Фільтраційний екстрактор для системи “тверде тіло-рідина”

1 Фильтрационный экстрактор для системы "твердое тело - жидкость", содержащий вертикальный корпус, вал, сборник экстракта, горизонтальную решетчатую перегородку, устройства для загрузки сырья и экстрагента, устройства для выгрузки экстракта и шрота, отличающийся тем, что на валу закреплены коническая емкость для экстрагента с крышкой и сборник экстракта с крышкой, устройство для загрузки сырья, расположенное в крышке сборника для экстракта и выполненное в виде загрузочного конического шнека, устройство для выгрузки шрота, расположенное в крышке конической емкости для экстрагента и выполнен нои в виде пластин для перемещения проэкстрагированного сырья от центра корпуса к его стенке и в виде выгрузочного конического шнека для отжима сырья и выгрузки шрота 2 Фильтрационный экстрактор по п 1, отличающийся тем, что над сборником экстракта расположены изогнутые пластины для равномерного распределения сырья в корпусе и очистки горизонтальной решетчатой перегородки 3 Фильтрационный экстрактор по п 1, отличающийся тем, что устройство для загрузки сырья, выполненное в виде загрузочного конического шнека на сборнике экстракта, дополнительно содержит загрузочный штуцер в крышке сборника экстракта 4 Фильтрационный экстрактор по п 1, отличающийся тем, что устройство для загрузки сырья выполнено в виде цилиндрических загрузочного и перемещающего шнеков и крышки со стаканом 5 Фильтрационный экстрактор по п 1, отличающийся тем, что пластины для перемещения проэкстрагированного сырья от центра корпуса к его стенке расположены под перфорированным днищем конической емкости для экстрагента О о Изобретение относится к устройствам для экстракции растворителями твердых веществ, в частности, к фильтрационным экстракторам непрерывного действия для систем "твердое тело жидкость", которые могут быть использованы в химической, химико-фармацевтической, пищевой, перерабатывающей промышленности и других отраслях народного хозяйства Наиболее близким к заявляемому является экстрактор для системы "твердое тело - жидкость", в котором реализуется фильтрационный способ получения настоек и экстрактов При этом используется сухое растительное сырье, вальцованное и измельченное до частиц размером 0,2-1,0 мм Экстрактор состоит из вертикального корпуса, сборника экстракта со штуцерами для удаления экстракта и подачи в него пара, крышки, в которой закреплены штуцер для загрузки в корпус предва вш рительно измельченной фазы, штуцер для ввода в корпус через кольцеобразный распылитель растворителя (жидкой фазы) и штуцер для удаления из корпуса газо- и парообразных веществ Корпус соединен со сборником экстракта посредством фланцев, при этом вокруг корпуса может быть смонтирована паровая рубашка со штуцерами для подачи и выхода пара В корпусе и паровой рубашке выполнено окно (люк) для удаления из корпуса экстрактора отработанного твердого тела, а также для доступа внутрь корпуса В нижней части корпуса установлена горизонтальная решетчатая перегородка и над ней смонтированы рабочие элементы, которые закреплены на вертикальном валу, соединенном с приводным устройством и установленном в уплотнительном узле крышки сборника экстракта с возможностью вращения вокруг своей оси и возвратно-поступательного движения 22190 Рабочие элементы выполнены в виде ножей с боковыми режущими кромками, жестко прикрепленных к валу под различными углами Для обеспечения заданного характера перемещения рабочих элементов экстрактор содержит приводное устройство, которое может быть выполнено в различных вариантах В таком экстракторе достигается высокая скорость экстрагирования за счет вскрытия клеток растения и замены медленной молекулярной диффузии действующих веществ через стенки клеток из центра куска сырья к его периферии на их фронтальный смыв Полнота извлечения действующих веществ в фильтрационном экстракторе периодического действия 90-95% при 5-6-кратном