Экстрактор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК П 9) (1) 1/02 И КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТНРЦТИ СУДАРСТВЕНН О ДЕЛАМ ИЗО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(21) 3552561/23-26(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ(56) 1. Авторское. свидетельство СССР9 430868, кл, В 01 1) 11/09,.1970,2. Авторское свидетельство СССРВ 135065, кл. В 01 1) 11/02,3. Авторское свидетельство СССРВ 606597, кл. В 01 В 11/02,(54)(57) ЗКСТРАКТОР, включающий вертикальный цилиндрический корпус скоиусным днищем, фильтрующую перегородку, расположенную по периФерии всредней части корпуса, центральноустановленный вал с ярусно укрепленными на нем мешалками, устройствадпя подачи экстрагируемого материала в верхнюю и зкстрагентов в верхнюю и нижнюю части корпуса, устройства для выпуска мисцеллы через Фильт- .рующую перегородку и готового продукта иэ конусного днища, снабженныйциркуляционным контуром, состоящим из теплообменника и трубопроводов впуска и выпуска суспенэии зкстрагируемого материала и экстрагента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсиФикации процесса экстракции путем стабилизации гидравлического сопротивления Фильтрующей пе" регородки и исключения продольного перемешивания Фаз, он .снабжен двумя вертикальными цилиндрическими перегородками, внутренняя иэ которых выполнена перФормрованной, установленными по обе стороны Филътрующей перегородки и образующими внутреннюю, эаполненнуЮ на 0,15 - 0,2 ее объема плавающей насадкой, и наружную камеры, конической воронкой, установ- Е ленной в верхней части корпуса ниже трубопровода впуска суспензия и имеющей вертикальную переточную трубу и коническим винтовым устройством, установленным на валу в зоне воронки, при этом наружная камера сиабже- Я на разделяющими ее на секции вертикальными радиальными перегородками и источником пульсации, соединенным пульсопроводом с секциями, а днище наружной камеры выполнено перфорированным и имеет приемный коллектор.смесительную камеру, последовательно проходит все сепарирующие устройства и смесительные камеры противотоком твердой фазе и удаляется из верх 40 45 ней части корпуса в виде концентрированной мисцеллы Я .Недостаток данного экстрактора заключается в том, что .процесс экстрагирования в нем осуществляется только одним экстрагентом и при низких удельных нагрузках фаз из-эа сильного перекрытия объема экстрактора внутренними секционирующими устройствами. Кроме того, сепарирующиеустройства быстро забиваются мелкими частицами твердой фазы, нарушается нормальное противоточное движение фаз и жидкость движется мимосепарирующих устройств, что приводитк возрастанию уноса и снижению эффективности экстрагирования. Известен также экстрактор, выполненный в виде вертикального корпуса с конусным днищем, снабженный фильтрующей перегородкой, расположенной по периферии корпуса, устройствами для подачи экстрагируемой фазы, экст рагента, вывода готового продукта и мисцеллы (раствор экстрактивных веществ в экстрагенте). Изобретение относится к микробиологической промышленности, а именно к аппаратам для экстрационной очистки биомассы дрожжей и других микроорганизмов от углеводородов и липидов.5Известен экстрактор для систем твердое тело - жидкость, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, секционированный по высоте коническими тарелками, вал с лопастными ме шалками, устройства для загрузки и , выгрузки твердого материала, штуцеры для ввода и вывода жидкости, причем корпус экстрактора снабжен сепарирующими устройствами, выполненными 15 в виде пакетов усеченных конусов, и цилиндрическими обечайками 1 смесительные камеры), в которых устаноВлены мешалки, а на валу укреплены отжимные шнеки, перемещающие твердый 20 материал с конической тарелки в смесительную камеру.Твердая фаза подается в верхнюю смесительную камеру, где смешивается с мисцеллой, поступающей из сепарирующего устройства. Из смесительной камеры твердая фаза опускается на коническую тарелку и затем отжимным шнеком проталкивается в следующую смесительную камеру. Пройдя последо-. вательно все смесительные камеры и конические тарелки, очищенная твердая фаза выгружается из нижней части корпуса экстрактора шнековым устройством.