RU2206365C1

RU2206365C1 - Method of production of target component and membrane-type mass-exchange apparatus for extraction of such component

Info

Publication number: RU2206365C1
Application number: RU2002115567/12A
Authority: RU
Inventors: С.Т. Антипов; И.Т. Кретов; С.В. Шахов; А.И. Ключников; И.С. Моисеева; А.В. Дорош
Original assignee: Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2003-06-20

Abstract

FIELD: food-processing, chemical and other industries. SUBSTANCE: proposed method includes extraction of agents from solid product followed by separation of extract components for obtaining target component. Proposed method is realized in one apparatus through semi-permeable revolving membrane washed by flow of extract at pressure exceeding osmotic pressure of separated mixture. Simultaneously diafiltration of part concentrate of target component is performed and it is used for the second time as extractant. Membrane-type mass-exchange apparatus has cylindrical housing with branch pipes for delivery of extractant and removal of separated components. Revolving perforated drum mounted inside cylindrical housing has substrate and semi-permeable membrane on its inner surface. Located coaxially inside housing is fixed perforated cylinder secured coaxially on perforated tube. Outer surface of housing has turns of guide and turbulizing unit. EFFECT: enhanced efficiency; reduction of operating time; reduced power requirements; improved quality. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике обработки пищевых материалов, например, зародышей зерна пшеницы, в массообменных аппаратах и может быть применено в пищевой, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to techniques for processing food materials, for example, wheat germ, in mass transfer apparatus and can be used in food, chemical and other industries.

Известен способ экстрагирования из дисперсных материалов, осуществляемый в установке, содержащей вертикальный цилиндроконический корпус, расположенный в нем коаксиально разделитель восходящего и нисходящего потоков циркулирующей суспензии с перколятором, встроенный осевой насос, разрыхлительное устройство, поверхностный теплообменник, выносной конденсатор и сборник конденсата, и который заключается в загрузке исходящего материала и экстрагента в экстрактор, проведении циклически чередующихся процессов смешивания и разделения твердой и жидкой фаз с помощью насоса и перколятора до получения раствора с требуемой концентрацией экстрактивных веществ, выгрузке раствора, извлечении из материала остатка ценных компонентов растворителя и выгрузке отработанного материала, при этом остаток ценных компонентов растворителя извлекают из материала выпариванием и конденсацией паров (RU 2178723 С1, 27.12.2002). A known method of extraction from dispersed materials, carried out in an installation containing a vertical cylindrical housing, located therein coaxially separates the ascending and descending flows of a circulating suspension with a percolator, an integrated axial pump, a baking powder, a surface heat exchanger, a remote condenser and a condensate collector, and which consists in loading the outgoing material and the extractant into the extractor, conducting cyclically alternating processes of mixing and separation of t of the solid and liquid phases using a pump and percolator to obtain a solution with the required concentration of extractive substances, unloading the solution, removing the residue of valuable solvent components from the material and unloading the spent material, while the remaining valuable solvent components are removed from the material by evaporation and condensation of vapors (RU 2178723 C1 12/27/2002).

Недостатком известного способа является энергоемкое и низкокачественное извлечение ценных компонентов с использованием фазового растворителя. The disadvantage of this method is the energy-intensive and low-quality extraction of valuable components using a phase solvent.

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения пектина, включающий обработку растительного сырья в экстракторе, отделение экстракта от частиц сырья в аппарате, разделение экстракта на концентрат и фильтрат с помощью ультрафильтрации в непрерывном режиме на установке со ступенями, возврат фильтрата с первых ступеней в экстрактор и разбавление водой концентрата (экстракта) перед подачей его на остальные ступени (RU 2111973 С1, 27.05.1998). Closest to the claimed method is a method for producing pectin, including processing plant materials in an extractor, separating the extract from the particles of raw materials in the apparatus, separating the extract into concentrate and filtrate using continuous ultrafiltration in a plant with steps, returning the filtrate from the first steps to the extractor and dilution with water of a concentrate (extract) before feeding it to the remaining steps (RU 2111973 C1, 05.27.1998).

