Экстрактор для системы твердое тело - жидкость Советский патент 1992 года по МПК B01D11/02 

Изобретение относится к массообмен- ным аппаратам и может быть использовано в пищевой, микробиологической, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности для экстракции веществ из твердых тел жидкостями, в частности Из растительного сырья и его зерен или семян, содержащих лечебные масляные препараты.

Известен аппарат для проведения мас- сообменных процессов в системе твердое тело - жидкость, содержащий вертикальный корпус с загрузочным и выгрузочным уст- , патрубки для подачи и отвода жидкости, вертикальный шток с кривошип- но-шатунными виброприводом, поперечные перфорированные перегородки со срезом, образующим зазоры, а между перегородками и корпусом, установленные на штоке с чередующимся наклоном друг к другу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является колонный экстрактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделенный на зоны смешения и расслаивания взаимодействующих фаз и снабженный крышкой и коническим днищем. Асимметрично оси корпуса в зоне смешения установлен вал с дисковыми мешалками, а зона расслаивания снабжена насадкой из полос, расположенных у диска под углом 90-120°, причем величина этого угла оказывает существенное влияние на унос твердой фазы с мисцеллой.

Экстрактор работает следующим образом.

Исходный материал подают в верхнюю часть корпуса в зону смешения, в которой расположен вал с мешалками. В нижнюю часть корпуса (этой же зоны) противотоком

СП

А

N

ю

к исходному материалу через штуцер подают экстрагент, который восходящим потоком проходит через насадки, уменьшающие турбулизацию потока, а следовательно, унос частиц твердой фазы.

Вал с дисковыми мешалками обеспечивает равномерное распределение твердой фазы по сечению корпуса. Твердая фаза под воздействием силы тяжести движется сверху вниз, а экстрагент, насыщаясь целевыми веществами, - снизу вверх. Сгущение твердой фазы происходит в зоне разделения фаз, каждая из которых отводится через соответствующие штуцеры. Образовавшиеся в процессе пары и газы выводят через штуцер в верхней крышке экстрактора.

Недостатками известного колонного экстрактора являются высокая металлоемкость, сложность конструкции, невысокая производительность, прежде всего ввиду неполного извлечения целевых компонентов, а также унос части мелкодисперсной твердой фазы. Кроме того, экстрактор не пригоден для процесса, в котором плотность зкстрагента выше плотности твердой фазы, а наличие в нем перемешивающих устройств и насадок создает определенные трудности в эксплуатации, обслуживании и ремонте, подборе оптимальных потоков взаимодействующих носителей.

Цель изобретения - повышение производительности и степени извлечения целевых компонентов за счет проведения процесса во взвешенном слое, снижение эксплуатационных затрат.

Это достигается тем, что экстрактор, содержащий вертикальный цилиндрический корпусе крыш кой и днищем, внутри которого расположены зоны смешения и расслаивания, штуцеры ввода и вывода реагентов, устройство для выгрузки отработанного сырья, снабжен контуром принудительной циркуляции жидкого газа, содержащим вертикальную центральную трубу, установленную соосно и с зазором к крышке корпуса, и насос, вход которого соединен с объемом экстрактора, а выход - с центральной трубой. При этом устройство для выгрузки отработанного сырья включает патрубки для подвода эвакуирующей жидкости и вывода эвакуируемой смеси, установленные соответственно в нижней и верхней частях аппарата, а центральная труба снабжена продольными рассекателями потока со сквозными отверстиями.

На фиг. 1 показан зкстрактор для системы твердое тело - жидкость (продольный разрез) с циркуляционным контуром; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Экстрактор включает корпус, состоящий из сферической крышки 1, конуса 2, цилиндрической обечайки 3, конический пе- реходник4, расширитель 5 и днище 6. Через

5 центр корпуса проходит труба 7 с рассекателями 8, установленная с зазором по отношению к сферической крышке 1, а нижний участок трубы 7 связан трубопроводом 9 с насосом 10, всасывающий патрубок которо10 го связан трубопроводом 11 со штуцером 12 на днище 6, а трубопровод 11 соединен с линией 13 для подачи свежего экстрагента. Расширитель 5 снабжен люком-лазом 14, а днище 6 - штуцером 15 для подачи эвэкуи15 рующей жидкости и промывки экстрактора, а конический переходник Л - штуцером 16 для подачи исходной твердой фазы. Сферическая крышка 1 снабжена штуцерами 17,18 и 19 с клапаном для отвода отработанной

0 смеси, для отвода эвакуируемой смеси и для соединения с вакуумной линией соответственно. На днище 6 установлен запасной штуцер 20. Экстрактор снабжен рубашкой 21 для подачи в нее теплоносителя через

5 штуцер 22 и отвода его через штуцер 23. На линии 13 установлен клапан 24, а на конусе 4 и расширителе 5 - по одному запасному штуцеру 25. Линией 26 условно обозначена граница раздела фаз, которая разделяет зо0 ну смешения и расслаивания, а ее положение в вертикальной плоскости зависит от скорости (объемного расхода) нисходящего потока сжиженного газа. Рассекатели 8 снабжены отверстиями 27.

