EA005250B1

EA005250B1 - Одноконтурная автономная установка непрерывного действия для получения co2-экстрактов из растительного сырья

Info

Publication number: EA005250B1
Application number: EA200400396A
Authority: EA
Inventors: Анатолий Валентинович Корниенко; Александр Иванович Рымарук
Original assignee: Анатолий Валентинович Корниенко; Александр Иванович Рымарук
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2002-07-04
Publication date: 2004-12-30
Also published as: EA200400396A1; ATE320836T1; DE50206154D1; CN1275674C; CN1556728A; EP1433508A1; WO2003020390A1; EP1433508B1; UA43760A; UA43760C2

Abstract

Одноконтурная автономная установка непрерывного действия для получения СО-экстрактов из растительного сырья содержит по меньшей мере два экстрактора (1, 2), в нижней части которых установлены теплоэлектронагреватели (10), по меньшей мере два испарителя (3, 4), внутри которых установлены теплоэлектронагреватели (11), причем в верхней части экстракторов (1, 2) и испарителей (3, 4) установлены датчики (13) контроля объема жидкого СО, конденсатор (5) с холодильным агрегатом (6), накопительную (7) и дополнительную емкости (8) для жидкого СО, соединенные между собой с возможностью непрерывной подпитки контура жидким СО, причем накопительная емкость (7) соединена с конденсатором (5) и экстракторами (1, 2), фильтры (18) для очистки экстракта, емкости (14, 17) для соответственно сырья и экстракта и насос (9) для подачи жидкого СО, соединенные в технологической последовательности трубопроводами, оснащенными запорной арматурой, в замкнутый контур, при этом каждый из экстракторов (1, 2) и испарителей (3, 4), а также конденсатор (5) снабжены электронными приборами (12, 32) для контроля и управления температурным режимом процесса экстрагирования.

Description

Изобретение относится, в общем, к средствам экстракции растительного сырья с использованием растворителей, а более конкретно, к одноконтурной автономной установке непрерывного действия для получения СО₂экстрактов из растительного сырья.

Предшествующий уровень техники

Известна экстракционная установка для производства СО2-экстрактов, раскрытая в книге Касьянов Г.И., Пехов А.В., Таран А.А. Натуральные пищевые ароматизаторы - СО2экстракты. М: Пищевая промышленность,

1978 г., с. 74.

Известная установка содержит по меньшей мере два экстрактора, по меньшей мере два испарителя, конденсатор, емкость для экстрагента (СО₂), вакуум-насос для удаления воздуха из системы, фильтры для очистки экстракта, насосы для подачи мисцеллы, регенеративный теплообменник, сборник холодной воды, догревающий нагреватель воды, которые соединены в технологической последовательности трубопроводами, оснащенными запорной арматурой, в замкнутый контур, и предусматривает возможность работы однокорпусным или батарейным способом.

Недостатки известной установки заключаются в необходимости использования водяных контуров горячей и холодной воды, подаваемой из централизованных или дополнительных сетей, что исключает возможность контроля и достаточную точность (в пределах Δ1 = ± 1°С) воспроизводимости процесса экстракции в заданном температурном режиме, не обеспечивает автономность работы установки и связано с большими энергетическими затратами. Подача жидкого СО₂ самотеком в верхнюю часть экстракторов обусловливает относительно малую суммарную площадь контакта измельченного сырья с экстрагентом и, следовательно, замедляет процесс экстракции, что не позволяет повысить производительность установки.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание одноконтурной автономной установки непрерывного действия для получения СО2экстрактов из растительного сырья, которая обеспечивала бы увеличение объема выхода конечного продукта при одновременном обеспечении возможности контроля и достаточной (в пределах Δ1 = ± 1°С) точности воспроизводимости процесса экстракции в заданном температурном режиме и которая позволила бы ускорить процесс экстракции при одновременном снижении энергозатрат и, следовательно, повысить производительность.

Эта задача решается тем, что одноконтурная установка для получения СО2-экстрактов из растительного сырья, содержащая по меньшей мере два экстрактора, по меньшей мере два ис парителя, конденсатор, накопительную емкость для жидкого СО₂, фильтры для очистки экстракта, емкости для, соответственно, сырья и экстракта и насос для подачи жидкого СО2, соединенные в технологической последовательности трубопроводами, оснащенными запорной арматурой, в замкнутый контур, в соответствии с изобретением дополнительно содержит теплоэлектронагреватели, установленные внутри испарителей и в нижней части каждого из экстракторов, которая сообщается через насос с емкостью, датчики контроля объема жидкого СО₂, установленные в верхней части экстракторов и испарителей, холодильный агрегат, соединенный с конденсатором, и дополнительную емкость для жидкого СО₂, соединенную с накопительной емкостью с возможностью непрерывной подпитки контура жидким СО2 без прекращения работы установки, при этом каждый из экстракторов и испарителей, а также конденсатор снабжены электронными приборами для контроля и управления температурным режимом процесса экстрагирования.