Растворитель подается в нижнюю Твердая фаза подается в верхнюю часть корпуса и опускается вниз под собственным весом противотоком подаваемому в нижнюю часть корпуса растворителю, Очищенная твердая фаза выгружается из нижней части корпуса через шлюзовый затвор, а концентрированная мисцелла выводится через фильтрующую перегородку 21 .Однако процесс экстрагирования в таком экстракторе проводится без пе- ремешивания и одним экстрагентом,в результате чего происходит сильное. продольное перемешивание из-за наличия застойных зон,каналообразования и уноса мелких частиц твердой фазы, что в значительной степени снижает эффективность процесса. Кроме того, фильтрующая перегородка быстро забивается частицами твердой фазы, вследствие чего гидравлическое сопротивление ее резко возрастает и нормальная работа экстрактора нарушается.,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является экстрактор, включающий вертикальный корпус с конусным днищем, фильтрующую перегородку, расположенную по периферии в средней части корпуса, устройства для подачи экстрагируемой фазы и экстрагентов и вывода готового продукта и мисцеллы, центрально установ. ленный вал с ярусно укрепленными на нем перемешивающими устройствами, причем верхняя часть корпуса сиабже 1 на циркуляционным контуром, состоящим из теплообменника и трубопроводов впуска и выпуска суспензии, сос,тоящей из экстрагируемого материала н экстрагента, а перемешивающее устройство, расположенное в зоне, ограниченной высотой фильтрующей перегородки, выполнено в виде спиральных лопастей, скользящих по внутренней поверхности этой перегородки 31Процесс экстрагирования осуществляют следующим образом.В верхнюю часть корпуса непрерывно подают суспензию, состоящую из обезвоженной биомассы и экстрагента, которая ио мере движения вниз интенсивно перемешивается в результате циркуляции по замкнутому контуру. При дальнейшем движении вниз суспензия смешивается с чистым экстрагентом, который подают в нижнюю часть корпуса со скоростью, не превышающей порога псевдоожижения, причем может быть подан не только экстрагент, вместе с которым биомасса поступает в экстрактор, но и любой другой. Очищенная биомасса через конусное днище поступает в устройство вывода готового.продукта, из которого подается на дальнейшую Обработку для отгойки экстрагента.Кроме того, в процессе экстрагирования благодаря перемешивающим устройствам, размещенным на валу по высоте экстрактора, происходит значительное продольное перемешивание как 35 экстрагируемой фазы, так и экстрагентов, которое существенно снижает эффективность процесса,Цель изобретения - интенсификация процесса экстракции путем стабилизации гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки и исключения продольного перемешивания фаз. Поставленная цель достигается тем,45что экстратор, включающий вертикальный цилиндрический корпус с конусным днищем, фильтрующую перегородку, Расположенную по периферии в среднейчасти корпуса, центрально установленОный вал с ярусно укрепленными на неммешалками, устройства для подачиэкстрагируемого материала в верхнююи экстрагентов в верхнюю и нижнюючасти корпуса, устройства для выпус"ка мисцеллы через Фильтрующую перегородку и готового продукта иэ конус-,ного днища, снабженный циркуляционным контуром, состоящим из теплообменника и трубопроводов впуска и выпуска суспензии зкстрагируемого ма Отериала и экстрагента, снабжен двумявертикальными цилиндрическими перегородками, внутренняя из которых выпол-нена перфорированной, установленными по обе стороны фильтрующей перегоМисцелла, состоящая иэ экстраген- та с растворенными в нем извлеченными из биомассы углеводородами и липидами, через фильтрующую перегородку отводится из экстрактора на дальнейшую переработку - дистилляцию, 5 Очистка Фильтрующей перегородки от осевших на ее поверхности мелких частиц производится спиральными лопастями, скользящими по этой поверхности 30В результате прямоточного движения биомассы с экстрагентом в верхней части корпуса и противоточного