УСТАНОВКА ЭКСТРАКЦИОННАЯ

Установка относится к оборудованию для проведения экстракционных процессов при переработке растительного сырья и может быть использована в пищевой промышленности, в производстве фармацевтических препаратов и парфюмерной продукции.
В основе технологического процесса, реализуемого в существующих экстракционных установках, лежит принцип экстрагирования - массообменный процесс разделения смеси жидких или твердых веществ с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). Процесс экстракции состоит из следующих операций: смешивание исходных веществ с экстрагентом, механическое разделение двух образующихся фаз, удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию для повторного использования. После механического разделения получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенте (экстракт) и остаток исходного твердого вещества.
Известна простая по конструкции и достаточно распространенная экстракционная установка периодического действия (Машины и аппараты пищевых производств: в 2-х кн. Кн.2. С.Т.Антипов, И.Т.Кретов., А.Н.Остриков и др. Под ред. В.А.Панфилова. - М.: Вш., 2001, стр.970), которая представляет собой конструкцию, состоящую из экстрактора, расположенного над ним напорного мерника для экстрагента, насоса и системы трубопроводов. Экстрагирование протекает при интенсивном движении экстрагента через слой сырья, укладываемого на перфорированное днище экстрактора.
Подобные установки требуют периодического отключения для ручной разгрузки отработанного сырья и загрузки следующей порции. Кроме того, неподвижно лежащий слой сырья уплотняется в процессе работы, повышая гидравлическое сопротивление, что снижает производительность установки и повышает расход электроэнергии на перекачивание жидких сред.
В патенте №2056895 РФ описан экстрактор непрерывного действия, содержащий корпус, устройства для загрузки исходного сырья, ввода экстрагента и выгрузки отработанного сырья, перемешивающий элемент в виде диска с лопастями. Кроме того, на боковой поверхности корпуса расположено устройство возбуждения ультразвуковых колебаний. Введение в конструкцию непрерывно действующего экстрактора перемешивающего элемента выполненного в виде диска с лопастями и устройства ультразвуковых колебаний обеспечивает повышение эффективности перемешивания, как за счет механического воздействия (лопастями), так и за счет физического воздействия (ультразвуком) с образованием кавитационных пузырьков в жидкости, что интенсифицирует процесса экстрагирования из твердой фазы, тем самым, повышая эффективность всей установки.
К недостаткам следует отнести применение в качестве перемешивающего элемента диска с лопастями, расположенного в нижней части аппарата, что снижает эффективность работы установки, так как интенсивный процесс перемешивания производится только в нижней части экстрактора, а увеличение скорости приводит к разрушению структуры материала сырья и образованию мелких частиц, загрязняющих экстрагент. При малой мощности ультразвукового генератора интенсивность перемешивания не распространяется на весь объем материала, а при увеличении его мощности резко возрастают энергозатраты.
В качестве прототипа рассмотрим вертикальный противоточный экстрактор непрерывного действия (патент РФ №87639).
Установка экстракционная противоточная непрерывного действия включает вертикальный экстрактор, снабженный декантатором и шлюзовыми затворами, шнеки подачи и выгрузки сырья, при этом корпуса экстрактора и емкости для экстрагента снабжены индукционными подогревателями, а шлюзовые затворы - электроприводами с регулируемой частотой вращения рабочего органа.
Конструкция установки, снабженная индукционными подогревателями экстрактора и емкости для экстрагента, позволяет производить плавное регулирование температуры обрабатываемого сырья и экстрагента, что интенсифицирует массообменные процессы и повышает глубину извлечения экстрактивных веществ. Наличие шлюзовых затворов с регулируемым приводом позволяет задавать время нахождения сырья в зоне контакта с экстрагентом в зависимости от их физико-химических свойств, что позволяет оптимизировать процессы экстракции.
Однако данная конструкция обладает рядом недостатков, в частности, имеет место послойное уплотнение загружаемой массы, падающей со значительной высоты, что препятствует равномерному прогреву сырья в объеме, увеличивает гидравлическое сопротивление слоя, ухудшая этим процесс массообмена и снижая эффективность работы установки, осложняет процесс выгрузки отработанного сырья и т.д.
