RU2034621C1

RU2034621C1 - High-temperature extractor

Info

Publication number: RU2034621C1
Application number: RU92002742A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Жучков; В.М. Солошенко; А.П. Захарычев; М.Г. Безруков; А.П. Ковалев
Original assignee: Государственный научно-исследовательский институт биосинтеза белковых веществ
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1992-10-28
Publication date: 1995-05-10

Abstract

FIELD: food industry. SUBSTANCE: extractor comprises chamber 1 for mixing suspension with acid and chamber-conditioner 2 interconnected through a mixing device for intensive mixing interacting fluids in extraction. The mixing device is constructed as axially alined nozzles 3 and 4 provided respectively in bottom 5 of the chamber- conditioner and in cover 6 of chamber 1. The screw cuts of opposite directions is provided in the inner and outer surfaces of nozzle 4 for supplying initial suspension mixed with acid. The cuts are used for swirling streams of heated agent (vapor) and reaction mixture respectively. Chamber 1 and 2 are arranged inside vapor chamber 9 and mounted with a spaced relation to each other. The space can be controlled in the vertical plane by changeable spacers 10. The extractor has connecting pipe 11 for supplying reaction fluid, connecting pipe 12 for supplying acid, connecting pipe 13 for supplying heat fluid, and connecting pipe 14 for discharging reacted fluid after extraction. EFFECT: enhanced efficiency. 3 dwg

Description

Изобретение относится к аппаратам, применяемым в микробиологической промышленности, в частности для проведения высокотемпературной кислотной обработки (экстракции) микроорганизмов при их комплексной переработке с получением препаратов пищевого назначения (белковые изоляты, водорастворимые фракции белка) и кормового назначения (клеточные оболочки, пептидно-нуклеотидные концентраты). Кроме того, высокотемпературный кислотный экстрактор может найти применение в пищевой, фармацевтической или перерабатывающей промышленностях. The invention relates to apparatuses used in the microbiological industry, in particular for carrying out high-temperature acid treatment (extraction) of microorganisms during their complex processing to obtain food preparations (protein isolates, water-soluble protein fractions) and feed (cell membranes, peptide-nucleotide concentrates) . In addition, a high temperature acid extractor may find application in the food, pharmaceutical or processing industries.

Известен аппарат для проведения высокотемпературной кислотной экстракции (нейтрализации) в процессе комплексной переработки биомассы, представляющий собой аппарат с рубашкой и перемешивающим устройством. На крышке расположены штуцеры для реагентов и привод мешалки, а в коническом днище штуцер для выхода продукта. Система перемешивания должна обеспечить полное смешение и поддерживать во взвешенном состоянии твердые частицы биомассы [1] К недостаткам данного аппарата относится относительно слабая эффективность перемешивания, практически невозможность организации непрерывного процесса, относительно невысокая реакционная зона, наличие застойных зон. A known apparatus for conducting high-temperature acid extraction (neutralization) in the process of complex processing of biomass, which is an apparatus with a jacket and a mixing device. On the lid there are reagent fittings and a stirrer drive, and in the conical bottom there is a fitting for the product outlet. The mixing system should ensure complete mixing and maintain suspended solids of biomass [1] The disadvantages of this apparatus include the relatively poor mixing efficiency, the impossibility of organizing a continuous process, the relatively low reaction zone, and the presence of stagnant zones.

