Доклад: Разработка экстракционной установки для растительного сырья
В сахарной, масложировой, сокоэкстрактной, ферментной, винодельческой и других отраслях пищевой промышленности применяют и испытывают различные типы экстракторов непрерывного действия с полной автоматизацией технологического процесса. Наибольшее распространение получили экстракторы одно-, двух- и многоколонные; наклонные (шнековые и лопастные); ротационные; горизонтальные (шнековые и лопастные); оросительные (ленточные, ковшовые шнековые). Находятся в стадии испытания экстракторы с кипящим ивиброкипящим слоем.
Одноколонные экстракторы с транспортирующими устройствами шнеков и лопастей применяют в тех отраслях пищевой промышленности, где экстрагируемый материал мало отличается по объему от окружающей его экстрагирующей жидкости.
Одноколонный экстрактор типа КДА применяется в сахарной промышленности.
Металлоемкость одноколонных аппаратов невелика и в них более полно, по сравнению с другими типами аппаратов используется рабочий объем. Сравнительно большая нагрузка единицы объема аппарата материалом способствует уменьшению перемешивания его по высоте колонны. Но кроме преимуществ одноколонные аппараты имеют следующие недостатки:
- наличие предварительной тепловой обработки материала требует дополнительной установки ошпаривателей, занимающих дополнительную производственную площадь;
- применение ошпаривателей со сложными перемешивающими устройствами и центробежных насосов приводит к значительному измельчению материала, что не позволяет экстрагировать в таких аппаратах тонкоизмельченные материалы.
Многоколонный аппарат состоит из шести вертикальных колонн, соединенных вверху и внизу переходными коленами. Сечение колонн может быть круглым или овальным. Нижние коленаимеют башмаки, которые являются опорами для аппарата. Транспортирующее устройство состоит из двух цепей, к которым прикреплены решетки нарасстоянии 400 мм друг от друга, образуя, таким образом, отдельные камеры для материала в колоннах аппарата. Цепи приводятся в движение от пары приводных звездочек, расположенных в верхней части шестой колонны. Звездочки приводятся во вращательное движение от привода.
К преимуществам данного типа аппаратов необходимо отнести строгий противоток фаз на всем пути экстрагирования.
Однако в производственных условиях выявлен целый ряд недостатков:
1) необходимость в большой высоте здания для установки аппарата;
2) наличие слишком длинной цепной транспортной системы приводит к удлинению цепей, что требует частого их натяжения (к цепи приводит к длительным остановкам аппарата);
3) неравномерность нагрузки камер материалом, особенно их перегрузка, что приводит к прогибу каркаса сит в период прохождения ими верхних и нижних соединительных башмаков (происходит вследствие непараллельности расположения смежных несущих решеток в этих местах);
4) недостаточность гидростатического напора для фильтрации жидкости через материалы, что приводит к снижению производительности аппарата;
5) большая по сравнению с другими конструкциями металлоемкость.
К экстракторам непрерывного действия относится также шнековый горизонтальный экстрактор. Экстрактор состоит из горизонтального цилиндрического корпуса и вертикальной колонны.В корпусе установлено транспортирующее устройство, представляющее собой полый вал с перфорированными витками, на которых укреплены лопасти-рыхлители. В начале горизонтального корпуса установлен ситовый поясдля отделения экстракта.
К достоинствам этого аппарата можно отнести незначительныеL требования к качеству экстрагируемых материалов и обеспечение автоматичности работы, которая заключается в том, что при прекращении вращения корпуса аппарата прекращается движение материала и экстракта. В каждой камере концентрация экстракта остается постоянной и не происходит перемешивания экстракта по всей длине аппарата, обеспечивается точное дозирование экстракта по отношению к массе материала.
К конструктивным недостаткам относятся громоздкость, большая металлоемкость, малый коэффициент использования конструктивного объема, быстрый износ внутренних устройств аппарата и внутренней части корпуса вследствие химической коррозии и физических воздействий, большие затраты на текущий и капитальный ремонты.
Описание разрабатываемой установки
Предлагаемая экстракционная установка относится к технике экстракции растительного сырья растворителем, а именно к экстракционным установкам для обработки пряно-ароматического, витаминного и лекарственного растительного сырья жидкой двуокисью углерода с целью получения СО2-экстрактов - ценнейших, экологически чистых, незаменимых компонентов при производстве изделий пищевых отраслей, фармацевтики, бытовой химии, парфюмерии, косметики.
Традиционно в промышленности эксплуатируются стационарные установки — с использованием в качестве растворителя жидкой двуокиси углерода, с несколькимиэкстракторами периодического действия, которые работают при температуре около 25°С и давлении насыщенных паров 65,5 МПа, загруженные слоем экстрагируемого материала.
Основное требование к экстрактору - обеспечить эффективность, т.е. используя минимальное количество растворителя достичь возможно полное извлечение экстрактивных веществ за минимальное времярабочего цикла, включая затраты времени на перезагрузку экстрактора.
В предлагаемой экстракционной установке для этого применяется кассета, представляющей собой конструкцию по форме близкую к внутреннему объему экстрактора (цилиндр из тонкого листового материала с сетчатым днищем). Кассета может решить вопрос ускорения и механизации как загрузки экстрактора (загрузка кассеты производится заранее вне работающего экстрактора, а сама загрузка заключается лишь быстрой установки загруженной кассеты в открытый на перезагрузку экстрактор), так и выгрузки (кассета с проэкстрагированным материалом в период перезагрузки быстро вынимается из экстрактора). Недостатком в этом случае является плохое контактирование подаваемого в кассету растворителя с экстрагируемым материалом. Подача растворителяпроизводится струей сверху через боковое отверстие и в этом случае возможно каналообразование в слое экстрагируемого материала, в некоторых случаях растворитель проходит в пристеночной области со стороны подачи растворителя.
Данный экстрактор (рис. 1) выполнен в виде цилиндрического сосуда высокого давления (корпуса), закрепленного крышкой (люком) и снабженного входным и выходным патрубками для экстракционной жидкости. Экстрактор снабжен герметичным центральным полым стержнем, на внешней поверхности которого установлен вибратор, и стаканом (кассетой) для загрузки исходного сырья, выполненным в виде двух соосных цилиндров с общим дном и зафиксированным между крышкой и дном аппарата.
Таким образом, экстрактор состоит из корпуса с патрубками, люка и кассеты, которая имеет сверху распределительную тарелку-крышку с расположенными на ней отверстиями, закрытыми шарами-поплавками, положение шаров-поплавков над отверстиями ограничивается клетьевыми устройствами.
Рис. 1 Экстрактор с кассетой: 1 – корпус; 2 – кассета; 3 – крышка-распределитель; 4 – шары-поплавки
Главными недостатками данного технического решения являются сложность конструкции и недостаточно большой выход экстракционного материала.
Их можно устранить с помощью использования сетчатого дна с пьезокерамическими ультразвуковыми преобразователями .
Для интенсификации диффузии, экстракции и других процессов, протекающих в жидкой фазе, упрощения конструкции аппаратов могут быть использованы ультразвуковые устройства, монтируемые в действующую технологическую аппаратуру пищевой промышленности. В этих установках используются магнитострикционные, пьезоэлектрические и гидродинамические преобразователи.