RU2738938C1

RU2738938C1 - Universal vacuum extractive-evaporation plant

Info

Publication number: RU2738938C1
Application number: RU2019143887A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Анохин; Дмитрий Вячеславович Никитин; Юрий Викторович Родионов; Артем Анатольевич Гуськов; Игорь Александрович Елизаров; Виктор Николаевич Назаров
Priority date: 2019-12-23
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2020-12-18

Abstract

FIELD: medicine; pharmaceuticals.

SUBSTANCE: invention relates to equipment for extraction of vegetal, biological and other types of raw material by liquid and gaseous extractants and can be used in pharmaceutical industry in production of galenic preparations, as well as in food, perfume-cosmetic and other industries for extraction, concentration and other processes in the solid-liquid system. Proposed plant comprises extractor-evaporator connected with vacuum pump, extract collector, distiller and shutoff valve. Vacuum pump is two-stage with series connection of stages and is also connected to vacuum evaporator with rotating conical heating element. Vacuum evaporator is connected to the second distiller. Conical heating element is equipped with a screw path. Both distillers have one container for collection of distillate connected to two-stage vacuum pump.

EFFECT: technical result is creation of universal structure for obtaining of extracts, which allows to combine extraction and evaporation processes, increase intensification of extraction process, productivity, reduce power consumption.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для экстракции растительного, биологического и других видов сырья жидкими и газообразными экстрагентами и может быть использовано в фармацевтической промышленности при производстве галеновых препаратов, а также в пищевой, парфюмерно-косметической и других отраслях промышленности для экстрагирования, концентрирования и других процессов в системе твердое тело - жидкость.The invention relates to equipment for the extraction of plant, biological and other types of raw materials with liquid and gaseous extractants and can be used in the pharmaceutical industry in the production of galenic preparations, as well as in food, perfumery and cosmetic and other industries for extraction, concentration and other processes in the system solid - liquid.

Известна установка для экстрагирования в системе твердое тело - жидкость, включающая установленные на подвижной карусели экстракторы, сборник жидкости, соединенные между собой, распределительное устройство, соединяющее экстракторы со сборником жидкости, нагревательные устройства, устройства для отгонки жидкости, устройство для загрузки сырья и выгрузки шрота, конденсаторы паров жидкости, соединенные с экстракторами дополнительным распределительным устройством, источники вакуума и давления, соединенные с дополнительным распределительным устройством [авторское свидетельство СССР N 827102, кл. В01D 11/02, 07.05.1981].A known installation for extracting in a solid-liquid system, including extractors installed on a movable carousel, a liquid collector connected to each other, a distribution device connecting the extractors with a liquid collector, heating devices, devices for distilling liquid, a device for loading raw materials and unloading meal, condensers of liquid vapors connected to extractors by an additional distribution device, vacuum and pressure sources connected to an additional distribution device [USSR author's certificate N 827102, cl. B01D 11/02, 05/07/1981].

Недостатками установки являются низкая производительность и интенсивность процесса экстракции, сложность конструктивного исполнения и трудоемкость в эксплуатации.The disadvantages of the installation are low productivity and intensity of the extraction process, the complexity of the design and laborious operation.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является установка для получения экстрактов, содержащая по меньшей мере один экстрактор с размещенным в нижней части барботером, конденсатор, испаритель, сепаратор, сборник экстракта, а также магистраль с обратным клапаном и запорной арматурой, при этом каждый экстрактор снабжен устройством терморегулирования, в совокупности образующим экстрактор-испаритель, перфорированной емкостью для сырья, расположенной над барботером с образованием в нижней части экстрактора-испарителя сборника экстракта, а также оросительным коллектором, установленным в верхней части экстрактора-испарителя, дополнительной магистралью с фильтром, продуктовым насосом и запорной арматурой, соединяющей в замкнутый контур сборник экстракта и оросительный коллектор, и компрессором, установленным на магистрали между обратным клапаном и верхней частью экстрактора-испарителя, а сепаратор размещен в нижней части конденсатора, снабженного вакуумным насосом, всасывающий патрубок которого установлен выше уровня жидкости в сепараторе, при этом экстракторы-испарители соединены между собой встречно тремя магистралями с запорной арматурой, причем к первой верхней магистрали подключен конденсатор, а между двумя последующими магистралями установлен гидродинамический гомогенизатор-диспергатор, вход которого через третью магистраль соединен с выходами продуктовых насосов, а выход через вторую магистраль соединен с дополнительными магистралями. Верхняя часть экстрактора-испарителя снабжена крышкой, совмещенной с оросительным коллектором (патент РФ №2174032 С2 В01D 11/02).The closest technical solution to the claimed invention is an installation for obtaining extracts, containing at least one extractor with a bubbler placed in the lower part, a condenser, an evaporator, a separator, an extract collector, as well as a line with a check valve and shut-off valves, with each extractor equipped with a thermoregulation device that together forms an extractor-evaporator, a perforated container for raw materials located above the bubbler to form an extract collector in the lower part of the extractor-evaporator, as well as an irrigation header installed in the upper part of the extractor-evaporator, an additional line with a filter, a product pump and shut-off valves connecting the extract collector and the irrigation header in a closed loop, and a compressor installed on the line between the check valve and the upper part of the extractor-evaporator, and the separator is located in the lower part of the condenser equipped with a vacuum pump. the drain pipe of which is installed above the liquid level in the separator, while the extractors-evaporators are connected to each other by three lines with shut-off valves, and a condenser is connected to the first upper line, and a hydrodynamic homogenizer-disperser is installed between the two subsequent lines, the input of which is connected through the third line with the outputs of the product pumps, and the output through the second line is connected to additional lines. The upper part of the extractor-evaporator is equipped with a lid combined with an irrigation header (RF patent No. 2174032 C2 B01D 11/02).

