RU29931U1 - Установка для CO2-экстракции - Google Patents

Description

200: 132535 УСТАНОВКА ДЛЯ СО2-ЭКСТРАКЦИИ

Полезная модель относится к области получения СО2-экстрактов и может быть использована в пишевой и смежных отраслях промышленности для переработки пряно-ароматического, витаминного и лекарственного растительного сырья.

Известна А.с. 464612 МКИ С II В9/02 экстракция сжиженным газом капиллярно- пористых материалов с применением попеременного сброса давления с целью взрывного разрушения сырья и экстракции положительно влияет на увеличение выхода экстрактивных веществ и качество экстрактов.

Известна установка и способ ее эксплуатации для получения COiэкстрактов (например, хмеля), созданная в Краснодаре на экспериментальном заводе Краснодарского научно-исследовательского института пишевой промышленности (КНИИПЛ) Кошевой Е.П.. Блягоз Х.Р. Экстракция двуокисью углерода в пищевой технологии.- Майкоп, МГТИ, 2000. с.336. Основными элементами установки являются несколько параллельно включенных в схему экстракторов, испаритель, конденсатор и накопитель. Работа установки заключается в загрузке экстрактора измельченным исходным сырьем (например, измельченным хмелем), его герметизации и осушествление процесса проточной СО экстракции путем слива из экстрактора мисцеллы (раствора экстрактивных веществ в растворителе, в данном случае - двуокиси углерода) в расположенный ниже обогреваемый испаритель, из которого пары СО направляются к расположенному в верхней точке установки конденсатору, где они конденсируются и через накопители жидкая двуокись углерода возвращается в экстрактора. Таким образом, в ходе всего процесса осуществляется циркуляция двуокиси углерода без применения насосов. Из испарителя в конце периода экстракции

7МПКС И В 1/00

полученный СО2-экстракт (например, горькие и ароматические вещества хмеля) выгружается как целевой продукт в сборник экстракта. Для выгрузки отработанного сырья (шрота) экстрактора отключают от обогреваемого испарителя и накопителя и вскрывают, сообщая с атмосферой.

В режиме с промежуточным сбросом давления установка работает следующим образом Рослякова Т.К. Исследование и разработка технологии селективной экстракции ромашки аптечной и применение СО2-экстракта в парфюмерно-косметической промышленности;. Автореф. ... кандтехн. наук.-Краснодар, 1979. - 20с.. Предварительно установка заполняется из баллонов COi до достижения во всем , кроме вскрытых при этом экстракторов, заданного равновесного давления. Жидкая СО2 поступает из накопителя по трубопроводам в экстрактор и проходит через находящееся в нем сырье, экстрагируя ценные вещества. Образующаяся при этом мисцелла по трубопроводу сливается в испаритель, где за счет нагревания теплоносителем СО2 испаряется и отделяется от остающегося в испарителе СО2-экстракта, который периодически, по мере накопления, выдается из испарителя по трубопроводу путем открытия клапана. Газообразная СО2 поступает по трубопроводу в конденсатор, где конденсируется за счет охлаждения и стекает в накопитель, откуда снова поступает на экстракцию. Через определенный промежуток времени (от 5-ти до 30-ти минут в зависимости от сырья) перекрывается подача жидкого растворителя, остатки мисцеллы сливаются в испаритель, перекрывается вентиль слива экстракта и газовая фаза растворителя стравливается со скоростью 0.3 МПа в минуту на газгольдер. Затем в системе восстанавливается давление. Сырье снова заливается растворителем и продолжается проточная экстракция.

которую можно принять за аналог, принципиально работоспособна, однако является ресурсо- и энергоемкой вследствие следующих недостатков.

Во-первых, работа по безнасосной схеме ограничивает термодинамические режимы экстракции лшдкой двуокисью углерода лишь сочетаниями температуры и давления, расположенными на линии насыщения (каждой температуре однозначно соответствует давление насыщения), а это в ряде случаев не позволяет применить оптимальные режимы получения СО2-экстрактов по выходу и составу. Также безнасосная схема требует размещения испарителя ниже экстракторов, а это приводит к необходимости применять горизонтальные аппараты, в которых трудно создать пленочный режим обработки мисцеллы.

Во-вторых, при сбросе давления в операции взрывного измельчения не используется энергия, находящейся под повышенным давлением паров растворителя, так как они сбрасываются на газгольдер и для цл последующего компримирования до рабочего давления необходимо затрачивать значительное количество электрической энергии.

В-третьих, сброс паровой фазы растворителя непосредственно на газгольдер не позволяет управлять скоростью и глубиной снижения давления в экстракторе, что может привести к резкому охлаждению содержимого экстрактора вплоть до замерзания.

В- четвертых, не используется тепло паров, выходящргх из дистиллятора.