смыве К его недостаткам следует отнести периодичность действия (отсюда - нестационарность процесса экстрагирования между стадиями смывов и в процессе каждого смыва), медленная фильтрация густого экстракта первого смыва, отсутствие отжима шрота перед его выгрузкой, что делает неэффективным использование экстрактора для комплексной переработки сырья К причинам, препятствующим в прототипе получению технического результата, достигаемого в заявляемом способе, следует отнести невозможность непрерывного осуществления процесса экстракции активных веществиз растительного сырья и комплексной переработки сырья за счет отсутствия необходимых конструктивных элементов, например, узлов непрерывной загрузки сырья и выгрузки шрота с его одновременным отжимом, пластин для очистки решеток и равномерного распределения сырья в корпусе аппарата и др Техническая задача, поставленная в заявляемом изобретении, заключается в создании фильтрационного экстрактора, конструктивные особенности которого обеспечивают интенсификацию процесса экстракции за счет непрерывности процесса и возможности комплексной переработки сырья Поставленная задача решается тем, что в фильтрационном экстракторе для системы "твердое тело - жидкость", содержащем вертикальный корпус, вал, сборник экстракта, горизонтальную решетчатую перегородку, устройства для загрузки сырья и экстрагента, устройства для выгрузки экстракта и шрота, в соответствии с изобретением на валу закреплены коническая емкость для экстрагента с крышкой и сборник экстракта с крышкой, устройство для загрузки сырья, расположенное в крышке сборника для экстракта и выполненное в виде загрузочного конического шнека, устройство для выгрузки шрота, расположенное в крышке конической емкости для экстрагента и выполненное в виде пластин для перемещения проэкстрагированного сырья от центра корпуса к его стенке и в виде выгрузочного конического шнека для отжима сырья и выгрузки шрота Поставленная задача решается также тем, что над сборником экстракта расположены изогнутые пластины для равномерного распределения сырья в корпусе и очистки горизонтальной решетчатой перегородки Поставленная задача решается также тем, что устройство для загрузки сырья, выполненное в виде загрузочного конического шнека на сборнике экстракта, дополнительно содержит загрузочный штуцер в крышке сборника экстракта Поставленная задача решается также тем, что устройство для загрузки сырья может быть выполнено в виде цилиндрических загрузочного и перемещающего шнеков и крышки со стаканом Поставленная задача решается также тем, что пластины для перемещения проэкстрагированного сырья от центра корпуса к его стенке расположены под перфорированным днищем конической емкости для экстрагента Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в интенсификации процесса экстракции за счет обеспечения непрерывности процесса и возможности комплексной переработки сырья Приводим пример конкретного выполнения изобретения На фиг 1 схематично изображен общий вид экстрактора, на фиг 2 - вариант с цилиндрическими загрузочными и подающим сырье шнеками, на фиг 3 - сменная цилиндрическая вставка Экстрактор состоит из вертикального корпуса 1 с рубашкой 2, загрузочного конического шнека 3, крышки 4 сборника экстракта 10 с загрузочным штуцером 5, выгрузочного конического шнека 6, крышки 7 конической емкости для экстрагента 18 с выгрузочным штуцером 8 и направляющим ножом 9 Загрузочный конический шнек 3 закреплен на сборнике экстракта 10, имеющем горизонтальную решетчатую перегородку 11с фильтрующей тканью 12, прижимаемой решеткой 13 Над решеткой 13 установлены изогнутые пластины 14 для равномерного распределения сырья в вертикальном корпусе 1 и очистки решетки 13 Изогнутые пластины 14 закреплены на втулке 15 Выгрузочный конический шнек 6 закреплен на конической емкости для экстрагента 18 с перфорированным днищем 19 и пластинами 20 для перемещения проэкстрагированного сырья от центра