движения опускающейся биомассы и поднимающегося растворителя в нижней части корпуса происходит очищение биомассы от остаточных углеводородов и липидов 3,Недостаток известного экстрактора заключается в том, что спиральные лопасти, скользящие по поверхности Фильтрующей перегородки, не удаляют содержащиеся в мисцелле мелкие час- тицы биомассы, оседающие в основном внутРЯ пор этой перегородки, примыкающих к ее поверхности. В результате по мере отвода мисцеллы гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки быстро возрастает, что приводит к нарушению стабильности работы экстрактора и его остановке для чисткиродки и образующими внутреннюю, заполненную на 0,15 - 0,2 ее объемаплавающей насадкой, и наружную камеры, конической воронкой, установленной в верхней части корпуса ниже трубопровода впуска суспенэии и имеющейвертикальную переточную трубу, и коническим винтовым устройством, установленным на валу в зоне воронки,при этом наружная камера снабженаразделяющими ее на секции вертикальными радиальными перегородками и источником пульсации, соединенным пульсопроводом с секциями, а днище наружной камеры выполнено перфорированными имеет приемный коллектор.На Фиг. 1 представлен экстрактор,общий вид,в разрезе; на фиг. 2 - сечение А-А на Фиг, 1,Экстрактор представляет собой вертикальный цилиндрический корпус 1 спаровой рубашкой 2 и конусным днищем 3. В средней части корпуса по периферии установлена Фильтрующая перегородка 4, по обе стороны которойустановлены вертикальные цилиндрические внутренняя 5 и наружная б перегородки, образу:ощие камеры, причемвнутренняя камера на 0,15 - 0,2 своего объема заполнена плавающей насадкой 7, а стенки этой камеры выполнены перфорированными с размерами отверстий, меньшими размеров насадки.Наружная камера разделена вертикальными радиальными перегородками 8 насекции Э, соединенные посредствомпульсопровода 10 с источником 11пульсаций, установленным снаружикорпуса и выполненным в виде вращающегося от электродвигателя 12 эолотникового устройства, в которое подается сжатый воздух.Днище 13 наружной камеры перфорировано отверстиями, при этом по периметру .его установлен кольцевойколлектор 14 со штуцером 15 для отвода мнсцеллы.По .оси корпуса экстрактора установлен вал 16 с перемешивающими устройствами 17, которые могут бытьвыполнены в .виде радиальных многопластных мешалок.В верхней части корпуса установлен циркуляционный контур, включающий теплообменник 18 со штуцерами19 для подачи пара 20 вывода конденсата, а также трубопроводы 21 впуска и 22 выпуска суспензии.Ниже трубопровода впуска суспензии.на стенке корпуса укреплена коническая воронка 23 с вертикальнойпереточной трубой 24, причем выходное отверстие воронки составляет0,25 - 0,4 диаметра корпуса.На валу в зоне конической воронки установлено винтовое устройство25, витки которого скользят по поверхности воронки.устройства для подачи экстрагируемого материала и экстрагента выполнены в виде патрубков 26 и 27, укрепленных на крышке 28 экстрактора и опущенных ниже уровня суспении в экстракторе, определяемого высотой переточной трубы. Для отвода паров экстрактора укреплен штуцер 29.Для подачи второго экстрагента на конусном днище 3 укреплен штуцер 30. Вывод готового продукта осу ществляют через шлюзовой затвор 31, установленный под конусным днищем. Для поддержания необходимой температуры внутри экстрактора в рубашку подают пар через штуцер 32, а кон денсат выводят через штуцер 33.Экстрактор работает следующим образом.В верхнюю часть корпуса через патрубок 26 непрерывно подают экстрагируемый материал, например в виде сухой биомассы,а через патрубок 27 - экстра-гент, например, полярный растворитель типа обводненного спирта, Экстрагируемый материал можно подавать также р 5 в виде заранее приготовленной суспензии, состоящей из биомассы и экстрагента.