Шнековый экстрактор

 

Использование: для проведения массообменных процессов в системе твердое тело-жидкость, в частности при извлечении ценных компонентов из растительного сырья. Сущность изобретения: экстрактор содержит корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленный в корпусе по меньшей мере один шнек, выполненный по меньшей мере с двумя винтовыми нарезками, образующими соответствующее количество винтовых каналов и ступеней в местах их стыка, при этом глубина и (или) ширина по меньшей мере одного винтового канала выполнены плавно уменьшающимися и по меньшей мере одного канала плавно увеличивающимися в том же направлении. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к оборудованию для проведения массообменных процессов в системе твердое тело-жидкость и может быть использовано, например, при извлечении ценных компонентов из растительного сырья.

Известен шнековый экстрактор, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленный в корпусе шнек с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал [1] Недостатками этого экстрактора являются неравномерная по сечению винтового канала шнека экстракция сырья из-за образования преимущественных путем прохода экстрагента по периферии и телу шнека, где создаются наименьшее гидравлическое сопротивление, и связанный с этим низкий выход экстрактивных веществ.

Известен также шнековый экстрактор, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и два последовательно установленных в корпусе шнека с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал [2] Этот экстрактор имеет зону перемешивания сырья с экстрагентом в зоне перехода материала с одного шнека на другой, но перемешивание осуществляется неравномерно из-за послойного сдвига материала при сходе с одного шнека и входе в другой, а в остальных зонах неравномерность экстракции сырья по сечению каналов шнеков сохраняется.

Известен также шнековый экстрактор, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленные в корпусе планетарные параллельные шнеки с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал [3] Этот экстрактор обладает большим выходом экстрактивных веществ, в основном за счет интенсификации экстракции в периферийных зонах шнеков, за счет периодического погружения шнеков в экстрагент, но неравномерность обработки сырья по глубине винтовых каналов шнеков в этом случае увеличивается до максимальной.

Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому эффекту является шнековый экстрактор, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленные в корпусе два карданных шнека с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал [4] Этот экстрактор имеет зону объемного равномерного перемешивания сырья с экстрагентом в зоне карданного соединения двух шнеков, но в остальных зонах сохраняет все недостатки предыдущих.

В предлагаемом шнековом экстракторе, содержащем корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленный в корпусе по меньшей мере один шнек с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал, согласно изобретению на участке между патрубками ввода экстрагента и отвода мисцеллы по меньшей мере часть шнека выполнена по меньшей мере с одной дополнительной нарезкой, образованием по меньшей мере одного дополнительного винтового канала и ступеней в местах стыков винтовых каналов, причем глубина и/или ширина по меньшей мере одного винтового канала выполнены плавно уменьшающимися и по меньшей мере одного канала плавно увеличивающимися в том же направлении до исчезновении соответствующей ступени.

Это позволяет изменяя давление в различных каналах с противоположным знаком изменения добиться вытеснения сырья из одних каналов и его всасывания совместно с экстрагентом в других каналах, что обеспечивает объемное перемешивание сырья с экстрагентом по сечению каналов шнека на всей длине участка шнека с дополнительными каналами, возможно по всей длине зоны экстракции, увеличивая равномерность экстракции сырья и увеличивая выход экстрактивных веществ.

В предпочтительном варианте в пределах шага основной нарезки шнека по направлению от патрубка загрузки сырья к патрубку выгрузки шрота первый винтовой канал с переменными глубиной и/или шириной выполнен с их увеличением, а последний с их уменьшением в том же направлении. Это позволяет снизить энергоемкость перемешивания за счет сонаправленного действия сил разницы давлений и трения при перемещении материала.

На фиг. 1 показан возможный вариант выполнения экстрактора; на фиг. 2 участок шнека с одной дополнительной нарезкой.