Наиболее близкой по сущности и достигаемому техническому результату является конструкция аппарата для высокотемпературной обработки, включающая автоклав с мешалкой и рубашкой для обогрева, штуцерами для непрерывного ввода дрожжевой суспензии, кислоты пара и острого пара высоких параметров (до 0,4 МПа) и для вывода реакционной массы и дополнительно обогреваемой емкости выдерживателя с дросселирующим клапаном и запорной арматурой [2] К недостаткам данного аппарата можно отнести технологические трудности при проведении экстракции в непрерывном режиме при высоких температурах (под давлением) неравномерность реакционной массы, местные перегревы и относительная невоспроизводимость конечного продукта, присущая периодическим процессам. К недостаткам относится также трудоемкое технологическое обслуживание аппарата. The closest in essence and the technical result achieved is the design of the apparatus for high-temperature processing, including an autoclave with a stirrer and a jacket for heating, fittings for the continuous introduction of yeast suspension, steam acid and high-pressure steam (up to 0.4 MPa) and for withdrawing the reaction mass and an additionally heated reservoir with a throttling valve and shutoff valves [2] The disadvantages of this apparatus include technological difficulties during extraction in intermittent operation at high temperatures (under pressure) uneven reaction mass, local overheating and the relative irreproducibility of the final product inherent in batch processes. The disadvantages also include the laborious technological maintenance of the apparatus.

Кроме того, аппаратам с мешалкой свойственны явления неравномерности перемешивания, в частности температурная неравномерность и величины рН по объему, что приводит к снижению КПД процесса экстракции, составляющий как правило 70-75%
Задачей изобретения является создание конструкции экстрактора, позволяющего проводить высокотемпературную кислотную обработку (экстракцию) микроорганизмов с высокой степенью извлечения целевых компонентов в условиях непрерывного режима.In addition, apparatuses with a stirrer are characterized by phenomena of uneven mixing, in particular temperature unevenness and pH values by volume, which leads to a decrease in the efficiency of the extraction process, which is usually 70-75%
The objective of the invention is to create a design of the extractor, allowing high-temperature acid treatment (extraction) of microorganisms with a high degree of extraction of the target components in a continuous mode.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в повышении степени экстракции. Для достижения указанного технического результата аппарат для высокотемпературной экстракции, включающий камеру для смешения суспензии с кислотой, камеру-выдерживатель, перемешивающее устройство и штуцеры для подачи суспензии, кислоты, пара и вывода реакционной массы, снабжен паровой камерой, а камера для смешения суспензии с кислотой и камера-выдерживатель размещены внутри паровой камеры и установлены с регулируемым зазором друг относительно друга и сообщены между собой посредством перемешивающего устройства, выполненного в виде коаксиально расположенных сопел, причем на внешней и внутренней поверхностях сопел для подачи исходной суспензии, смешанной с кислотой, выполнена винтовая насечка обратной направленности. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the degree of extraction. To achieve the specified technical result, the apparatus for high-temperature extraction, including a chamber for mixing the suspension with acid, a holding chamber, a mixing device and fittings for supplying the suspension, acid, steam and output of the reaction mixture, is equipped with a steam chamber, and a chamber for mixing the suspension with acid and a holding chamber is placed inside the steam chamber and installed with an adjustable gap relative to each other and communicated with each other by means of a mixing device made in the form of axially located nozzles, and on the outer and inner surfaces of the nozzles for supplying the initial suspension mixed with acid, a reverse directional notch is made.

На фиг. 1 представлен продольный разрез экстрактора; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows a longitudinal section through an extractor; in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1; in FIG. 3 a section along BB in FIG. 2.

Экстрактор состоит из камеры 1 для смешения суспензии с кислотой, камеры-выдерживателя 2, сообщенных между собой посредством перемешивающего устройства для интенсивного смешения взаимодействующих сред в процессе экстракции, выполненного в виде коаксиально расположенных сопел 3 и 4 и размещенных соответственно в днище 5 камеры-выдерживателя 2 и в крышке 6 камеры 1. На внутренней и внешней поверхностях сопел 4 для подачи исходной суспензии, смешанной с кислотой, выполнена винтовая насечка обратной направленности 7 и 8 соответственно для закручивания струй обогреваемого агента (пара) и реакционной смеси. Камеры 1 и 2 размещены внутри паровой камеры 9 и установлены с регулируемым зазором между собой в вертикальной плоскости посредством сменных прокладок 10. Аппарат содержит штуцер 11 для подачи реакционной среды, штуцер 12 для подачи кислоты, штуцер 13 для подачи термосреды и штуцер 14 для вывода прореагированной среды после экстракции. The extractor consists of a chamber 1 for mixing the suspension with acid, a curing chamber 2, interconnected by means of a mixing device for intensively mixing the interacting media in the extraction process, made in the form of coaxially arranged nozzles 3 and 4 and placed respectively in the bottom 5 of the curing chamber 2 and in the cover 6 of the chamber 1. On the inner and outer surfaces of the nozzles 4 for supplying the initial suspension mixed with acid, a reverse notch screw cut 7 and 8, respectively, for closing jets heated agent (steam) and the reaction mixture. Chambers 1 and 2 are placed inside the steam chamber 9 and are installed with an adjustable gap between them in the vertical plane by means of interchangeable gaskets 10. The apparatus contains a nozzle 11 for supplying a reaction medium, a nozzle 12 for supplying an acid, a nozzle 13 for supplying a thermal medium, and a nozzle 14 for outputting the reacted medium after extraction.

