Экстрактор для системы твердое тело - жидкость

 

Изобретение относится к экстракционной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для экстракции разнообразных веществ из предварительно измельченных твердых материалов. Цель изобретения - интенсификация процесса экстракции. В корпус 1 загружают измельченное твердое тело. Рабочие элементы 16 устанавливают на заданной высоте. Затем включают приводное устройство 18, которое передает вращение валу 17, чем обеспечивается вращение рабочих элементов 16 на заданной высоте без их перемещения в вертикальном направлении.При этом рабочие элементы 16 - ножи - распределяют поступающее через штуцер 6 измельченное твердое тело по всему сечению корпуса 1. После образования в корпусе 1 слоя твердого тела заданной высоты ножи размещают над этим слоем, прекращают подачу твердого тела в корпус 1. В корпус 1 вводят через штуцер 7 и распылитель 8 растворитель, который экстрагируют из частиц твердого вещества компоненты. Так как частицы контактируют друг с другом, в твердой фазе образуются застойные зоны. Для разрушения застойных зон рабочие элементы 16 приводят во вращение с одновременным перемещением их в осевом направлении. При этом каждая точка ножа списывает траекторию в виде винтовой линии, шаг которой равен шагу геликоида, по форме которого изогнуты ножи. Врезаясь своими острыми кромками, ножи разрушают застойные зоны вдоль всей винтовой поверхности, облегчая доступ растворителя по всей поверхности частиц твердого тела, при этом не происходит смещение частиц твердого тела в продольном и поперечном направлениях, а так же их уплотнение минимальное. 4 ил.

