Установка для экстрактирования в системе "твердое тело- жидкость" и "способ экстрарирования в системе" твердое тело- жидкость

 

ii) 54829О

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Йощз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.02.75 (21) 2102820/26 (51) М. Кл. В OID 11/02 с присоединением заявки № 2102821/26, 2104495/26 и 2105289/26

Государственный комитет

Совета йннистров СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 28.02.77. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 21.03.77 (53) УДК 66.061.4(088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

P. 3. Алиев и А. 3. Алиев

Дагестанский научно-исследовательский институт пищевой промышленности (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ

«ТВЕРДОЕ ТЕЛΠ— ЖИДКОСТЬ» И СПОСОБ ЭКСТРАГИРОВАНИЯ

В СИСТЕМЕ «ТВЕРДОЕ ТЕЛΠ— ЖИДКОСТЬ»

Изобретение относится к области экстрагирования в системе «твердое тело †жидкос» и может быть использовано в химической, пищевой и винодельческой промышленности для извлечения компонентов из твердого материала, образующего с экстрагентом плохо разделяемую пульпу, например из пигментов, полимерных дисперсий, растительного и плодово-ягодного сырья, пульпообразных отходов, побочных продуктов и др.

Известна установка для экстрагирования в системе «твердое тело — жидкость», содержащая дробилку, смеситель с греющей рубашкой, сгуститель-декантатор, рециркуляционные и технологические трубопроводы н насосы (1).

Известен способ экстрагирования в системе

«твердое тело — жидкость», включающий операции измельчения твердого материала, его смешения и контактирования с экстрагентом в присутствии сорбента до получения пульпы, и разделения экстракта и непрореагировавшего твердого материала при непрерывной рециркуляции пульпы (2).

Известная установка имеет малую производительность и небольшую эффективность процесса за счет образования твердым материалом с экстрагентом плохоразделяемых смесей. Кроме того, в известной установке отсутствует пульсирующее движение пульпы и экстр агента.

Известный способ имеет низкую эффективность массообмена и позволяет получать темный и загрязненный примесями экстракт.

Целью изобретения является повышение производительности и интенсификация процесса экстракцни, а также создание пульсирующего движения пульпы и экстрагента.

Для этого предлагаемая установка снабжена кожухотрубчатым экстрактором, установленным между смесителем и сгустителемдекантатором и соединенным рециркуляционным трубопроводом с дробилкой; а также снабжена контуром рециркуляции суспензии, включающим последовательно соединенные смеситель с охлаждающей рубашкой, напорный бачок, охладитель и два сгустителя-декантатора, между которыми установлен подогреватель, а также снабжена пульсатором, соединенным с технологическими трубопроводами подачи пульпы и экстрагента, трубы экстрактора соединены последовательно между собой в трубные пучки и выполнены из пористого материала, а на корпусе экстрактора установлены магнитострикцпонные излуча2б тели, трубы выполнены гофрированными в виде рукавов пз фильтровальной ткани, экстрактор — в виде аппарата типа «труба в трубе», внутренняя из которых является пористой, пульсатор выполнен в виде поршневого

30 насоса с цилиндром двустороннего действия, пульсатор выполнен мембранным, в нижней

3 4 части экстрактора установлены распредели- оольшого диаметра и двойных колец 20 малотель жидкости, выполненныйввпде чечевице- го диаметра. образной обечайки, и цилиндрический стакан Согласно второму варианту выполнения усс тангенциально Расположенным входным па тановки насос 7 выполнен двойного действия трубком, пористые трубы расположены в ви- и используется как пульсатор. По этому же де змеевика, варианту экстрактор 8 состоит из соединенных между собой элементов типа «труба в