Поступившая в экстрактор биомасса мешалкой 17 равномерно распределяется по его сечению и смешивается с экстрагентом. Образовавшаяся суспензия вначале попадает в циркуляционный контур 21, 18, 22 для лучшего проникновения экстрагента внутрь частиц биомассы в условиях повышенного температурного поля, а затем поступает в коническую воронку 23. Винтовое устройство 25, витки которого скользят по поверхности воронки, проталкивает биомассу в среднюю часть корпуса, одновременно отжимая мис. целлу, переливающуюся по переточной трубе 24 в зону, ограниченную высотой фильтрующей перегородки 4. 45Вышедшая из конической воронкибиомасса, содержащая незначительноеколичество мисцеллы, опускается внизв среднюю часть корпуса, где подвергается обработке вторым экстрагентом,например неполярным растворителемтипа гексана. Второй экстрагент подается в конусное днище 3 через штуцер30 и поднимается вверх в зону, ограниченную высотой фильтрующей перегородки, противотоком биомассе, Очищенная биомасса выводится из конусногоднища 3 "ерез шлюзовой затвор 31 надальнейшую обработку для отгонкирастворителя,60Иисцеллы от первого и второгоэкстрагентов смешиваются в зоне, ограниченной высотой фильтрующей перегородки, и направляются во внутреннюю камеру,5, где подвергаются интенсивному перемешиванию плавающей насадкой 7.В результате получается высокодисперсная эмульсия - конечная мисцелла,которая, пройдя сквозь фильтрующуюперегородку 4, очищается от твердыхпримесей и направляется в наружную .камеру 6, из которой сливается в приемный коллектор 14 и через штуцер 15отводится на дальнейшую переработку(дистилляцию).оПлавающая насадка 7 приводится вдвижение от столба жидкости, пульсирующего в пульсопроводе 10 за счетпериодического изменения давлениявоздуха в пульсаторе 11. Интенсивность пульсаций жидкости подбираетсятакой, чтобы плавающая насадка циркулировала по всему объему внутренней камеры,Плавающая насадка, движущаяся вовнутренней камере за счет пульсацийжидкости, непрерывно совершает беспорядочные соударения с фильтрующейперегородкой и тем самым эффективноочищает ее поверхность от твердыхчастиц, которые удаляются в среднюючасть экстрактора сквозь перфорированные стенки камеры. Заполнениевнутренней камеры на 0,15 - 0,2 ееобъема фигурной насадкой позволяетоптимально использовать поверхностьнасадки для очистки фильтрующей перегородки при подаче пульсаций.Разделение наружной камеры вертикальными перегородками на секциипозволяет равномерно и эффективнораспределить воздействие энергиипульсирующего потока жидкости нафильтрующую перегородку.Соединение наружной камеры пульсопроводом с наружным источником пульсаций позволяет использовать энергиюпульсирующего потока жидкости какдля поддержания фигурной насадки вдвижущемся состоянии, так и для гидравлического воздействия на жидкость,находящуюся в порах фильтрующей перегородки. В результате твердые частицы, меньшие размера пор и находящиеся в этих порах, поддерживаются вовзвешенном состоянии, что позволяетстабилизоровать гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки.Укрепление конической воронки спереточной трубой в верхней частйкорпуса ниже трубопровода впуска суспенэии позволяет отделить суспензию,состоящую из первого экстрагента ибиомассы, от смешивания с вторымэкстрагентом (либо его мало концентрированной мисцеллой) и предотвратить проскок частиц биомассы и миселлы первого экстрагента в нижнюючасть экстрактора, т.е. исключитьпродольное перемешивание фаз.Выполнение размера выходного отверстия конической воронки равным/5 Филиал ППП "Патентф, г.ужгород, ул,Пр ктная,0,25 - .0,4 диаметра корпуса и установка на валу в зоне конической воронки винтового устройства, виткикоторого скользят по поверхности воронки, позволяет поддерживать достаточно высокую удельную нагрузку побиомассе (1-1,5 м /мч), отделятьмисцеллу первого экстрагента от биомассы с достаточно высокой степенью( содержание мисцеллы в биомассе, выходящей из конической воронки, 40603 и устранять зависание биомассыв воронке. Таким образом, предлагаемый экстрактор позволяет интенсифицироватьпроцесс экстракции липидов из биомассы путем стабилизации гидравлического сопротивления фильтрующей перегородки и исключения продольногоперемешивания фаз в 1,5 - 2 раза,т.е. получать биомассу с остаточнюсодержанием липидов 0,3 - 0,5, атакже снизить эксплуатационные 1 О,затраты на обслуживание по срав-,1 нению с прототипом примернона 30.