СЕКЦИОННЫЙ ЭКСТРАКТОР НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к пищевой, ликероводочной, масложировой и фармацевтической промышленности, а более конкретно - к устройствам, предназначенным для проведения процесса экстрагирования ив твердого материала, преимущественно, для получения вытяжек ив растительного сырья.
Известны различные конструкции экстракторов растительного сырья, каждый ив которых снабжен устройствами загрузки, перемещения растительного сырья, обработки его экстрагентом и выгрузки шрота.
Известен, например, экстрактор непрерывного действия по патенту РФ на изобретение N 2131757, B 01 D 11/02, 1999, содержащий несколько колонн, в котором загрузка растительного сырья производится снизу в каждую колонну и перфорированным однозаходным шнеком поднимается вверх в противоток экстрагенту. Сырье, прошедшее по одной колонне, сбрасывается по трубопроводу вниз в загрузочное устройство следующей колонны и процесс повторяется. При этом, работоспособность экстрактора находится в прямой зависимости от свойств растительного сырья, которое должно быть обязательно жестким и измельченным до определенного размера - 3...5 мм, чтобы шнек смог гарантированно поднимать его вверх в противоток к экстрагенту. Очевидно то, что область применения экстрактора такого типа существенно ограничена слишком большими требованиями к перерабатываемому сырью, а также значительными массо-габаритными характеристиками, сложностью конструкции, низкой надежностью ее работы и очень большим энергопотреблением.
Известен также ряд конструкций экстракторов карусельного типа, например, по патентам РФ на изобретение N 1303172, B 01 D 11/02, 1985, N 2049517, B 01 D 11/02, 1995, N 2057569, B 01 D 11/02, 1996, эффективность которых относительно невысокая из-за невозможности обеспечить
обработку сырья экстрагентом наиболее эффективным методом - "орошением", поскольку конструктивные особенности данных экстракторов позволяют обрабатывать сырье только либо методом его "окунания" в экстрагент, либо методом "противотока - продавливания" экстрагента через сырье. Кроме этого, сам экстрагент после его поступления к сырью постоянно смешивается с имеющимся уже экстрактом, что, естественно, снижает его экстрагирующие свойства, что, в свою очередь, снижает производительность установки в целом.
Известны также конструкции горизонтальных секционных экстракторов с цилиндроконическими перфорированными барабанами, например, по патентам РФ на изобретения N 2060776, B 01 D 11/02, 1996, N 2091119, B 01 D 11/02, 1997, эффективность работы которых, во-первых, как и у предыдущих установок относительно невысокая из-за невозможности применения высокоэффективной технологии "орошения" сырья экстрагентом. Во-вторых, у данного варианта конструкций экстракторов слишком жесткие требования к подготовке сырья. В-третьих, отношение полезного "рабочего" объема экстрактора к общему объему установки составляет около 25%, что крайне мало.
Известны также конструкции горизонтальных секционных экстракторов с перегрузочными ковшами, например, по патентам РФ на изобретения N 1627208, B 01 D 11/02, 1991, N 2077556, B 01 D 11/02, 1997, эффективность работы которых, во-первых, как и у предыдущих установок относительно невысокая из-за невозможности применения высокоэффективной технологии "орошения" сырья экстрагентом. Во-вторых, у данного варианта конструкций экстракторов слишком высокий уровень шума, создающего дискомфортные условия для работы обслуживающего персонала. В-третьих, отношение полезного "рабочего" объема экстрактора к общему объему установки составляет до 50%, что крайне мало.
В-четвертых, необходимость применения некоторых быстро выходящих из строя элементов, например, пружин, относительно быстро растворяющихся химически агрессивным высокоактивным экстрагентом, существенно снижает надежность работы установки в целом.
Известна конструкция экстрактора с обработкой сырья пульсацией жидкости ("встряхиванием") по патенту РФ на изобретение N 2225242, B 01 D 11/02, 2004, реализующего известный метод обработки растительного сырья "настаиванием" путем его интенсификации с помощью эффекта "внешней диффузии". Данная установка в силу специфики реализуемой технологии имеет не постоянный, а периодический ритм работы и обладает очень низкой производительностью.
Применяемые за рубежом технологии экстракции и реализующие их установки обладают теми же недостатками, что и большинство отечественных технологий и установок.