КРоме того, целью изобРетениЯ ЯвлЯетсЯ труое», т. е. наружных стеклянных труб 21, интенсификациЯ пРоцесса и полУчение кон- закрепленных в концевых камерах 22 скрышцентРиРованного и светлого экстракта засчет Ю ками 23, и внутренних тр б 24 из пористого того, что из рециркулирующей пульпы отби- проницаемого материала, например из центрают легкую фракцию и смешивают ее с из- рированных с помощью колец 25 проточных мельченным твердым материалом и»CTb тканных рукавов, соединенных с твердыми неэкстрагента до получения суспензии, противо проницаемымп трубными калачами 26, выхотоком которой подают суспензию сорбента в 1 дящими из концевых камер. экстрагенте, которую далее направляют на Согласно третьему варианту выполнения регенерацию, и противотоком суспензии твер- экстрактор 8 состоит из цилиндрического кордого материала подают свежий экстрагент. пуса 9 с рубашкой 27 и коническим днищем

На фиг. 1 изображена технологическая 10, патрубками входа пульпы 28, выхода схема установки с кожухотрубчатым экстрак- 2î пульпы 29, входа экстрагента 30 и выхода эктором, расположенным между смесителем и стракта 31 и концентрическими опорами 32 сгустителем-декантатором; на фиг. 2 и 3 в внизу и вверху. Внутри корпуса расположеварианты выполнения экстракционных ступе- ны коллекторы 33, трубные калачи 34 и поней экстрактора; на фиг. 4 — продольный раз- ристые трубы 35, например, выполненные из рез пористой гофрированной трубы; на 2 тканных рукавов (фильтровальные ткани— фиг. 5 †технологическ схема установки с бельтинг, капрон и др.), закрепленные на экстрактором типа «труба в трубе»; на трубных калачах 34. Экстрактор снабжен фиг. 6 — технологическая схема установки с мембранным пульсатором 36. последовательно размещенными экстрактора- По четвертому варианту выполнения устами; на фиг. 7 — продольный разрез общего ви- ЗО новка включает экстрактор 8, выполненный в да экстрактора с трубками, расположенными виде кожухотрубчатого аппарата с трубами в виде змеевика; на фиг. 8 — общий вид уста- 18 из пористого проницаемого материала, нановки с экстрактором, в нижней части которо- пример, в виде проточных тканных рукавов, го размещен чечевицеобразный распредели- закрепленных в решетке 37, полым распредетель жидкости; на фиг. 9 — технологическая лителем 38 чечевицеобразной формы и штусхема установки из нескольких экстракторов, цером 39. показанных на фиг. 8. В коническом днище 10 экстрактора 8 разУстановка для экстрагирования в системе мещен цилиндрический стакан 40 с тангенци«твердое тело — жидкость» состоит из дробил- альным патрубком 41. Межтрубное пространки 1, смесителя 2 с греющей рубашкой 3, 4о ство экстрактора 8 подключено к контуру ресгустителя-декантатора 4, которым может циркуляции пульпы, включающему соединенбыть. например, гидроциклон, центрифуга, ный с дробилкой 1 смесптель 2, напорный баотстойник и т. д., напорных бачков 5 и 6, на- чок 6 со сливным патрубком 15, сгустительсосов 7 и экстрактора 8. декантатор 42 пульпы и трубопроводы 43, 44

Экстрактор 8 состоит из корпуса 9 с кони- 4 и 45 с насосом 7. Трубное пространство экстческим днищем 10. В верхней части корпус 9 рактора 8 подключено к контуру рециркулясоединен с напорным бачком 5. Корпус 9 со- ции суспензии сорбента в экстрагенте, вклюстоит из царг 11 с расположенными в них чающему смеситель 46 с охлаждающей рутрубными пучками 12 и магнитострикцион- башкой 47, напорный бачок 5 со сливным ными излучател: ми 13, расположенными íà >О патрубком 48, теплообменник-охладитель 49, корпусе 9. Трубные пучки 12 соединены после- сгустители-декантаторы 4 и 50, соединенные довательно между собой, верхний из них соеди- между собой через теплообменник-подогреванен с линией 14 подачи свежего экстрагента, тель 51, и насос 52. На кожухе экстрактора а нижний — с напорным бачком 6, со сливным установлены магнитострикционные излучатепатрубком 15. ли 13.