Изобретение относится к экстракционной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для экстракции разнообразных веществ из предварительно измельченных твердых материалов. Целью изобретения является интенсификация процесса экстракции. На фиг. 1 схематично изображен экстрактор, общий вид; на фиг.2 рабочий орган экстрактора в виде ножей; на фиг.3 вариант выполнения приводного устройства рабочего органа; на фиг.4 траектория движения любой точки ножей в процессе работы. Экстрактор состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, сборника 2 экстрактора со штуцерами 3 и 4 соответственно для удаления экстракта из корпуса и подачи в него пара, крышки 5, в которой закреплены штуцер 6 для загрузки в корпус 1 предварительно измельченной твердой фазы, штуцер 7 для ввода в корпус через кольцеобразный распылитель 8 растворителя (жидкой фазы) и штуцер 9 для удаления из корпуса газо- и парообразных веществ. Корпус 1 соединен со сборником 2 и крышкой 5 соответственно посредством фланцев 10 и 11, при этом вокруг корпуса 1 может быть смонтирована паровая рубашка 12 со штуцерами 13 и 14 соответственно для подачи и выхода пара. В корпусе 1 и паровой рубашке 12 выполнено окно (люк) (на чертеже не показано) для удаления из корпуса 1 экстрактора отработанного твердого тела, а также для доступа внутрь корпуса 1. Внутри корпуса 1 в его нижней части установлена горизонтальная решетчатая перегородка 15 и над ней смонтированы рабочие элементы 16. Рабочие элементы 16 закреплены на вертикальном валу 17, соединенном с приводным устройством 18 и установленном в уплотнительном узле 19 крышки 5 с возможностью вращения вокруг своей оси и возвратно-поступательного перемещения. Рабочие элементы 16 выполнены в виде ножей 20 с боковыми режущими кромками 21, жестко прикрепленных к валу 17 с угловым смещением α= 120^о(или другим углом) предпочтительно на одном уровне. Каждый нож 20 изогнут по форме вертикального геликоида, шаг которого равен t_г= h · , где t_r шаг геликоида, м; h высота проекции ножа 20 на вертикальную плоскость, м; γ угловое расстояние между кромками проекции ножа 20 на горизонтальную плоскость, радиан, а ось совпадает с осью вала 17. Возможны и другие варианты исполнения рабочих элементов 16 по сравнению с описанным: по количеству ножей, месту их крепления к валу, а также величинами α, h, γ и t_r. Приводное устройство 18, предназначенное для перемещения рабочих элементов 16 по винтовой линии 22, содержит электродвигатель 23, соединенный через двухскоростной редуктор 24 с валом 17 посредством двух независимых друг от друга кинематических цепей. Одна из кинематических цепей включает ведущее зубчатое колесо 25, которое соединено через электромагнитную муфту 26 с одним из выходных валов редукторов 24, а ведомое зубчатое колесо 27, установленное в подшипниковой опоре 28 корпусной детали 29, соединено с валом 17 посредством шлицевого соединения 30. Другая из упомянутых кинематических цепей состоит из зубчатого колеса 31, связанного с вторым выходным валом редуктора 24 через электромагнитную муфту 32, и рейки 33, закрепленной на втулке 34, которая охватывает вал 17, и установленной на последней с подвижной посадкой между двумя упорами 35 (верхний упор) и 36 (нижний упор). Последние снабжены подпятниками 37 скольжения, обращенными своими рабочими поверхностями к соответствующим торцам втулки 34. Приводное устройство 18 снабжено также системой управления, которая, в частности, включает блок 38 управления, концевые выключатели 39 и 40, взаимодействующие соответственно с упорами 35 и 36, и реверсивный пускатель 41, имеющий линию задержки (не показана), при этом блок 38 управления соединен с обоими концевыми включателями 39 и 40, с обеими электромагнитными муфтами 26 и 32, а также с электродвигателем 23 через реверсивный пускатель 41. На корпусной детали 29 закреплен указатель 42 высоты подъема вала 17 с рабочими элементами 16, а на втулке 34 выполнена соответствующая шкала 43. Возможны и другие варианты исполнения приводного устройства 18, которые обеспечивают заданный характер перемещений рабочих элементов 16. Устройство работает следующим образом. Перед началом очередного цикла экстракции выполняют операции, обеспечивающие чистоту решетчатой перегородки 15, рабочих элементов 16, расположенного внутри корпуса 1 участка вала 17, а также внутренних поверхностей корпуса 1 и сборника 2 экстракта. Указанные операции осуществляют промывкой через окна в корпусе 1 и паровой рубашке 12 механически либо, при необходимости, подачей соответствующей промывочной жидкости через штуцер 7 и распылитель 8. После просушки корпус 1 герметизируют. В подготовленный таким образом корпус 1 через штуцер 6 загружают предварительно измельченное твердое тело (твердую фазу). Для установки рабочих элементов 16 на заданной высоте отключают