ЭКСТРАКТОР

2
2
Полезная модель относится к технике экстракции растительного сырья растворителем, а именно к экстракционным установкам для обработки пряно-ароматического, витаминного и лекарственного растительного сырья жидкой двуокисью углерода (CO) с целью получения CO-экстрактов - ценнейших, экологически чистых, незаменимых компонентов при производстве изделий пищевых отраслей, фармацевтики, бытовой химии, парфюмерии, косметики.
2
Известны стационарные установки с использованием в качестве растворителя жидкой CO с несколькими экстракторами периодического действия, которые работают при температуре около 25°С и давлении насыщенных паров около 6,5 МПа, загруженные слоем экстрагируемого материала [Кошевой Е.П., Блягоз X.Р. Экстракция двуокисью углерода в пищевой технологии. Майкоп, МГТИ, 2000. с.336.].
Основной недостаток применяемых экстракторов - недостаточная эффективность экстракции, т.е. процесс длителен и используется большое количество растворителя, чтобы достичь требуемое извлечение экстрактивных веществ. Основной причиной низкой эффективности экстракции является нарушение контакта между твердой и жидкой фазой в экстракторе периодического действия. Эта задача в разных экстракторах решается по-разному. Одно направление - это применение механических перемешивающих устройств, которые приводят в контакт взаимодействующие фазы и устраняют застойные места в экстракторе.
Известным техническим решением является экстрактор по патенту РФ 2023464. Предлагаемый экстрактор выполнен в виде цилиндрического сосуда высокого давления (корпуса), закрепленного крышкой (люком) и снабженного входным и выходным патрубками для экстракционной жидкости. Экстрактор снабжен герметичным центральным полым стержнем, на внешней поверхности которого установлен вибратор, и стаканом (кассетой) для загрузки исходного сырья, выполненным в виде двух соосных цилиндров с общим дном и зафиксированным между крышкой и дном аппарата.
Недостатком данного технического решения является сложность конструкции. Для повышения эффективности экстракции в экстрактор устанавливают вибратор, а сама кассета выполняется в виде двух соосных цилиндров.
Это направление имеет ряд недостатков - при перемешивании нарушаются условия противоточного контактирования и сама система механического перемешивания усложняет конструкцию экстрактора. Основной причиной неэффективной экстракции неподвижного слоя экстрагируемого материала является отклонение гидродинамики потока растворителя от идеального вытеснения - равномерного течения в слое
экстрагируемого материала без продольного и радиального перемешивания. Поэтому другое направление - это применение специального распределения потока растворителя подаваемого на верхнюю поверхность экстрагируемого материала, обеспечивающего исходное равномерное распределение потока.
2
Известно техническое решение по Свидетельству РФ на полезную модель 21151 (7 МПК В 01 D 11/04). Экстрактор установки для получения CO-экстрактов, включающий корпус с подводящими и отводящими патрубками, люк, кассету для экстрагируемого материала. Кассета снабжена распределительной тарелкой-крышкой с расположенными на ней отверстиями, закрытыми шарами-поплавками. Положение шаров-поплавков над отверстиями ограничено клетьевыми устройствами.
Недостатком в этом случае является возможное каналообразование уже непосредственно в слое, причиной которого является изменяющиеся свойства жидкой фазы (плотности и вязкости) из-за изменения концентрации, что неизбежно при экстракции.
По большинству признаков за прототип принимаем техническое решение по свидетельству РФ на полезную модель 21151.
Задачей изобретения является обеспечение равномерного контакта растворителя с экстрагируемым материалом, находящемся в кассете, что позволит повысить эффективность экстракции и в результате сократить время процесса, а также затраты двуокиси углерода и энергозатраты на ведение процесса экстракции.
2
Поставленная задача достигается тем, что экстрактор установки для получения CO-экстрактов, включает корпус с подводящими и отводящими патрубками и клапанами для подвода и отвода жидкой фазы (исходного растворителя и мисцеллы), кассету и люк, внутри кассеты размещен слой шарообразных частиц образующих дренажную зону.