Трубные пучки 12 могут быть трех типов: Установка работает следующим образом. с горизонтальными прямыми трубами, решет- По первому варианту выполнения. ками 16 на стенках царг 11 и распредели- Твердый материал измельчается в дробилтельными камерами 17, змеевиковыми с вер- ке 1, перемешивается с частью свежего экстртикальными витками и змеевиковыми с гори- о агента, поступающего по трубопроводу 53, и зонтальными витками. легкой фракцией пульпы, поступающей по

Трубы 18, из которых стоят трубные пучки рециркуляционному трубопроводу 54 из сгус12, выполнены из пористого проницаемогома- тителя-декантатора 4, подогревается и насотериала, например фильтровальной ткани, сом 7 подается в нижнюю часть экстрактора гофрированного с помощью двойных колец 19 65 8, где пульпа поднимается в межтрубном про548290

5 странстве и выходит из патрубка 48 бачка 5 в сгуститель-декантатор 4, откуда сгущенная пульпа выходит по трубопроводу 55 и направляется на дальнейшую переработку (например, сушку).

Крупные частицы пульпы, которые не взвешиваются в поднимающемся по колонне потоке, отводятся через патрубок 56, в нижней части колонны по рециркуляционному трубопроводу 57 в дробилку 1.

В процессе контактирования твердого материала с экстрагентом в смесителе 2 и в трубных пучках 12 экстрактора происходит извлечение компонентов из твердых частиц пульпы, и эти компоненты под действием разности концентраций в трубном и межтрубном пространствах экстрактора диффундируют через стенки трубных пучков 12. Концентрированный светлый экстракт отводится по патрубку 15 из напорного бачка 6.

По второму варианту, твердый материал измельчается в дробилке 1, перемешивается с частью свежего экстрагента, поступающего по трубопроводу 53, и легкой фракцией пульпы, поступающей по рециркуляционному трубопроводу 54 из сгустителя-декантатора 4, поршневым насосом 7 подается в трубы 24 экстрактора 8. Из экстрактора 8 пульпа поступает в бачок 5, а оттуда в сгуститель-декантатор 4, где она разделяется на густую фракцию, выходящую снизу и направляемую а дальнейшую переработку (например, сушку), и легкую фракцию, уходящую по рециркуляционному трубопроводу 54 в смеситель 2.

Экстрагент, поступающий на установку по трубопроводу 58, насосом 7 подается по трубопроводу 14 в экстрактор противотоком к пульпе, движущейся по внутренним пористым трубам 24. В процессе контактирования твердого материала с экстрагентом в смесителе и в трубах 24 экстрактора происходит извлечение компонентов из твердых частиц пульпы.

Поршневой насос 7 с цилиндром двустороннего действия позволяет создать в экстракторе пульсирующий поток пульпы и экстрагента. Фаза повышенного давления в трубах совпадает с фазой пониженного давления в межтрубном пространстве и наоборот. Это заставляет ритмично сжиматься и разжиматься тканные рукава, благодаря чему интенсифицируется процесс массопередачи через пористые стенки.

По третьему варианту, твердый материал измельчается в дробилке 1 и подается в смеситель 2 с греющей рубашкой 3 вместе с частью жидкого экстрагента, поступающего по трубопроводу 53, и легкой фракцией рециркулирующей пульпы, подаваемой по трубопроводу 54 из сгустителя-декантатора 4. Полученная в смесителе 2 пульпа прокачивается насосом 7 через последовательно расположенные экстракторы 8 и подается в сгустительдекантатор 4. Сгущенная экстрагированная пульпа из него по трубопроводу 55 направляется на дальнейшую переработку, например

2д

6 сушку. Протпвоточно пульпе по трубопроводу

55 экстрактора 8 подается свежий экстрагент, а концентрированный светлый экстракт отводится из первого экстрактора 8 по патрубку

56.

На выходе пульпы и экстракта из каждого экстрактора установлены высокие напорные бачки 5 и 6 с расположенными на одном уровне сливными патрубками.

