Экстрактор Советский патент 1984 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для экстрационной очистки биомассы дрожжей и других микроорганизмов от углеводородов и липиДОВ.

, Известен экстрактор для систем (твердое тело - жидкость, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, секционированный по высоте коническими тарелками, вал с лопастными мешалками f устройства для загрузки и выгрузки твердого материала, штуцеры для ввода и вывода жидкости, причем корпус экстрактора снабжен сепарирующими устройствами, выполненными в виде пакетов усеченных конусов, и цилиндрическими обечайками (смесительные камеры) , в которых установле ны мешалки, а на валу укреплены отжимные шнеки, перемещающие твердалй материал с конической тарелки в смесительную камеру.

Твердая фаза подается в верхнюю смесительную камеру, где смешивается с мисцеллой, поступающей из сепарирующего устройства. Из смесительной камеры твердая фаза опускается на коническую тарелку и затем отжимным шнеком проталкивается в следующую смесительную камеру. Пройдя последовательно все смесительные камеры и конические тарелки, очищенная твердая фаза выгружается из нижней части корпуса экстрактора шнековым устройством.

Растворитель подается в нижнюю смесительную камеру, последовательно проходит все сепарирующие устройства и смесительные камеры противотоком твердой фазе и удаляется из верхней части корпуса в виде концентрированной мисцеллы ll .

Недостаток данного экстрактора заключается в том, что .процесс экстрагирования в нем осуществляется только одним экстрагентом и при низких удельных нагрузках фаз из-за сильного перекрытия объема экстрактора внутренними секционирующими устройствами. Кроме того, сепарирующие устройства быстро забиваются мелкими частицами твердой фазы, нарушается нормальное противоточное движение фаз и жидкость движется мимо сепарирующих устройств, что приводит к возрастанию уноса и снижению эффективности экстрагирования.

Известен также экстрактор, выполненный в виде вертикгшьного корпуса с конусным днищем, снабженный фильтрующей перегородкой, расположенной по периферии корпуса, устройствами для подачи экстрагируемой фазы, экст рагента, вывода готового продукта и мисцеллы (раствор экстрактивных веществ в экстрагенте.

, Твердая фаза подается в верхнюю часть корпуса и опускается вниз под собственным весом противотоком подаваемому в нижнюю часть корпуса растворителю. Очищенная твердая фаза выгружается из нижней части корпуса через ишюзовый затвор, а концентрированная мисцелла выводится через фильтрующую перегородку 2 ,

Однако процесс экстрагирования в таком экстракторе проводится без перемешивания и одним экстрагентом,в результате чего происходит сильное, продольное перемешивание из-за наличия застойных зон,каналообразования и уноса мелких частиц твердой фазы, что в значительной степени снижает эффективность процесса.Кроме того, фильтрующая перегородка быстро забивается частицами твердой фазы,вследствие чего гидравлическое сопротивление ее резко возрастает и нормальная работа экстрактора нарушается.

.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является экстрактор, включающий вертикальный корпус с конусным днищем, фильтрующую перегородку, расположенную по периферии в средней части корпуса, устройства для подачи экстрагируемой фазы и экстрагентов и вывода готового продукта и мисцеллы, центрально установленный вал с ярусно укрепленными на нем перемешивающими устройствами, причем верхняя часть корпуса снабже1на циркуляционным контуром, состоящим из теплообменника и трубопрово|дов впуска и выпуска суспензии, сос(тоящей из экстрагируемого материала и экстрагента, а перемешивающее устройство, расположенное в зоне, ограниченной высотой фильтрующей перегородки, выполнено в виде спиральных лопастей, с ользящих по внутренней поверхности этой перегородки fs}.

Процесс экстрагирования осуществляют следующим образом.

