RU2063154C1

RU2063154C1 - Apparatus for removal of nicotine from tobacco

Info

Publication number: RU2063154C1
Application number: RU94022996A
Authority: RU
Inventors: О.И. Квасенков; В.А. Ломачинский; Г.И. Касьянов; И.И. Квасенков
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1996-07-10

Abstract

FIELD: tobacco industry. SUBSTANCE: apparatus has pump, heat-exchanger, extractor with ultrasonic gas-dynamic horn disposed at inlet and two acid collectors, with all members being connected through supercritical extractant pipes to define recirculation circuit. Acid collectors are connected in series and each is formed as hollow perforated rotor mounted within horizontal casing divided into two sections. Each rotor is divided into two parts by flange extending on its inner surface between casing sections and fixed on porous hollow drive shaft. EFFECT: increased efficiency and enhanced reliability in operation. 2 dwg

Description

Изобретение относится к табачной промышленности и может быть использовано для снижения содержания никотина в табаке. The invention relates to the tobacco industry and can be used to reduce the nicotine content in tobacco.

Известна установка для удаления никотина из табака, содержащая соединенные по сверхкритическому экстрагенту трубопроводами в рециркуляционный контур экстрактор, две кислотные ловушки вертикального колонного типа, установленные параллельно, теплообменник и насос (Европатент N 0280817, кл. А 24 В 15/24, 1988). A known installation for removing nicotine from tobacco, containing an extractor, two vertical column type acid traps installed in parallel, a heat exchanger and a pump (Europatent N 0280817, class A 24 V 15/24, 1988), connected by pipelines to a recirculation circuit through a supercritical extractant.

Недостатками этой установки являются экстенсивность экстракции табака и никотина из сверхкритического экстрагента. The disadvantages of this installation are the extensive extraction of tobacco and nicotine from a supercritical extractant.

Задачей изобретения является интенсификация процессов экстракции в системе твердое тело-сверхкритическая жидкость при извлечении никотина из табака и в системе жидкость-жидкость при выделении никотина из сверхкритического экстрагента. The objective of the invention is to intensify the extraction processes in the solid-supercritical fluid system during the extraction of nicotine from tobacco and in the liquid-liquid system during the separation of nicotine from the supercritical extractant.

Указанная задача решается тем, что установка для удаления никотина из табака, содержащая соединенные по сверхкритическому экстрагентами трубопроводами в рециркуляционный контур экстрактор, две кислотные ловушки, теплообменник и насос, согласно изобретению, снабжена ультразвуковой газодинамической сиреной, установленной на входе экстрактора, а каждая кислотная ловушка состоит из горизонтального корпуса, разделенного на две секции и размещенного в нем полого перфорированного ротора, расположенного между секциями корпуса на пористом полом приводном валу и разделенного на две части буртиком, закрепленным на внутренней поверхности ротора, при этом кислотные ловушки связаны между собой трубопроводами, один из которых служит для соединения одной из секций корпуса одной ловушки с полостью пористого вала второй ловушки для подачи кислоты, а другой трубопровод для соединения полости пористого вала другой ловушки со второй секцией корпуса первой ловушки для циркуляции сверхкритического экстрагента. This problem is solved in that the installation for removing nicotine from tobacco, containing an extractor, two acid traps, a heat exchanger and a pump, according to the invention, is equipped with an ultrasonic gasdynamic siren installed at the inlet of the extractor, and each acid trap consists of supercritical extractors of tobacco connected by pipelines to the recirculation circuit from a horizontal housing divided into two sections and housed in it a hollow perforated rotor located between the housing sections on a porous hollow drive shaft and divided into two parts by a shoulder fixed on the inner surface of the rotor, while the acid traps are connected by pipelines, one of which serves to connect one of the sections of the housing of one trap with the cavity of the porous shaft of the second trap for acid supply, and the other pipe for connecting the cavity of the porous shaft of another trap with a second section of the body of the first trap for circulating a supercritical extractant.

Это позволяет интенсифицировать процессы экстракции за счет развития поверхности контакта фаз и ускорения процессов ее обновления. This makes it possible to intensify the extraction processes due to the development of the contact surface of the phases and acceleration of the processes of its renewal.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки; на фиг. 2 представлена кислотная ловушка, продольный разрез. In FIG. 1 shows a diagram of the proposed installation; in FIG. 2 shows an acid trap, a longitudinal section.