Тонкое измельчение материала, котороедопускает данный способ по третьему варианту выполнения установки ввиду отсутствия необходимости полного разделения фаз, позволяет увеличить скорость извлечения, выход растворимых компонентов и скорость дальнейшей сушки твердого материала. Предварительное разбавление измельченного материала частью экстрагента и легкой фракцией рециркулирующей пульпы до состояния текучей пульпы позволяет уменьшить трудозатраты, механизировать перемещение экстрагируемого материала из аппарата в аппарат путем перекачки насосом, а также получать на выходе сгущенную пульпу, что в свою очередь уменьшает затраты на ее дальнейшую сушку.

Проведение контакта между потоком свежего экстрагента и потоком пульпы измельченного материала через пористую проницаемую перегородку без перепада давлений на ней позволяет организовать непрерывный противоточный контакт твердых материалов, образующих с экстрагентом плохо разделяемую пульпу, с потоком свежего экстрагента и получать при этом концентрированный светлый экстр а кт.

Согласно последнему четвертому варианту твердый материал измельчается в дробилке 1 и подается в обогреваемый смеситель 2 вместе с частью жидкого экстрагента, поступающего по трубопроводу 53, и легкой фракцией рециркулирующей пульпы, подаваемой по трубопроводу 44 из сгустителя-декантатора 42.

Полученная в смесителе 2 пульпа подается насосом 7 в тангенциальный патрубок 41 экстрактора 8. Пульпа в виде закрученного потока проходит через стакан 40 и конический зазор 59 между днищем 10 и распределителем 38 в межтрубное пространство экстрактора 8, где из нее, извлекаются компоненты проходящей по его трубному пространству суспензией сорбента в экстрагенте. Далее пульпа проходит по трубопроводу 43 в бачок

6 и сгуститель-декантатор 42, откуда сгущенная пульпа из штуцера 60 направляется на дальнейшую переработку, а легкая фракция по трубопроводу 44 в смеситель 2.

Суспензия сор бента в экстр агенте приготавливается в охлаждаемом смесителе 46 из сгущенной суспензии, поступающей из сгустителя-декантатора 50, свежего экстрагента, поступающего по трубопроводу 61, и легкой фракции суспензии сорбента в экстрагенте поступающей по трубопроводу 62 из сгустителя-декантатора 4. Охлажденная суспензия насосом 52 подается через штуцер 39 в распре548290

60

7 делитель 38, проходит трубные пучки 12, где насыщается извлекаемым из пульпы компонентами, и через бачок 5 поступает в теплообменник-охладитель 49. При охлаждении суспензии сорбента часть компонентов, находящихся в жидком экстрагенте, сорбируется на частицах сорбента, и жидкая фаза суспензии объединяется компонентами. В сгустителе-декантаторе 4 охлажденная суспензия сгущается, по трубопроводу 55 направляется в теплообменник-нагреватель 51, а обедненная компонентами легкая фракция по линии

62 направляется в смеситель 46. В нагревателе 51 часть поглощенных сорбентов часть компонентов переходит в жидкую фазу сгущенной суспензии, которая поступает в декантатор 50, где отделяется концентрированный экстракт, уходящий из патрубка 63, а сорбент по линии 64 поступает в смеситель 46.

Двухкорпусная установка осуществляется путем соединения экстракторов 8 линией 65 для перекачки пульпы, линией отвода 66 концентрированного экстракта, соединенной со смесителем 46 приготовления суспензии сорбента. Концентрированный экстракт в этом случае отводится по линии 67, а обработанная сгущенная пульпа — по линии 68.

Тонкое измельчение материала, которое допускается в данных способах и установке в виду отсутствия необходимости полного разделения фаз, позволяет увеличить скорость извлечения, выход растворимых компонентов и скорость дальнейшей сушки твердого материала. Предварительное разбавление измельченного материала частью экстрагента и легкой фракцией рециркулирующей пульпы до состояния текучей пульпы позволяет уменьшить трудозатраты, механизировать перемещение экстрагируемого материала путем перекачки насосом, а также получать на выходе сгущенную пульпу, что в свою очередь уменьшает затраты на ее дальнейшую сушку.

