RU2142314C1

RU2142314C1 - Extractor

Info

Publication number: RU2142314C1
Application number: RU98113027A
Authority: RU
Inventors: А.Н. Золотников; Р.М. Малышев; В.Е. Бомштейн; Г.В. Зотов; Н.В. Гусев
Original assignee: Золотников Александр Николаевич; Малышев Роман Михайлович; Бомштейн Виктор Евгеньевич
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 1999-12-10

Abstract

FIELD: procedure of extraction of soluble matters from the disperse solid phase, applicable in chemical, pharmaceutical, food and other branches of industry. SUBSTANCE: the extractor comprises a cylindrical casing with a cover, bottom and process pipe connections, pneumatic system for casing turning through 180 deg., cover with a built-in filtering partition, pulsation chamber made in the form of a bell and located coaxially in the casing, and a ball valve. A movable side-bar is installed for changing the clearance between the apparatus bottom and the lower edge of the pulsation chamber. EFFECT: provision of the maximum degree of extraction of valuable components from the solid phase. 3 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к технике экстрагирования растворимых веществ из дисперстной твердой фазы и может применяться в химической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. The invention relates to techniques for the extraction of soluble substances from a dispersed solid phase and can be used in chemical, pharmaceutical, food and other industries.

Известно устройство для проведения массообменных процессов в гетерофазных системах, содержащее корпус, оснащенный патрубками ввода и вывода экстрагента, между которыми располагается слой обрабатываемого дисперсного материала (Плановский А.И., Николаев П.И. - Основные процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии - М, Химия, 1987, рис.15.4 а, с. 372). A device is known for conducting mass transfer processes in heterophase systems, comprising a housing equipped with nozzles for input and output of the extractant, between which there is a layer of the processed dispersed material (Planovsky AI, Nikolaev PI - The main processes and apparatuses of chemical and petrochemical technology - M Chemistry, 1987, Fig. 15.4 a, p. 372).

Недостатками известного устройства являются: возможность каналообразования в обрабатываемом материале, что приводит к "проскоку" его обрабатываемой средой, значительное диффузионное сопротивление в пограничном слое, снижающее эффективность массообменных процессов, трудность загрузки и разгрузки дисперсной фазы. The disadvantages of the known device are: the possibility of channel formation in the processed material, which leads to a “slip” of its processed medium, significant diffusion resistance in the boundary layer, which reduces the efficiency of mass transfer processes, the difficulty of loading and unloading the dispersed phase.

Наиболее близким к новому устройству по совокупности признаков является известное устройство - экстрактор, содержащий цилиндрический корпус с крышкой и днищем, снабженный патрубками ввода и вывода экстракционной жидкости, герметичным центральным полым стержнем, на внешней поверхности которого закреплены вибраторы, и стаканом для загрузки исходного сырья, выполненным из проницаемого материала в виде двух соосных цилиндров с общим дном и зафиксированных между крышкой и дном экстрактора (патент РФ N 2023464 МКИ B 01 D 11/04, 1994 г.). The closest to the new device in terms of features is a known device - an extractor containing a cylindrical body with a cover and a bottom, equipped with nozzles for input and output of the extraction fluid, a sealed central hollow rod, on the outer surface of which vibrators are mounted, and a glass for loading the feedstock made of permeable material in the form of two coaxial cylinders with a common bottom and fixed between the cover and the bottom of the extractor (RF patent N 2023464 MKI B 01 D 11/04, 1994).

Недостатком данного известного устройства, принятого за прототип, является то, что наличие стакана с исходным сырьем не обеспечивает равномерное распределение компонентов жидкость-твердое тело в объеме экстрактора, при этом в объеме стакана с сырьем через некоторое время установится равновесная концентрация извлекаемых компонентов, снижатся движущая сила процесса и время экстракции будет лимитироваться диффузией экстракта из стакана с сырьем в весь объем экстрагента, кроме того после слива экстракта из аппарата в сырье остается экстракт (т.к. конструкция аппарата не предусматривает стадию фильтрования), что приводит к безвоздмезной потери последнего при выгрузки отработанного сырья. Использование стакана ограничивает производительность аппарата, т. к. растительное сырье в процессе экстракции разбухает (до трех объемов). The disadvantage of this known device adopted for the prototype is that the presence of a glass with raw materials does not provide a uniform distribution of liquid-solid components in the volume of the extractor, while in the volume of the glass with raw materials, after some time, the equilibrium concentration of the extracted components will be established, the driving force will decrease the process and the extraction time will be limited by the diffusion of the extract from the glass with raw materials to the entire volume of the extractant, in addition, after draining the extract from the apparatus into the raw materials, the ext ract (since the design of the apparatus does not provide for a filtration stage), which leads to a non-dropless loss of the latter during the unloading of spent raw materials. The use of a glass limits the productivity of the apparatus, since plant material swells during the extraction process (up to three volumes).