соответствующим переключателем на блоке 38 управления электромагнитную муфту 26, редуктор 24 переключают на пониженную скорость и соответствующим переключателем на блоке 38 управления электромагнитную муфту 26, редуктор 24 переключают на пониженную скорость и соответствующим переключателем на блоке 38 управления через реверсивный пускатель 41 включают электродвигатель 23. Вращение электродвигателя 23 через редуктор 24, электромагнитную муфту 32, зубчатое колесо 31, рейку 33, втулку 34, один из подпятников 37 и один из упоров 35 или 36 (в зависимости от направления вращения электродвигателя 23) передается на вал 17, который начнет перемещаться либо вверх, либо вниз (без вращения, поскольку пара зубчатое колесо 31 рейка 33 препятствуют повороту втулки 34). Остановку рабочих элементов 16 на заданной высоте осуществляют путем отключения электродвигателя 23 в момент совпадения указателя 42 с соответствующей отметкой на шкале 43. Для обеспечения вращения рабочих элементов 16 на заданной высоте (т.е. без его перемещения в вертикальном направлении) соответствующим выключателем на блоке 38 управления отключают электромагнитную муфту 32 и при пониженной скорости выходного вала редуктора 24 включают электродвигатель 23 по описанной схеме. При этом вращение электродвигателя 23 передается валу 17 через редуктор 24, электромагнитную муфту 26, зубчатые колеса 25 и 27 и шлицевое соединение 30. При вращении вала 17 ножи 20 также приводятся во вращение с пониженной скоростью, при этом поступающее через штуцер 6 измельченное твердое тело равномерно распределяется ножами 20 по всему сечению корпуса 1. После образования в корпусе 1 слоя твердого тела заданной высоты (Н) ножи 20 размещают над этим слоем (верхнее положение ножей 20 обозначено на фиг.1 пунктиром), прекращают подачу твердого тела в корпус 1 через штуцер 6 и герметизируют канал, по которому подавалось твердое вещество (например, путем установки соответствующей заглушки в штуцер 6). В предлагаемом экстракторе возможно осуществлять процесс экстракции в нескольких режимах; при температуре окружающей среды; при температуре выше, чем температура окружающей среды; при встречном потоке пара. Если экстракцию проводят при температуре окружающей среды, после выполнения всех описанных операций в корпус 1 через штуцер 7 и распылитель 8 вводят растворитель, который, взаимодействуя с частицами твердого вещества, экстрагирует из них компоненты. Так как частицы твердого вещества контактируют друг с другом своими поверхностями, в твердой фазе образуются застойные зоны, к которым в большей или меньшей степени доступ растворителя ограничен. Для разрушения застойных зон вводят в действие рабочие элементы 16, для этого редуктор 24 переводят на повышенную скорость, включают обе электромагнитные муфты 26 и 32 и соответствующим переключателем блока 38 управления включают электродвигатель 23, при этом направление вращения последнего выбирают таким, чтобы вал 17 с ножами 20 опускался по направлению к перегородке 15 и одновременно вращался вокруг своей оси в заданном направлении. Направление вращения вала 17, которое зависит от характеристики описанной соответствующей кинематической цепи, выбирается во всех случаях таким, чтобы положение передних по направлению вращения режущих кромок 21 ножей 20 соответствовало направлению вертикального перемещения последних, т.е. приводное устройство 18 обеспечивает следующий характер перемещения ножей 20 в процессе разрушения застойных зон: если передние по ходу вращения режущие кромки 21 ножей 20 расположены выше соответствующих задних кромок, то вал 17 с ножами 20 перемещается вверх, и наоборот, если передние по ходу вращения режущие кромки 21 расположены ниже соответствующих задних кромок, вал 17 с ножами 20 перемещается вниз. При одновременном вращении и вертикальном перемещении каждая точка ножа 20 описывает траекторию в виде винтовой линии 22, шаг которой (t_b) равен шагу (t_r) геликоида, по форме которого изогнуты ножи 20. Врезаясь своими острыми кромками 21 в измельченное твердое тело, ножи 20 разрушают застойные зоны вдоль всей винтовой поверхности своего движения, облегчая доступ растворителя ко всей поверхности каждой частицы твердого тела. При этом смещение частиц твердого тела в продольном и поперечном направлениях, а также их уплотнение минимальные. В нижней точке своего движения упор 36 (или рейка 33, или втулка 34) воздействует на конечный выключатель 40, отключение которого обусловливает через блок 38 управления и реверсивный пускатель 41 изменение направления вращения электродвигателя 23. Указанное изменение направления вращения вызывает через кинетическую цепь 24-26-25-27-30 изменение направления вращения вала 17, а через кинематическую цепь 24-32-31-33-35 изменение направления вертикального перемещения. В результате ножи 20 будут