Недостатком приведенной конструкции являются невысокая производительность, повышенные энергозатраты, сложность конструктивного исполнения и трудоемкость в эксплуатации.The disadvantages of this design are low productivity, increased energy consumption, complexity of design and labor intensity in operation.

Технической задачей является создание универсальной конструкции для получения экстрактов, позволяющей совместить процессы экстракции и выпаривания, повысить интенсификацию процесса экстрагирования, производительность, снизить энергозатраты, за счет применения вакуумного выпаривателя с вращающимся конусным нагревательным элементом, снабженным винтовой дорожкой и использования двухступенчатого вакуумного насоса с последовательным включением ступеней.The technical task is to create a universal design for obtaining extracts, which allows combining the processes of extraction and evaporation, to increase the intensification of the extraction process, productivity, to reduce energy consumption, due to the use of a vacuum evaporator with a rotating cone heating element equipped with a screw track and the use of a two-stage vacuum pump with sequential switching of stages ...

Решение технической задачи заключается в том, что универсальная вакуумная экстрактно-выпарная установка включает по меньшей мере один экстрактор-испаритель, сборник экстракта, дистиллятор, запорную арматуру, согласно изобретению содержит вакуумный выпариватель с вращающимсяконусным нагревательным элементом, снабженным винтовой дорожкой, двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней.The solution to the technical problem lies in the fact that a universal vacuum extraction-evaporation plant includes at least one extractor-evaporator, an extract collector, a distiller, a shut-off valve, according to the invention comprises a vacuum evaporator with a rotating cone heating element equipped with a screw track, a two-stage vacuum pump with a sequential the inclusion of steps.

На фиг. 1 изображена универсальная вакуумная экстрактно-выпарная установка.FIG. 1 shows a universal vacuum extraction and evaporation plant.

Конструкция работает следующим образом.The design works as follows.