Новое устройство - экстрактор, который содержит цилиндрический корпус с крышкой, днищем, фильтрующей перегородкой, технологическими штуцерами и пульсационной камерой, выполненной в виде колокола и расположенной коаксиально корпусу, экстрактор снабжен пневматической системой поворота корпуса на 180^o и крышкой со встроенной в нее фильтрующей перегородкой, причем на пульсационной камере установлена подвижная царга и шаровой вентиль. Предпочтительно, чтобы ручка шарового вентиля была выведена через боковую стенку корпуса аппарата, а внутри пульсационной камеры выше уровня подвижной царги установлена успокоительная решетка.The new device is an extractor, which contains a cylindrical body with a lid, a bottom, a filter baffle, technological fittings and a pulsation chamber made in the form of a bell and located coaxially to the casing, the extractor is equipped with a pneumatic system for turning the casing through 180 ^o and a lid with a filter baffle built into it, moreover, a movable tsar and a ball valve are installed on the pulsation chamber. Preferably, the ball valve handle is brought out through the side wall of the apparatus body, and a soothing grid is installed inside the pulsation chamber above the level of the movable side.

Новое устройство отличается от устройства-прототипа тем, что в корпусе аппарата установлена пульсационная камера с подвижной царгой, а в верхней части пульсационной камеры размещен шаровой вентиль, ручка которого выведена через боковую стенку корпуса аппарату и внутри пульсационной камеры выше уровня подвижной царги установлена успокоительная решетка, устройство снабжено пневматической системой поворота корпуса на 180^o и крышкой со встроенной в нее фильтрующей перегородкой.The new device differs from the prototype device in that a pulsation chamber with a movable side is installed in the apparatus body, and a ball valve is placed in the upper part of the pulsation chamber, the handle of which is removed through the side wall of the apparatus and inside the pulsation chamber a soothing grid is installed above the level of the movable side; the device is equipped with a pneumatic system for turning the housing through 180 ^o and a cover with a built-in filtering partition.

На чертеже схематически изображено новое устройство - экстрактор. Экстрактор состоит из: цилиндрического корпуса 1 с днищем 2 и штуцером ввода экстрагента 3; на корпусе установлена крышка 4 со встроенной фильтрующей перегородкой, штуцером 5 для выхода экстрагента и пневматической системой поднятия и опускания крышки 4; пульсационной камеры 6 с подвижной царгой 7, шаровым вентилем 8, находящимся в верхней части пульсационной камеры, ручка которого выведена через боковую стенку корпуса, и штуцером 9 входа и выхода воздуха, установленной коаксиально корпусу, внутри пульсационной камеры закреплена успокоительная решетка 10, которая находится выше уровня подвижной царги; теплообменной рубашки 11 со штуцером входа и выхода теплоносителя 12 и 13; экстрактор снабжен пневматической системой 14 поворота корпуса на 180^o и пультом управления частотой и амплитудой пульсации.The drawing schematically shows a new device - extractor. The extractor consists of: a cylindrical body 1 with a bottom 2 and a fitting for introducing extractant 3; a cover 4 with an integrated filtering partition, a fitting 5 for extractant outlet and a pneumatic system for raising and lowering the cover 4 are installed on the housing; a pulsation chamber 6 with a movable collet 7, a ball valve 8 located in the upper part of the pulsation chamber, the handle of which is led out through the side wall of the housing, and an air inlet and outlet fitting 9 installed coaxially to the housing, a soothing grill 10 is fixed inside the pulsation chamber, which is located above level movable side; heat exchange jacket 11 with a fitting for the inlet and outlet of the coolant 12 and 13; the extractor is equipped with a pneumatic system 14 of rotation of the housing by 180 ^o and a control panel for the frequency and amplitude of the pulsation.