Такое конструктивное исполнение предлагаемой установки позволяет обеспечить подачу жидкого СО₂ в нижнюю часть экстрактора и, следовательно, исключить необходимость использования в контуре вакуум-насоса, увеличить суммарную площадь контакта экстрагируемого сырья с экстрагентом и обеспечивает противоток твердой фазы сырья с жидкой фазой экстрагента, ускоряя процесс извлечения из него физиологически активных органических и легколетучих веществ, которые остаются в замкнутом контуре установки в виде экстракта достаточной концентрации. Отсутствие водяных контуров дает возможность отказаться от использования таких конструктивных элементов установки, как сборник холодной воды, насос для подачи мисцеллы, регенеративный теплообменник, догревающий подогреватель воды, уменьшает металлоемкость и энергозатраты, а также обеспечивает автономность работы установки.

Наличие дополнительной емкости для жидкого СО2, соединенной с основной емкостью для жидкого СО₂, позволяет обеспечить непрерывность подпитки установки экстрагентом с целью восполнения естественных потерь на допустимое содержание СО₂ в готовом экстракте и потерь при перезагрузке сырья в экстракторах.

Наличие электронных датчиков контроля объема жидкого СО2 в верхней части экстракторов, а также в нижней части испарителей, позволяет дополнительно контролировать отдельные стадии технологического процесса, связанные с проточной экстракцией.

Наличие электронных приборов контроля температуры СО2 в различном агрегатном состоянии обеспечивает получение продукции высокой чистоты и возможность активного влияния на общий технологический процесс. Наличие теплоэлектронагревателей в нижней части экстракторов и внутри испарителей обеспечивает возможность достаточно точного (в пределах А1=±1°С) контроля температуры процесса экстрагирования и испарения экстрагента и такого же точного повторения режима экстракции.

Краткое описание чертежа

На чертеже представлено схематическое изображение одноконтурной автономной установки непрерывного действия для получения СО₂-экстрактов из растительного сырья согласно изобретению.

Лучший вариант осуществления изобретения

Одноконтурная автономная установка непрерывного действия для получения СО₂экстрактов из растительного сырья согласно изобретению содержит первый и второй герметически закрывающиеся вертикально установленные экстракторы 1, 2, первый и второй герметически закрывающиеся вертикально установленные испарители 3, 4 экстрагента, причем обе пары, состоящие из соединенных между собой первого экстрактора 1 и первого испарителя 3 и соединенных между собой второго экстрактора 2 и второго испарителя 4, представляют собой модульные элементы установки, конденсатор 5 паров СО₂ с прибором для контроля температуры (не показан), соединенный с первым и вторым испарителями 3, 4 и снабженный холодильным агрегатом 6, накопительную 7 и дополнительную 8 емкости для жидкого СО₂, соединенные между собой и установленные горизонтально, при этом накопительная емкость 7 соединена с конденсатором 5, а через напорный насос 9 - с первым и вторым экстракторами 1, 2. Экстракторы 1, 2, испарители 3, 4, конденсатор 5 и накопительная и дополнительная емкости 7, 8 соединены трубопроводами, снабженными соответствующей запорной арматурой и соответствующими контрольно-измерительными приборами (более подробное описание которых следует ниже), и образуют замкнутый контур. Кроме того, в нижней части экстракторов 1, 2 и внутри испарителей 3, 4 установлены теплоэлектронагреватели, соответственно, 10 и 11, соединенные с электронным блоком 12 контроля и управления температурой на их внешней поверхности. В верхней части каждого экстрактора 1, 2 и в нижней части каждого испарителя 3, 4 установлен электронный датчик 13 контроля объема жидкого СО₂. Внутри каждого экстрактора 1, 2 имеется емкость для сырья, подлежащего экстракции, выполненная в виде модульного сетчатого контейнера 14. В нижней части каждого из экстракторов 1, 2 и испарителей 3, 4 установлен фильтр 15 для предупреждения попадания частиц сырья на поверхность теплоэлектронагревателей 10, 11 и для отделения мисцеллы от экстрагируемого сырья, соответственно, а на трубопроводе, соединяющем каждый из испарителей 3, 4 с конденсатором 5, установлена камера 16 гашения скорости потока газообразного СО₂. Под испарителями 3,4 установлены сборники экстракта 17, снабженные фильтрами 18 тонкой очистки.