Наиболее близким из известных прототипов является установка для получения СОг-экстрактов Патент РФ 2181139, МПК С II В 1/00, В 01 D 11/02, Бюл. №10, 2002г.. Установка состоит из нескольких экстракторов, испарителя- конденсатора и накопителей для растворителя, имеет соединение экстракторов трубопроводами по кольцевой схеме с управляемыми клапанами, обеспечивающими

последовательное поочередное отключение экстракторов на перезагрузку. Над экстракторами расположен совмещенный трубчатый испаритель-конденсатор, в котором межтрубное пространство является зоной испарения двуокиси углерода из мисцеллы, а трубное пространство является зоной конденсации паров двуокиси углерода. Мелорубное пространство испарителя-конденсатора соединено со входом компрессора, а выход компрессора подсоединен к трубному пространству испарителя-конденсатора. На выходе конденсатора установлен дроссель, на котором понижается давление конденсата двуокиси углерода до рабочего давления в установке. Далее жидкая двуокись углерода переходит в накопитель. Из испарителя предварительно упаренная мисцелла по трубопроводу попадает в пленочный окончательный дистиллятор.

Данная установка и способ ее эксплуатации имеет следующие недостатки. Во-первых, при использовании компрессора для повыщения теплового потенциала паров двуокиси углерода, выходящих из межтрубного пространства испарителя, необходимо затрачивать электрическую энергию. Во-вторых, при дросселировании не используется энергия находящегося под повыщенным давлением конденсата. В-третьих, пары двуокиси углерода, выходящие из окончательного пленочного дистиллятора направляются на газгольдер и в дальнейшем для их использования в установке также должны сжиматься с использованием затрат энергии. В-четвертых, работа по батарейной схеме не позволяет производить взрывное измельчение сырья, так как нарущается непрерывная работа контура дистилляции, состоящего из испарителя- конденсатора и дистиллятора второй ст пени.

паров растворителя в экстракторе в процессе сброса давления при взрывном измельчении, и энергии конденсата паров растворителя при работе в проточном режиме, что обеспечивает снижение энергозатрат, уменьшение потерь растворителя в целом по экстракционной установке, а также повышение управляемости операции взрывного измельчения.

Поставленная задача достигается тем, что схема установки включает два и более экстракторов, конденсатор, накопители для растворителя, соединенные трубопроводами по жидкой и газовой фазе. Над экстракторами расположен совмещенный испаритель-конденсатор, в котором межтрубное пространство является зоной испарения двуокиси утлерода из мисцеллы, а трубное пространство является зоной конденсации паров двуокиси углерода. После испарите.11я установлен пленочный окончательный дистиллятор. Межтрубное пространство испарителя-конденсатора соединено со входом компрессора блока Турбо детандер-компрессор, выход компрессора блока соединен с входом компрессора второй ступени, выход которого подсоединен к трубному пространству испарителя-конденсатора и к межтрубному пространству трубчатого конденсатора, а вход турбодетандера блока турбодетандер-компрессор соединен с выходом трубного пространства испарителя-конденсатора и электромагнитными клапанами для сброса паровой фазы из экстракторов, выход турбодетандера соединен с входом компрессора блока и со сборником растворителя.

Последовательно соединенные компрессор блока и компрессор второй ступени создают разрежение, которое обеспечивает движение жидкой фазы через экстракторы на стадии проточной экстракции, откачивают пары двуокиси углерода из межтрубного пространства испарителя- конденсатора и, после сжатия, направляют их в трубное пространство для конденсации, где они служат источником тепла для

испарения двуокиси углерода. Использование турбодетандера для понижения давления конденсата двуокиси углерода в блоке с компрессором позволяет утилизировать энергию конденсата и использовать ее для предварительного сжатия паров без затрат электроэнергии.

На стадии сброса давления в экстракторах с целью взрывного измельчения турбодетандер соединяется с полостью экстрактора и использует энергию сжатого пара растворителя для частичной компенсации затрат электроэнергии на компримирование паров перед последующей конденсацией. Направление паров последовательно в блок Турбо детандер-компрессор, во второй компрессор, непосредственно в конденсатор и далее в сборник растворителя без предварительного направления в газгольдер сокращает количество трубопроводов и запорной арматуры и уменьщает вероятные потери растворителя. Возможность регулирования давления за блоком турбодетандеркомпрессор позволяет управлять как степенью снижения давления, так и скоростью этого процесса.

Таким образом, совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, позволяет достичь желаемый технический результат.

На фиг. i изображена схема установки для получения СОз-экстрактов, Установка для экстракции сжиженной двуокисью углерода, технологическая схема которой приведена, представляет собой совокупность аппаратов (i - испаритель-конденсатор; 2, 3 накопительные емкости для чистого растворителя; 4, 5 - экстракторы; 6 - накопитель для мисцеллы; 7- фильтр; 8 - блок турбодетандеркомпрессор; 9- компрессор второй ступени; 10 - трубчатый конденсатор; II -пленочный дистиллятор; 12, 13, 14, 15, 17, 18, 19, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28- вентили, 16, 20, - электроклапаны).

соединенных между собой системой трубопроводов, образующую замкнутую систему циркуляции сжиженной и газообразной двуокиси углерода.. Все оборудование смонтировано на общей раме.

Работает заявляемая установка следующим образом.