Твердое тело, например, растительное сырье, загружают в перфорированную емкость 1 и размещают ее внутри экстрактора-испарителя 2, после чего экстрактор-испаритель 2 закрывают крышкой и герметизируют. После этого открываются краны 3 и 4, включается двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5 (работают две ступени) и по магистрали А из экстрактора-испарителя 2 удаляется воздух, а растительное сырье подвергается вакуумированию. Вакуумирование исходного сухого растительного сырья позволяет удалить газы, содержащиеся на поверхности, в порах и капиллярах сырья, что способствует более полному проникновению в поры экстрагента. По окончании процесса вакуумирования отключается двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5, закрываются клапаны 3 и 4, а клапан 6 открывается и экстрактор-испаритель 2 заполняется экстрагентом из емкости 7, после чего клапан 6 закрывается и осуществляется процесс настаивания (мацерации) растительного сырья в жидком экстрагенте, в процессе которого с помощью устройства терморегулирования 8 в экстракторе-испарителе 2 поддерживается заданная в соответствии с технологическим регламентом температура. После настаивания открываются клапаны 9, 10 и 4, включается двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5 (работает одна ступень) и происходит вакуумирование системы, после чего кран 4 закрывается и двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5 отключается. В экстракторе-испарителе 2 происходит процесс кипения экстрагента, пары которого поднимаются по магистрали Б и улавливается дистиллятором 11 и собираются в емкость 12 (двухступенчатый вакуумный насос может и не отключатся). Как только экстрагент достигнет уровня верхней границы загруженного в перфорированную емкость растительного сырья осуществляется его возврат (фаза возврата) путем вакуумного траспортирования в экстрактор-испаритель 2 из емкости 12. Уровень экстрагента в экстракторе-испарителя 2 контролируется электронным датчиком слежения уровня экстрагента 13. При этом закрываются клапаны 9 и 10, открываются клапаны 14, 3, 4, 15, 16, включается первая ступень двухступенчатого вакуумного насоса с последовательным включением ступеней 5 (вторая ступень отключена), собранный дистиллят (экстрагент) по магистрали С поступает в экстрактор-испаритель 2. Для интенсификации внешнедифузионного насыщения экстракта вакуумное транспортирование экстрагента осуществляется периодически. Периодичность вакуумного траспортирования осуществляется фазами извлечения (из экстрактора-испарителя 2) и возврата экстракта (в емкость 12). Фаза извлечения экстракта из экстрактора-испарителя 2 в емкость 12 осуществляется при открытых клапанах 14, 10, 4 и 17, включенном двухступенчатом вакуумном насосе с последовательным включением ступеней 5 (работает одна ступень). Таким образом, организация последовательного включения ступеней вакуумного насоса 5 позволяет повысить общую энергоэффективность установки за счет снижения энергопотребления при отключении второй степени вакуумного насоса 5.A solid body, for example, a plant material, is loaded into a perforated container 1 and placed inside the extractor-evaporator 2, after which the extractor-evaporator 2 is closed with a lid and sealed. After that, valves 3 and 4 are opened, a two-stage vacuum pump is turned on with sequential switching on of stages 5 (two stages are in operation) and air is removed from the extractor-evaporator 2 via line A, and the plant material is evacuated. Vacuuming the original dry plant raw material allows you to remove the gases contained on the surface, in the pores and capillaries of the raw material, which contributes to a more complete penetration of the extractant into the pores. At the end of the evacuation process, the two-stage vacuum pump is turned off with sequential switching on of stages 5, valves 3 and 4 are closed, and valve 6 opens and the extractor-evaporator 2 is filled with extractant from tank 7, after which valve 6 is closed and the process of infusion (maceration) of plant materials in a liquid extractant, during which the temperature set in accordance with the technological regulations is maintained in the extractor-evaporator 2 with the help of the thermoregulation device 8. After insisting, valves 9, 10 and 4 are opened, a two-stage vacuum pump is turned on with sequential switching on of steps 5 (one step is operating) and the system is evacuated, after which valve 4 is closed and the two-stage vacuum pump with sequential switching on of steps 5 is turned off. In the extractor-evaporator 2, the boiling process of the extractant takes place, the vapors of which rise along the line B and are captured by the distiller 11 and collected in the container 12 (the two-stage vacuum pump may not be turned off). As soon as the extractant reaches the level of the upper boundary of the plant material loaded into the perforated container, it is returned (return phase) by vacuum transportation to the extractor-evaporator 2 from the container 12. The level of the extractant in the extractor-evaporator 2 is monitored by an electronic tracking sensor of the extractant level 13. At the same time, they close valves 9 and 10, valves 14, 3, 4, 15, 16 open, the first stage of a two-stage vacuum pump is switched on with sequential switching on of stages 5 (the second stage is switched off), the collected distillate (extractant) is fed through line C to the extractor-evaporator 2. For intensification of external diffusion saturation of the extract, vacuum transportation of the extractant is carried out periodically. The frequency of vacuum transportation is carried out by the phases of extraction (from the extractor-evaporator 2) and return of the extract (to the container 12). The phase of extracting the extract from the extractor-evaporator 2 into the container 12 is carried out with the valves 14, 10, 4 and 17 open, the two-stage vacuum pump turned on with the sequential switching of stages 5 (one stage operates). Thus, the organization of the sequential switching on of the stages of the vacuum pump 5 makes it possible to increase the overall energy efficiency of the installation by reducing energy consumption when the second stage of the vacuum pump 5 is switched off.

Для извлечения полученного экстракта из экстрактора-испарителя 2 открываться клапан 18 и экстракт поступает в емкость 19.To extract the obtained extract from the extractor-evaporator 2, open the valve 18 and the extract enters the tank 19.