5 Экстрактор является многоцелевым устройством, способным проводить процесс экстракции в системе твердое тело - жидкость при различных соотношениях их теп- лофизических свойств, в частности

0 плотности взаимодействующих фаз, что позволяет рассмотреть предельные варианты работы экстрактора, а именно:

- порядок пуска, работы и остановки экстрактора при проведении экстрактора из

5 предварительно подготовленного (очищенного и дробленного) исходного сырья (шрота), плотность которого (1000 кг/м3) ниже плотности экстрагента, например хладона - 22. составляющая 1300 кг/м3;

0 - то же, но при условии, что плотность экстрагента меньше плотности шрота.

Вариант №1 (плотностьэкстрагента больше плотности шрота).

После заполнения экстрактора шротом

5 через штуцер 16 и вакуумирование через штуцер 19 по линии 13 и 11 насосом 10 по линии 9 и трубе 7 заполняют объем экстрактора сжиженным газом, после полного заполнения которого начинается циркуляция сжиженного газа по циркуляционному контуру. Ввиду того, что шрот имеет меньшую плотность, чем сжиженный газ, он стремится собраться в верхней зоне экстрактора: зона смешения, которая ограничивается объемом сферической крышки 1, конуса 2, цилиндрический обечайки 3 и коническим переходником 4. Регулируя скорость (объемный расход) подаваемого сжиженного газа, устанавливают оптимальный его расход, который обеспечивают растяжку слоя шрота вдоль зоны смешения и получение взвешенного слоя. Именно взвешенный слой шрота в объеме экстрактора является гарантом равномерного смывания каждой твердой частицы экстрагентом, чем значительно интенсифицируется процесс экстракции целевых компонентов. В зоне разделения, которая условно может находиться на уровне линии 26 (фиг. 1), ввиду резкого увеличения площади поперечного сечения расширителя 5, происходит значительное снижение скорости нисходящего потока сжиженного газа, что обеспечивает разделение взаимодействующих фаз.

Вследствие этого твердая фаза не выносится в зону расслаивания, чем обеспечивается только циркуляция сжиженного газа без захвата твердой фазы.

В целях предупреждения излишней тур- булизации потоков и появления его закручивания вдоль продольной оси, труба 7 снабжена стабилизаторами 8, которыми связана с элементами корпуса экстрактора 2,3, а отверстия 27 обеспечивают взаимную связь секторов экстрактора в зоне смешения.

Контроль за интенсивностью процесса экстракции может осуществляться (на основании эмпирических данных) по времени или определением содержания целевых компонентов в экстрагенте, либо плотномером или другими способами, что может служить сигналом для начала выгрузки смеси шрота с жидкой фазой, которая осуществляется через штуцер 17 и направляется на дальнейшее разделение на ее составляющие: шрот, газ, целевые компоненты. Начало выгрузки является сигналом для подачи шрота через штуцер 16 и подпитки системы свежим сжиженным газом по линии 13 через клапан 24, линии 11 и далее через насос 10, линию 9 и трубу 7 в экстрактор.

Наибольшая эффективность массопе- реноса зависит не только от относительной скорости взаимодействия (движения) твердой и жидкой фазы, но и or концентрации уже экстрагированных компонентов в сжиженном газе. Поэтому поддерживая (регулируя) необходимые условия для максимальной эффективности процесса,

т.е. объемный расход циркулирующего газа (следовательно - скорость обтекания частицы) и концентрацию целевых компонентов в жидкой фазе (за счет увеличения или снижения подпитки системы жидким газом) достигают максимальной производительности экстракции.