В верхнюю часть корпуса непрерывно подают суспензию, состоящую из обезвоженной биомассы и экстраганта которая TIO мере движения вниз интенсивно перемешивается в результате циркуляции по -замкнутому контуру. При дальнейшем движении вниз суспензия смещивается с чистым экстрагентом, который подают э нижнюю часть корпуса со скоростью, не превышающей порога псевдоожижения, причем может быть подан не только экстрагент, вместе с которым биомасса поступает в экстрактор, но и любой другой. Очищенная биомасса через конусное днище поступает в устройство вывода готового, продукта, из которого подается на дальнейшую Обработку для отгойки экстрагента. Мисцелла, состоящая из экстрагенТА С растворенными в нем извлеченными из биомассы углеводородами и липилами, через фильтрующую перегородку отводится из экстрактора на дальнейшую переработку дистилляцию. Очистка фильтрующей перегородки от осевших на ее поверхности мелких частиц производится спиральными лопастями скользящими по этой поверхности. В результате прямоточного движения биомассы с экстрагентом в верхней части корпуса и противоточного движения опускающейся биомассы и поД нимающегося растворителя в нижней части корпуса происходит очищение биомассы от остаточных углеводородов и липидов з . Недостаток известного экстрактора заключается в том, что спиральные лопасти, скользящие по поверхности фильтрующей перегородки, не удаляют содержащиеся в мисцелле мелкие частицы биомассы, оседающие в основном внутри пор этой перегородки, примыкающих к ее поверхности. В результате по мере отвода мисцеллы гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки быстро возрастает, что приводит к нарушению стабильности работы экстрактора и его остановке для чистки. Кроме того, в процессе экстрагйро вания благодаря перемешиваю1цим устройствам, размещенным на валу по высоте экстрактора, происходит значительное продольное перемешивание -как экстрагируемой фазы, так и экстраген тов, которое существенно снижает эффективность процесса. Цель изобретения - интенсификация процесса экстракции путем стабилизации гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки и исключения продольного перемешивания фаз. Поставленная цель достигается тем что экстратор, включающий вертикальный цилиндрический корпус с конусным днищем, фильтрующую перегородку, рас положенную по периферии в средней части корпуса, центрально установлен ный вал с ярусно укрепленными на нем мешалками, устройства для подачи экстрагируемого материала в верхнюю и экстрагентов в верхнюю и нижнюю части корпуса, устройства для выпуска мисцеллы через фильтрующую перего родку и готового продукта из конус-. ного днища, снабженный циркуляционным контуром, состоящим из теплообменника и трубопроводов впуска и выпуска суспензии экстрагируемого материала и экстрагеата, снабжен двумя вертикальными цилиндрическими перего родками, внутренняя из которых выпол нена перфорированной, установленными по обе стороны фильтрующей перего родки и образующими внутреннюю, заполненную на 0,15 - 0,2 ее объема плавающей насадкой, и наружную камеры, конической воронкой, установленной в верхней части корпуса ниже трубопровода впуска.суспензии и имеющей вертикальную переточную трубу, и коническим винтовым устройством, установленным на валу в зоне воронки, при этом наружная камера снабжена разделяющими ее на секции вертикальными радиальными перегородками и источником пульсации соединенным пульс.опрородом с секциями, а днище Наружной камеры выполнено перфорированным и имеет приемный коллектор. На фиг. 1 представлен экстрактор, общий разрезе; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. Экстрактор представляет собой вер тикальный цилиндрический корпус 1 с паровой рубашкой 2 и конусным днищем 3. В средней части корпуса по периферии установлена фильтрующая перегородка 4, по обе стороны которой установлены вертикальные цилиндрические внутренняя 5 и наружная 6 перегородки, образующие камеры, причем внутренняя камера на 0,15 - 0,2 своего объема заполнена плавающей насадкой 7, а стенки этой камеры выполнены перфорированными с размерами отверстий, меньшими размеров насадки. Наружная камера разделена вертикальными радиальными перегородками 8 на секции 9, соединенные посредством пульсопровода 10 с источником 11 пульсаций, установленным снаружи корпуса и выполнеиньм в виде вращающегося от электродвигателя 12 золотникового устройства, в которое подается сжатый воздух. Днище 13 наружной камеры перфорировано отверстиями, при этом по периметру .его установлен кольцевой коллектор 14 со штуцером 15 для отвода мисцеллы. По .оси корпуса экстрактора установлен вал 16 с перемешивающими устройствами 17, которые могут быть выполнены в .виде радиальных м огопластных мешалок. В верхней части корпуса установлен циркуляционный контур, включающий теплообменник 18 со штуцерами 19 для подачи пара 20 вывода конденсата, а также трубопроводы 21 впуска и 22 выпуска суспенэии. Ниже трубопровода впуска .суспензии на стенке корпуса укреплена ко-, ническая воронка 23 с вертикальной переточной -трубой 24, причём выходное отверстие воронки составляет 0,25 - 0,4 диаметра корпуса. На валу в зоне конической ворон.ки установлено винтовое устройство 25, витки которого скользят по поверхности воронки. Устройства для подачи экстрагируе Moio материала и экстрагента выполнены в виде патрубков 26 и 27, укреп ленных на 28 экстрактора и опущенных ниже уровня суспении в экстракторе, определяемого высотой переточной трубы. Дпя отвода паров экстрактора укреплен штуцер 29. Для подачи второго экстрагента на конусном днище 3 укреплен штуцер 30. Вывод готового продукта осуществляют через шлюзовой затвор 31, установленный под конусным днищем. Для поддержания необходимой температуры внутри экстрактора в рубашку подают пар через штуцер 32, а конденсат выводят через штуцер 33. Экстрактор работает следующим образом. В верхнюю часть корпуса через пат рубок 26 непрерывно подают экстрагиру емый материал,например в виде сухой биомассы,а через патрубок 27 - экстра гент, например, полярный растворител типа обводненного спирта. Экстрагируемый материал можно подавать также в виде заранее приготовленной суспен зии, состоящей из биомассы и экстрагента . Поступившая в экстрактор биомасса мешалкой 17 равномерно распределяется по его сечению и смешивается с экстрагентом. Образовавшаяся суспензия вначале попадает в циркуляционный контур 21, 18, 22 для лучшего проникновения экстрагента внутрь частиц биомассы в условиях повышенно го температурного поля, а затем поступает в коническую воронку 23, Вин товое устройство 25, витки которого скользят по поверхности воронки, про талкивает биомассу в среднкяо часть корпуса, одновременно отжимая мис. целлу, переливающуюся по переточной трубе 24 в зону, ограниченную высотой фильтрующей перегородки 4. Вышедиая из конической воронки биомасса, содержащая незначительное количество мисцеллы, опускается вниз в среднюю часть корпуса, где подвергается обработке вторым экстрагентом например неполярным растворителем типа гексана. Второй экстрагент пода ется в конусное днище 3 через штуцер 30 и поднимается вверх в зону, orf aниченную высотой фильтрующей перегородки, противотоком биомассе. Очищен ная биомасса выводится из конусного днища 3 ерез шлюзовой затвор 31 на дальнейшую обработку для отгонки растворителя, Мисцеллы от первого и второго экстрагентов смешиваются в зоне, ограниченной высотой фильтрующей перегородки, и направляются во внутреннюю камеру ,5, где подвергаются интен сивному перемешиванию плавающей насадкой 7. В результате получается высокодисперсная эмульсия - конечная мисцелла, которая, пройдя сквозь фильтрующую перегородку 4, очищается от твердых примесей и направляется в наружную . камеру 6, из которой сливается в приемный коллектор 14 и через штуцер 15 отводится на дальнейшую переработку (дистилляцию).о Плавающая насадка 7 приводится в движение от столба жидкости, пульсирующего в пульсопроводе 10 за счет периодическогЬ изменения давления воздуха в пульсаторе 11. Интенсивность пульсаций жидкости подбирается такой, чтобы плавающая насадка циркулировала по всему объему внутренней камеры. Плавающая насадка, движущаяся во внутренней камере за счет пульсаций жидкости, непрерывно совершает беспорядочные соударения с фильтрующей перегородкой и тем самым эффективно очищает ее поверхность от твердых частиц, которые удаляются в среднюю часть экстрактора сквозь перфорированные стенки камеры. Заполнение внутренней, камеры на 0,15 - 0,2 ее объема фигурной насадкой позволяет оптимально использовать поверхность насадки для очистки фильтрующей перегородки при подаче пульсаций. Разделение наружной камеры вертикальными перегородками на секции позволяет равномерно и эффективно распределить воздействие энергии пульсирующего потока жидкости на фильтрующую перегородку. Соединение наружной камеры пульсопроводом с наружным источником пульсаций позволяет использовать энергию пульсирующего потока жидкости как для поддержания фигурной насадки в движущемся состоянии, так и для гидравлического воздействия на жидкость, находящуюся в порах фильтрующей перегородки. В результате твердые частицы, меньшие размера пор и находящиеся в этих порах, поддерживаются во взвешенном состоянии, что позволяет стабиЛизоровать гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки. Укрепление конической воронки с переточной трубой в верхней части корпуса ниже трубопровода впуска суспензии позволяет отделить суспензию, состоящую из первого экстрагента и биомассы, от смешивания с вторым экстрагентом (либо его мало концентрированной мисцеллой) и предотвратить проскок частиц биомассы и мис-14еллы первого экстрагента в нижнюю часть экстрактора, т.е. исключить продольное перемешивание фаз. Выполнение размера выходного отверстия конической воронки равным