Недостатком данного способа является большая металлоемкость оборудования для его осуществления, недостаточная эффективность экстракции, вследствие использования только одного фактора интенсификации, высокие энергозатраты, сложность обеспечения требуемого качества целевого продукта с заданными свойствами. The disadvantage of this method is the large metal consumption of the equipment for its implementation, insufficient extraction efficiency, due to the use of only one intensification factor, high energy consumption, the complexity of ensuring the required quality of the target product with desired properties.

Наиболее близким к заявленному устройству является мембранный массообменный аппарат для экстракции, включающий цилиндрический корпус, внутри которого установлена полупроницаемая мембрана, патрубки подвода экстрагента и удаления разделяемых компонентов в виде фильтрата и концентрата целевого компонента (RU 2070890 С1, 27.12.1996). Closest to the claimed device is a membrane mass transfer apparatus for extraction, including a cylindrical body, inside which a semipermeable membrane is installed, nozzles for supplying extractant and removing the separated components in the form of the filtrate and concentrate of the target component (RU 2070890 C1, 12.27.1996).

Недостатком данного устройства является невозможность проведения экстракции и последующего разделения в одном аппарате. The disadvantage of this device is the inability to carry out extraction and subsequent separation in one device.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности экстракции, сокращении длительности процесса, снижении энергозатрат и повышении качества. The technical result achieved by the implementation of this invention is to increase the extraction efficiency, reduce the duration of the process, reduce energy consumption and improve quality.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения целевого компонента, включающем в себя экстрагирование из твердого продукта веществ и их последующее разделение, согласно изобретению, экстрагирование и последующее последовательное разделение компонентов экстракта с получением целевого компонента осуществляется в одном аппарате через полупроницаемую вращающуюся мембрану, омываемую потоком экстракта при давлении, превышающем осмотическое давление разделяемой смеси, при этом производится диафильтрация части полученного после разделения на полупроницаемой мембране концентрата целевого компонента и повторное его использование в качестве экстрагента. The specified technical result is achieved by the fact that in the method of obtaining the target component, including extraction of substances from a solid product and their subsequent separation, according to the invention, extraction and subsequent sequential separation of the components of the extract to obtain the target component is carried out in one apparatus through a semi-permeable rotating membrane, washed extract flow at a pressure exceeding the osmotic pressure of the mixture to be separated, while diafiltration is often performed obtained after separation of the semipermeable membrane of the target component concentrate and its re-use as the extractant.

Указанный технический результат достигается также тем, что в мембранном массообменном аппарате для экстракции, включающем цилиндрический корпус, внутри которого установлена полупроницаемая мембрана, патрубки подвода экстрагента и удаления разделяемых компонентов в виде фильтрата и концентрата целевого компонента, согласно изобретению, внутри цилиндрического корпуса установлен с возможностью вращения перфорированный барабан, на внутренней поверхности которого расположены подложка и полупроницаемая мембрана, и внутри которого дополнительно коаксиально размещен неподвижный перфорированный цилиндр, закрепленный соосно на перфорированной трубе, и на внешней поверхности которого имеются витки направляющего и турбулизирующего устройства, при этом патрубок удаления концентрата целевого компонента связан трубопроводом с патрубком подвода экстрагента. The specified technical result is also achieved by the fact that in the membrane mass transfer apparatus for extraction, which includes a cylindrical body, inside which a semi-permeable membrane is installed, nozzles for supplying extractant and removing the separated components in the form of the filtrate and concentrate of the target component, according to the invention, are rotatably mounted inside the cylindrical body perforated drum, on the inner surface of which there is a substrate and a semi-permeable membrane, and inside of which an additional A fixed perforated cylinder is coaxially placed, coaxially mounted on the perforated pipe, and on the outer surface of which there are turns of a guiding and turbulizing device, and the nozzle for removing the concentrate of the target component is connected by a pipe to the extractant supply pipe.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема осуществления способа получения целевого компонента; на фиг.2 - общий вид мембранного массообменного аппарата для экстракции. The invention is illustrated by drawings, where figure 1 presents a diagram of an implementation of a method of obtaining a target component; figure 2 is a General view of the membrane mass transfer apparatus for extraction.