При необходимости остановки экстрактора выключают насос 10 и через штуцер 20

0 сливают жидкую фазу, которую направляют на разделение газ-целевой компонент, Оставшаяся в экстракторе твердая фаза может быть эвакуирована после прогрева экстрактора путем подачи в рубашку 21 через шту5 цер 22 и отвода через штуцер 23 теплоносителя с целью отгонки оставшегося газа путем подачи через штуцер 15 эвакуирующей жидкости (например, воды) и отвода смеси воды и твердой фазы через

0 штуцер 18, что является более рациональным и содержащим новизну и полезность способе /, позволяющим в значительной мере ускорить этот процесс, а следовательно, увеличить полезный фонд рабочего вре5 мени экстрактора, а также - экологически чистым способом, позволяющим использовать отработанный шрот в качестве кормо- - вой добавки в животноводчестве, Периодические остановки экстрактора дол0 жны также предусматривать полную регене- рацию внутренних поверхностей регенерирующей жидкостью, что может быть осуществлено либо простым заполнением ею экстрактора через штуцер 15, а при

5 необходимости - включением циркуляционного контура с последующим сливом регенерирующей жидкости через штуцер 20.

Вариант №2(плотностьэкстрагеита ниже плотности шрота).

0 При реализации процесса экстракции в системе твердое тело - жидкость при условии, что плотность твердой фазы выше плотности экстрагента, изображенную на фиг. 1 конструкцию экстрактора достаточно по5 вернуть на 180°, т.е. сферическая крышка 1 с корпусом 2 должна стать нижней зоной аппарата, а конический переходник 4 с расширителем 5 - верхней зоной. В этом случае восходящий поток сжиженного газа, пода0 ваемого через трубу 7, поднимает стремящуюся к осаждению твердую фазу вдоль всей зоны смешения, что обеспечивает проведение процесса экстракции также во взвешенном слое со всеми вытекающими из

5 этого положительными результатами. При этом меняются ролями ряд штуцеров экстрактора: штуцер 20 следует соединить с вакуумной линией, а один из штуцеров 25 на расширителе 5 или конусе 4 следует использовать (в зависимости от высоты взвешенного слоя) для отвода отработанной смеси шрота с жидкой фазой, при обогреве экстрактора в случае его остановки на промывку и регенерацию теплоноситель следует подавать через штуцер 23, а отводить через штуцер 22.

Преимуществом экстрактора является полнота извлечения целевых компонентов из исходного сырья наряду с повышением фонда рабочего времени и производитель- ности аппарата за счет ведения процесса во взвешенном слое, что позволяет получить выход целевых компонентов от 90 до 95 % от максимально возможного, простота конструкции экстрактора (обычная емкость с цир- куляционным контуром и насосом, позволяющая отказаться от малоэффективных насадок, вращающихся ярусных и кри- вошипно-шатунных мешалок), т.е. более низкие капитальные, энергетические и экс- плуатационные затраты на получение единицы целевых компонентов.

Формула изобретения 1. Экстрактор для системы твердое тело - жидкость, содержащий вертикальный ци-

линдрический корпус с крышкой и днищем, внутри которого расположены зоны смешения и расслаивания, штуцеры ввода и вывода реагентов, устройство для выгрузки отработанного сырья, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности и степени извлечения целевых компонентов за счет проведения процесса во взвешенном слое, снижения эксплуатационных затрат, экстрактор снабжен контуром принудительной циркуляции жидкого газа, содержащим вертикальную центральную трубу, установленную соосно и с зазором к крышке корпуса, и насос, вход которого соединен с объемом экстрактора, а выход - с центральной трубой.

2. Экстрактор поп. 1, отл и ча ю щи й- с я тем, что устройство для выгрузки отработанного сырья включает патрубки для подвода эвакуирующей жидкости и вывода эвакуируемой смеси, установленных соответственно в нижней и верхней частях аппарата, а центральная труба снабжена продольными рассекателями потока со сквозными окнами.

Использование: в пищевой, микробиологической, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности для экстракции веществ из твердых тел жидкостями, в частности из растительного сырья и его зерен или семян, содержащих лечебные масляные препараты. Сущность изобретения: экстрактор снабжен контуром принуди- тельной циркуляции жидкого газа, содержащим вертикальную центральную трубу и насос, Вход насоса соединен с объемом экстрактора, а выходке центральной трубой. Устройство для выгрузки включает патрубки для подвода эвакуирующей жидкости и вывода эвакуируемой смеси. Центральная труба снабжена продольными рассекателями потока со сквозными окнами. 1 з.п.ф-лы, 2 ил, у е

э$ан(/ация смеси «

23

W 1 17

ьОтраНотантя fr кшууму

А-А

21

Фиг 2