В предлагаемой конструкции установки ставится задача повышения эффективности за счет увеличения глубины извлечения экстрактивных веществ и предотвращения уплотнения сырьевой массы в экстракторе, что обеспечит равномерный прогрев сырья и его распределение в объеме аппарата, а также снижение гидравлического сопротивления слоя сырья, улучшая контакт сырья с экстрагентом и интенсифицируя массообменные процессы, позволит более полно перерабатывать сырье без дополнительных энергозатрат.
Поставленная задача решается с помощью установки предлагаемой конструкции. Установка экстракционная, включающая экстрактор вертикальный с системой подогрева, снабженный декантатором, шлюзовыми затворами с регулируемым приводом и шнеками подачи свежего сырья и выгрузки отработанного. На валу загрузочного шлюзового затвора по обе стороны установлены шестерни конической зубчатой передачи, приводящие во вращение вертикальные валы, входящие внутрь корпуса экстрактора и снабженные пальцами, расположенными по высоте валов в шахматном порядке.
Предлагаемая конструкция установки снабжена вертикальными валами с пальцами, вращающимися на малых скоростях синхронно со шлюзовым затвором. Это позволяет производить равномерный прогрев сырья и его распределение в объеме аппарата, а также предотвращать уплотнение сырьевой массы в экстракторе, улучшая тем самым контакт сырья с экстрагентом, интенсифицируя массообменные процессы. При этом реализуемые скорости вращения вертикальных валов повышают глубину извлечения экстрактивных веществ, не вызывая при этом разрушения структуры материала, вымывания и уноса мелких частиц, что способствует более глубокой переработке сырья. Все это дает возможность повысить эффективность работы установки.
Установка экстракционная (Фиг.1) включает корпус экстрактора 1, снабженный декантатором 2. К корпусу экстрактора крепятся загрузочный и разгрузочный шлюзовые затворы 3. На валу загрузочного шлюзового затвора 3 по обе стороны от него установлены шестерни 4 конической зубчатой передачи, приводящие во вращение вертикальные валы 5, входящие внутрь корпуса 1 экстрактора и снабженные пальцами, расположенными по высоте валов в шахматном порядке. Декантатор 2 связан трубопроводом с емкостью подогрева экстрагента 6, оснащенной индукционным подогревателем 7. В нижней части корпуса 1 установлен коллектор подачи экстрагента, связанный трубопроводом с емкостью 6 подогрева экстрагента, также оборудованной системой индукционного нагрева. Шнековые подаватели снабжены электроприводами 8 с частотными преобразователями.
Предлагаемая установка является противоточной непрерывно действующей и работает следующим образом. Исходное сырье по трубопроводу поступает в расходную емкость шнекового подавателя, откуда посредством шнека подается в корпус экстрактора 1 через шлюзовый затвор 3, каждый поворот вала которого посредством конической зубчатой передачи 4 приводит во вращение вертикальные валы 5 с пальцами, разрыхляющими сырье и распределяющими его равномерно в объеме аппарата.
Из емкости 6 экстрагент, подогретый индукционным подогревателем 7, подается насосом по трубопроводу через коллектор и поступает в корпус экстрактора 1. Далее поднимаясь через слой сырья, вымывая требуемые компоненты, через декантатор 2 и процеживатель экстрагент сливается в емкость 6. Через установленный промежуток времени в соответствии с технологическим регламентом полученная жидкость перекачивается в выпарной аппарат. Одновременно производится выгрузка отработанной и подача следующей порции сырья. Отработанное сырье подается на удаление жидкой фазы. Наличие датчиков температуры позволяет контролировать и поддерживать заданные температуры в процессе работы установки. Процесс подачи и выгрузки сырья, находящегося в корпусе экстрактора 1, осуществляется с помощью шнековых подавателей, снабженных приводом 8 с частотным регулированием угловой скорости вращения рабочего органа таким образом, чтобы замена всего столба сырья происходила за время, предусмотренное технологическим регламентом.