ЭКСТРАКТОР С ВИБРАЦИОННОЙ НАСАДКОЙ
EXTRACTOR WITH VIBRATION ATTACHMENT

Изобретение относится к колонным массообменным аппаратам непрерывного действия и может быть использовано для экстрагирования (выщелачивания) в системе твердое тело - жидкость в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известен экстрактор вибрационный, включающий вертикальный корпус с устройствами ввода и вывода фаз, установленный в корпусе с возможностью продольного возвратно-поступательного движения шток с закрепленными на нем тарелками, перфорированными свободными отверстиями для прохода фаз, устройства в нижней и средней частях аппарата для непрерывного ввода жидкой фазы в экстрактор, наклонный питающий шнек для непрерывного ввода твердой фазы в низ аппарата, устройство для одновременного вывода фаз в верхней части аппарата, при этом тарелки жестко закреплены на штоке и снабжены бортами, направленными в сторону, противоположную движению фаз (RU 2257937 С1, 10.08.2015).
Недостатками данного технического решения являются недостаточная степень извлечения целевых компонентов и низкая производительность.
Наиболее близким по техническому решению является экстрактор вибрационный, включающий вертикальный корпус с устройствами ввода жидкой фазы, шток с жестко закрепленными на нем тарелками, перфорированными свободными отверстиями для прохода фаз и снабженными бортами, направленными в сторону, противоположную движению фаз, наклонный питающий шнек для непрерывного ввода твердой фазы в низ аппарата, устройство для одновременного вывода фаз в верхней части корпуса, контур рециркуляции экстрагента с устройствами для отделения твердой фазы, насосом, напорным баком, расходомером, системой запорных кранов и штуцером для непрерывного ввода возвращаемого экстракта, установленным в нижней половине экстрактора (RU 2545300 С1, 27.03.2015).
Недостатком данной конструкции является использование большого количества дополнительных устройств, предназначенных для очистки и возврата экстрагента в корпус аппарата, что значительно увеличивает капитальные и эксплуатационные расходы конструкции, ее установочные размеры и трудоемкость обслуживания.
Задачей изобретения является уменьшение элементной базы контура внешней рециркуляции и улучшение эксплуатационных характеристик установки.
Поставленная задача решается за счет того, что экстрактор с вибрационной насадкой оснащается контуром внешней рециркуляции, состоящим из заборного устройства, расположенного на уровне верхней перфорированной тарелки и оснащенного фильтрующей решеткой, трубопровода, соединяющего колонну с насосом, и патрубков, оснащенных запорными кранами, обеспечивающими ввод возвращаемого экстракта в соответствующую ячейку колонны.
Технический результат выражается в сокращении количества конструктивных элементов контура внешней рециркуляции и его упрощении, что создает благоприятные условия для повышения стабильности и устойчивости работы аппарата.
На фиг. 1 показан вертикальный разрез аппарата; на фиг. 2 - фильтрующий элемент; на фиг. 3 - тарелка с сегментным вырезом.
Экстрактор с вибрационной насадкой непрерывного действия состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с устройствами ввода 2 экстрагента и вывода 14 суспензии, шнекового питателя 4 для ввода твердой фазы. В корпусе установлена вибрационная насадка, включающая шток 5 с жестко закрепленными на нем перфорированными тарелками 6 с отбортовкой, направленной в сторону, противоположную движению фаз, и дополнительной перфорированной тарелкой 7 без отбортовки, выполненной в виде диска с сегментным вырезом. В верхней части корпуса 1 в плоскости, совпадающей со средним положением тарелки 7, расположено заборное устройство 8, при этом заборное устройство 8 устанавливается напротив сегментного выреза верхней тарелки 7 (фиг. 3). Заборное устройство 8 оснащено сменным фильтрующим элементом 9, расположенным в стенке корпуса 1 (фиг. 2). Контур внешней рециркуляции включает трубопровод 10, насос 11 и систему кранов 12 для регулирования количества идущего на рециркуляцию экстракта. Форма и размер отверстий фильтрующего элемента определяются исходя из свойств и размеров частиц экстрагируемого материала. Заборное устройство 8 имеет прямоугольную форму со стороны корпуса экстрактора, переходящую в круглую форму в месте соединения с трубопроводом. Над сегментным вырезом в верхней вибрационной тарелке 7 к корпусу жестко закреплена пластина 13, предназначенная для сглаживания колебаний потока суспензии, проходящего через него при движении штока вниз. Ввод свежего экстрагента в аппарат производится через нагнетательный трубопровод насоса 11, что обеспечивает его перемешивание с экстрактом до ввода в аппарат.Соотношение количества экстракта и свежего экстрагента регулируется системой кранов 12 и зависит от вида перерабатываемого сырья.
Экстрактор работает следующим образом. Обрабатываемая твердая фаза подается в шнековый питатель 4, обеспечивающий заданный расход, и загружается в нижнюю часть корпуса экстрактора. Свежий экстрагент и экстракт подаются под нижнюю тарелку вибрационной насадки одновременно через патрубок 2 или раздельно: через патрубки 2 и 3. При этом их соотношение регулируется системой запорных кранов 12 в зависимости от структурно-механических свойств сырья и требуемой концентрации экстракта, выходящего из устройства. Твердая фаза, попадая в нижнюю часть устройства, интенсивно перемешивается с экстрагентом в условиях наложения низкочастотных механических колебаний среды. При этом вследствие возникающего перепада давления по обе стороны вибрационных тарелок 6, происходит формирование гидродинамической обстановки, характеризующейся знакопеременным движением обрабатываемой среды, при котором обеспечивается высокая скорость образования коротких кавитационных волн и вихрей при прохождении жидкости через отверстия перфорации тарелок. Данная гидродинамическая обстановка сопровождается ударными воздействиями на обрабатываемую систему в фазе сжатия и растягивающими усилиями в фазе растяжения, что способствует измельчению и доизмельчению частиц твердой фазы, уменьшению толщины пограничного слоя и его интенсивному обновлению.
Образовавшаяся в виброожиженном слое суспензия движется снизу вверх вдоль оси экстрактора за счет вытеснения ее свежими объемами экстрагента и твердой фазы, поступающими в нижнюю часть аппарата. Продолжительность нахождения суспензии в аппарате определяется скоростью подачи фаз, гидродинамическими условиями, созданными в аппарате, а также длиной пути движения фаз в аппарате. Достигнув заборного устройства 8, часть образовавшегося экстракта отводится через фильтрующий элемент 9 в трубопровод 10 за счет разряжения создаваемого насосом 11, и далее через систему регулировочных кранов 12 направляется к патрубку 2 или 3 для интенсификации массообмена за счет улучшения смачиваемости частиц твердой фазы. С целью предотвращения закупоривания фильтрующего элемента 9 верхняя вибрационная тарелка 7 устанавливается на уровне оси фильтрующего элемента и выполнена в виде перфорированного диска без отбортовки, что обеспечивает при ее возвратно-поступательном движении с рабочей частотой формирование разнонаправленных струй у стенки аппарата и смывание частиц твердой фазы с поверхности фильтрующего элемента. Сегментный вырез в вибрационной тарелке 7 создает гидродинамические условия для отвода твердой фазы от фильтрующего элемента 9. Пластина 13 задерживает образующийся поток суспензии при движении тарелки 7 вниз, предотвращая разбрызгивание суспензии, сопровождающееся ее насыщением воздухом.
Полученная суспензия отводится из аппарата через патрубок 14 и направляется на дальнейшую обработку.