Как было упомянуто выше, трубопроводы, соединяющие основные конструктивные элементы установки, снабжены запорной арматурой и контрольно-измерительными приборами, которые предназначены для контроля и управления рабочим режимом установки, известны в данной области техники, применяются по своему назначению и не составляют предмет настоящего изобретения.

Более конкретно, на трубопроводе, соединяющем накопительную и дополнительную емкости 7, 8 с экстракторами 1, 2, установлены запорные вентили 19, 20, предназначенные для регулирования режима подачи жидкого СО2 в экстракторы 1, 2 из емкостей 7, 8. На переливных патрубках, соединяющих первый экстрактор 1 с первым испарителем 3 и второй экстрактор 2 со вторым испарителем 4, имеются запорные вентили 21, 22 и 23, предназначенные для регулирования перелива, соответственно, основной массы жидкого СО₂ и его остатка из экстракторов 1, 2 в соответствующие им испарители 3, 4. На трубопроводе, соединяющем испарители 3, 4 с конденсатором 5, установлены соответствующие им запорные вентили 24, 25, предназначенные для регулирования подачи газообразного СО₂ из испарителей 3, 4 в конденсатор 5. Кроме того, на сливных патрубках испарителей 3, 4 имеются запорные вентили 26, предназначенные для регулирования слива готового СО₂-экстракта из испарителей 3, 4 в емкости 17.

Контрольно-измерительные приборы применяются для контроля и регулирования основных рабочих параметров процесса экстракции, т. е. давления и температуры на различных участках системы. Так, для отслеживания и регулирования давления жидкого СО2 в накопительной и дополнительной емкостях 7, 8 предусмотрены, соответственно, манометры 27, 28 с редукторами, для контроля давления жидкого СО2 в экстракторах 1, 2 и газообразного СО2 в испарителях 3, 4 в их верхней части установлены, соответственно, манометры 29, 30, а для контроля давления в трубопроводе, соединяющем конденсатор 5 с накопительной емкостью 7, предусмотрен манометр 31. Для контроля температуры подаваемого жидкого СО2 предусмотрен электронный термометр 32, установленный на трубопроводе, соединяющем накопительную емкость 7 с напорным насосом 9.

Экстракторы 1, 2, испарители 3, 4 и емкости 7, 8 имеют цилиндрическую форму, например, форму газовых баллонов, как это показано на чертеже. Экстракторы 1, 2 изготовлены из стали. Испарители 3, 4, контейнеры 14 для сырья, трубопроводы и конденсатор 5, изготовлены из нержавеющей стали. Подсоединение тру бопроводов к различным функциональным элементам установки, а также установка запорной арматуры и контрольно-измерительных приборов осуществляется способами, известными в данной области техники.

Процесс экстракции на предложенной установке проходит следующим образом. В экстракторы 1, 2 через их верхнюю часть загружаются модульные контейнеры 14 с измельченным растительным сырьем. Экстракторы герметически закрываются, и в нижнюю часть первого экстрактора 1 через подводящий патрубок из накопительной емкости 7 подается жидкий СО₂, что осуществляется при открытых запорных вентилях 19, 20 первого экстрактора 1 при помощи напорного насоса 9, до достижения в экстракторе величины рабочего давления, которое контролируется манометром 29. По достижении в экстракторе 1 рабочего давления открываются запорные вентили 21, 22 переливного патрубка, соединяющего первый экстрактор 1 с первым испарителем 3, в результате чего экстрагент с мисцеллой поступает в первый испаритель 3.

В испарителе 3 экстрагент при включенном теплоэлектронагревателе 11 испаряется, проходит в газообразном состоянии через камеру 16 гашения скорости потока и по трубопроводу, соединяющему первый испаритель 3 и конденсатор 5, поступает в конденсатор 5, а экстракт остается в первом испарителе 3 до достижения необходимой концентрации. При этом установленный на указанном трубопроводе запорный вентиль 24 находится в открытом состоянии.

После предусмотренного технологией и необходимого по времени цикла проточного экстрагирования вентили 21, 22 указанного переливного патрубка, запорные вентили 19, 20 подачи жидкого СО₂ в первый экстрактор 1 закрываются, открывается вентиль 19 для подачи жидкого СО2 во второй экстрактор 2, и процесс экстракции продолжается дальше без остановки по схеме, описанной выше в отношении экстрактора 1 и испарителя 3, при открытом вентиле 25. При этом запорный вентиль 23, установленный в нижней части первого экстрактора, открывается, и остаток экстрагента из экстрактора 1, переливается в испаритель 3 где по описанной выше схеме отгоняется в конденсатор 5.

