Непрерывное противоточное экстрагирование. Аппараты погружного типа: пружинно-лопастной, шнековый. Их характеристика.

Метод противоточной непрерывной экстракции

Этот метод используют для крупномасштабного и, как правило, массового производства, связанного с переработкой больших объёмов растительного сырья. Целесообразно использовать непрерывно действующие экстракторы со стабильным режимом экстрагирования, когда одновременно с определённой скоростью в экстрактор загружают растительный материал и с противоположной стороны подают экстрагент, сливают вытяжку и выгружают шрот. Противоточный принцип подачи сырья и экстрагента, непрерывное перемещение не только жидкой, но и твёрдой фазы способствуют достижению высокой разности концентраций, конвективной диффузии экстрагируемых веществ в слое экстрагента и созданию большой эффективной поверхности экстракции. Это в значительной мере интенсифицирует процесс экстрагирования.

Характерная особенность аппаратов погружного типа — перемещение сырья в объёме растворителя. По расположению экстракционной камеры эти аппараты подразделяют на вертикальные и горизонтальные. Вертикальные экстракторы имеют более высокий коэффициент заполнения (е), чем горизонтальные, однако горизонтальные удобнее в эксплуатации.

Среди вертикальных аппаратов наиболее известен шнековый экстрактор Гельдербрандта Он состоит из двух вертикальных и одной соединительной горизонтальной колонн, внутри которых расположены перфорированные шнеки. Скорость вращения шнеков каждой из колонн различается и увеличивается по ходу твёрдой фазы в отношениях 1:2:3 (для предотвращения образования уплотнений материала в корпусе экстрактора).

Каждая колонна представляет собой стальной цилиндр. Загрузочная и экстракционная колонны имеют паровые рубашки. Внутри каждой колонны расположены шнековые валы с перфорированным перьями (витками) с диаметром отверстий, равным 5 мм. Для предотвращения проворачивания материала шнеками по длине колонны приварены 6 прямоугольных планок. Загрузочная колонна в верхней части имеет фильтр для выходящего извлечения.

В верхней части экстракционной колонны установлен двухлопастной сбрасыватель шрота, вращающийся в направлении, обратном направлению шнека, и в 3 раза быстрее. Удаление материала из колонны проводят через специальный хобот. Растворитель подают через сопло (трубку с диаметром 3 мм, расположенную в верхней части экстракционной колонны, но ниже сбрасывателя шрота). Экстрагент в аппарате движется противотоком за счёт напора и различных уровней расположения входного и выходного штуцеров. Шнеки могут вращаться с различной скоростью, что изменяет время прохождения шрота через аппарат от 30 до 60 мин.

Отделом научно-исследовательских работ СПХФА предложена горизонтальная модель непрерывно действующего пружинно-лопастного экстрактора специально для галеновой промышленности, прошедшая испытания в лабораторных и полузаводских условиях. Экстрактор состоит из корпуса (1), разделённого на 15 секций (2). В каждой секции имеется вал на двух подшипниках. На нём жёстко укреплён барабан (3), на котором закреплены два ряда дугообразных пружинных лопастей (4). Валы приводятся в движение электромотором через редуктор и ряд шестерён. Под дном экстрактора находится камера (5) с электронагревателем. В переднюю часть аппарата помещена камера (6) для сбора и вывода извлечения. В передней верхней части экстрактора находится бункер (7), обеспечивающий поступление в экстрактор предварительно измельчённого растительного сырья через дозатор (8). В задней части экстрактора расположена транспортёрная лента (9), выгружающая из экстрактора истощённое сырьё, которое сбрасывается по лотку (10). Свежий извлекатель поступает в экстрактор через сопло (11).

Экстрактор работает по принципу противотока. Измельчённый растительный материал подают в бункер (7), из которого при помощи дозатора он поступает в первую секцию экстрактора, где находится в той или иной мере насыщенный действующими веществами извлекатель. Здесь растительное сырьё с помощью ло-пастей погружается в жидкость. Эта масса при помощи тех же лопастей прижимается к стенке секции, где происходит отделение лишней жидкости. При выходе лопастей из секции пружины выпрямляются и перебрасывают намокшее сырьё в другую секцию и т.д. Извлекатель из сопла (11) мелкими струйками или каплями обмывает истощённый материал, удаляемый при помощи транспортёра из камеры экстрактора. Этот извлекатель с транспортёра поступает в 15-ю секцию, а затем после экстрагирования растительного материала в 14-ю, потом в 13-ю, 12-ю секции и тд., т.е. течёт навстречу движению растительного материала. Экстрактор закрыт герметично, что даёт возможность применять для экстрагирования сырья спирто-водные смеси.

Экстрагирование на этом экстракторе можно производить любыми извлекателями в широком диапазоне температур. В зависимости от физико-химических свойств сырья экстрагирование протекает за 75-120 мин.

Основные преимущества аппаратов погружного типа — высокий коэффициент использования объёма аппарата (до 0,9), достижение хорошего контакта между фазами, а также возможность интенсифицировать процесс путём установки вибраторов, пульсаторов и т.д.

Недостатки:

1.Значительное продольное перемешивание вытяжки, что существенно снижает движущую силу процесса (разность концентраций). Для компенсации потерь, связанных с продольным смешением, аппараты погружного типа должны работать с повышенным соотношением экстрагент-сырьё, т.е. на них целесообразно получать не концентрированные, а разбавленные вытяжки.

2.Непрерывное перемешивание сырья приводит к его измельчению, а следовательно к загрязнению получаемых вытяжек мелкими частицами, что требует дополнительной их очистки.

3.Аппараты этого типа устойчиво работают на стандартном сырье. Небольшие отклонения во фракционном составе сырья могут вызвать образование уплотнений и нарушение противотока, так как слой сырья в аппарате имеет большое гидравлическое сопротивление.

Область применения экстракторов погружного типа — экстракция относительно крупного растительного сырья с небольшим количеством мелких фракций для получения извлечения в соотношении 1:5-1:10, что используется в крупнотоннажном массовом производстве.