Непрерывные и периодические экстракторы

Экстракторы непрерывного и периодического действия

Процесс извлечения веществ из твердых тел является довольно сложным. В некоторых случаях полезные вещества находятся не в растворенном состоянии, и растворитель, проникая в поры твердых тел, растворяет извлекаемые компоненты. Извлеченные вещества затем переходят в основную массу экстрагирующей жидкости (экстрагента).

Процесс экстракции характеризуется, главным образом, молекулярной диффузией внутри твердой частицы и массообменном на ее поверхности. Но независимо от состояния извлекаемых компонентов в ткани растительного сырья, для правильного понимания и эффективного ведения процесса экстракции каждую из вышеперечисленных составляющих необходимо учитывать количественно.

На коэффициент массообмена в экстракционных аппаратах большое влияние оказывают конструктивные особенности этих аппаратов при определенных технологических условиях проведения процесса.

В пищевой промышленности для экстрагирования полезных компонентов из твердых тел широко применяются экстракторы различных конструкций непрерывного и периодического действия. Также можно отметить, что существует довольно много конструкций экстракторов непрерывного и периодического действия.  

Экстракторы периодического действия

К этим аппаратам относится вакуумно-импульсный экстрактор, который нашел широкое применение в производстве экстрактов из лекарственного и плодово-ягодного сырья, диффузионная батарея, применяющаяся на свеклосахарных заводах, соко-экстрактных заводах, ферментных заводах, заводах по переработке лакричного корня и других предприятиях.

Диффузионная батарея состоит из отдельных диффузоров, соединенных с подогревателями и между собой таким образом, что диффузионный сок может циркулировать последовательно через диффузоры и подогреватели.

Диффузионная батарея представляет собой замкнутое кольцо определенного количества диффузоров. Загрузка материала в диффузоры и удаление отработанного материала из них производится поочередно. 

Вакуумно-импульсный экстрактор периодического действия представляет собой сосуд, работающий под вакуумом. Он состоит из следующих конструктивных элементов:

• верхний загрузочный люк с быстросъемной герметично прилегающей крышкой;
• рубашка обогрева;
• сетчатое ложное днище для грубой очистки экстракта;
• донная крышка, механизированная на открытие-закрытие для удобной разгрузки проэкстрагированного сырья. 

Вакуумно-импульсный экстрактор имеет высокую скорость и эффективность извлечения растворимых в используемом растворителе сухих веществ экстрагируемых материалов благодаря уникальному энергоблоку и запатентованной автоматически воспроизводимой программе управления процессом экстракции. В вакуумно-импульсных режимах экстракции все капилляры, частично разрушенные и неразрушенные клетки экстрагируемого материала начинают работать в режиме насоса: сначала резко засасывают растворитель, после чего резко выталкивают его, но уже вместе с растворенными в нем сухими веществами. Таким образом, в течение 20-40 минут удается извлечь 95% сухих растворимых веществ сырья. Более половины предприятий России, производящих густых и сухие водные и водно-спиртовые экстракты, применяют на своем производстве наше оборудование.

Экстракторы непрерывного действия

В производстве пищевых, косметических и фармацевтических субстанций, сахарной промышленности, в промышленности по производству растительных масел, в сокоэкстрактной промышленности, в винодельческой промышленности и других отраслях пищевой промышленности применяется большое количество различного типа экстракторов непрерывного действия.

По конструктивному оформлению экстракторы непрерывного действия можно разделить на следующие группы:

• Одноколоннные и многоколонные (в том числе двухколонные);
• наклонные шнековые и лопастные;
• горизонтальные с вращающимися корпусом (ротационные);
• с неподвижным корпусом (шнеково-лопастные). 

Колонные экстракторы

В сахарной промышленности наибольшее распространение получили колонные экстракторы непрерывного дейтствия. Принцип действия всех колонных аппаратов, независимо от их конструкции, основан на противоточном перемещениии материала и экстрагирующей жидкости.