Например, известная конструкция экстрактора со стационарным ситом по патенту США N 5705133, B 01 D 11/02, 1998 обладает низкой надежностью работы из-за ее сложности (во-первых, на 8 секций нужно 8 насосов, во-вторых, трудно обеспечить их герметичность), а также из-за большой пожароопасности, обусловленной скапливанием внутри установки большого количества легковоспламеняемых паров экстрагента (спирта или бензина). Кроме этого, имеет место относительно низкое качество продукции из-за уменьшения в процессе экстракции площади контакта твердой и жидкой фаз, что ведет к уменьшению выхода сухих (экстрактивных) веществ.
Известен роторный экстрактор карусельного типа (см. Драгилев А.И., Дроздов B.C. "Технологическое оборудование предприятий перерабатывающих отраслей АПК", М. "Колос", 2001, с.172...173), содержащий устройство загрузки, устройство выгрузки растительного сырья, устройство
перемещения сырья в процессе обработки, выполненное в виде ротора (барабана), разделенного на секции и вращающегося вокруг вертикальной оси, а также систему подачи экстрагента.
В этом экстракторе загрузка растительного сырья производится сверху поочередно в каждую секцию барабана. После загрузки секции барабан поворачивается на один интервал и растительное сырье в ней подвергается обработке экстрагентом, которое также подается сверху.
Каждя секция проходит ряд позиций, равный количеству секций барабана, и на каждой позиции сырье, находящееся в данной секции, подвергается обработке экстрагентом. В последней позиции производится разгрузка шрота путем сбрасывания его вниз. При этом на каждой позиции сырье проливается (орошается) экстрагентом, прошедшим через предыдущую секцию.
Данный экстрактор, хотя и обеспечивает непрерывный цикл экстрагирования сырья при относительно небольших энергозатратах и может работать практически с любым сырьем в широком диапазоне размеров частиц, в то же время у такого экстрактора есть ряд конструктивных особенностей, которые существенно ограничивают область его использования.
Во-первых, экстрагирование сырья на данной установке существенно затруднено тем, что сырье под проливаемым сверху экстрагентом в каждой секции барабана слеживается и не ворошится, что снижает интенсивность процесса диффузии при многократном орошении.
Во-вторых, надежность работы данного экстрактора относительно низкая, поскольку конструкция экстрактора довольно сложная из-за того, что требуется обеспечивать отдельную подачу экстрагента в каждую секцию барабана, для чего необходимо обеспечить и соответствующее количество насосов рециркуляции экстрагента.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому эффекту от его использования к заявляемому является известная конструкция секционного экстрактора непрерывного действия горизонтального типа по патенту РФ на изобретение N 2039585, В 01 D 11/02, 1995 с противоточным перемещением сырья и экстрагента (растворителя), содержащего цилиндрический горизонтальный корпус, устройство загрузки растительного сырья, выполненное в виде загрузочного патрубка со шлюзовым питателем, и устройство перемещения растительного сырья в процессе обработки, выполненное в виде ротора с приводом его вращения, установленного эксцентрично внутри корпуса и разделенного радиальными сетчатыми перегородками на секции, в каждой из которых размещен подающий шнек для перемещения сырья вдоль секции в процессе его обработки, устройство подачи экстрагента, устройство отжима и выгрузки отработанного сырья (шрота), выполненное в виде выгрузного шнека с приводом его вращения, размещенного в верхней части корпуса.
Такой экстрактор, хотя и обеспечивает непрерывный цикл экстрагирования сырья и может работать практически с любым сырьем, в то же время обладает рядом конструктивных особенностей, существенно ограничивающих область его использования.
Во-первых, конструкция такого экстрактора обладает низкой надежностью работы, обусловленной большой сложностью и металлоемкостью, поскольку в каждой секции ротора должен быть размещен свой шнек и обеспечена герметизация множества мест стыковки подвижных элементов.
Во-вторых, наличие большого количества самостоятельных блоков установки с большим количеством подвижных, да еще и требующих надежного уплотнения, элементов вызывает необходимость в большом энергопотреблении.
В-третьих, производительность такой установки довольно низкая из-за необходимости использования малоэффективного метода "окунания" сырья в экстрагент вместо применения эффективного метода "орошения" сырья экстрагентом.
В-четвертых, производительность такой установки также снижается из-за наличия большого количества "застойных зон" в каждой секции, в которых находящееся в них сырье не взаимодействует с вращающимися шнеками, не перемещается и не участвует в дальнейшем процессе.