вертикального корпуса 1 к его стенке Для подхватывания проэкстрагированного сырья вблизи стенки вертикального корпуса 1 лопасти выгрузочного конического шнека 6 выступают за пределы конической емкости для экстрагента 18 Пластины 20 для перемещения проэкстрагированного сырья прикреплены к перфорированному днищу 19 конической емкости для экстрагента 18 или к валу 21, на котором с помощью втулок 22 и 23 закреплены сборник экстракта 10 и коническая емкость для экстрагента 18 Вал 21 имеет радиальную опору 24 и радиально-осевую опору 25 Внутри вертикального корпуса 1, крышки 4 сборника экстракта 10 и крышки 7 конической емкости для экстрагента 18 вдоль направляющих имеются выступы (или впадины), предотвращающие вращение материала совместно с конусами и лопастями Для исключения попадания шрота за пределы конической емкости для экстрагента 18 установлено уплотнение 26 Загрузочный штуцер экстрагента 27 подает экстрагент, а датчик уровня экстрагента 28, система управления 29 и регулирующий вентиль 30 обеспечивают постоянство уровня экстрагента в коническойемкости для экстрагента 18 Уплотнение 31 исключает взаимное проникновение сырья из загрузочного штуцера 5 и экстракта из 22190 сборника экстракта 10 и сохраняет величину вакуума в емкостях Выгрузочный штуцер экстракта 33 служит для удаления экстракта из экстрактора с помощью вакуума На фиг 2 изображен вариант загрузочной части экстрактора с загрузочным цилиндрическим шнеком 34 и перемещающим цилиндрическим шнеком 35 В этом варианте загрузочный штуцер 5 проходит внутрь цилиндрического сборника экстракта 32 и входит в стакан 36, внутри которого вращается (одно- или многозаходный) загрузочный цилиндрический шнек 34 Загрузочный цилиндрический шнек 34 передает сырье из стакана 36 в вертикальный корпус 1, а перемещающий цилиндрический шнек 35 равномерно распределяет сырье в вертикальном корпусе 1 и своим нижним ребром очищает решетку 13, прижимающую фильтрующую ткань 12 Горизонтальная решетчатая перегородка 11 с фильтрующей тканью 12 и решеткой 13 закреплена между фланцем 16 вертикального корпуса 1 и фланцем 17 крышки сборника экстракта 4 Для исключения экранирования фильтрующей ткани 12 перемещающий цилиндрический шнек 35 имеет длину, равную 0,7-1,4 шага и перфорированную поверхность Такая конструкция загрузочной части экстрактора позволяет полнее герметизировать цилиндрический сборник экстракта 32 и увеличить поверхность фильтрующей ткани 12 На фигЗ изображен вариант емкости для экстрагента, позволяющий при необходимости уменьшить толщину слоя сырья в экстракторе при использовании полярных экстрагентов (например, воды), вызывающих излишнее набухание сырья Для этого перфорированное днище 19 конической емкости для экстрагента 18 изготавливают съемным и крепят к конической емкости для экстрагента 18 через цилиндрическую вставку 37 с разгрузочным шнеком 38 на ее наружной поверхности (см фиг 3), при этом длина загрузочного штуцера экстрагента 27 и датчика уровня экстрагента 28 соответственно увеличивается С целью комплексного использования сырья составляется батарея последовательно соединенных экстракторов с десольвенторами В каждом экстракторе сырье обрабатывается определенным растворителем, выщелачивающим химически родственные ему компоненты, на выходе отжимается, а в десольвенторе растворитель из шрота выпаривается В отдельных случаях экстракторы возможно соединять без десольвентора (при этом смесь экстрагентов разделяется с учетом разности плотностей, температур кипения, концентраций паровой и жидкой фаз и т д ) Заявляемое устройство работает следующим образом Включается привод вала 21 и через загрузочный штуцер 5 загружается сырье до заполнения вертикального корпуса 1 на 1/3-1/2 объема Через загрузочный штуцер экстрагента 27 заХарактеристика ливается экстрагент в объеме, достаточном для создания зеркала экстрагента над поверхностью сырья, и выгрузочный штуцер экстракта 33 подключается к вакууму