ВИБРАЦИОННЫЙ ЭКСТРАКТОР НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
VIBRATORY CONTINUOUS-ACTION EXTRACTOR

Изобретение относится к массообменным аппаратам непрерывного действия, предназначенным для экстрагирования (выщелачивания) ценных компонентов в системе твердое тело - жидкость, и может быть использовано в пищевой, фармацевтической, химической и некоторых других отраслях промышленности.
Известны аппараты для проведения массообменных процессов, состоящие из цилиндрического корпуса, внутри которого размещены рабочие органы, выполненные в виде перфорированных пластин и совершающие возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости, создавая в аппарате виброожиженную область.
Вибрационный аппарат [П.П.Лобода, А.Л.Игнатенко. Массообменный аппарат. Патент №778740. Опубл. в 1980, бюл №42], относящийся к группе массообменных для проведения процессов в системах твердое тело - жидкость, включает вертикальный корпус с устройствами ввода и вывода фаз. Установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении шток с закрепленными на нем тарелками, перфорированными окнами, с обеих сторон тарелок в окнах установлены сопла с фильтрующими элементами внутри. Недостатками этого экстрактора являются: сложность отвода насыщенной жидкости из нижней части экстрактора без твердой фазы; унос свежей жидкости с твердой фазой из верхней части аппарата; сложность герметизации загрузочного устройства в нижней части аппарата; кроме того, сложность изготовления тарелок.
Наиболее близким по техническому решению является экстрактор вибрационный [А.Ф.Сорокопуд, П.П.Иванов, И.Н.Кустов. Патент №2257937. Опубл. в 2005. Бюл. №22], относящийся к группе массообменных аппаратов непрерывного действия. Экстрактор вибрационный включает: 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, наклонный шнековый питатель для непрерывного ввода твердой фазы в нижнюю часть 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. Недостатками данного технического решения являются недостаточная производительность и невысокая эффективность процесса.
Техническим заданием являлось повышение интенсивности массообмена и увеличение производительности аппарата.
Технический результат в предлагаемом техническом решении достигается разделением аппарата по высоте на секции жестко закрепленными перегородками с переточными щелями, расположенными на периферии и по центру перегородок попеременно по высоте аппарата, что позволит обеспечить в каждой секции более интенсивное смывание частиц твердой фазы экстрагентом, увеличит время контакта фаз; установка в каждой секции аппарата тарелок с конической или цилиндрической формой отверстий перфорации, позволит улучшить условия измельчения твердой фазы и повысить интенсивность массообмена, при этом размер отверстий перфорации тарелок в нижних секциях аппарата будет больше, чем в последующих.
На чертеже изображен аппарат, вертикальный разрез, с необходимыми сечениями и разрезами.
Вибрационный экстрактор непрерывного действия состоит из: вертикального цилиндрического корпуса 1, с устройствами ввода экстрагента 2 и 3 и вывода суспензии 4, шнекового питателя 5. Корпус аппарата секционирован неподвижными перегородками 6, с щелями для прохода суспензии. Щели расположены на периферии и в центре перегородок попеременно по высоте аппарата, причем площади сечения щелей равны. В корпусе установлен шток 7 с закрепленными на нем перфорированными тарелками 8, по одной в каждой секции. Размер отверстий перфорации, а также их форма в каждой тарелке будут разными и определяются технологической задачей и свойствами обрабатываемого сырья. Тарелки снабжены по периферии бортами, направленными в сторону, противоположную движению фаз.
Аппарат работает следующим образом. Обрабатываемая твердая фаза подается в шнековый питатель 5, обеспечивающий заданный расход, и транспортируется в нижнюю часть аппарата. Экстрагент подается под нижнюю тарелку через патрубок ввода 2. Патрубок 3 предусмотрен для ввода дополнительного экстрагента, с целью увеличения движущей силы процесса экстрагирования и повышения степени извлечения целевого компонента.
Твердая фаза, попадая в нижнюю часть аппарата, интенсивно перемешивается с экстрагентом в виброожиженном слое, создаваемом перфорированной тарелкой. Тарелки 8 совершают возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости вместе со штоком 7. При этом размер отверстий перфорации тарелок в нижних секциях аппарата будет больше, чем в последующих. Это обеспечивает разрушение твердой фазы по секциям при ее последовательном прохождении каждой секции аппарата. Секционирование аппарата неподвижными перегородками позволяет организовывать в каждой секции условия для интенсивного смывания частиц твердой фазы экстрагентом за счет энергии струй, создаваемых отверстиями перфорации тарелки в замкнутом объеме секции. Это способствует доизмельчению твердой фазы, интенсивному обновлению поверхности контакта фаз и проникновению экстрагента в частицы твердой фазы. За счет секционирования возрастает время контакта фаз, т.е. увеличивается время пребывания фаз в аппарате.
Размер и форма отверстий перфорации тарелок определяют расстояние между перегородками, энергию струй, интенсивность обновления поверхности контакта фаз в секциях, степень измельчения твердой фазы.
В частности, использование отверстий в форме усеченного конуса, расположенных большим основанием конуса вниз, обеспечит формирование направленных струй высокого давления при движении тарелки вниз и перемещение суспензии из нижней секции в верхнюю через щели перегородки при движении тарелки вверх.
Образовавшаяся в виброожиженном слое суспензия движется снизу вверх вдоль оси аппарата за счет вытеснения ее свежими объемами экстрагента и твердой фазы, поступающими в нижнюю часть аппарата.
Время нахождения суспензии в аппарате определяется скоростью подачи фаз, гидродинамическими условиями, созданными в аппарате, а также длиной пути движения фаз в аппарате. При секционировании длина пути возрастает.
Положительный эффект от предлагаемых технических решений заключается в повышении производительности аппарата и увеличении эффективности извлечения целевого компонента.
Литература
1. П.П.Лобода, А.Л.Игнатенко. Массообменный аппарат. Патент №778740. Опубл. в 1980, бюл. №42.
2. А.Ф.Сорокопуд, П.П.Иванов, И.Н.Кустов. Патент №2257937. Опубл. в 2005. Бюл. №22.