Установка для удаления никотина из табака содержит соединенные трубопроводами по сверхкритическому экстрагенту в рециркуляционный контур экстрактор 1 с установленной на входе ультразвуковой газодинамической сиреной 2, две кислотные ловушки 3, теплообменник 4 и насос 5, а также источник 6 подпитки экстрагента, источник 7 подачи кислоты, кислотный насос 8 и сборник 9 кислотного экстракта. An apparatus for removing nicotine from tobacco contains an extractor 1 connected by pipelines through a supercritical extractant to a recirculation circuit with an ultrasonic gasdynamic siren 2 at the inlet, two acid traps 3, a heat exchanger 4 and pump 5, as well as an extractant recharge source 6, an acid supply source 7, acid pump 8 and collector 9 of the acid extract.

Каждая кислотная ловушка 3 выполнена в виде установленного в разделенном на две секции 10 и 11 горизонтальном корпусе 12, перфорированного ротора 13, разделенного на две части буртиком 14 на внутренней поверхности, расположенным между секциями 10 и 11 корпуса 12, и закрепленного на пористом полом приводном валу 15. Сверхкритический экстрагент поступает в кислотную ловушку 3 через патрубок 16 секции 10, а удаляется через полость вала 15. Кислоту подают в полость ротора 13 через патрубок 17, а удаляют через патрубок 18 секции 11. Ловушки 3 соединены трубопроводами по кислоте и сверхкритическому экстрагенту последовательно и в противотоке. Each acid trap 3 is made in the form of a perforated rotor 13 mounted in two horizontal sections 12 and divided into two sections 10, divided into two parts by a shoulder 14 on the inner surface, located between sections 10 and 11 of the housing 12, and mounted on a porous hollow drive shaft 15. The supercritical extractant enters the acid trap 3 through the nozzle 16 of the section 10, and is removed through the cavity of the shaft 15. The acid is fed into the cavity of the rotor 13 through the nozzle 17, and is removed through the nozzle 18 of the section 11. The traps 3 are connected by a pipeline by acid and supercritical extractant sequentially and in countercurrent.

Установка работает следующим образом. Табак загружают для обработки в экстрактор 1. Из источника 6 в систему подают экстрагент, например двуокись углерода, при сверхкритических параметрах температуры и давления, например при 70^oС и 10 МПа, и организуют его рециркуляцию включением насоса 5. Одновременно насосом 8 из источника 7 через ловушки 3 организуют противоточную подачу кислоты, например 15%-ного водного раствора лимонной кислоты. При этом поток сверхкритического экстрагента поступает в экстрактор 1, проходя через ультразвуковую сирену 2, в которой он становится носителем ультразвуковой волны. Под действием ультразвука происходит ускоренная диффузия экстрагента в обрабатываемый табак, частичное нарушение сплошности клеточных оболочек, обусловливающее развитие поверхности контакта фаз, и, в итоге, ускоренная экстракция растворимых в экстрагенте веществ, в том числе никотина. Далее поток сверхкритического экстрагента через патрубок 16 и секцию 10 корпуса 12 кислотной ловушки 3 по перфорации поступает в полость ротора 13 и барботируется через пленку текущей в поле центробежных сил кислоты. Всплытие пузырьков (капель) сверхкритического экстрагента в пленке кислоты приводит к турбулизации течения последней, а в самих пузырьках (каплях) возникают тороидальные потоки. В итоге при характерных для данной конструкции числах Рейнольдса, равных 100-1000, осредненные по времени числа Нуссельта равны 20-30, то есть в условиях интенсивного массообмена при двойном проходе через кислоту в противотоке на выходе из второй кислотной ловушки 3 сверхкритический экстрагент полностью освобождается от никотина, сохраняя нерастворимые в кислоте ароматические компоненты экстрактивных веществ, а кислота на выходе из кислотных ловушек имеет концентрацию никотина, практически равную его входной концентрации в сверхкритическом экстрагенте и нереакционноспособна по отношению к нему. Очищаемый от никотина сверхкритический экстрагент поступает из полости ротора 13 через поры вала 15 в его полость и выводится из последней. Выносимые брызги кислоты фильтруются пористым валом 15 и возвращаются в пленку кислоты в поле центробежных сил. Кислота перетекает через буртик 14 и через перфорацию ротора 13 при отсутствии противодавления сверхкритического экстрагента поступает в секцию 11 корпуса 12 и выводится из нее по патрубку 16. После прохода через обе кислотные ловушки 3 кислота сливает в сборник 9 кислотного экстракта, а сверхкритический экстрагент, пройдя через теплообменник 4, нагнетается насосом 5 через сирену 2 на рециркуляцию в экстрактор 1.Installation works as follows. Tobacco is loaded for processing into extractor 1. From source 6, an extractant, for example carbon dioxide, is fed into the system at supercritical temperature and pressure parameters, for example at 70 ^° C and 10 MPa, and it is recycled by turning on pump 5. At the same time, pump 8 from source 7 through traps 3, a countercurrent flow of acid, for example a 15% aqueous citric acid solution, is arranged. In this case, the flow of supercritical extractant enters the extractor 1, passing through an ultrasonic siren 2, in which it becomes a carrier of an ultrasonic wave. Under the action of ultrasound, accelerated diffusion of the extractant into the processed tobacco occurs, partial disruption of the cell walls, causing the development of the contact surface of the phases, and, as a result, accelerated extraction of soluble substances in the extractant, including nicotine. Next, the supercritical extractant stream through the nozzle 16 and the section 10 of the housing 12 of the acid trap 3 by perforation enters the cavity of the rotor 13 and is bubbled through the film of the acid flowing in the field of centrifugal forces. Surfacing of bubbles (drops) of the supercritical extractant in the acid film leads to turbulization of the flow of the latter, and toroidal flows appear in the bubbles (drops) themselves. As a result, with Reynolds numbers characteristic of this design equal to 100-1000, the time-averaged Nusselt numbers are 20-30, that is, under conditions of intensive mass transfer with double passage through the acid in countercurrent at the outlet of the second acid trap 3, the supercritical extractant is completely freed from nicotine, while preserving the insoluble aromatic components of extractives in the acid, and the acid leaving the acid traps has a nicotine concentration almost equal to its input concentration in supercritical m extractant and non-reactive towards it. The supercritical extractant purified from nicotine enters from the cavity of the rotor 13 through the pores of the shaft 15 into its cavity and is removed from the latter. The spatter of acid that is carried out is filtered by the porous shaft 15 and returned to the acid film in the field of centrifugal forces. The acid flows through the bead 14 and through the perforation of the rotor 13 in the absence of counterpressure of the supercritical extractant enters the section 11 of the housing 12 and is removed from it through the nozzle 16. After passing through both acid traps 3, the acid is drained into the collector 9 of the acid extract, and the supercritical extractant passing through the heat exchanger 4 is pumped by the pump 5 through the siren 2 for recycling to the extractor 1.