После сброса давления в первом испарителе 3, что контролируется манометром 30, вентиль 23 закрывается, открываются вентили 21, 22 и включается теплоэлектронагреватель 10 первого экстрактора 1, с помощью которого из экстрактора 1 удаляются остатки газообразного СО₂ в испаритель 3 (при этом температура СО₂в экстракторе 1 становится выше критической). После этого вентили 21, 22 закрываются. Давление в экстракторе уменьшается практически до атмосферного. Верхняя часть экстрактора 1 открывается, контейнер 14 с отработанным сырьем-шротом выгружается и загружается новый контейнер 14 со свежим сырьем.

В это время второй экстрактор 2 продолжает работу при перекрытых вентилях 20, 24 по описанному выше рабочему циклу. Готовый экстракт после прохождения через фильтры 15 из обоих испарителей 3, 4 сливается в соответствующие им сборники 17 через открытые вентили 26 и фильтры 18 тонкой очистки, фасуется, этикетируется и поступает на склад готовой продукции.

Газообразный СО2, отгоняемый из испарителей 3, 4 в конденсатор 5, конденсируется при работающем холодильном агрегате 6 и поступает в накопительную емкость 7, откуда в жидком состоянии возвращается в рабочий цикл при помощи напорного насоса 9. Все рабочие параметры технологического процесса (давление, температурный режим и пр.) контролируются контрольно-измерительными приборами, т.е. электронным блоком 10 управления температуры, манометрами 27, 28, 29, 30, 31, электронным термометром 32, что позволяет активно влиять на процесс экстракции.

При необходимости накопительная емкость 7 может подпитываться жидким СО₂ из дополнительной емкости 8 без прекращения работы установки.

При переходе технологической линии на другое растительное сырье экстракторы и испарители подвергаются мойке и пропарке, что дает возможность получения экстрактов без примесей компонентов предыдущего сырья.

Установка легко демонтируется без потерь СО₂ путем закрытия всех вентилей 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 при выключенном напорном насосе 9 и полной отгонке СО2 в конденсатор 5. После этого фланцы соединительных патрубков разъединяются и установка готова к транспортировке.

Следует понимать, что приведенный выше вариант осуществления изобретения носит чисто иллюстративный характер и ни в коей мере не ограничивает объем настоящего изобретения и что в изобретение могут быть внесены различные дополнения и модификации, не выходящие за пределы объема и сущности изобретения, которые определяются прилагаемой формулой.

Так, например, число модульных элементов установки, состоящих из экстрактора и испарителя, может при необходимости быть увеличено, как того может потребовать технологический процесс, при этом их включение в контур не требует каких-либо дополнительных знаний и должно быть очевидным для специалистов в данной области техники.

Промышленная применимость

Одноконтурная автономная установка непрерывного действия для получения СО₂экстрактов из растительного сырья может найти применение в сельскохозяйственной, пищевой, фармацевтической, парфюмерно-косметической и других отраслях промышленности для получения составляющих, используемых как для выпуска существующих, так и для создания новых видов продукции.

Claims

Одноконтурная автономная установка непрерывного действия для получения СО₂экстрактов из растительного сырья, содержащая по меньшей мере два экстрактора (1, 2), по меньшей мере два испарителя (3, 4), конденсатор (5), накопительную емкость (7) для жидкого СО₂, фильтры (18) для очистки экстракта, емкости (14, 17) для соответственно сырья и экстракта и насос (9) для подачи жидкого СО₂, соединенные в технологической последовательности трубопроводами, оснащенными запорной арматурой, в замкнутый контур, характеризующаяся тем, что она дополнительно содержит теплоэлектронагреватели (11, 10), установленные соответственно внутри испарителей (3, 4) и в нижней части каждого из экстракторов (1, 2), которая сообщается через насос (9) с накопительной емкостью (7), датчики (13) контроля объема жидкого СО₂, установленные в верхней части экстракторов (1, 2) и испарителей (3, 4), холодильный агрегат (6), соединенный с конденсатором (5), и дополнительную емкость (8) для жидкого СО2, соединенную с накопительной емкостью (7) с возможностью непрерывной подпитки контура жидким СО₂, при этом каждый из экстракторов (1, 2) и испарителей (3, 4), а также конденсатор (5) снабжены электронными приборами (12, 32) для контроля и управления температурным режимом процесса экстрагирования.