Мембранный массообменный аппарат для экстракции включает в себя цилиндрический корпус 1 с герметично закрывающейся крышкой 2. В корпусе 1 с возможностью вращения вокруг своей оси установлен перфорированный барабан 3, на внутренней поверхности которого имеется подложка 4 и полупроницаемая мембрана 5, величина размер пор которой обеспечивает задержку целевого компонента. The membrane mass transfer apparatus for extraction includes a cylindrical body 1 with a hermetically sealed lid 2. In the body 1, a perforated drum 3 is mounted rotatably around its axis, on the inner surface of which there is a substrate 4 and a semipermeable membrane 5, the pore size of which ensures the delay of the target component.

Внутри перфорированного барабана 3 коаксиально размещен неподвижный перфорированный цилиндр 6, закрепленный соосно на перфорированной трубе 7, на внешней поверхности которого имеются витки направляющего и турбулизирующего устройства 8. Inside the perforated drum 3, a fixed perforated cylinder 6 is coaxially placed, fixed coaxially on the perforated pipe 7, on the outer surface of which there are turns of a guiding and turbulizing device 8.

Аппарат имеет патрубки 9, 10 и 11, соответственно, подвода экстрагента и удаления разделяемых компонентов в виде фильтрата и концентрата. Патрубок удаления фильтрата 11 связан трубопроводом (не показан) с патрубком подвода экстрагента 9. The apparatus has nozzles 9, 10 and 11, respectively, for supplying the extractant and removing the separated components in the form of a filtrate and concentrate. The pipe to remove the filtrate 11 is connected by a pipe (not shown) to the pipe for supplying the extractant 9.

Способ получения целевого компонента в мембранном массообменном аппарате для экстракции осуществляется следующим образом. A method of obtaining the target component in a membrane mass transfer apparatus for extraction is as follows.

Открывают крышку 2 аппарата и исходный продукт (зародыши зерна пшеницы) загружают во внутреннюю полость неподвижного цилиндрического перфорированного цилиндра 6, после чего приводят во вращение перфорированный барабан 3. Через патрубок 9 и отверстия перфорированной трубы 7 в цилиндр подают экстрагент (вода), который проходит (циркулирует) через слой продукта, эктрагируя из него целевой компонент (ферментный препарат липоксигеназы). Полученный экстракт (водный раствор ферментного препарата липоксигеназы), проходя через отверстия неподвижного перфорированного цилиндра 6, попадает на витки направляющего и турбулизирующего устройства 8, с помощью которого поток экстракта осуществляет движение по спирали, омывая при этом полупроницаемую мембрану 5 при давлении, превышающем осматическое давление разделяемой смеси, являющееся движущей силой баромембранного процесса разделения. Так при выделении из водного экстракта зародышей зерна пшеницы ферментного препарата липосигеназы давление у поверхности мембраны должно быть не менее 0,14 МПа, при этом размер пор мембраны - 100 нм (Шеламова С.А. и др., Ультрафильтрация в процессе получения ферментного препарата липоксигеназы - Сборник научных трудов, выпуск 12, Воронеж, с. 51, 52). The apparatus lid 2 is opened and the initial product (wheat germ) is loaded into the inner cavity of the stationary cylindrical perforated cylinder 6, after which the perforated drum 3 is rotated. An extractant (water) is passed through the pipe 9 and the holes of the perforated pipe 7, which passes ( circulates) through the product layer, extracting from it the target component (enzyme preparation of lipoxygenase). The obtained extract (an aqueous solution of the enzyme preparation of lipoxygenase), passing through the holes of a fixed perforated cylinder 6, enters the turns of the guide and turbulizing device 8, with the help of which the flow of the extract moves in a spiral, washing the semipermeable membrane 5 at a pressure exceeding the osmotic pressure of the shared mixture, which is the driving force of the baromembrane separation process. So, when an enzyme preparation liposigenase is extracted from an aqueous extract of wheat germ seeds, the pressure at the membrane surface should be at least 0.14 MPa, and the pore size of the membrane should be 100 nm (Shelamova S.A. et al., Ultrafiltration in the process of obtaining an enzyme preparation lipoxygenase - Collection of scientific papers, issue 12, Voronezh, p. 51, 52).