Высокотемпературный кислотный экстрактор работает следующим образом. Исходная суспензия микроорганизмов подается через штуцер 11 в камеру 1, куда через штуцер 12 в расчетном количестве подается кислота, а в камеру 9 через штуцер 13 подается острый пар для обеспечения и поддерживания заданной температуры процесса, причем для обеспечения работы перемешивающего устройства, выполненного в виде коаксиально расположенных между собой сопел 3 и 4 в благоприятном режиме, давление в камере 1 исходной суспензии на 0,2-0,4 кПа больше давления в паровой камере 9 во избежание передавливания пара в камеру 1. Затем смесь исходной суспензии и кислоты разделяется на отдельные элементарные потоки (по числу сопел), диспергируются (перемешиваются) с паром, равномерно прогреваясь до температуры пара. A high temperature acid extractor operates as follows. The initial suspension of microorganisms is fed through the nozzle 11 into the chamber 1, where acid is supplied in the calculated amount through the nozzle 12, and sharp steam is supplied to the chamber 9 through the nozzle 13 to ensure and maintain the desired process temperature, and to ensure the operation of the mixing device, made in the form of coaxial nozzles 3 and 4 located between themselves in a favorable mode, the pressure in the chamber 1 of the initial suspension is 0.2-0.4 kPa higher than the pressure in the steam chamber 9 in order to prevent the steam from being pushed into the chamber 1. Then, the initial mixture uspenzii acid and divided (the number of nozzles) into separate elementary streams are dispersed (mixed) with steam uniformly heating to steam temperature.

