RU2186606C2

RU2186606C2 - Mass-exchange apparatus

Info

Publication number: RU2186606C2
Application number: RU2000119251A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Иванец; А.Н. Потапов; А.Б. Шушпанников; А.В. Судницын
Original assignee: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Priority date: 2000-07-19
Filing date: 2000-07-19
Publication date: 2002-08-10

Abstract

FIELD: mass-exchange apparatus for extraction processes in "liquid-to-solid" systems. SUBSTANCE: proposed device has vibration drive, central vertical cylindrical hollow column with spiral working member secured on its outer surface and unloading chute at the end of upper turn of working member. Mounted on center (in height of apparatus) and on upper turns of working member are splitters which may turn around vertical axis; pipe union for supply of extractant (discharge of extract) is mounted on lower turn; central column performing function of solid phase loading branch pipe has holes: one hole is found at level of bottom and other holes are opposite to it at level of splitters. EFFECT: extended field of application due to change of method of loading at simultaneous intensification of process. 3 dwg

Description

Изобретение относится к массообменным аппаратам для процессов в системе "жидкость - твердое тело" и может использоваться в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности для экстракции вещества из твердых тел жидкостями. The invention relates to mass transfer apparatus for processes in the liquid-solid system and can be used in food, pharmaceutical and other industries for the extraction of substances from solids by liquids.

Известен экстрактор, в котором шнек вращается периодически и с помощью гидроцилиндра совершает подъемно-опускные движения, а на корпусе установлены вибраторы [1]. A known extractor in which the screw rotates periodically and with the help of a hydraulic cylinder makes lifting and lowering movements, and vibrators are installed on the housing [1].

Недостатком данного устройства является чрезмерное уплотнение твердой фазы в корпусе аппарата. Это ухудшает условия фильтрования экстрагента через слой частиц твердой фазы, кроме этого, уменьшается величина активной поверхности частиц, что, в целом, приводит к увеличению внешнего диффузионного сопротивления и уменьшению скорости процесса извлечения. The disadvantage of this device is the excessive compaction of the solid phase in the apparatus. This worsens the conditions for filtering the extractant through the layer of particles of the solid phase, in addition, the size of the active surface of the particles decreases, which, in general, leads to an increase in the external diffusion resistance and a decrease in the rate of the extraction process.

Наиболее близким по технической сущности решением, выбранным в качестве прототипа, является аппарат вертикального типа со спиральным вибрирующим лотком [2] . Он содержит подвешенную на пружинных подвесках вертикальную колонну, которая совершает вибрационное движение под действием вибратора и на которой укреплен спиральный лоток. Колонна нижней частью опущена в ванну, куда подаются твердая и жидкая фазы. Вибрационное движение колонны обеспечивает транспортировку суспензии вверх по спиральному лотку и удаление ее с верхней части лотка. The closest in technical essence the solution chosen as a prototype is a vertical type apparatus with a spiral vibrating tray [2]. It contains a vertical column suspended on spring pendants, which vibrates under the action of a vibrator and on which a spiral tray is mounted. The column is lowered into the bathtub, where solid and liquid phases are fed. The vibrational movement of the column ensures the suspension is transported up the spiral tray and removed from the top of the tray.

Недостатком известной конструкции является то, что при расположении приемного лотка у днища ванны с жидкостью затруднена загрузка твердой фазы при близких значениях плотностей экстрагента и твердых частиц, например при экстрагировании из растительного сырья. A disadvantage of the known design is that when the receiving tray is located at the bottom of the bathtub with liquid, it is difficult to load the solid phase at close densities of the extractant and solid particles, for example when extracting from plant materials.

Целью изобретения является расширение области применения массообменного аппарата за счет изменения способа загрузки при одновременной интенсификации процесса. The aim of the invention is to expand the scope of the mass transfer apparatus by changing the loading method while enhancing the process.

Цель достигается тем, что загрузка экстрагируемого материала осуществляется через верхнюю часть центральной колонны и далее через окно в ней, расположенное на уровне днища. Кроме этого. центральная колонна снабжена отверстиями, расположенными оппозитно загрузочному окну; около отверстий имеются рассекатели, установленные с возможностью поворота вокруг вертикальной оси на спиральном рабочем органе, причем последний выполнен перфорированным. The goal is achieved by loading the extracted material through the upper part of the central column and then through the window in it, located at the bottom level. Besides. the central column is provided with openings located opposite the loading window; near the holes there are dividers mounted to rotate around a vertical axis on a spiral working body, the latter being perforated.