Под воздействием повышенного давления при проведении процесса экстрагирования целевого компонента из твердого продукта происходит вскрытие пор и капилляров с проникновением в них экстрагента, а также защемление и сжимание газов, находящихся в тупиковых порах под действием капиллярных сил. Кроме этого, при создании избыточного давления можно проводить экстрагирование при более высоких скоростях движения жидкости через слой более мелких твердых материалов, преодолевая при этом возросшее гидродинамическое сопротивление системы. Under the influence of high pressure during the process of extracting the target component from a solid product, the pores and capillaries open with penetration of the extractant, as well as pinching and compressing of the gases located in the dead-end pores under the action of capillary forces. In addition, when creating excess pressure, extraction can be carried out at higher fluid velocities through a layer of finer solid materials, overcoming the increased hydrodynamic resistance of the system.

Для получения продукта с более высокой массовой долей целевого компонента производится диафильтрация части полученного в результате разделения на полупроницаемой мембране его концентрата и повторное использование в качестве экстрагента. To obtain a product with a higher mass fraction of the target component, part of the concentrate obtained by separation on a semipermeable membrane is diafiltered and reused as an extractant.

Данный способ получения целевого компонента имеет следующие преимущества:
- позволяет интенсифицировать процесс за счет повышенного давления, что увеличивает скорость движения экстрагента через слой продукта и приводит к снижению энергозатрат;
- снижает длительность процесса за счет разделения компонентов через полупроницаемую вращающуюся мембрану;
- качественное разделение экстракта и получение продукта с заданными свойствами за счет проведения диафильтрации.This method of obtaining the target component has the following advantages:
- allows you to intensify the process due to increased pressure, which increases the speed of the extractant through the product layer and leads to lower energy costs;
- reduces the duration of the process due to the separation of components through a semi-permeable rotating membrane;
- high-quality separation of the extract and obtaining a product with desired properties due to diafiltration.

Мембранный массообменный аппарат для проведения экстракции дает возможность осуществлять в одном аппарате несколько различных процессов: экстракцию, фильтрацию, баромембранную фильтрацию и диафильтрацию, что приводит к уменьшению металлоемкости оборудования. The membrane mass transfer apparatus for carrying out the extraction makes it possible to carry out several different processes in one apparatus: extraction, filtration, baromembrane filtration and diafiltration, which reduces the metal consumption of the equipment.

Claims

1. The method of obtaining the target component, which includes extraction of substances from a solid product and their subsequent separation, characterized in that the extraction and subsequent sequential separation of the components of the extract to obtain the target component is carried out in one apparatus through a semi-permeable rotating membrane, washed by the flow of the extract at a pressure, exceeding the osmotic pressure of the mixture to be separated, while diafiltration of part obtained after separation into a semipermeable membrane is performed ane target component concentrate and its re-use as the extractant.

2. Membrane mass transfer apparatus for extraction, including a cylindrical body, inside which a semi-permeable membrane is installed, nozzles for supplying extractant and removing separated components in the form of a filtrate and concentrate of the target component, characterized in that the perforated drum is rotatably mounted inside the cylindrical body on the inner surface of which a substrate and a semi-permeable membrane are located and inside which an additional stationary perforated is coaxially placed a cylinder mounted coaxially on the perforated pipe and on the outer surface of which there are turns of a guiding and turbulizing device, while the nozzle for removing the concentrate of the target component is connected by a pipe to the nozzle for supplying the extractant.