ЭКСТРАКТОР-СЕПАРАТОР Российский патент 2006 года по МПК B01D11/02 B04B3/00 

Изобретение относится к области экстракции и концентрирования микропримесей в аналитической химии, касается конструкций массо- и теплообменных аппаратов, используемых в пробоподготовке при определении содержания загрязнений в объектах окружающей среды, может быть использовано в промышленности для процессов экстракции и концентрирования микропримесей в различных технологических процессах.

В аналитической химии широко используются различные перемешивающие устройства, мешалки, в том числе аппараты для встряхивания типа АВУ-6п (см. Оборудование химических лабораторий. Справочник. - Л.: Химия, 1978 г., стр.428, рис.38 / Мусакин А.П., Рачинский Ф.Ю., Суглобова К.Д.), содержащие основание с подвижно закрепленным на нем штативом, с зажимными устройствами, электропривод и блок управления и термостатирования.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является устройство для экстракции, представленное в патенте RU 2048776, C1, В 01 D 11/00, 27.11.1984 г.

Аппарат имеет следующие недостатки:

- гравитационное разделение обрабатываемых смесей;

- нестабильность экстракции, потери примесей в пробах 20-40%;

- большой расход электроэнергии.

Техническая задача решается тем, что экстрактор-сепаратор, содержащий корпус, экстракционный модуль и электропривод, отличающийся тем, что аппарат дополнительно содержит сепарационный модуль, коаксиально закрепленный в корпусе, и блок управления и термостатирования, причем экстракционный модуль и сепарационный модуль установлены подвижно на опорах параллельно в вертикальной плоскости, экстракционный модуль изготовлен в виде кольцевого штатива с гнездами для сменных стаканов, сепарационный модуль содержит вращающийся полый цилиндрический ротор для размещения в нем сменных стаканов и снабжен сменным сборником экстракта и кольцевой камерой со сливным штуцером, сменные стаканы изготовлены с сепарационной крышкой, при этом групповой электропривод обеспечивает вращательно-колебательное движение штатива в режиме экстракции и вращательное движение ротора в режиме сепарации.

Решение технической задачи обеспечивает высокоэффективное взаимодействие обрабатываемых смесей, оптимизацию процесса разделения под действием центробежных сил и уменьшение времени на экстракцию и отделение экстракта от пробы. Интенсификация процесса перемешивания пробы с растворителем обеспечивается равномерным объемным контактом обрабатываемых фаз и исключением застойных зон за счет наложения на поперечные колебания центробежных сил. Использование сепарационного модуля позволяет сократить не только время, затрачиваемое на ручную операцию отделения экстракта от пробы, но и уменьшает потери получаемого объема экстракта.

На фиг.1 представлена принципиальная конструкция двухмодульного экстрактора-сепаратора с параллельным размещением экстракционного и сепарационного блоков, на фиг.2 - коаксиальное их расположение. На фиг.3 представлен вариант конструкции ротора с вращающимися кольцевой камерой, сменными сборниками экстракта для каждого сменного стакана, установленных коаксиально в роторе.

Экстрактор-сепаратор (фиг.1) состоит из корпуса 1, в котором на опорах размещены экстракционный модуль в виде подвижно закрепленного кольцевого штатива 2 и сепарационный модуль 3 с крышками 4 и 5 соответственно. Сменные стаканы 6 с сепарационной крышкой 7 помещаются в гнезда штатива с возможностью колебания их относительно штатива 2. Штатив 2 установлен на оси 8 подшипникового узла 9. Электропривод Д1 снабжен колебательным механизмом 10, обеспечивающим вращательно-колебательное движение штатива 2, и переключающей муфтой 11. Сепарационный модуль 3 выполнен в виде полого вращающегося цилиндрического ротора 12, вала 13 и подшипникового узла 14. Внутренняя полость ротора предназначена для размещения в них сменных стаканов 6 с сепарационной крышкой 7. Ротор 12 снабжен невращающейся кольцевой камерой (коллектором) 15 со сливным штуцером 16 и сменным сборником экстракта 17. На фиг.2 представлен вариант размещения сепарационного модуля по оси вращения кольцевого штатива, т.е. штатив расположен коаксиально ротору сепарационного модуля, при этом штатив находится в нижней части 24 корпуса 1, а сепарационный модуль занимает верхнюю часть 23, где размещается отборное устройство, выполненное в виде вращающейся кольцевой камеры 15 и неподвижной отсосной трубки 25 и сменного сборника экстракта 17. Экстрактор-сепаратор термостатирован, обогрев штатива 2 и сепарационного блока осуществляется тепловентилятором 18. Для повышения интенсивности процесса экстракции в аппарате (фиг.2) предусмотрен механизм для придания сменным стаканам дополнительно колебания относительно штатива в радиальном направлении, например, в виде кулачкового механизма, состоящего из неподвижно закрепленного на корпусе диска 19 с роликами 20 для каждого сменного стакана.

Преимущественное исполнение аппарата без кулачкового механизма.

На фиг.3 представлен вариант конструкции аппарата, когда ротор выполнен с возможностью установки в нем коаксиально одного или нескольких сменных стаканов, а в кольцевой камере размещается соответствующее количество сменных сборников экстракта с фиксацией сливного отверстия 26 в сепарационной крышке относительно сборника экстракта 17. Кольцевая камера обеспечивает в данном случае вращение сменных сборников экстракта совместно с ротором сепарационного модуля.