На фиг. 1 показан экстрактор, общий вид; на фиг.2 - экстрактор, вид сверху и его поперечное сечение. In FIG. 1 shows an extractor, general view; figure 2 - extractor, top view and its cross section.

На наружной поверхности центральной несущей колонны 1 укреплен рабочий орган 2 в виде спирального лотка, все витки которого, кроме нижнего, имеют перфорацию. В стенке колонны выполнены три отверстия: нижнее отверстие 4 на уровне днища 3, верхнее отверстие 5 на уровне рассекателя 7, установленного на верхнем витке рабочего органа 2, и отверстие 6 - на уровне рассекателя 8, установленного на среднем по высоте аппарата витке. Аппарат имеет лоток 10, установленный в конце верхнего витка для выгрузки шрота, штуцер 9 в нижней части аппарата для отвода экстракта при противоточном режиме работы аппарата или подвода экстрагента при прямоточном режиме. Аппарат посредством упругих элементов 11 присоединен днищем к станине и приводится в движение виброприводом 12. On the outer surface of the central supporting column 1, the working body 2 is fixed in the form of a spiral tray, all of which turns, except for the lower one, have perforation. Three holes are made in the wall of the column: the lower hole 4 at the level of the bottom 3, the upper hole 5 at the level of the divider 7, mounted on the upper turn of the working body 2, and the hole 6 - at the level of the divider 8, installed at a medium height coil. The apparatus has a tray 10 installed at the end of the upper turn for unloading the meal, a nozzle 9 in the lower part of the apparatus for extracting the extract during countercurrent operation of the apparatus or supplying the extractant in direct-flow mode. The device through the elastic elements 11 is attached to the bottom of the bed and is driven by a vibrator 12.

Раздельная подача жидкой и твердой фаз в аппарат позволяет осуществлять загрузку при близких значениях плотностей экстрагента и твердых частиц. Separate supply of liquid and solid phases to the apparatus allows loading at close densities of the extractant and solid particles.

Перфорация на спиральном рабочем органе 2 нужна для организации "внутренней" рециркуляции жидкой фазы и, в результате, увеличения скорости массообмена. Отверстия 5, 6 и установленные около них рассекатели 7, 8 позволяют осуществить рециркуляцию суспензии при работе аппарата в режиме прямотока фаз. Рассекатель 7, кроме того, используется в качестве заслонки, полностью перекрывающей либо окно 5 - при непрерывной работе аппарата, либо лоток 10 - при работе аппарата в периодическом режиме. Perforation on a spiral working body 2 is needed to organize the "internal" recirculation of the liquid phase and, as a result, increase the rate of mass transfer. The holes 5, 6 and the dividers 7, 8 installed near them allow the recirculation of the suspension during operation of the apparatus in the forward flow phase. Divider 7, in addition, is used as a damper that completely covers either window 5 - during continuous operation of the device, or tray 10 - when the device is in batch mode.

Аппарат работает следующим образом. The device operates as follows.

