УСТАНОВКА ДЛЯ ЭМУЛЬГИРОВАНИЯ И ЭКСТРАКЦИИ
INSTALLATION FOR EMULSIFICATION AND EXTRACTION

Изобретение относится к технологическим процессам, связанным с обработкой материалов, и может быть использовано для интенсификации процессов массообмена при тонкодисперсном измельчении и экстракции сырья и при получении микро- и наноэмульсий.
Из уровня техники известна установка для проведения процессов массообмена, включая эмульгирование и экстракцию, в которой потоки смесей подают в пульсационном режиме в параллельные каналы с изменяющимся проходным сечением (RU 2342990 C1, B01J 19/32, 2009). При простоте конструкции интенсивность процессов массообмена в данной установке не очень высока.
Известна также установка для эмульгирования и экстракции, в которой для интенсификации процессов массообмена исходные потоки смесей пропускают через длинную зигзагообразную трубу с возбуждением и затуханием колебаний (RU 2264847 C2, B01F 5/00, 2005). Однако конструктивные особенности данной установки ограничивают ее функциональные возможности.
Из уровня техники наиболее близкой к заявленной является известная установка для тонкодисперсной обработки сырья, включая эмульгирование, содержащая корпус из немагнитного материала с входным патрубком для подачи сырья и бункером, снабженным выходным патрубком для вывода измельченного материала, внутри корпуса образована рабочая камера, заполненная рабочими элементами из магнитного материала, многосекционный соленоид, расположенный снаружи корпуса, который подключен к источнику переменного напряжения (RU 2052293 C1, B02C 17/14, 1996). В данной установке процесс одновременного измельчения и перемешивания сырья осуществляется магнитными измельчающими рабочими элементами, которые приводятся в хаотическое движение путем взаимного наложения нескольких переменных и негармонизированных между собой электромагнитных полей от многосекционного соленоида. Однако сложность конструкции и горизонтальное расположение рабочей камеры ограничивают функциональные возможности установки и делают ее малопригодной для проведения процессов маоссообмена как при эмульгировании, так и при экстракции.
Изобретение направлено на создание установки с магнитными рабочими элементами для эффективного проведения процессов эмульгирования и экстракции.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что установка для эмульгирования и экстракции, содержащая корпус из немагнитного материала с входным патрубком для подачи материала и бункером, снабженным выходным патрубком для вывода обработанного материала, рабочую камеру, образованную внутри корпуса, которая заполнена рабочими элементами из магнитного материала, многосекционный соленоид, расположенный снаружи корпуса, который подключен к источнику переменного тока, согласно изобретению дополнительно содержит емкость с компонентами эмульсии, емкость для экстрагента и шнековый питатель для подачи сырья, которые связаны с входным патрубком, при этом корпус с рабочей камерой установлен вертикально, рабочие элементы выполнены в виде цилиндрических тел из металла с магнитными свойствами, диаметр которых составляет 0,5÷3,0 мм, а длина цилиндрических тел в 1,5÷10 раз больше их диаметра, в нижней части корпуса между рабочей камера и бункером установлен сетчатый фильтр, к выходному патрубку подсоединена отстойная камера, снабженная сырьевым фильтром.
Кроме того, к отстойной камере подключен вход вакуумного-водоструйного насоса, создающего разрежение в зоне отстойной камеры за сырьевым фильтром, а выход из отстойной камеры сообщен возвратным трубопроводом с емкостью для экстрагента.
При этом к бункеру и к верхней зоне рабочей камеры подключен выход воздуходувки, а в верхней зоне рабочей камера установлен воздушный фильтр, снабженный выходным воздушным патрубком.
Предпочтительно многосекционный соленоид может быть выполнен в виде трех равномерно расположенных электромагнитов, подключенных к трехфазному источнику тока.
Заявленное вертикальное расположение корпуса с рабочей камерой, с которой связаны емкость с компонентами эмульсии, емкость для экстрагента и шнековый питатель для подачи сырья, в сочетании с выполнением рабочих элементов в виде цилиндрических тел из металла с магнитными свойствами, диаметр которых составляет 0,5÷3,0 мм, а длина цилиндрических тел в 1,5÷10 раз больше их диаметра, обеспечивает эффективную интенсификацию межфазного массообмена как в процессе эмульгирования с получением микро- и наноэмульсий, так и при извлечении субстанций из растительного сырья. При этом наличие вакуумного-водоструйного насоса, создающего разрежение в зоне отстойной камеры за сырьевым фильтром для повышения скорости фильтрации, и возвратного трубопровода, по которому часть раствора с извлеченным компонентом направляется для дальнейшей экстракции, повышает эффективность и надежность работы установки в режиме экстракции.
Кроме того, наличие между рабочей камерой и бункером сетчатого фильтра, задерживающего рабочие элементы и крупные фракции неизмельченного сырья, который периодически может очищаться потоком воздуха от воздуходувки, повышает надежность работы установки в целом и расширяет ее функциональные возможности.