по той же винтовой линии 22 подниматься. При достижении верхнего положения, при котором ножи 20 полностью выйдут из твердого тела, упор 35 (или рейка 33, или втулка 34) воздействует на конечный выключатель 39. При этом через блок 38 управления подается команда на отключение электромагнитной муфты 32 и через линию задержки реверсивного пускателя 41 команда на отключение электродвигателя 23. Отключение муфты 32 вызывает прекращение вертикального перемещения вала 17 и ножей 20, однако, поскольку кинематическая цепь 24-25-25-27-30 от продолжающего вращения электродвигателя 23 к валу 17 не разорвана, ножи 20 продолжают вращение. Продолжительность указанного вращения, которое обусловливает определенный угол доворота пластин, зависит от параметров линии задержки реверсивного пускателя 41. Эти параметры выбраны таким образом, чтобы выполнялись следующие неравенства: β ≠ при β<α при β≠α·n при β>α, где β угол доворота, α угловое расстояние между ножами 20 и n целое число. При соблюдении указанных условий после прохождения команды на отключение электродвигателя 23 через линию задержки реверсивного пускателя 41 произойдет остановка ножей 20 в положении, отличном от первоначального. Повторный цикл движения ножей 20 вниз будет происходить аналогично описанному с той только разницей, что перемещаться ножи будут по смещенной на угол β винтовой линии 22, шаг которой также будет равен (tb). В этом случае разрушение застойных зон будет происходить в элементарных объемах твердого тела, пересекаемых ножами 20. Циклы перемещения ножей 20 вниз и вверх повторяют до тех пор, пока весь объем твердой фазы не будет подвергнут обработке пластинами. При необходимости обработку твердой фазы ножами 20 периодически повторяют аналогично описанному. Растворитель, прошедший через слой твердого тела (экстракт) и через решетчатую перегородку 15 поступает в сборник 2, откуда он удаляется в непрерывном или периодическом режиме через штуцер 3. Газообразные продукты, образовавшиеся в результате взаимодействия растворителя и твердой фазы, а также в результате испарения растворителя, выводятся из сосуда через штуцер 9 крышки 5. В некоторых случаях процесс экстракции протекает более интенсивно при температурах более высоких, чем температура окружающей среды. В этом случае для подогрева реагирующих компонентов в паровую рубашку 12 через штуцер 13 подают пар. Отработанный пар и конденсат выводят из паровой рубашки через штуцер 14. В зависимости от свойств взаимодействующих компонентов продолжительности подогрева, температурный режим и др. определяется в каждом конкретном случае опытным путем. В других случаях процесс экстракции протекает лучше, если измельченное твердое тело предварительно обработать паром. В этом случае в сосуд после загрузки твердого тела через штуцер 4 вводят под определенным давлением пар, который, пройдя через слой твердого тела, выводится из сосуда через штуцер 9. Подачу пара в сосуд через штуцер 4 осуществляют и по окончании процесса экстракции для регенерации растворителя из выщелоченного твердого тела. При прохождении через твердое тело содержащийся в нем растворитель испаряется и совместно с отработанным паром вводится через штуцер 9 в установку (не показана) для охлаждения и сепарации. Подачу пара в сосуд через штуцер 4 осуществляют также и для проверки герметичности соединений фланцев 10 и 11, узла 19 уплотнения вала 17 и уплотнений (не показаны) деталей, закрывающих окна в корпусе 1 и паровой рубашке 12. Разгрузку экстрактора осуществляют через упомянутые окна в корпусе 1 и паровой рубашке 12, для чего с помощью описанных механизмов опускают ножи 20 в нижнее положение, отключают муфту 26 и включают вращение ножей 20 в заданном направлении. При этом отработанное твердое тело под действием центробежных сил выбрасывается из сосуда через открытые окна.

Формула изобретения

ЭКСТРАКТОР ДЛЯ СИСТЕМЫ ТВЕРДОЕ ТЕЛО ЖИДКОСТЬ, содержащий вертикальный корпус с загрузочным штуцером и решетчатой перегородкой, расположенный в корпусе вал с радиально расположенными над перегородкой рабочими элементами, привод возвратно-поступательного перемещения вала и сборник экстракта, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса, рабочие элементы выполнены в виде ножей, изогнутых по форме геликоида, ось которого совпадает с осью вала, с боковыми режущими кромками, а вал дополнительно снабжен приводом возвратно-поступательного перемещения, взаимосвязанным с приводом возвратно-поступательного перемещения, для сообщения ножам перемещения по винтовой траектории, шаг которой равен шагу геликоида, при этом вал установлен с возможностью дополнительного поворота вокруг своей оси в верхнем положении на угол, меньший угла между ножами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 31-2000

Извещение опубликовано: 10.11.2000        

---