В одноколонных аппаратах материал можно подавать в верхнюю или нижнюю часть колонны, в зависимости от свойств материала. В двухколонных аппаратах, материал, подлежащий обработке, поступает в верхнюю часть одной из колонн, а отработанный удаляется в верхней части другой колонны. Экстрагирующая жидкость во всех экстракторах подводится в месте выхода отработанного материала.

Обычно при экстрагировании материал, поступающий в аппарат, необходимо подвергать температурной обработке. Для этого устанавливаются выносные отпариватели, как в одноколонных аппаратах, или материал подогревается внутри аппарата.

Внутри аппарата материал может подогреваться рециркуляционным  экстрактом  при помощи специальных вмонтированных внутри аппарата камер, как в аппарате с периодическим перемещением материала.

Колонные экстракторы: одноколонные и многоколонные отличаются друг от друга в основном транспортирующими устройствами для перемещения экстрагируемого материала и конструкцией ситового пояса.

В маслоэкстракционной и фармацевтической промышленности, где диаметры колонн, экстракторов небольшие, в качестве транспортирующих устройств применяют обычные однозаходные или многозаходные шнеки. В сахарной промышленности используются одноколонные диффузионные аппараты с большим диаметром. В таких аппаратах для транспортировки стружки применяются шнеки и лопастные валы. Для лучшей транспортировки материала на корпусе экстрактора устанавливаются направляющие устройства одноколонных диффузионных аппаратов.

В двухколонных экстракционных аппаратах в качестве транспортирующих устройств могут быть использованы шнеки или различного вида решетки, укрепленные к двум или одной цепям, которые приводятся в движение от приводных устройств. Решетки применяются в виде дисков или прямоугольников. Отверстия в решетках могут быть различной формы. Величина их зависит от свойств обрабатываемого материала. Для крупных материалов применяют рамки с натянутыми цепями или установленными прутьями. Применение транспортирующих устройств в виде шнеков или полых лопастных валов приводит к значительному измельчению материала при его обработке. Это ухудшает процесс экстракции и нарушает фильтрацию жидкости в аппаратах. Для улучшения процесса фильтрации жидкости применяют материал с более крупными частицами, но это ухудшает процесс экстрагирования в аппаратах.

Применение транспортирующих решеток приводит к слеживанию материала на отдельных решетках, что также значительно ухудшает процесс экстрагирования.

Конструкции аппаратов, в которых материал в процессе транспортировки не измельчается и находится во взвешенном состоянии, позволяют экстрагировать более измельченные материалы. Все это приводит к значительному улучшению процесса экстрагирования. Например, в одном из таких экстракторов движущей силой для перемещения содержимого аппарата является разность давлений над материалом в первой и второй колоннах. Для создания перепада давлений верхняя часть второй колонны периодически подключается на определенный промежуток времени в вакуумсборнику, в котором создается разрежение вакуум-насосом. Перепад давления в колоннах можно создавать и поршневым приводом, который связан со специальным транспортирующим устройством. За каждое подключение второй колонны к вакуум-сборнику или один рабочий ход транспортирующего устройства масса в аппарате перемещается на определенное расстояние. Отработанный материал удаляется из второй колонны, а свежий поступает непрерывно в верхнюю часть первой колонны. Для улучшения фильтрации экстракта в аппарате слой материала в нем разделен на отдельные участки, независимые в гидродинамическом отношении, перфорированными задерживающими решетками. Клапаны задерживающих решеток открываются только в направлении перемещения материала под его напором во время перемещения. При прекращении перемещения материала решетки под воздействием содержимого аппарата закрываются и препятствуют перемещению материала в направлении фильтрации экстракта.