На чертеже схематично представлен общий вид установки для эмульгирования и экстракции.
Установка для эмульгирования и экстракции содержит корпус 1 из немагнитного материала, входной патрубок 2 связан с емкостью 3 с компонентами эмульсии, с емкостью 4 для экстрагента и шнековым питателем 5 для подачи сырья. Внутри корпуса 1 образована рабочая камера 6, заполненная рабочими элементами 7, которые выполнены в виде цилиндрических тел из металла с магнитными свойствами (например, железа, никеля и т.д.), диаметр которых составляет 0,5÷3,0 мм, а длина цилиндрических рабочих элементов 7 в 1,5÷10 раз больнее их диаметра. Снаружи корпуса 1 равномерно расположены предпочтительно три соленоида - электромагнита 8, которые подключены к трехфазному источнику тока 9. В нижней части корпуса 1 размещен бункер 10, который снабжен выходным патрубком 11 для вывода обработанного материала, а между рабочей камерой 6 и бункером 10 установлен сетчатый фильтр 12, при этом к выходному патрубку 11 подсоединена отстойная камера 13, снабженная сырьевым фильтром 14. Кроме того, к отстойной камере 13 подключен вход вакуумного-водоструйного насоса 15, создающего разрежение в зоне отстойной камеры 13 за сырьевым фильтром 14, а выход 16 из отстойной камеры 13 сообщен посредством насоса 17 через возвратный трубопровод 18 с емкостью 4 для экстрагента. К бункеру 10 и к верхней зоне рабочей камеры 6 подключен выход воздуходувки 19, а в верхней зоне рабочей камеры 6 установлен воздушный фильтр 20, снабженный выходным воздушным патрубком 21.
Кроме того, установка снабжена вентилями 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 и 31.
Установка для эмульгирования и экстракции работает следующим образом.
При работе в режиме экстракции (при закрытом вентиле 23) в рабочую камеру 6 по входному патрубку 2 шнековый питатель 5 подает обрабатываемое сырье, а из емкости 4 в рабочую камеру 6 поступает экстрагент (например, спирт, масло и т.п.), требуемую температуру которого можно поддерживать посредством теплообменника 32. При подаче напряжения переменной частоты от трехфазного источника тока 9 на соответствующие соленоиды - электромагниты 8 в рабочей камер 6 создается переменное магнитное поле, под действием которого рабочие элементы 7 в виде цилиндрических тел из металла начинают хаотическое движение, производя одновременно тонкодисперсное измельчение и интенсивное перемешивание сырья с экстрагентом. Обработанное сырье, проходя из рабочей камеры 6 через сетчатый фильтр 12, задерживающий рабочие элементы 7 в виде цилиндрических тел из металла и крупные фракции неизмельченного сырья от проваливания, поступает в бункер 10, из которого и по выходному патрубку 11 направляется на сырьевой фильтр 14 отстойной камеры 13 для отделения жидкой фракции. Посредством вакуумного-водоструйного насоса 15 создается разрежение в зоне отстойной камеры 13 за сырьевым фильтром 14, что повышает скорость фильтрации. Твердая фаза отработанного сырья удаляется с поверхности сырьевого фильтра 14 через патрубок 33, а жидкая фракция - раствор с извлеченными компонентами из отстойной камеры 13 по выходу 16 через вентиль 30 (при закрытом вентиле 29) выводится из установки или посредством насоса 17 по возвратному трубопроводу 18 через вентиль 29 (при закрытом вентиле 30) направляется в рабочую камеру 6 для продолжения экстракции.
При работе в режиме эмульгирования исходные компоненты эмульсии (при закрытом вентиле 24) подают в рабочую камеру 6 по входному патрубку 2 из емкости 3 и для первоначально несмешиваемых компонентов из емкости 4. При подаче напряжения переменной частоты от трехфазного источника тока 9 на соответствующие соленоиды - электромагниты 8 в рабочей камер 6 создается переменное магнитное поле, под действием которого рабочие элементы 7 в виде цилиндрических тел из металла начинают хаотическое движение, производя одновременно тонкодисперсное измельчение и интенсивное перемешивание сырья с эстрагентом. Обработанное сырье в виде тонкодисперсной эмульсии, проходя из рабочей камеры 6 через сетчатый фильтр 12, задерживающий рабочие элементы 7 в виде цилиндрических тел из металла и крупные фракции неизмельченного сырья от проваливания, поступает в бункер 10, из которого (при закрытом вентиле 27) по выходному патрубку 11 через вентиль 28 выводится из установки.
Сетчатый фильтр 12 периодически очищают от налипших частиц сырья путем подачи под него и в верхнюю зону рабочей камеры 6 потока воздуха от воздуходувки 1 при закрытом вентиле 28, при этом воздух выходит из рабочей камеры через воздушный фильтр 20 при открытом вентиле 31 по патрубку 21 в окружающую среду (атмосферу).