Проведение контакта потоком свежего экстрагента и потоком пульпы измельченного материала через пористую проницаемую перегородку без перепада давлений в ней позволяет организовать непрерывный противоточный контакт твердых материалов, образующих с экстрагентом и сорбентом плохо разделяемую пульпу, с потоком свежего экстрагента и получать при эгом светлый экстракт. Использование суспензии сорбента в экстрагенте, контактирующей с пульпой через пористую перегородку, позволяет интенсифицировать массопередачу в экстракторе, так как при этом в трубном пространстве сохраняется низкая концентрация компонентов в экстрагенте и диффузия компонентов через перегородку, идущая под действием разности концентраций в трубном и межтрубном пространствах, ускоряется. Кроме того, при этом получается на выходе из экстрактора пульпа обработанного твердого материала, не загрязненная частицами сорбента, а поры сорбента не забиваются мелкодисперсными частицами и коллоидны15

Зо

55 ми образованиями, которые могут присутствовать в обрабатываемой пульпе. Это увеличивает эффективность работы и срок службы сорбента. Проведение последовательно операций охлаждения суспензии сорбента, сгущения, нагрева и повторной декантации позволяет получать на установке концентрированный экстракт при небольшой поверхности пористых труб.

Формула изобретения

1. Установка для экстрагирования в системе «твердое тело — жидкость», содержащая дробилку, смеситель с греющей рубашкой, сгуститель-декантатор, рециркуляционные и технологические трубопроводы и насосы, о тличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и интенсификации процесса экстракции, она снабжена кожухотрубчатым экстрактором, установленным между смесителем и сгустителем-декантатором и соединенным рециркуляционным тру. бопроводом с дробилкой.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена контуром рециркуляции суспензии, включаюшим последовательно соединенные смеситель с охлаждающей рубашкой, напорный бачок, охладитель и два сгустителя-декантатора, между которыми установлен подогреватель.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью создания пульсирующего движения пульпы и экстрагента, она снабжена пульсатором, соединенным с технологическими трубопроводами подачи пульпы и экстрагента.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что трубы экстрактора соединены последовательно между собой в трубные пучки и выполнены из пористого материала, а на корпусе экстрактора установлены магнитострикционные излучатели.

5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что трубы выполнены гофрированными в виде рукавов из фильтровальной ткани.

6. Установка по пп. 1 — 5, о тл и ч а ю ща яс я тем, что экстрактор выполнен в виде аппарата типа «труба в трубе», внутренняя из которых является пористой.

7. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что пульсатор выполнен в виде поршневого насоса с цилиндром двустороннего действия.

8. Установка по п. 3, отличающаяся тем, что пульсатор выполнен мембранным.

9. Установка попп.1 — 6, отличающаяся тем, что в нижней части экстрактора установлены распределитель жидкости, выполненный в виде чечевицеобразной обечайки, и цилиндрическии стакан с тангенциально расположенным входным патрубком.

10. Установка по пп. 1 — 4, о тл и ч а ю щая ся тем, что пористые трубы расположены в виде змеевика.

548290

11. Способ экстрагирования в системе

«твердое тело — жидкость», включающий операции измельчения твердого материала, его смещения и контактирования с экстрагентом в присутствии сорбента до получения пульпы и разделения экстракта и непрореагировавшего твердого материала при непрерывной рециркуляции пульпы, отличающийся тем, что, с целью интенсификации процесса и получения концентрированного и светлого экстракта, от рециркулирующей пульпы отбирают легкую фракцию и смешивают ее с измельченным твердым материалом и частью экстрагента до получения суспензии, противотоком которой подают суспензпю сорбента в экстрагента, которую далее направляют на регенерацгно.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что, протпвотоком суспензип твердого материала подают свежий экстрагент.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Лвт. св. ¹ 190342, кл. В 01D 11/02, 1963 (прототип).

2. Воскресенский П. И. «Техника лабораторнык работ», М., «Химия», 1969, с. 526.

548290

Ра:г. 9

Составитель А. Тарасова

Техред Л. Гладкова

Корректоры: Л. Котова и Н. Аук

Редактор М. Никольская

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 444/6 Изд. № 221 Тираж 899 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раугиская наб., д. 4/5