Экстрактор-сепаратор (фиг.1) работает следующим образом.

Сменные стаканы заполняют пробами и заливают растворителем в заданных объемах и соотношением фаз в соответствии с методикой анализа, закрывают сепарационной крышкой и устанавливают в гнезда подвижного штатива и закрывают крышкой. Включают электропривод штатива, и происходит интенсивное перемешивание по всему объему пробы без застойных зон за счет вращательно-колебательного движения штатива, т.е. колебаний штатива по окружности и вибраций сменных стаканов в радиальном направлении штатива, получаемых стаканами при соприкосновении их с роликами кулачкового механизма. При движении по окружности сменные стаканы соприкасаются с роликами и отклоняются по вертикальной оси, и, проходя ролик, стакан совершает колебания под действием собственного веса, и таким образом на сменные стаканы накладываются следующие движения: вращательное и колебательное по направлению окружности штатива и колебательное - по радиусу штатива. Амплитуда и частота колебаний устанавливаются электронным блоком.

В случае проведения экстракции при повышенной температуре включают блок термостатирования. Время работы устанавливается задатчиком времени на пульте управления, который автоматически отключает прибор. По окончании экстракции снимают крышку штатива, вынимают сменные стаканы из штатива и поочередно устанавливают их в ротор сепарационного модуля для отделения экстракта из пробы. Переключают муфту и включают привод ротора. Под действием центробежных сил происходит отделение экстракта от твердой фазы. Твердая фаза как более тяжелая прижимается к внутренней поверхности сменного стакана, а жидкая фаза сливается в сепарационную крышку через щели и отверстия и попадает во внутреннюю полость ее, откуда через отверстие сепарационной крышки сливается в кольцевую камеру, далее через сливной штуцер попадает в сменный сборник экстракта. На фиг.2 показан вариант отбора экстракта при помощи отсосной трубки. Работа аппарата аналогична.

На фиг.3 показан вариант одновременного отбора жидкой фазы из всех сменных стаканов. В данном случае проведение экстракции аналогично первому случаю, затем после окончания экстракции электропривод переключают на вращение ротора с кольцевой камерой и сменными сборниками экстракта. Под действием центробежных сил твердые пробы прижимаются к периферийной (относительно оси ротора) части сменных стаканов, жидкая фаза также через отверстия и щели попадает во внутреннюю полость сепарационной крышки, откуда через сливное отверстие попадает в сменный сборник экстракта, который устанавливается так, чтобы при вращении жидкость не выливалась. По истечении заданного времени прибор отключается автоматически. Открывают крышку, вынимают сменные стаканы, затем вынимают сменные сборники экстракта и передают на дальнейшую работу согласно методике. Устанавливают новый комплект сменных стаканов и сборников экстракта и закрывают крышку. Прибор готов к работе. Цикл повторяется.

Малый вес экстракционного барабана и подача вращательно-колебательного движения на периферию барабана позволяют упростить конструкцию привода и значительно уменьшить энергопотребление:

Апробация данной конструкции в методиках анализа в системе экологического мониторинга, ветеринарного контроля и защиты растений показали высокую эффективность работы экстрактора: увеличение процента извлечения до 20% и снижение времени экстракции от 40 мин до 30 мин и ручное разделение с 6 мин на автоматическое до 30 сек.

Описанное в заявке устройство обеспечивает следующие преимущества:

- повышение эффективности процесса массообмена;

- увеличение производительности до 1,5÷2 раза;

- уменьшение веса и энергопотребления в 20÷30 раз.

Изобретение относится к конструкциям тепло- и массообменных аппаратов и может быть использовано в области экстракции и концентрирования примесей. Экстрактор-сепаратор содержит корпус, экстракционный модуль, сепарационный модуль, электропривод и блок управления и термостатирования. Экстракционный модуль и сепарационный модуль установлены в корпусе подвижно на опорах параллельно в вертикальной плоскости. Сепарационный модуль коаксиально закреплен в корпусе. Экстракционный модуль изготовлен в виде кольцевого штатива с гнездами для сменных стаканов. Сепарационный модуль содержит вращающийся полый цилиндрический ротор для размещения в нем сменных стаканов и снабжен сменным сборником экстракта и кольцевой камерой со сливным штуцером. Сменные стаканы изготовлены с сепарационной крышкой. Групповой электропривод обеспечивает вращательно-колебательное движение штатива в режиме экстракции и вращательное движение ротора в режиме сепарации. Изобретение позволяет создать малогабаритный высокоинтенсивный и унифицированный экстрактор-сепаратор, использование которого возможно для потока однородных и разнородных проб. 3 ил.

Экстрактор-сепаратор для проведения тепло- и массообменных процессов, содержащий корпус, экстракционный модуль и электропривод, отличающийся тем, что аппарат дополнительно содержит сепарационный модуль, коаксиально закрепленный в корпусе, и блок управления и термостатирования, причем экстракционный модуль и сепарационный модуль установлены в корпусе подвижно на опорах параллельно в вертикальной плоскости, экстракционный модуль изготовлен в виде кольцевого штатива с гнездами для сменных стаканов, сепарационный модуль содержит вращающийся полый цилиндрический ротор для размещения в нем сменных стаканов и снабжен сменным сборником экстракта и кольцевой камерой со сливным штуцером, сменные стаканы изготовлены с сепарационной крышкой, при этом групповой электропривод обеспечивает вращательно-колебательное движение штатива в режиме экстракции и вращательное движение ротора в режиме сепарации.