Равномерность прогрева и гомогенизация достигаются за счет противоположного закручивания струи суспензии и струи эжектируемого пара с помощью специальных винтовых нарезных линий 7 и 8, выполненных на внутренней и внешней сторонах сопел 4. Благодаря наличию винтовой линии 7 на внутренней полости сопел 4 осуществляется закручивание потока исходной смеси в одну сторону, закручивание экстрагируемого пара в противоположную сторону осуществляется благодаря наличию обратного направления винтовой линии 8 на внешней (конической) стороне сопел 4. Это обеспечивает интенсивное перемешивание и теплообмен между конденсирующим паром и частицами твердой фазы биомассы в кислой среде, что приводит к интенсивному кислому гидролизу твердой фазы. Степень эжекции пара можно менять изменением зазора между соплами 3 и 4 с помощью сменных пластин 10. Благодаря этому в зависимости от требований процесса можно изменять степень перемешивания, температуру процесса или расход пара, что в конечном случае определяет полноту экстракции. Важное значение на полноту экстракции влияет не только температуру, но и время пребывания взаимодействующих фаз в зоне высокой температуры и давления, т.е. в камере 2, куда поступают после смешения пар и подкисленная в камере 1 суспензия. Поскольку время пребывания взаимодействующих сред в зоне высокой температуры и давления зависит от отношения объема камеры 2 и суммарной объемной скорости подачи в аппарат пара и суспензии (расхода), поэтому для увеличения времени реакции возможно за счет увеличения объема камеры 2 или подсоединения к ней через патрубок 14 дополнительной емкости (на фиг. 1 не показана), в которой взаимодействующая среда дополнительно выдерживается при тех же условиях, что и в камере 2. После выдержки реакционной среды определенное время при высокой температуре и давлении (определяется технологическими требованиями), она мгновенно дросселируется в емкость охладитель-расширитель (на фиг. 1 не показана), находящийся под атмосферным давлением. При этом образуются вторичные пары вскипания, которые непрерывно отводятся за счет вакуума и используются для обогрева (на фиг. 1 не показано), а охлажденная суспензия нейтрализуется при перемешивании. The uniformity of heating and homogenization is achieved due to the opposite rotation of the slurry stream and the jet of ejected steam using special screw cutting lines 7 and 8, made on the inner and outer sides of the nozzles 4. Thanks to the presence of a helical line 7 on the inner cavity of the nozzles 4, the flow of the initial mixture is twisted in one side, the extraction steam is twisted in the opposite direction due to the presence of the reverse direction of the helical line 8 on the outer (conical) side of the nozzles 4. This provides intensive mixing and heat transfer between the condensing vapor and particles of the solid phase of the biomass in an acidic environment, which leads to intense acid hydrolysis of the solid phase. The degree of steam ejection can be changed by changing the gap between the nozzles 3 and 4 using interchangeable plates 10. Due to this, depending on the requirements of the process, the degree of mixing, process temperature or steam flow can be changed, which ultimately determines the completeness of extraction. The importance of the completeness of extraction is affected not only by the temperature, but also by the residence time of the interacting phases in the zone of high temperature and pressure, i.e. in the chamber 2, where the suspension and the acidified suspension in the chamber 1 come after mixing. Since the residence time of interacting media in the high temperature and pressure zone depends on the ratio of the volume of the chamber 2 and the total volumetric feed rate of the steam and suspension (flow rate) into the apparatus, it is therefore possible to increase the reaction time by increasing the volume of the chamber 2 or by connecting to it through the pipe 14 additional capacity (not shown in Fig. 1), in which the interacting medium is additionally maintained under the same conditions as in chamber 2. After holding the reaction medium for a certain time at high temperature level and pressure (determined by technological requirements), it is instantly throttled into a cooler-expander tank (not shown in Fig. 1), which is under atmospheric pressure. In this case, secondary boiling vapors are formed, which are continuously removed by vacuum and used for heating (not shown in Fig. 1), and the cooled suspension is neutralized with stirring.

Таким образом, в предлагаемом аппарате обеспечивается проведение процесса высокотемпературной кислотной экстракции за счет эжекционного процесса, обеспечивающего мгновенной тепло- и массообмен при одновременном подкислении реакционной среды. По сравнению с известными способами проведения кислой экстракции процесс в предлагаемом аппарате позволяет достичь полного гидролиза и экстракции, при этом обеспечивается равномерность перемешивания, малое время пребывания в зоне реакции, полнота реакции. Thus, in the proposed apparatus, a high-temperature acid extraction process is provided due to an ejection process that provides instant heat and mass transfer while simultaneously acidifying the reaction medium. Compared with the known methods for carrying out acid extraction, the process in the apparatus of the invention makes it possible to achieve complete hydrolysis and extraction, while ensuring uniform mixing, short residence time in the reaction zone, and complete reaction.

Claims

HIGH-TEMPERATURE EXTRACTOR, including a chamber for mixing the suspension and acid, a holding chamber, a mixing device and fittings for feeding the suspension, acid, steam and output of the reaction mass, characterized in that it is equipped with a steam chamber, and a chamber for mixing the suspension with acid and a chamber the retainer is placed inside the steam chamber, installed with an adjustable gap one relative to the other and communicated with each other by means of a mixing device made in the form of coaxially arranged nozzles, moreover, outer and inner surfaces of nozzles for supplying raw material slurry, mixed with an acid, is formed a helical notching reverse orientation.