ЭКСТРАКЦИОННАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

Полезная модель относится к устройствам для проведения процессов экстракции различных компонентов из растительных материалов и может быть использована для извлечения арабиногалактана и дигидрокверцетина из древесины лиственницы.
Известны способ и установка периодического действия для выделения дигидрокверцетина из измельченной до размера частиц 5-20 мм древесины лиственницы многоступенчатой экстракцией органическим растворителем (RU 2346941, C07D 311/40, 311/32, B01D 11/02, опубл. 20.02.2009 г.). Установка содержит бункер-питатель, узел подачи экстрагента, две или более линии экстракции, каждая из которых содержит экстрактор с подводящими и отводящими трубопроводами с вентилями (затворами), пульповый насос, подогреватель, низкочастотный пульсатор в виде диафрагменного насоса, средство отделения экстракта от твердой фазы. Установка содержит также общий сборник экстракта. При использовании такой установки в экстракт переводится до 70% дигидрокверцетина, содержащегося в древесине. Расход растворителя на переработку 1 кг абсолютно сухой древесины 2,8 л. Длительность обработки древесины в установке не менее 6 час.
Недостатками установки являются большая длительность осуществляемого с ее использованием процесса, его периодичность.
Новыми техническими результатами от использования предлагаемой полезной модели являются обеспечение возможности проведения процесса экстракции с ее использованием в непрерывном режиме, сокращение его длительности, обеспечение возможности его проведения в режиме с автоматическим управлением.
Указанные результаты достигаются тем, что согласно предложению, экстракционная установка непрерывного действия содержит расположенные последовательно по потоку твердой и жидкой фаз первый двухшнековый аппарат с входами для подачи древесного материала, воды и рециркулируемого экстракта, первый роторно-пульсационный насос, второй двухшнековый аппарат, второй роторно-пульсационный насос, третий шнековый аппарат с выходами для раздельного вывода твердой фазы и экстракта, сборник экстракта с входом и выходом, нагреватели массы, трубопроводы, связывающие шнековые аппараты и роторно-пульсационные насосы, трубопровод, связывающий выход для экстракта третьего шнекового аппарата с входом для этого потока первого двухшнекового аппарата, трубопровод, связывающий выход для экстракта третьего шнекового аппарата с входом сборника экстракта, датчик концентрации содержащихся в экстракте веществ и управляемый затвор, размещенные в трубопроводе между выходом для экстракта третьего шнекового аппарата и входом сборника экстракта, датчик объемной скорости рециркулируемой части экстракта в линии ее подачи в первый шнековый аппарат, управляемый затвор в линии подачи воды в установку, исполнительные средства для регулирования затворов, при этом датчики и исполнительные средства используются в качестве элементов компьютерной системы автоматического управления процессом экстракции.
Схема экстракционной установки непрерывного действия показана на Фиг.1, где 1 - первый многофункциональный двухшнековый аппарат, 2 - первый роторно-пульсационный аппарат, 3 - второй многофункциональный шнековый аппарат, 4 - второй роторно-пульсационный аппарат, 5 - третий многофункциональный шнековый аппарат, 6, 7, 8 - нагреватели, 9 - датчик концентрации веществ в экстракте, 10 - управляемый затвор в линии вывода экстракта, 11 - исполнительное устройство, 12 - сборник экстракта, 13 - датчик объемной скорости рециркулируемой части экстракта, 14 - управляемый затвор в линии подачи воды, 15 - исполнительное устройство, КСУ - компьютерная система управления процессом.
Установка работает следующим образом. Измельченная до размера частиц не крупнее 5,0 мм древесина лиственницы из бункера-питателя (на схеме не показан) подается с заданной скоростью в первый двухшнековый аппарат 1, в который с заданной объемной скоростью подаются подогретая до 75-80°C вода, а также, в установившемся режиме работы установки, с заданной объемной скоростью рециркулируемая часть экстракта. Этот аппарат имеет зоны сжатия частиц древесины с их разрушением путем раздавливания и истирания без укорочения волокон, зоны диспергирования частично разволокненных древесных частиц. Из этого аппарата они выходят полностью пропитанными водой в виде в значительной степени гомогенизированной диспергированной массы, жидкая фаза которой содержит определенное количество экстрагированных веществ. Соответственно, обработку древесного материала в аппарате 1 можно считать первой ступенью экстракции.
Далее масса из аппарата 1 подается в нагреватель 6 и затем в первый роторно-пульсационный аппарат 2, в пульсирующем поле которого она подвергается гидроударам с частотой пульсаций насоса. В этих условиях степень разволокнения частиц увеличивается, скорость экстрагирования растворимых веществ из пор волокнистых пучков также возрастает.
Обработку массы в этом аппарате можно считать второй ступенью экстракции.
Из насоса 2 масса подается в нагреватель 7 и затем во второй шнековый аппарат 3. Его устройство и, соответственно, принцип работы аналогичны устройству и принципу работы аппарата 1. Степень гомогенизации массы в аппарате 3 возрастает еще более, становится выше скорость экстракции веществ. Это третья ступень процесса экстракции.
Заключительная ступень экстракции проводится с предварительным подогревом массы в нагревателе 8 во втором роторно-пульсационном насосе 4 в условиях гидроударов с частотой пульсаций насоса. Суммарная степень экстракции веществ на выходе из этого насоса может достигать 87-90%.
Гомогенизированная масса поступает в шнековый аппарат 5. предназначенный для ее принудительного отжима и раздельного вывода обезвоженных твердых веществ (волокнистой массы) и, под давлением, экстракта, содержащего дигодрокверцетин, арабиногалактан и некоторые количества смол и жиров.
В установившемся режиме работы часть экстракта поступает через управляемый затвор 10 в сборник экстракта 12, а вторая часть - рециркулируемый экстракт - направляется в шнековый аппарат 1. Количественное соотношение между этими частями определяется по сигналу датчика 9 концентрации растворенных веществ в экстракте. Величины необходимых для программы управления процессом в автоматическом режиме опорных сигналов датчиков 9 и 13 определяют в пусковых режимах при экстракционной обработке древесных материалов, различающихся по содержанию веществ, способных экстрагироваться в условиях, создаваемых в установке. При определенном соотношении текущего и опорного сигналов датчика 9 компьютерная система управления (КСУ) приводит в действие исполнительное устройство 11, которое изменяет скорость потока через управляемый затвор 10, то есть скорость вывода экстракта в сборник 12. Соответственно, изменяется объемная скорость рециркулируемого потока экстракта, изменяется величина сигнала датчика 13 этой скорости. При сравнении текущего сигнала датчика 13 с заранее измеренными в пусковой период опорными сигналами этого датчика КСУ в определенный заданной программой момент приводит в действие исполнительное устройство 15, которое изменяет скорость подачи воды через управляемый затвор 14 в аппарат 1. Манипулированием затворами 8 и 12 достигается постоянство скорости подачи жидкости (то есть постоянство гидромодуля) в аппарат 1.
Таким образом, с использованием предлагаемой установки экстракцию можно проводить в непрерывном управляемом режиме с оптимальной степенью экстракции при переработке древесины с разным содержанием экстрагируемых веществ.