Форма корпуса экстрактора зависит от конструкции транспортирующих устройств, применяющихся для транспортировки экстрагируемого материала. Обычно при конструировании дают предпочтение цилиндрической форме корпуса, но иногда применяется и прямоугольная форма сечения корпуса экстрактора. Корпусы аппаратов прямоугольной формы изготавливаются тех случаях, когда технологический процесс требует применения транспортирующих устройств с прямоугольными несущими решетками. При изготовлении таких аппаратов стенки их для увеличения
прочности укрепляются поясами и ребрами жесткости. Обычно роль укрепляющих поясов выполняют соединительные фланцы царг корпуса аппарата. Колонны одноколонных и двухколонных аппаратов в нижней части закрываются плоскими днищами, которые прикрепляются болтами к нижнему фланцу корпуса.

Экстракторы наклонного типа

Непрерывно работающие экстракторы наклонного типа отличаются конструкцией транспортирующих устройств, узлом для удаления шрота и устройством привода. Например в одной из конструкций такого экстрактора, транспортирующие устройства представляют собой четыре самостоятельных вала. На них установлены перфорированные лопасти. Лопастные валы расположены таким образом, что лопасти одного вала заходят в межлопастное пространство другого вала.

Для улучшения перемещения экстрагируемого сырья на корпусе аппарата и на крышке установлены трубчатые контрлапы.

Для синхронной работы нижних и верхних валов они соединены между собой при помощи зубчатых колес. Шрот из аппарата удаляется двумя параллельными наклонными шнеками, установленными в хвостовой части аппарата. Шнеки вращаются в противоположных направлениях.

Горизонтальные экстракторы

Широкое распространение в сахарной промышленности получили ротационные диффузионные аппараты. Эти аппараты были испытаны в винодельческой сокоэкстрактной промышленности.

Принцип действия аппарата следующий. Материал поступает в неподвижный кожух и при помощи лопастей, установленных на корпусе ситового пояса, перемещается в первую секцию аппарата. Транспортирующие устройства аппарата состоят из витков архимедового винта, прикрепленного к внутренней поверхности корпуса аппарата, направляющих лотков и сетчатых карманов. Архимедов винт делит аппарат на несколько секций; обычно в аппаратах данного типа бывает от 28 до 35 секций. В каждой секции материал отделяется от экстракта и при помощи лотков направляется к концевой части аппарата, а экстракт перемещается к головной части аппарата, отделяется через ситовой пояс и направляется в производство. Таким образом, в аппарате осуществляется противоток материала и экстракта. Экстрагирующая жидкость поступает в аппарат через распределительную головку.

Для сохранения скорости фильтрации, часто, увеличивают перепад давления. При увеличении перепада давления в колонне может наступить такое положение, когда наполнение аппарата материалов значительно возрастает и фильтрация жидкости прекратится.

В промышленности при экстрагировании часто применяют вертикальные двухколонные и многоколонные аппараты с решетчатыми или ковшевыми транспортирующими устройствами или горизонтальные ленточные экстракторы. Эти экстракторы имеют существенные недостатки, так как обрабатываемый материал, находящийся на транспортирующих устройствах или внутри их, неравномерно экстрагируется.

Более эффективные экстракторы работают следующим образом. Измельченный материал подается в бункер, откуда ротационным питателем и рыхлителем направляется в экстрактор. Материал подается за ситовым поясом. Такая подача материала разгружает ситовой пояс от материала и улучшает его фильтрационную способность. Для очистки сита ситового пояса имеются внутренние щетки, прикрепленные к виткам транспортирующего устройства, и наружная щетка, которая установлена на фланце люка ситового пояса.

Транспортирующее устройство перемещает материал от загрузочной части экстрактора к элеватору и при этом равномерно распределяет материал по сечению горизонтальной части экстрактора. В некоторых конструкциях для удаления отработанного материала вместо элеватора применяется шнек.

Равномерное распределение материала в таких экстракторах осуществляется при помощи лопастей, установленных на витках шнека транспортирующего устройства.

Экстрагирующая жидкость направляется в экстрактор по трубе. Жидкость движется противоточно (в противоположном направлении) материалу и через ситовой пояс, в качестве экстракта, удаляется из аппарата.