Пищевое оборудование

Экстракторы

Процессы экстракции в зависимости от типа взаимодействующих фаз имеет две разновидности:

  • экстракция — процесс в системе жидкость-жидкость;
  • экстрагирование — процесс в системе твердое тело-жидкость.

В соответствии с механизмом процесса и аппараты для проведения экстракционных процессов конструктивно отличаются друг от друга.

Экстракторы для системы жидкость-жидкость

Аппараты для проведения этого процесса в простейшем виде представляют собой совокупность устройств, состоящих из двух и более единиц. На первой стадии взаимодействующие фазы приводят в тесное соприкосновение в перемешивающих устройствах различного типа. После этого следует разделение конечных продуктов в отстойниках или в сепараторах. Основные типы сепараторов, отстойников и перемешивающих устройств рассмотрены в разделе гидромеханических аппаратов.

Колонные аппараты непрерывного действия

Другой конструктивной разновидностью жидкостных экстракторов являются колонные аппараты непрерывного действия (рисунок 1). В данных аппаратах контакт фаз осуществляется по всей высоте колонны, а разделение конечных продуктов происходит в верхней и в нижней частях. Взаимодействующие фазы движутся противоточно за счет разности плотностей участвующих в процессе жидкостей. В качестве элементов, обеспечивающих тесный контакт между фазами могут выступать тарелки, насадки, сетки, а также лопасти и форсунки.

1 – вход легкой жидкости; 2 – вход тяжелой жидкости; 3 – выход экстракта; 4 – выход рафината; 5 – тарелки; 6 – сетки; 7 - распылитель а – тарельчатый; б – пульсационный Рисунок 1 - Экстракторы
1 – вход легкой жидкости; 2 – вход тяжелой жидкости; 3 – выход экстракта; 4 – выход рафината; 5 – тарелки; 6 – сетки; 7 — распылитель
а – тарельчатый; б – пульсационный
Рисунок 1 — Экстракторы

Непрерывнодействующие колонные аппараты являются более эффективными по сравнению с аппаратами периодического действия. Следует отметить, что в колонных аппаратах можно достичь существенной интенсификации экстракционного    процесса       за    счет создания благоприятного температурного режима и за счет ряда других методов.

Роторно-дисковый экстрактор

Роторно-дисковый экстрактор (рисунок 2) внутри его корпуса 1 на равном расстоянии друг от друга укреплены неподвижно кольцевые перегородки 2. По оси колонны проходит вертикально вал с горизонтальными плоскими дисками, или ротор 3, приводимый во вращение приводом 4. Диски ротора размещены симметрично относительно перегородок 2, причем каждые две соседние кольцевые перегородки и диск между ними образуют секцию колонны. Чередующиеся кольца и диски препятствуют продольному перемешиванию. К смесительной зоне примыкают верхняя 5 и нижняя 6 отстойные зоны.

1 – корпус; 2 – кольцевые перегородки; 3 – ротор; 4 привод; 5, 6 – отстойные зоны; 7 – распределитель легкой фазы Рисунок 2 - Роторно-дисковый колонный экстрактор
1 – корпус; 2 – кольцевые перегородки; 3 – ротор; 4 привод; 5, 6 – отстойные зоны; 7 – распределитель легкой фазы
Рисунок 2 — Роторно-дисковый колонный экстрактор

Одна из фаз диспергируется с помощью распределителя 7 и затем многократно дробится посредством дисков ротора в секциях колонны. После перемешивания фазы частично разделяются вследствие разности плотностей при обтекании ими кольцевых перегородок, ограничивающих секции колонны. При этом легкая фаза поднимается к верху, а тяжелая опускается к низу и захватывается соответствующими дисками ротора для последующего перемешивания.

Центробежный экстрактор

На рисунке 3 представлен центробежный экстрактор, в который жидкости под напором поступают с противоположных концов в каналы быстро вращающегося вала 1, на котором закреплен ротор 2. Внутри которого по всей ширине размещена спиральная перегородка 3. В каналах между ее витками противотоком друг к другу движутся легкая и тяжелая фазы. Они перемешиваются, проходя сквозь отверстия спиралей, и разделяются в каналах под действием центробежных сил. Таким образом, смешение и сепарирование жидкостей протекают одновременно и многократно повторяются. Легкая фаза отводится у наружной поверхности ротора, а тяжелая – вблизи его оси. Обе фазы удаляются через раздельные отводные каналы вала.