Измельченное сырье, помещенное в кассеты, загрулшют в экстракторы 4 и 5 и подключают к замкнутой системе циркуляции двуокиси углерода. После удаления воздуха из экстракторов давление в них поднимается до рабочего - 5,7...6,5 МПа и при открытых вентилях 15 и 19 жидкая двуокись утлерода постуттает в экстракторы. После заполнения вентили 15, 19 закрываются и в течение некоторого периода времени (например, 5...20 минут) происходит пропитка и настаивание сырья. После этого открываются вентили 17(18) и мисцелла сливается из нижней части экстрактора через фильтр 7 в сборник мисцеллы. Затем вентили 17(18) закрываются.

Для осуществления сброса давления в 1-м экстракторе открывается электромагнитный клапан 16 и паровое пространство экстрактора соединяется с входом турбодетандера 8 в результате чего происходит снижение давления паров растворителя. С выхода турбодетандера пары направляются на вход компрессора, сблокированного с турбодетандером (первая ступень) при открытом вентиле 24 и закрытых вентилях 23, 25, 26, при этом ргх давление повыщается. С выхода компрессора первой ступени пары поступают на вход компрессора второй ступени 9, где происходит их сжатие до давления, несколько превыщающего рабочее давление в экстракторе. Из компрессора второй ст пени при открытом вентиле 22 сжатые пары растворителя поступают в межтрубное пространство конденсатора 10, в трубы которого подается охлаждающая вода или рассол и конденсируются. Жидкий растворитель стекает в сборники 3.

ию1 ei

При достижении заданного остаточного давления в экстракторе происходит отключение вентиля 16, одновременное отключение компрессора 9 и перекрытие вентиля 27. Далее открывается вентиль 15 и происходит заполнение экстрактора 4 и повторяется процесс пропитки и настаивания сырья. За это время производятся операции взрывного измельчения в экстракторе 5, аналогичные описанным.

После проведения заданного количества циклов настаиваниесброс давления в обоих экстракторах заполнения РТХ жидким растворителем, закрывают вентили 24 vf 22, открывают вентили 17 и 18 и мисцелла проходит фильтр 7 и подается в сборник мисцеллы 11. Под действием разрежения, создаваемого компрессором блока 8 и компрессором второй ступени 9 при открытых вентилях 28, 21, 23, 25, 26 мисцелла поступает в межтрубное пространство наклонного испарителя-конденсатора 1. Там происходит предварительная дистилляция мисцеллы до концентрации при которой рост температуры кипения практически не существенный (примерно 90 % массы) и из нее при этом испаряется газообразная двуокись углерода. Упаренная мисцелла скапливается в нижней части межтрубного пространства испарителя-конденсатора 1, откуда она отводится в пленочный дистиллятор 11 на окончательную дистилляцию.

Испарённые пары СО2 подаются в компрессор блока 8 и затем в компрессор 9, где они сжимаются до давления 7,2 МПа и во время сжатия нагреваются. Используется компрессор мембранного типа с целью исключения загрязнения паров маслами и продуктами износа. Сжатые и перегретые пары подаются в трубное пространство испарителя-конденсатора 1, Здесь они охлаждаются и конденсируются. Сконденсированный растворитель через турбодетандер блока 8 детандируется с давления 7,2 МПа до давления, несколько превышающего рабочее в экстракторах и направляется в

накопительную емкость 2. В накопительных емкостях находится змеевик, в который подается холодная вода, с помощью которого эта смесь окончательно конденсируется. Из накопительных емкостей жидкий растворитель направляется на экстракцию. Пары растворителя из окончательного дистиллятора 11 при открытом вентиле 27 направляются в трубчатый конденсатор 10 и после конденсации поступают в сборник растворителя 3. По окончании процесса экстракт из испарителя 11 сливают, давление в экстракторах сбрасывают путем испарения растворителя через блок турбодетандер-компрессор 8 компрессор второй ступени 9 - конденсатор 10 - сборник растворителя 3. Пространство экстракторов соединяют с атмосферой, открывают крышки и разгружают.

Claims (1)

1. Установка для CO₂-экстракции, включающая два и более экстракторов, конденсатор, накопители для растворителя, соединенные трубопроводами по жидкой и газовой фазе, над экстракторами расположен совмещенный испаритель-конденсатор, в котором межтрубное пространство является зоной испарения двуокиси углерода из мисцеллы, а трубное пространство является зоной конденсации паров двуокиси углерода, после испарителя установлен пленочный окончательный дистиллятор, отличающаяся тем, что межтрубное пространство испарителя-конденсатора соединено со входом компрессора блока турбодетандер-компрессор, выход компрессора блока соединен с входом компрессора второй ступени, выход которого подсоединен к трубному пространству испарителя-конденсатора и к межтрубному пространству трубчатого конденсатора, а вход турбодетандера блока турбодетандер-компрессор соединен с выходом трубного пространства испарителя-конденсатора и электромагнитными клапанами для сброса паровой фазы из экстракторов, выход турбодетандера соединен с входом компрессора блока и со сборником растворителя.