Шнековый экстрактор в качестве примера может быть выполнен (фиг. 1) противоточным с трехсекционным корпусом 1, патрубками 2-5 загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы соответственно. В корпусе 1 этого экстрактора установлены три шнека 6 по одну в каждой секции корпуса 1, выполненные, например, с двумя (фиг. 2) винтовыми нарезками 7 и 8, образующими два винтовых канала 9 и 10 и ступень 11 в месте их стыка. Согласно предпочтительному варианту изобретения в пределах шага Р основной нарезки шнека 6 ближний к патрубку 2 загрузки сырья канал 9 выполнен с увеличением глубины h₁ и ширины b₁, а дальний канал 10 с уменьшением глубины h₂ и ширины b₂ по направлению от патрубка 2 к патрубку 3.

Описанный выше шнековый экстрактор или любой другой с иными конфигурацией корпуса и расположением шнеков 6 такой же конструкции работает следующим образом.

Сырье загружают в корпус 1 через патрубок 2, где оно захватывается одним из шнеков 6 и транспортируется из зоны загрузки в зону экстракции корпуса 1, в которую по патрубку 4 подают экстрагент. В зоне экстракции между патрубками 4 и 5 по меньшей мере на части шнека 6 нарезаны в данном случае две нарезки 7 и 8, транспортирующие сырье по своим каналам 9 и 10 соответственно. По мере перемещения от патрубка 2 к патрубку 3 глубина h₁ и ширина b₁ канала 9 увеличиваются, увеличивая площадь сечения канала 9, чем создают разрежение в нем. Одновременно уменьшаются глубина h₂ и ширина b₂ канала 10, чем создается избыточное давление в канале 10. Это приводит к выдавливанию сырья из канала 10 и всасыванию сырья с экстрагентом в канал 9. При передавливании сырья из канала 10 в канал 9 оно проходит через периферийную зону шнека 6, в которой идет наиболее интенсивный массообмен за счет прохода по ней максимального количества экстрагента из-за минимального гидравлического сопротивления. При исчезновении ступени 11 между каналами 9 и 10 вся доза сырья из канала 10 передавливается в канал 9 через зону интенсивного массообмена, равномерно обрабатываясь экстрагентом. Очередность расположения каналов 9 и 10 облегчает передавливание сырья за счет сонаправленного действия на него силы трения о корпус 1, что снижает энергоемкость процесса. При выполнении большего количества винтовых каналов или большего количества участков с несколькими винтовыми нарезками работа экстрактора происходит аналогично на каждом таким участке при аналогичной работе каналов с одинаковым изменением площади поперечного сечения. Отработанный экстрагент с экстрактивными веществами в виде мисцеллы удаляется из корпуса 1 через патрубок 5, а проэкстрагированное сырье в виде шрота удаляется из корпуса 1 через патрубок 3.

Таким образом, предлагаемый экстрактор за счет специальной конструкции шнека позволяет повысить равномерность обработки сырья экстрагентом по сечению нарезки, чем увеличить выход экстрактивных веществ.

Формула изобретения

1. ШНЕКОВЫЙ ЭКСТРАКТОР, содержащий корпус с патрубками загрузки сырья, выгрузки шрота, ввода экстрагента и отвода мисцеллы и установленный в корпусе по меньшей мере один шнек с винтовой нарезкой, образующей винтовой канал, отличающийся тем, что на участке между патрубками ввода экстрагента и отвода мисцеллы, по меньшей мере часть шнека выполнена по меньшей мере с одной дополнительной винтовой нарезкой с образованием по меньшей мере одного дополнительного винтового канала и ступени в месте стыка винтовых каналов, при этом глубина и/или ширина по меньшей мере одного винтового канала выполнены плавно уменьшающимися и по меньшей мере одного канала плавно увеличивающимися в том же направлении до исчезновения соответствующих ступеней.

2. Экстрактор по п. 1, отличающийся тем, что в пределах шага основной нагрузки шнека по направлению от патрубка загрузки сырья к патрубку выгрузки шрота первый канал с переменными глубиной и/или шириной выполнен с их увеличением, а последний с их уменьшением в том же направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2