Для сгущения экстракта он может быть направлен в вакуумный выпариватель 20, при этом открываются клапаны 14 и 21 (остальные клапаны закрыты). Вакуумный выпариватель оснащен конусным нагревательным элементом 22 с возможностью вращения относительно центральной оси в подшипниковых опорах 23, снабженным винтовой дорожкой, что позволяет осуществлять выпаривание в двух режимах - объемном и капельном. Вращение позволяет более равномерно распределить экстракт по поверхности конусного нагревательного элемента, что ускоряет процесс испарения влаги из экстракта. При объемном режиме экстракт заполняет некоторый объем вакуумного выпаривателя 20 и в процессе нагрева конусного нагревательного элемента 22 происходит сгущение экстракта до необходимой концентрации. Уровень экстракта в вакуумном выпаривателе 20 контролируется электронным датчиком слежения уровня экстрагента 24. При капельном режиме экстракт поступает в вакуумный выпариватель в виде капель или тонкой струйки (скорость струйки подбирается в соответствии со скоростью испарения влаги из экстракта при заданном температурном режиме). При этом режиме происходит сгущение экстракта до гелеобразного состояния. Для сгущения экстракта при заданной температуре кипения, поддерживаемой терморегулятором 25, подключается двухступенчатый вакуумный насос с последовательным включением ступеней 5 посредством клапана 26 магистрали Е. Вращение конусного нагревательного элемента 12 позволяет обеспечить транспортировку полученного экстракта с верхней части выпаривателя 20 в нижнюю, при этом открывается клапан 27 и экстракт поступает в емкость 28.To thicken the extract, it can be sent to a vacuum evaporator 20, while valves 14 and 21 are opened (the remaining valves are closed). The vacuum evaporator is equipped with a conical heating element 22 that can rotate about the central axis in bearing supports 23, equipped with a helical track, which allows evaporation in two modes - volumetric and drip. Rotation allows the extract to be more evenly distributed over the surface of the cone heating element, which accelerates the evaporation of moisture from the extract. In the volumetric mode, the extract fills a certain volume of the vacuum evaporator 20 and in the process of heating the conical heating element 22, the extract is concentrated to the required concentration. The level of the extract in the vacuum evaporator 20 is controlled by an electronic sensor for tracking the level of the extractant 24. In the drip mode, the extract enters the vacuum evaporator in the form of drops or a thin stream (the stream speed is selected in accordance with the rate of evaporation of moisture from the extract at a given temperature). In this mode, the extract thickens to a gel-like state. To thicken the extract at a given boiling point maintained by the thermostat 25, a two-stage vacuum pump is connected with sequential switching of stages 5 through valve 26 of line E. Rotation of the cone heating element 12 allows transporting the obtained extract from the upper part of the evaporator 20 to the lower one, while valve 27 opens. and the extract enters the container 28.

При сгущении экстракта в вакуумном выпаривателе 20 при необходимости открывается клапаны 4, 10, 29 и образовавшиеся пары по магистрали Д улавливаются дистиллятором 30 и собираются в емкость 12. Собранный дистиллят посредством клапана 31 извлекается в емкость 32.When the extract is thickened in the vacuum evaporator 20, valves 4, 10, 29 are opened, if necessary, and the formed vapors are captured by the distiller 30 through the line D and collected in the container 12. The collected distillate is removed by means of the valve 31 into the container 32.

Контроль значения вакуума в экстракторе-испарителе 2, вакуумном выпаривателе 20 и впускном патрубке двухступенчатого вакуумного насоса с последовательным включением ступеней 5, осуществляется вакуумметрами 33, 34 и 35, соответственно.The control of the vacuum value in the extractor-evaporator 2, the vacuum evaporator 20 and the inlet pipe of the two-stage vacuum pump with sequential switching on of stages 5 is carried out by vacuum gauges 33, 34 and 35, respectively.

При сопоставлении предлагаемой установки с прототипом установлено:When comparing the proposed installation with the prototype, it was established:

- повышение интенсификации процесса экстрагирования за счет предварительного вакуумирования исходного сухого растительного сырья, позволяющего удалить газы, содержащиеся на поверхности, в порах и капиллярах сырья, что способствует более полному проникновению в поры экстрагента;- increasing the intensification of the extraction process due to preliminary evacuation of the original dry plant raw material, which allows to remove the gases contained on the surface, in the pores and capillaries of the raw material, which contributes to a more complete penetration of the extractant into the pores;

- повышение интенсификации процесса экстрагирования за счет циркуляционного воздействия экстрагента на сырье;- increasing the intensification of the extraction process due to the circulating effect of the extractant on the raw material;

- повышение производительности за счет параллельного проведения процессов экстрагирования и выпаривания;- increased productivity due to the parallel carrying out of the extraction and evaporation processes;

- использование вращающегося конусного нагревательного элемента, снабженного винтовой дорожкой, позволяет осуществлять выпаривание в двух режимах - объемном и капельном;- the use of a rotating conical heating element, equipped with a screw track, allows evaporation in two modes - volumetric and drop;

- организация последовательного включения ступеней двухступенчатого вакуумного насоса позволяет повысить общую энергоэффективность установки за счет снижения энергопотребления.- the organization of sequential switching on of the stages of a two-stage vacuum pump makes it possible to increase the overall energy efficiency of the installation by reducing energy consumption.

Claims

A universal vacuum extraction-evaporation plant containing an extractor-evaporator connected to a vacuum pump, an extract collector, a distiller, a shut-off valve, characterized in that the vacuum pump is made two-stage with sequential switching of stages and is also connected to a vacuum evaporator with a rotating cone heating element equipped with a spiral path connected to the second distillation unit, both distillation units having one vessel for collecting the distillate connected to a two-stage vacuum pump.