Делается выдержка в подаче сырья и экстрагента до появления первой порции экстракта, после чего сырье и растворитель подаются с рабочей производительностью Такое включение экстрактора позволяет избежать получения концентрированного медленно фильтрующегося экстракта первого смыва (что наблюдается в фильтрационных экстракторах периодического действия), ускорить выход на рабочий режим Экстрактор работает при постоянной подаче сырья и растворителя, их движении противотоком и получении готового экстракта и шрота за один проход Введение таких конструктивных элементов, как входящая в крышку коническая емкости для экстрагента 7 коническая емкость для экстрагента 18 с выгрузочным коническим шнеком 6 и перфорированным днищем 19 конической емкости для экстрагента 18 с идущими от центра вертикального корпуса 1 к его стенке и пластинами перемещения проэкстрагированного сырья 20, обеспечивает непрерывность процесса экстракции за счет возможности равномерного орошения сырья экстрагентами, отжима и выгрузки шрота без прерывания процесса экстракции Изогнутые пластины 14 над решеткой 13 фильтрующей ткани 12 сборника экстракта 10 обеспечивают равномерное распределение сырья, что способствует проведению максимально полного извлечения физиологически активных веществ Входящий в крышку сборника экстракта 4 загрузочный конический шнек 3 или загрузочный цилиндрический шнек 34, перемещающий цилиндрический шнек 35 и цилиндрический сборник экстракта 32 со стаканом 36 обеспечивают равномерность подачи сырья, а уплотнения 26 и 31 исключают попадание сырья в экстракт Использование цилиндрической вставки 37 с разгрузочным шнеком 38 дает возможность изменять толщину слоя сырья в зависимости от его дренажной способности Совокупность всех этих конструктивных элементов позволяет получать экстракты заданной концентрации за один проход без сбора экстрактов различной концентрации в маточниках с последующим смешиванием их и доведением до нужной концентрации Все вышеописанные факторы являются необходимыми и достаточными для достижения высокой интенсификации процесса, а благодаря соединению экстракторов последовательно в батарею достигается эффект комплексной переработки сырья В ГНЦЛС изготовлен фильтрационный экстрактор непрерывного действия Сравнение показателей работы одного экстрактора и батареи перколяторов из 5 штук в производстве экстракта валерианы представлено в таблице Экстрактор Батарея перколяторов Объем, л 50 2500 Производительность, кг/ч 20 2 Потребление электроэнергии, кВт 1,5 2,5 22190 Продолжение таблицы Характеристика Экстрактор Батарея перколяторов 220 2000 1,5 7 Выход веществ, % к исходному сырью 90 60 Таким образом, экстракт получается более концентрированным, в 10 раз быстрее, с увеличением выхода готового продукта в 1,5 раза 3 Холодной подаммиаченной водой нейтрализуется азотная кислота и вытесняется ацетон, частично извлекаются водорастворимые вещества 4 Горячей водой извлекаются пектины и полисахариды Сырье набухает при экстрагировании водой (что увеличивает гидравлическое сопротивление его слоя), поэтому в третьем и четвертом экстракторах высоту слоя сырья уменьшают Таким образом, предлагаемое изобретение интенсифицирует процесс экстракции, способствует осуществлению непрерывности фильтрационной экстракции, установлению заданной толщины слоя сырья в экстракторе и комплексному использованию растительного сырья Масса, кг Рабочая площадь, м 2 При комплексной переработке сырья эффективность экстрактора при осуществлении процесса экстракции возрастает, поскольку в производство возвращается сырье, которое при обработке одним растворителем уходит в виде шрота Например, переработка солодки осуществляется в четыре этапа 1 90% ацетоном извлекаются флавоноиды и смолы 2 Ацетоном, подкисленным азотной кислотой, извлекается глицирризиновая кислота SO Vі гь •г$ Фиг. 1а 22190 Й-fl Фиг. 16 Фиг. 2 22190 20 Фиг. 3 Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3 22190