После завершения экстракции никотина теплообменник 4 отключают. При этом проход сверхкритического экстрагента через ультразвуковую сирену 2 с адиабатным расширением приводит к падению его температуры и давления ниже критических параметров и выделению из него ароматических экстрактивных веществ, которые под действием генерируемых экстрагентом ультразвуковых колебаний легко диффундируют в табак, восстанавливая его нативные ароматические свойства. Затем обработанный табак выгружают из экстрактора 1, и цикл работы установки повторяется. After the extraction of nicotine is completed, the heat exchanger 4 is turned off. At the same time, the passage of a supercritical extractant through an ultrasonic siren 2 with adiabatic expansion leads to a drop in its temperature and pressure below critical parameters and to release aromatic extractives from it, which under the action of ultrasonic vibrations generated by the extractant easily diffuse into tobacco, restoring its native aromatic properties. Then the processed tobacco is discharged from the extractor 1, and the installation cycle is repeated.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет интенсифицировать массообменные процессы при удалении никотина из табака и из сверхкритического экстрагента и обеспечивает наиболее полный возврат в табак нативных ароматических веществ, рециркулируемых совместно со сверхкритическим энстрагентом. Thus, the proposed installation allows you to intensify mass transfer processes when removing nicotine from tobacco and from a supercritical extractant and provides the most complete return to tobacco of native aromatic substances recycled together with the supercritical extractant.

Claims

Installation for removing nicotine from tobacco, containing an extractor, two acid traps, a heat exchanger and a pump, connected by a supercritical extractant with pipelines to the recirculation circuit, characterized in that it is equipped with an ultrasonic gas-dynamic siren installed at the extractor inlet, each acid trap consists of a horizontal case divided into two sections, and a hollow perforated rotor located therein, located between the housing sections on a porous hollow drive shaft and divided about in two parts with a shoulder fixed on the inner surface of the rotor, while the acid traps are interconnected by pipelines, one of which serves to connect one of the sections of the housing, one trap to the cavity of the porous shaft of the second trap for acid supply, and the other pipe to connect the cavity a porous shaft of another trap with a second section of the body of the first trap for circulating a supercritical extractant.