Экстрактор работает следующим образом. На пульсационной камере при помощи подвижной царги 7 устанавливают необходимый зазор между нижней кромкой царги и днищем аппарата 2 для конкретного вида сырья. В корпус 1 экстрактора загружают исходное сырье при поднятой крышке 4 со встроенной фильтрующей перегородкой, а через штуцер 3 заливается экстрагент, после чего закрывается крышка 4. В пульсационной камере 6 периодически (с определенной частотой) создают избыточное давление (до 0,07 МПа), под действием которого часть экстрагента вытесняется из пульсационной камеры 6 воздействием на обрабатываемую твердую фазу и устремляется в кольцевой зазор между корпусом аппарата и пульсационной камерой. После сброса давления в пульсационной камере 6 суспензия (жидкость - твердое тело) возвращается в пульсационную камеру 6. При этом суспензия приходит в возвратно-поступательное движение, что обеспечивает равномерное распределение компонентов жидкость-твердое тело в объеме экстрактора и интенсивное проведение массообменных процессов, благодаря чему происходит выравнивание концентраций извлекаемых компонентов во всем объеме экстрагента и обеспечивается возможность проведения процесса экстракции до достижения равновесных значений - концентрации извлекаемых компонентов во всем объеме экстрагента. Успокоительная решетка 10 предотвращает выброс экстрагента в трубопроводы пневмопульсатора. Зазор, установленный при помощи подвижной царги 7, не дает твердому сырью залегать на дне аппарата и обеспечивает участие твердой фазы в процессе экстракции и в то же время позволяет попадать частицам твердого вещества в пульсационную камеру и весь экстрагент также участвует в процессе экстракции. Пульсационный воздух попадает в пульскамеру через штуцер 9. Поддержание необходимой температуры в зоне экстракции осуществляется за счет использования теплообменной рубашки 11, при этом ввод и вывод теплоносителя осуществляется соответственно через патрубки 12 и 13. По завершении процесса экстракции аппарат переворачивается на 180^o. Открывается шаровой вентиль 8, а твердая фаза и экстрагент, насыщенный извлеченными компонентами из корпуса 1 и пульсационной камеры 6, попадает на фильтрующую перегородку крышки 4, после чего идет процесс фильтрования. Экстрагент, насыщенный извлеченными компонентами, удаляется из экстрактора через технологический штуцер 5, а твердая фаза остается на фильтрующей перегородке крышки 4. Затем аппарат переворачивается в исходное положение, а твердая фаза попадает в зону экстракции, туда заливается свежий экстрагент и цикл повторяется до полного извлечения полезных компонентов из твердого сырья. После завершения процесса экстракции отработанная твердая фаза выгружается из аппарата при отводе крышки 4 и цикл повторяется.The extractor works as follows. On the pulsation chamber using a movable collet 7 establish the necessary clearance between the lower edge of the collet and the bottom of the apparatus 2 for a specific type of raw material. The feedstock is loaded into the extractor case 1 with the lid 4 raised with an integrated filter baffle, and extractant is poured through the nozzle 3, and then the lid 4 is closed. Overpressure is periodically (with a certain frequency) created in the pulsation chamber 6 (up to 0.07 MPa), under the action of which part of the extractant is displaced from the pulsation chamber 6 by acting on the processed solid phase and rushes into the annular gap between the apparatus body and the pulsation chamber. After depressurization in the pulsation chamber 6, the suspension (liquid - solid) returns to the pulsation chamber 6. In this case, the suspension comes in a reciprocating motion, which ensures uniform distribution of the liquid-solid components in the volume of the extractor and intensive mass transfer processes, due to which the concentrations of the extracted components are equalized in the entire volume of the extractant and the possibility of carrying out the extraction process to achieve equilibrium values is ensured - to concentration of recoverable components in the entire volume of the extractant. The soothing grill 10 prevents the release of extractant into the piping of the air pulsator. The gap established using the movable collet 7 does not allow solid raw materials to lie on the bottom of the apparatus and ensures the participation of the solid phase in the extraction process and at the same time allows solid particles to enter the pulsation chamber and the entire extractant is also involved in the extraction process. The pulsating air enters the pulsation chamber through the nozzle 9. The necessary temperature in the extraction zone is maintained by using a heat exchange jacket 11, while the heat carrier is introduced and removed through the nozzles 12 and 13. At the end of the extraction process, the apparatus is turned 180 ^o . The ball valve 8 is opened, and the solid phase and extractant saturated with the extracted components from the housing 1 and the pulsation chamber 6 fall on the filtering partition of the cover 4, after which the filtering process proceeds. The extractant saturated with the extracted components is removed from the extractor through the technological nozzle 5, and the solid phase remains on the filter baffle of the cover 4. Then the apparatus is turned back to its original position, and the solid phase enters the extraction zone, fresh extractant is poured into it and the cycle is repeated until useful components from solid raw materials. After completion of the extraction process, the spent solid phase is discharged from the apparatus when the cover 4 is removed and the cycle is repeated.