В-пятых, на снижение производительности данной установки также влияет постоянное разбавление экстрагента уже находящегося в сырье поступающими новыми дозами экстрагента, снижающими его экстрагирующие свойства.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение эффективности работы и расширение функциональных возможностей секционного экстрактора непрерывного действия.
Данная задача решается с помощью технического результата от использования заявляемой полезной модели, заключающегося:
во-первых, в повышении производительности экстрактора за счет обеспечения постоянного разрушения слежавшегося слоя при вращении ротора, что обеспечивает хороший контакт экстрагента со всем объемом обрабатываемого сырья;
во-вторых, в повышении надежности работы экстрактора за счет упрощения его конструкции путем исключения ряда сложных подвижных элементов со сложными приводами, а также путем обеспечения подачи экстрагента из секции в секцию без специальных насосов, т.е. "самопроливом".
Указанный технический результат достигается тем, что в секционном экстракторе непрерывного действия, содержащем цилиндрический горизонтальный
корпус, устройство загрузки растительного сырья и устройство перемещения растительного сырья в процессе обработки, выполненное в виде расположенного внутри корпуса подвижного ротора с первым приводом его вращения, разделенного перфорированными (сетчатыми) перегородками на секции, устройство подачи экстрагента, устройство отжима и выгрузки отработанного сырья (шрота), выполненное в виде выгружающего шнека со вторым приводом его вращения,
во-первых, устройство загрузки (подачи) растительного сырья выполнено в виде бункера и установленного в цилиндрической направляющей, полость которой сообщена с полостью бункера, центрального загрузочного шнека с третьим приводом его вращения, причем цилиндрическая направляющая неподвижно закреплена относительно корпуса и размещена внутри жестко прикрепленной к корпусу неподвижной трубы, при этом загрузочный шнек, цилиндрическая направляющая и труба установлены соосно друг другу и корпусу, один конец загрузочного шнека выведен за пределы корпуса и расположен под бункером, а другой конец расположен в зоне пересечения вертикальной плоскостью противоположного от бункера торца трубы таким образом, чтобы загрузочный шнек перекрывал по длине всю ширину ротора устройства перемещения растительного сырья, в нижних частях направляющей и трубы параллельно их осям выполнены окна в виде щелевых вырезов для подачи растительного сырья в зону загрузки ротора,
во-вторых, ротор устройства перемещения растительного сырья в процессе обработки (экстрагирования) выполнен в виде расположенного соосно корпусу охватывающего трубу и кинематически соединенного с ней с помощью подшипниковых опор скольжения пустотелого барабана с двумя торцевыми кольцеобразными стенками - передней и задней, соединенными
между собой вышеназванными перфорированными перегородками, которые расположены в плоскостях, параллельных оси вращения ротора, например, наклонно по отношению к радиальным плоскостям, проходящим через ось ротора, и делят объем ротора на несколько равных отдельных секторов,
в-третьих, устройство подачи экстрагента выполнено в виде оросительного блока с форсунками, расположенными над ротором в верхнем приливе корпуса,
в-четвертых, выгружающий шнек устройства отжима и выгрузки отработанного сырья (шрота) размешен в нижней части смешенного вбок от вертикальной оси симметрии корпуса бокового нижнего прилива корпуса под окном выгрузки, выполненным в обечайке корпуса под боковым нижним сектором ротора, находящимся в зоне выгрузки, например, слева от зоны загрузки, в которой находится соседний нижний центральный сектор, через который проходит вертикальная ось симметрии ротора, причем выгружающий шнек расположен либо горизонтально, либо наклонно и имеет приспособление для отжима шрота, выполненное в виде конуса на его валу, заходящего большим основанием в полость узла выгрузки шрота,
в-пятых, дополнительно имеется сборник экстракта, выполненный в виде первой отстойной емкости с первым сливным патрубком, закрепленной под перфорированным участком бокового нижнего прилива корпуса, и второй отстойной емкости со вторым сливным патрубком, жестко закрепленной на корпусе снизу под перфорированным участком обечайки корпуса под нижним центральным сектором ротора.
Особое выполнение конструкции ротора с особой асимметричной формой секторов в плоскости поперечного сечения и особое взаимное размещение блоков экстрактора обеспечивает при проливе экстрагента сверху и одновременном вращении ротора, разделенного перфорированными
перегородками на секции, интенсивное перемещение сырья и изменение его положения по отношению к подаваемому экстрагенту, который переливается из секции в секцию.