При включении вибропривода 12 центральная колонна 1 с рабочим органом 2 совершают сложное колебательное движение по винтовой линии. Экстрагируемый материал дозируется в центральную колонну сверху. Материал растекается по днищу 3 внутри центральной колонны и через отверстие 4 попадает на рабочий орган 2. Под действием направленной вибрации материал движется по желобу вверх виброкипящим слоем. Рассекатель 8 в случае противотока фаз перекрывает отверстие 6 в центральной колонне и весь поток материала двигается к верхней части аппарата. В случае прямотока фаз рассекатель 8 разделяет материал на два потока: часть материала продолжает двигаться к верхней части аппарата, другая направляется в отверстие 6 центральной колонны и смешивается со свежим материалом, образуя контур "внешнего" рецикла. С помощью рассекателя 8 можно регулировать количество материала, поступающего в контур "внешнего" рецикла, а также производительность аппарата по твердой фазе. Для организации периодического режима работы аппарата рассекатель 7 закрывает разгрузочный лоток 10 и весь поток материала направляется в нижнюю часть аппарата через отверстие 5. После достижения заданной концентрации целевого компонента в твердой фазе разгрузочный лоток 10 открывают, перекрывая при этом отверстие 5, и производят разгрузку аппарата. When you turn on the vibro drive 12, the Central column 1 with the working body 2 make a complex oscillatory movement along a helical line. Extractable material is dosed into the central column from above. The material spreads along the bottom 3 inside the central column and through the hole 4 enters the working body 2. Under the action of directed vibration, the material moves upward through the gutter with a vibro-boiling layer. In the case of countercurrent phases, the divider 8 closes the hole 6 in the central column and the entire material flow moves to the upper part of the apparatus. In the case of direct flow of phases, the divider 8 divides the material into two streams: part of the material continues to move to the upper part of the apparatus, the other goes to the hole 6 of the central column and mixes with fresh material, forming the contour of the "external" recycle. Using the divider 8, you can adjust the amount of material entering the circuit of the "external" recycle, as well as the productivity of the apparatus in solid phase. To organize the periodic operation of the apparatus, the divider 7 closes the discharge tray 10 and the entire material flow is sent to the lower part of the apparatus through the hole 5. After reaching the specified concentration of the target component in the solid phase, the discharge tray 10 is opened, blocking the hole 5, and the device is unloaded.

Экстрагент подается в верхнюю часть аппарата на его верхний виток. Под действием гравитационных сил он движется противотоком через виброкипящий слой экстрагируемого материала, извлекает целевой компонент и удаляется из аппарата через штуцер 9. Одновременно часть экстрагента проникает через перфорацию рабочего органа и попадает на нижележащий виток, опережая основной поток. Таким образом создается "внутренний" рецикл. The extractant is fed into the upper part of the apparatus to its upper turn. Under the influence of gravitational forces, it moves countercurrently through a vibrating boiling layer of the extracted material, extracts the target component and is removed from the apparatus through the nozzle 9. At the same time, part of the extractant penetrates through the perforation of the working body and enters the underlying coil, ahead of the main stream. This creates an “internal” recycling.

Увеличивая частоту колебаний аппарата, а следовательно, и скорость движения твердой фазы по вибролотку, можно осуществлять взаимодействие фаз в прямотоке. В этом случае характер движения твердой фазы аналогичен описанному выше. By increasing the frequency of oscillations of the apparatus, and therefore the speed of the solid phase along the vibratory tray, it is possible to carry out the interaction of phases in the forward flow. In this case, the nature of the motion of the solid phase is similar to that described above.

Экстрагент подается через штуцер 9 на нижний виток рабочего органа 2, увлекается движущимися частицами твердой фазы, извлекает целевой компонент и отводится из аппарата через лоток 10 вместе с твердой фазой (разделение фаз осуществляется вне аппарата). The extractant is fed through the nozzle 9 to the lower turn of the working body 2, is carried away by the moving particles of the solid phase, removes the target component and is removed from the apparatus through the tray 10 together with the solid phase (phase separation is carried out outside the apparatus).

Использование предлагаемого изобретения позволяет расширить область применения массообменного аппарата за счет осуществления загрузки материала через центральную колонну и интенсифицировать процесс за счет организации рециклов. The use of the invention allows to expand the scope of the mass transfer apparatus by loading material through a central column and to intensify the process by organizing recycles.

ЛИТЕРАТУРА
1. Авт. св. СССР 128962, кл. В 01 D 11/02, 1960.LITERATURE
1. Auth. St. USSR 128962, class B 01 D 11/02, 1960.

2. Аксельруд Г. А. и Молчанов А.Д. Растворение твердых веществ. - М., 1977, с.217-219 (прототип). 2. Axelrud G. A. and Molchanov A. D. Dissolution of solids. - M., 1977, p.217-219 (prototype).

Claims

A mass transfer apparatus containing a vibrodrive, a central vertical cylindrical hollow column with a spiral working body fixed to its outer surface, an unloading tray at the end of the upper turn of the working body, characterized in that the spiral working body is perforated at an average height of the device and at the upper turns of the working of the organ are mounted with the possibility of rotation around the vertical axis of the dividers, a fitting for supplying extractant (extracting extract) is installed on the lower turn, and the central I am a column, which is a loading pipe for the solid phase, equipped with holes, one of which is located at the bottom level, and the other, opposite it, at the level of the dividers.