Использование заявленного устройства позволяет обеспечить максимально возможную степень извлечения ценных компонентов из твердой фазы при данных условиях, что видно из таблицы, и повысить выход экстрактивных веществ в 1,5 раза по сравнению с устройством-прототипом. Using the claimed device allows to ensure the maximum possible degree of extraction of valuable components from the solid phase under these conditions, which can be seen from the table, and to increase the yield of extractive substances by 1.5 times compared with the prototype device.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается за счет определенных конструктивных отличий нового устройства. The specified technical result in the implementation of the invention is achieved due to certain structural differences of the new device.

Благодаря наличию подвижной царги, позволяющей менять зазор между нижней кромкой пульсационной камеры и днищем аппарата, твердая фаза не залегает на дно аппарата, при этом экстрагент участвует в процессе извлечения ценных компонентов из нее, так как внутри пульсационной камеры также осуществляется интенсивное перемешивание жидкость-твердое тело и происходит выравнивание концентраций извлекаемых компонентов во всем объеме экстрагента. Due to the presence of a movable collet, which allows changing the gap between the lower edge of the pulsation chamber and the bottom of the apparatus, the solid phase does not lie on the bottom of the apparatus, while the extractant is involved in the process of extracting valuable components from it, since intensive mixing of liquid-solid is also carried out inside the pulsation chamber and there is an equalization of the concentrations of the extracted components in the entire volume of the extractant.

Аппарат работает в стабильном режиме при наличии успокоительной решетки, с помощью которой предотвращается возможность выплескивания экстрагента в систему трубопроводов пневмопульсации. The device operates in a stable mode in the presence of a soothing lattice, which prevents the possibility of splashing of the extractant into the pneumatic pulsation piping system.

Наличие шарового вентиля, установленного в верхней части пульсационной камеры, позволяет выгрузить суспензию экстракт- твердое тело из пульсационной камеры на фильтрацию (при повороте аппарата на 180^o. Предпочтительно, чтобы ручка шарового вентиля пульсационной камеры была выведена через боковую стенку корпуса аппарата, что позволяет открыть шаровой вентиль без открытия крышки аппарата.The presence of a ball valve installed in the upper part of the pulsation chamber allows you to unload the extract-solid suspension from the pulsation chamber for filtration (when the apparatus is turned through 180 ^o . It is preferable that the handle of the ball valve of the pulsation chamber be discharged through the side wall of the apparatus, which allows opening ball valve without opening the lid of the apparatus.

Изготовление аппарата с возможностью поворота на 180^o позволяет проводить процессы экстракции и фильтрования в одном объеме, при этом оставшаяся на фильтре твердая фаза при повороте экстрактора в исходное положение опять попадает в экстракционную зону и может быть залита свежим экстрагентом, тем самым удается достичь требуемой степени извлечения ценных компонентов из растительного сырья.The manufacture of the apparatus with the ability to rotate 180 ^o allows for extraction and filtering processes in one volume, while the solid phase remaining on the filter when turning the extractor to its original position again falls into the extraction zone and can be filled with fresh extractant, thereby achieving the required degree of extraction valuable components from plant materials.

Крышка аппарата, выполненная со встроенным фильтром, позволяет проводить несколько технологических стадий (экстракция - фильтрация) в одном объеме и получать целевые продукты высокой степени чистоты с заданными свойствами. The lid of the apparatus, made with an integrated filter, allows for several technological stages (extraction - filtration) in one volume and to obtain target products of high purity with desired properties.

Использование нового устройства позволяет автоматизировать процесс и обеспечивает извлечение экстрактивных из сырья близкое к теоретическому, что видно из таблицы. Using the new device allows you to automate the process and provides extraction of extractive from raw materials close to theoretical, which can be seen from the table.

Claims

1. An extractor comprising a cylindrical body with a cover, a bottom and technological fittings, characterized in that it is equipped with a pneumatic system for turning the body through 180 ^o , a cover with a built-in filtering partition, a pulsation chamber made in the form of a bell and located coaxially to the body, On the pulsating chamber, a movable tsar and a ball valve are installed.

2. The extractor according to claim 1, characterized in that the ball valve handle is brought out through the side wall of the apparatus body.

3. The extractor according to claim 1, characterized in that a soothing grid is installed above the level of the movable side.