Заявляемая полезная модель пояснена чертежами, на которых:
- на Фиг.1 изображен общий вид спереди предлагаемого секционного экстрактора непрерывного действия с частичным вырезом в центре для показа расположения окон в трубе и направляющей для выгрузки сырья в сектора ротора;
- на Фиг.2 изображен продольное сечение предлагаемого секционного экстрактора непрерывного действия по вертикальной плоскости, проходящей через ось вращения ротора, совпадающей с осью вращения центрального загрузочного шнека подачи сырья.
Предлагаемый секционный экстрактор непрерывного действия содержит следующие основные блоки: герметичный корпус 1 цилиндрической формы, неподвижно закрепленный на опоре 2, причем ось цилиндрического корпуса 1 расположена горизонтально, устройство загрузки растительного сырья, устройство перемещения растительного сырья в процессе обработки, выполненное в виде расположенного внутри корпуса подвижного ротора 3 с первым приводом 4 его вращения, разделенного перфорированными (сетчатыми) перегородками 5 на равные секции, устройство подачи экстрагента и устройство отжима и выгрузки отработанного сырья (шрота), выполненное в виде выгружающего шнека 6 со вторым приводом 7 его вращения.
Устройство загрузки (подачи) растительного сырья выполнено в виде бункера 8 и установленного в цилиндрической направляющей 9, полость которой сообщена с полостью бункера 8, центрального загрузочного шнека 10 с третьим приводом 11 его вращения, причем цилиндрическая
направляющая 9 неподвижно закреплена относительно корпуса 1 и размещена внутри жестко прикрепленной к корпусу 1 неподвижной трубы 12, при этом загрузочный шнек 10, цилиндрическая направляющая 9 и труба 12 установлены соосно друг другу и корпусу 1.
Один конец загрузочного шнека 10 выведен за пределы корпуса 1 и расположен под бункером 8, а другой конец расположен в зоне пересечения вертикальной плоскостью противоположного от бункера 8 торца трубы 12 таким образом, чтобы загрузочный шнек 10 перекрывал по длине всю ширину подвижного ротора 3 устройства перемещения растительного сырья в процессе его обработки (экстрагирования).
В нижних частях направляющей 9 и трубы 12 параллельно их осям выполнены окна в виде щелевых вырезов соответственно 13 и 14 (см. Фиг.1, 2) для подачи (выдачи) растительного сырья в зону загрузки ротора 3.
Ротор 3 устройства перемещения растительного сырья в процессе экстрагирования выполнен в виде расположенного соосно корпусу 1 охватывающего трубу 12 и кинематически соединенного с ней с помощью подшипниковых опор скольжения 15 и 16 пустотелого барабана с двумя торцевыми кольцеобразными стенками - передней 17 и задней 18, соединенными между собой перфорированными перегородками 5, которые расположены в плоскостях, параллельных оси вращения ротора 3, например (как это показано на Фиг.1), наклонно по отношению к радиальным плоскостям, проходящим через ось ротора 3, и делят объем ротора 3 на несколько равных отдельных секторов (например, на восемь секторов: первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22, пятый 23, шестой 24, седьмой 25, восьмой 26). Вариант наклонного расположения перегородок по отношению к вертикальной оси симметрии ротора показан на Фиг.1 на примере перегородок 27 и 28 сектора 19.
Устройство подачи экстрагента выполнено в виде оросительного блока, который может выполняться, например, из двух частей 29 и 30 с форсунками 31, расположенными над ротором 3 в верхнем приливе 32 корпуса 1 таким образом, чтобы оросительный блок перекрывал по длине всю ширину ротора 3 устройства перемещения растительного сырья.
Выгружающий шнек 6 устройства отжима и выгрузки отработанного сырья (шрота) размещен в нижней части смещенного вбок от вертикальной оси симметрии корпуса 1 бокового нижнего прилива 33 корпуса 1 под окном выгрузки 34, выполненным в обечайке корпуса 1 под боковым нижним (шестым) сектором 24 ротора 3, находящимся в зоне выгрузки, например, слева (см. Фиг.1) от зоны загрузки, в которой находится нижний центральный (пятый) сектор 23, через который проходит вертикальная ось симметрии ротора 3. Выгружающий шнек 6 может располагаться как горизонтально (см. Фиг.2), так и наклонно (на чертеже не показано) и имеет приспособление для отжима шрота, выполненное в виде конуса 35 на его валу, заходящего большим основанием в полость узла 36 выгрузки шрота.
