции. Таким образом, настоящее изобретение позволяет увеличить интенсивность массообмена на стадии экстракции, повысить концентрацию и чистоту получаемой мисцеллы, обеспечить повышение выхода экстракционного масла и улучшить его качество, а также получить обезжиренный шрот высоких кондиций.

Изобретение относится к масложировой промышленности, в частности к производству растительных масел методом экстракции. Способ включает загрузку экстрагируемого материала, экстракцию масла растворителем в противоточном экстракторе погружного типа, отбор паров растворителя, их конденсацию и возврат в процесс, отвод шрота и мисцеллы. При этом процесс экстракции ведут при температуре фазового перехода «жидкость-пар» в условиях кавитации. Установка содержит загрузочную колонну с патрубком ввода экстрагируемого материала, патрубками ввода отработанного воздуха с парами растворителя и отвода очищенного воздуха, шнек-дозатор, конденсатор, противоточный экстрактор погружного типа с патрубками отвода паров растворителя из экстрактора в конденсатор и возврата сконденсировавшихся паров, узел для нагрева шрота и патрубки ввода растворителя и отвода мисцеллы. При этом противоточный экстрактор погружного типа снабжен нагревательными элементами для поддержания внутри него температуры фазового перехода «жидкость-пар» и выполнен в виде одной или нескольких секций, а перед первой секцией противоточного экстрактора установлен декантатор, имеющий расширяющуюся книзу загрузочную трубу для создания газового затвора. Изобретение позволяет увеличить интенсивность массообмена на стадии экстракции, повысить концентрацию и чистоту получаемой мисцеллы, повысить выход экстракционного масла и улучшить его качество, а также получить обезжиренный шрот высокого качества, годный для дальнейшей переработки. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ экстракции растительных масел органическими растворителями, включающий загрузку экстрагируемого материала, экстракцию масла растворителем в противоточном экстракторе погружного типа, отбор паров растворителя, их конденсацию и возврат в процесс, отвод шрота и мисцеллы, отличающийся тем, что процесс экстракции ведут при температуре фазового перехода «жидкость-пар» в условиях кавитации.2. Установка для экстракции растительных масел органическими растворителями, содержащая загрузочную колонну с патрубком ввода экстрагируемого материала, патрубками ввода отработанного воздуха с парами растворителя и отвода очищенного воздуха, шнек-дозатор, конденсатор, противоточный экстрактор погружного типа с патрубками отвода паров растворителя из экстрактора в конденсатор и возврата сконденсировавшихся паров, узел для нагрева шрота и патрубки ввода растворителя и отвода мисцеллы, отличающаяся тем, что противоточный экстрактор погружного типа снабжен нагревательными элементами для поддержания внутри него температуры фазового перехода «жидкость-пар» и выполнен в виде одной или нескольких секций, а перед первой секцией противоточного экстрактора установлен декантатор, имеющий расширяющуюся книзу загрузочную трубу для создания газового затвора.3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что секции противоточного экстрактора установлены с наклоном в сторону загрузки экстрагируемого материала.4. Установка по п.2, отличающаяся тем, что первая по ходу движения материала секция противоточного экстрактора выполнена наклонной, а следующая за ней - горизонтальной.5. Установка по пп.3 и 4, отличающаяся тем, что узел нагрева шрота установлен в верхней части последней по ходу движения материала секции противоточного экстрактора.6. Противоточный экстрактор погружного типа для экстракции растительных масел органическими растворителями по способу п.1, характеризующийся тем, что он содержит корпус с патрубками ввода экстрагируемого материала, растворителя и отвода паров растворителя, мисцеллы и шрота, снабжен нагревательными элементами для поддержания внутри него температуры фазового перехода «жидкость-пар» и выполнен в виде одной или нескольких секций.