1- вал; 2 – ротор; 3 – спиральные перегородки из металлической перфорированной ленты Рисунок 3 - Центробежный экстрактор
1- вал; 2 – ротор; 3 – спиральные перегородки из металлической перфорированной ленты
Рисунок 3 — Центробежный экстрактор

Экстракторы для системы твердое тело-жидкость

В настоящее время разработано большое количество конструкций для проведения экстрагирования в системе твердое тело — жидкость. Конструкции данных аппаратов зависят в основном от структуры и свойств перерабатываемого сырья, от типа используемого экстрагента и тд.

С целью достижения максимальной степени извлечения целевых компонентов и высокой концентрации получаемого экстракта конструкции аппаратов выполняют с противоточным движением взаимодействующих фаз. Одним из главных конструктивных отличием является тип рабочего органа для транспортировки твердой фазы, а также расположение корпуса аппарата.

На рисунках 4 а и 4 б представлены конструкции аппаратов со шнековыми транспортными органами. В этих аппаратах экстрагент поступает в верхнюю часть корпуса. Выход готового продукта осуществляется или снизу, или немного ниже входного патрубка второй вертикальной колонны. Данные экстракторы обладают рядом несомненных преимуществ: строгий противоток взаимодействующих фаз, простота конструкции, монтажа и ремонта.

1 – корпус; 2 – шнеки; 3 – вход экстрагента; 4 – вход исходного сырья; 5 – выход экстракта; 6 – выход отработанного сырья а – трехколонный; б – горизонтальный Рисунок 4 - Экстракторы
1 – корпус; 2 – шнеки; 3 – вход экстрагента; 4 – вход исходного сырья; 5 – выход экстракта; 6 – выход отработанного сырья
а – трехколонный; б – горизонтальный
Рисунок 4 — Экстракторы

Вместе с тем в этих аппаратах могут возникать нежелательные явления, как то: проскальзывание материала по шнеку или наоборот запрессовка материала в отдельных частях аппарата. Преодоление данных недостатков осуществляется путем конструктивного совершенствования шнеков, чем также достигается в некоторых случаях интенсификация процесса. С этой целью сплошные шнеки снабжаются межвитковыми ворошителями, шнек выполняется с переменным шагом, перфорированным, а также из металлических лент (рисунок 5).

1 – корпус; 2 – ленточные шнеки; 3 – вход экстрагента; 4 – вход исходного сырья; 5 – выход экстракта; 6 – выход отработанного сырья Рисунок 5 - Двухшнековый экстрактор
1 – корпус; 2 – ленточные шнеки; 3 – вход экстрагента; 4 – вход исходного сырья; 5 – выход экстракта; 6 – выход отработанного сырья
Рисунок 5 — Двухшнековый экстрактор

Одним из распространенных типов является ленточный экстрактор, изображенный на рисунке 6.

1-корпус; 2- перфорированная лента; 3-форсукки; 4-сборники экстракта; 5-насосы; 6-вход экстрагента; 7-вход исходного сырья; 8-выход экстракта; 9- выход отработанного сырья Рисунок 6 - Схема ленточного экстрактора
1-корпус; 2- перфорированная лента; 3-форсукки; 4-сборники экстракта; 5-насосы; 6-вход экстрагента; 7-вход исходного сырья; 8-выход экстракта; 9- выход отработанного сырья
Рисунок 6 — Схема ленточного экстрактора

Основным элементом аппарата является перфорированная лента на которой движется обрабатываемый материал. Свежий экстрагент распыляется через форсунку на сходе материла с ленты. Полученный экстракт собирается в сборник и насосом направляется на последующий участок, где процесс повторяется. На рисунке 7 представлен ковшовый экстрактор. Принцип действия этого аппарата практически аналогичен вышеизложенному.

1 – корпус; 2 – ковши; 3 – вход экстрагента; 4 – загрузочное устройство; 5 – выход экстракта; 6 – загрузочное устройство Рисунок 7 - Ковшовый экстрактор
1 – корпус; 2 – ковши; 3 – вход экстрагента; 4 – загрузочное устройство; 5 – выход экстракта; 6 – загрузочное устройство
Рисунок 7 — Ковшовый экстрактор