ЭКСТРАКТОР, включающий вертикальный цилиндрический корпус с конусным днищем, фш1ьтр1пощую перегородку, расположенную по периферии в средней части корпуса, центрально установленный вал с ярусно укрепленными на нем мешалками, устройства Для подачи экстрагируемого материала в верхнюю и экстрагентов в верхнюю и нижнюю части корпуса, устройства для выпуска мисцеллы через фильтрующую перегородку и готового продукта из конусного днища, снабженный циркуляционным контуром, состоящим КЗ теплообменника и трубопроводов впуска и выпуска суспензии экстрагируемого материала и экстрагента, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью интенсификации процесса экстракции путем стабилизации гидравлического сопротивления фильтрукадей перегородки и исключения продольного перемешивания фаз, он снабжен двумя вертикальными цилиндрическими перегородками, внутренняя из которых выполнена перфорированной, установленными по обе стороны фильтрув ей перегородки и обраэующиьш вмут1 еннюю, заполненную на &,15 - 0,2 ее объема плавающей насадкой/ и наружную каMepti, конической воронкой, уставов- i ленной в верхней части корпуса ниже (Л трубопровода впуска суспензии и :Имеющей вертикальную переточную трубу,. с и коническим винтойь) устройством, установленным на валу в зоне воронки, при этетл наружная камера снабжена разделяюишми ее на секции вертикальными радиальными пе{ егородками ; и источником пульсации, соединенным ; пульсопроводом с секциями, а днище наружной камеры выполнено перфорироСХ) ванным и имеет приемный коллектор. 00 4 сл