ЭКСТРАКЦИОННАЯ УСТАНОВКА

Предложенное техническое решение относится к процессам экстрагирования, а именно к экстракционным установкам, может быть использовано в пищевой, фармацевтической и химической промышленности.
Известна экстракционная установка, содержащая корпус, расположенный коаксиально корпусу цилиндр, вал с мешалкой, крышку с приводом и патрубками, днище.
(см. Патент РФ №2225242, B01D 11/02, 1997 г.)
Корпус установки снабжен люком с отжимным устройством. На крышке выполнена пульсационная камера, сообщенная с внешним генератором пневматических импульсов давления.
Однако процесс экстрагирования в таком устройстве требует значительного времени и повышенной температуры, что отрицательно влияет на качество получаемого продукта.
Этот недостаток преодолен в другой экстракционной установке, содержащей резервуар, заполненный экстрагентом, экстрактор и насос, последовательно соединенные системой трубопроводов с регулирующими клапанами с образованием рециркуляционного контура.
(см. Патент РФ №2382669, B01D 11/02, 2008 г.)
Данное устройство по технической сущности и достигаемому результату наиболее близко к предложенному техническому решению и, поэтому, принято за его ближайший аналог.
При работе устройства экстрагент с помощью насоса циркулирует по замкнутому контуру, проходя через резервуар и экстрактор.
Недостаток этого устройства является периодичность регулирования процесса, что снижает производительность установки и качество получаемого продукта.
Техническим результатом разработки является повышение производительности процесса экстракции путем автоматического поддержания оптимальных параметров работы экстрактора.
Указанный технический результат достигается тем, что экстракционная установка, содержащая резервуар заполненный экстрагентом, экстрактор и насос, последовательно соединенные системой трубопроводов с регулирующими клапанами с образованием рециркуляционного контура, дополнительно содержит средства измерения давления, установленные на трубопроводах перед и после экстрактора, расходомер, установленный на входе жидкости в экстратор, и пульт с блоком программного управления, электрически соединенный с регулирующими клапанами, средствами измерения давления и расходометром с возможностью поддержания активной гидродинамической обстановки в экстракторе при заданных значениях критерия Рейнольдса.
В стационарном режиме, при постоянном значении расхода жидкости Q=const, критерий Рейнольдса Re определяется следующим соотношением:
1
Re=V·L·ρ/η=V·k,
где:
ρ - плотность жидкости;
V - характерная (средняя) скорость течения жидкости;
L - характерный размер;
η - динамическая вязкость жидкости;
1
k - коэффициент (const)
Формула Дарси, определяющая потери давления на гидравлических сопротивлениях, имеет вид:
2
2
2
ΔP=ξ·ρ·V/2=V·k,
где:
ΔР - потери давления на гидравлическом сопротивлении;
ξ - коэффициент потерь (коэффициент Дарси);
2
k - коэффициент (const)
Отсюда:
1
2
½
Re=k·(ΔP/k)
Экспериментально установлено, что турбулентный режим в неподвижно лежащем слое зернистого материал, соответствуют критерию Рейнольдса в пределах от 100 до 7000. При больших значениях начинается автомодельный режим, при котором увеличивается затрачиваемая мощность без достижения желаемого эффекта.
Вышеуказанные закономерности и параметры закладываются в программу блока управления регулирующими клапанами экстракционной установки.
На фиг.1 изображена принципиальная схема экстракционной установки.
Установка, содержит резервуар 1, заполненный экстрагентом, экстрактор 2 и насос 3, последовательно соединенные системой трубопроводов с регулирующими клапанами 4 и 5 с образованием рециркуляционного контура, средства измерения давления 6 и 7, установленные на трубопроводах перед и после экстрактора, расходомер 8, установленный на входе жидкости в экстратор, клапана 9 и 10 для отбора проб экстрагента, пульт 11 с блоком программного управления, электрически соединенный с регулирующими клапанами, средствами измерения давления и расходометром, контрольный клапан 12, заливной патрубок 13, сливной кран 14 и теплообменник 15 для поддержания требуемой температуры экстрагента в резервуаре.
Экстракционная установка работает следующим образом.
В резервуар 1 через патрубок 13 заливается экстрагент, который при помощи насоса 3 циркулирует по замкнутому контуру. Необходимая температура экстрагента поддерживается при помощи теплообменника 15. Экстрагент проходит многократно через экстрактор 2, в котором находится неподвижно лежащий слой частиц сырья или материала. При прохождении экстрагента через сложную структуру неподвижно лежащих частиц, в жидкости возникают вихреобразования, создающие активную гидродинамическую обстановку в рабочей зоне экстрактора. С помощью пульта 11 с блоком программного управления, постоянно регистрируются сигналы средств измерения давления 6 и 7, установленных на входе и выходе потока жидкости из экстрактора и массовый расход жидкости, измеряемый расходометром 8. В зависимости от величины потери давления ΔР при соответствующем значении расхода Q, по заданной программе подаются соответствующие сигналы с пульта управления на регулирующие вентили 4 и 5, открытие или закрытие которых позволяет оптимизировать расход и скорость потока для создания высокой турбулентности. При значении критерия Рейнольдса Re>100, на границе раздела твердой и жидкой фаз практически полностью отсутствует внешнее диффузионное сопротивление, в основном лимитирующее скорость массопереноса из твердой фазы в жидкую. Процесс ведут до требуемой степени концентрации экстрагируемых веществ в экстрагенте. Контроль осуществляется путем сравнения проб экстрагента, отбираемых с помощью клапанов 9 и 10. В случае нарушения работы системы сброс жидкости может быть осуществлен с помощью контрольного клапана 12. По окончании работы жидкость сливают с помощью сливного крана 14, установленного в нижней части циркуляционного контура трубопровода.
Преимуществом предложенного устройства является его простота и надежность. Активная гидродинамическая обстановка, создаваемая в экстракторе позволяет интенсифицировать процессы экстракции и при этом в 2,5-3 раза снизить продолжительность процесса и энергозатраты на его осуществление.