Имеется также сборник экстракта, выполненный в виде первой отстойной емкости 37 с первым сливным патрубком 38, закрепленной под перфорированным участком 39 бокового нижнего прилива 33 корпуса 1, и второй отстойной емкости 40 со вторым сливным патрубком 41, жестко закрепленной на корпусе 1 снизу под перфорированным участком 42 обечайки корпуса 1 под нижним центральным (пятым) сектором 23 ротора 3.
Предлагаемый экстрактор работает следующим образом.
При включении привода 11 растительное сырье из бункера 8 подается загрузочным шнеком 10 в центральную часть установки и поступает через щелевые вырезы 13 и 14 в нижний центральный (пятый) сектор 23 ротора 3, расположенный внизу в зоне загрузки под этими щелевыми вырезами 13 и 14.
1
После заполнения объема сектора 23 включают устройство подачи экстрагента 29,30 и ротор 3 поворачивают с помощью привода 4 (например, против часовой стрелки на Фиг.1) так, чтобы под щелевыми вырезами 13 и 14 в зоне загрузки расположился следующий сектор 24. Таким образом производится поочередная загрузка всех секторов ротора 3 и одновременное непрерывное орошение сырья экстрагентом, разбрызгиваемым из форсунок 31 и проливаемым через перфорированные перегородки 5. В процессе экстракции стекающий вниз экстрагент собирают и с помощью специального насоса (на чертеже не показан) производят его рециркуляцию.
При завершении полного оборота ротора 3 первый заполненный сектор 23 занимает положение в зоне выгрузки над окном 34, через которое истощенное сырье выгружается, ссыпаясь "самотеком", и попадает в полость бокового нижнего прилива 33 корпуса 1, откуда с помощью выгружающего шнека 6 с приспособлением для отжима 35 истощенное сырье подвергается отжиму и удаляется из установки через узел 36 выгрузки шрота.
В дальнейшем работа установки производится в непрерывном режиме. Время включения и отключения приводов 4,7 и 16 устанавливается таким образом, чтобы за время полного оборота ротора 3 обеспечивалось полное истощение сырья.
Сбор экстракта производится в первую 37 и вторую 40 отстойные емкости сборника экстракта.
Следует отметить то, что в правой части ротора 3 экстрагент реагирует с сырьем в режиме строгого противотока, т.е. при встречном движении, что обеспечивает высокую скорость диффузии. При этом за счет вращения ротора 3 и его естественной вибрации происходит разрушение уплотненного слежавшегося слоя сырья. В левой же части ротора 3 сырье дополнительно орошается в прямоточном режиме.
Использование секционного экстрактора предлагаемой конструкции позволяет:
1. Экстрагировать сырье различной консистенции и с большим диапазоном в размере частиц.
2. Увеличить производительность установки путем исключения слеживания сырья, так как оно постоянно меняет свою ориентацию в вертикальной плоскости, а также за счет повышения эффективности экстракции.
3. Повысить производительность установки путем поддержания в течение всего процесса возможности максимального воздействия на сырье сильнодействующим экстрактом за счет того, что в ходе экстракции обеспечивается очистка экстракта, так как каждая секция с растительным сырьем служит своеобразным фильтром.
4. Расширить функциональные возможности установки с помощью небольшой конструктивной доработки для обеспечения возможности перекрытия по мере необходимости окна выгрузки в случаях, когда для трудноэкстрагируемого растительного сырья требуется сделать несколько оборотов барабана без выгрузки сырья.
5. Расширить функциональные возможности установки путем обеспечения возможности Загружать минимальное количество растительного сырья и обеспечивать его надежное перемещение и экстрагирование.
6. Снизить энергопотребление установки за счет обеспечения возможности минимального усилия для вращения барабана путем упрощения процесса его приведения в уравновешенное состояние.
7. Обеспечить интенсификацию процесса диффузии за счет разрушения уплотненного слоя сырья при двойном переворачивании и одновременном противоточном орошении.
8. Повысить надежность работы установки путем упрощения конструкции За счет снижения потребности в использовании насосов рециркуляции экстрагента всего до одного-двух.
9. Обеспечить работоспособность установки при ее использовании для переработки растительного сырья без предварительного измельчения.
Высокая эффективность предлагаемого экстрактора подтверждена результатами испытаний модели, изготовленной и испытанной заявителем в лабораторных условиях.