Шарообразные частицы выполнены из инертного материала (например, полиэтилена) более крупных размеров, чем частицы экстрагируемого материала, шары после проведения процесса экстракции отделяются на сите от частиц проэкстрагированного материала.
Заявляемая конструкция экстрактора позволит осуществить процесс экстракции в слое дисперсного материала с высокой эффективностью за счет создания зоны дренажа из слоя шаров, которая обеспечивает движение потока растворителя в режиме идеального вытеснения в слое экстрагируемого материала в экстракторе.
Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения позволяет достичь желаемый технический результат.
На фигуре изображен общий вид экстрактора с кассетой со слоем шаров, создающим дренажную зону.
Экстрактор содержит корпус 1, кассету 2, люк 3 и шары 4. Корпус 1 имеет цилиндрическую форму с днищем и патрубками для подвода растворителя и отвода мисцеллы. Кассета 2, изготовленная из тонкого листового материала по форме совпадает с формой внутреннего объема
корпуса 1 экстрактора и с небольшим зазором устанавливается внутри него. Кассета 2 сверху имеет опорное кольцо, которое помешается в кольцевую выточку корпуса экстрактора 1 и тем самым обеспечивается фиксация кассеты 2 в корпусе экстрактора 1. Внизу кассета 2 имеет прикрепленное сетчатое дно. Слой шаров 4 размешается в верхней части кассеты размещен равномерно по площади сечения части кассеты 2. Корпус экстрактора 1 сверху заканчивается люком 3.
Работа экстрактора осуществляется следующим образом.
Кассета 2, предварительно заполненная подготовленным к экстракции материалом и с размещенным слоем шаров 4, при открытом люке 3 помещается в корпус экстрактора 1. Экстрактор герметизируется закрытием люка 3 и после этого он становится готовым к началу процесса экстракции двуокисью углерода. Затем открывают клапаны для подключения экстрактора соответственно к баку-накопителю с исходной двуокисью углерода и к испарителю для приема вытекающей мисцеллы из экстрактора. Жидкая двуокись углерода поступает из бака-накопителя через патрубки в верхней части корпуса экстрактора и попадает струей на слой экстрагируемого материала. Далее поток растворителя достигает зоны дренажа из шаров, где из-за увеличения проницаемости поток ускоряется, происходит разрыв потока и в дренажном слое поток растекается равномерно по всему сечению экстрактора. Размер шаров определяет проницаемость дренажного слоя. Чем больше размер шаров, тем больше проницаемость и с большей скоростью движется поток жидкой фазы в дренажном слое. При этом образуется разрыв потока в вышерасположенном слое экстрагируемого материала и дренажном слое. Скорость движения потока в дренажном слое замедляется с ростом высоты и при совпадении со скоростью подачи растворителя в экстрактор и этим определяется высота дренажной зоны. С ростом размера шаров высота дренажной зоны снижается, однако время необходимое для равномерного распределения жидкой фазы по сечению аппарата снижается. Далее движение потока в слое экстрагируемого материала близко к идеальному вытеснению. Образующаяся при этом мисцелла стекает через сетчатое днище и далее через патрубки внизу корпуса экстрактора по трубопроводу сливается в испаритель. После завершения процесса экстракции клапана на трубопроводах подвода растворителя и отвода мисцеллы перекрываются и экстрактор со шротом после сообщения с атмосферой и вскрытия готов для перезагрузки. Выгружаемая смесь проэкстрагированного материала и шаров подается в коробку с сетчатым днищем, где происходит просеивание частиц проэкстрагированного материала, а шары отделяются для использования в последующих циклах экстракции. После перезагрузки экстрактор вместе с кассетой с исходным экстрагируемым материалом и размещенным в нем слое шаров, образующих дренажную зону, герметизируют и открывают клапана для подачи растворителя и отвода мисцеллы.