Конструкции экстракторов

Твердофазная экстракция

Экстракция процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательного растворителя (экстрагента). В МБ производствах экстракция применяется для извлечении водой или растворами солей ферментов из культур грибов, выращенных поверхностным способом, для извлечения микробного жира из биомассы дрожжей (летучими растворителями), для извлечения моносахаридов из древесной щепы после гидролиза полисахаридов (раствором кислоты). При получении ферментных препаратов экстракция позволяет на 70-75% освободить целевой продукт от балластных веществ и втрое увеличить содержание фермента по отношению к сухим веществам. При экстрагировании микробного жира получают БВ концентраты с регламентируемым содержанием углеводородов и технический микробный жир.

Сущность процесса экстрагирования из твердой фазы заключается в переносе вещества посредством молекулярной диффузии изнутри к поверхности частиц и дальнейшем переносе вещества от поверхности частиц посредством конвективной диффузии. Процесс экстрагирования в частице отображается первым законом Фика:

dM=-DdFdtdc/dn,

согласно которому масса вещества dM, продиффундировавшего за время dt через элементарную поверхность dF пропорциональна градиенту концентрации вещества в направлении диффузии.

При расчетах процесса экстракции из твердых частиц количество перенесенного вещества определяется выражением:

M=DFt(С_тв-С_ж)/r,

где Д - коэффициент диффузии; С_тв и С_ж - средние концентрации экстрагируемого вещества в частицах и в жидкости; r - толщина или радиус частицы.

Коэффициент диффузии зависит от свойств обрабатываемого материала, диффундирующего вещества и экстрагента. Пористость, форма и строение частиц также влияют на скорость процесса и в конечном счете определяют конструктивное оформление процесса. Для практических расчетов при экстрагировании ферментов из грибов поверхностных культур при t=30 ⁰С коэффициент диффузии принимают равным 1,8*10^-7 см²/с, а удельную поверхность частиц принимают равной 7 см²/см³.

Экстракторы классифицируют по следующим признакам.

1) По режиму работы - периодические, непрерывные, полунепрерывные.

2) По взаимному направлению движения твердой фазы и экстрагента: противоточные, прямоточные и перекрестного тока.

3) По виду циркуляции - с однократным прохождением экстрагента, с рециркуляцией экстрагента и оросительные.

4) По давлению в экстракторе - атмосферные, вакуумные и работающие под давлением.

5) По свойствам твердой фазы - для крупнозернистых, мелкозернистых, тонкодисперсных, пастообразных, волокнистых и др. материалов.

Конструктивно основные типы экстракторов классифицируются по неоднородным признакам:

1) по виду корпуса - колонные и камерные;

2) по виду транспортирующего органа - шнековые, лопастные, цепные, ковшовые, ротационные, ленточные;

3) по расположению корпуса - горизонтальные, вертикальные, наклонные

4) по гидродинамическому признаку протекающего процесса - с неподвижным слоем твердых частиц, с движущимся слоем, с кипящим слоем.

В название аппарата обычно входит один из перечисленных признаков.

В МБ промышленности применяются экстракторы периодического и непрерывного действия. Экстракторы и диффузионные установки периодического действия недостаточно эффективны и применяются только в малотоннажных производствах. Они представляют собой обычные реакторы без перемешивающих устройств, снабженные обогревом или аппараты с мешалкой. К экстракторам непрерывного действия относятся диффузионные батареи, колонные экстракторы, шнековые экстракторы, экстракторы роторного типа.

1. Аппараты с неподвижным слоем твердого материала.

Рис.57: а) диффузор: 1 - корпус; 2 - загрузочный люк; 3 - откидное днище; 4 - ложное днище (решетка); 5 и 6 патрубки для ввода и вывода растворителя; б) батарея диффузоров.

Диффузор - герметично закрытый аппарат (рис.57а), состоящий из цилиндрического корпуса с ложным днищем в виде решетки и откидным днищем (конструктивно аналогичен нутч-фильтру). Свежий растворитель подается сверху, а конечный раствор удаляется из-под решетки. В таких аппаратах скорость движения жидкости при ее фильтрации через слой невелика и практически совпадает со скоростью обтекания. Диффузоры соединяются последовательно в батарею (рис.57б) и работают под избыточным давлением. При этом растворитель прокачивается одним насосом через все аппараты батареи в направлении снизу вверх. Общее число диффузоров в батарее зависит от скорости процесса диффузии и может достигать 20. Система вентилей позволяет отключать любой из аппаратов для выгрузки отработанного шрота и новой загрузки.

2. Неперывнодействующие аппараты с механическим перемешиванием. Пример таковых - шнековые экстрактора любой конфигурации.

Рис.58. Горизонтальный шнековый экстрактор: 1 - корпус; 2 - шнек; 3 - привод.

Горизонтальный шнековый представляет собой горизонтальное корыто или желоб в котором вращается вал со спиральными лопастями или крестовинами. Движение фаз может быть прямо и противоточным. В вертикальных шнековых обычно противоток. Недостаток - сложность разделения фаз.

3. Аппарат со взвешенным слоем.

Рис. 59. Трубчатый экстрактор: 1 - транспортер; 2 - насос; 3 - труба.

Трубчатый экстрактор состоит из ряда последовательно соединенных труб, через которые при помощи насоса прокачивается жидкость со взвешенной в ней твердой фазой. Для лучшего перемешивания среды в трубах могут быть установлены статические смесители.

4. Экстрактор роторного типа. Представляет собой герметичный корпус, внутри которого расположен ротор, разделенный на n секторов, вращающийся вокруг вертикальной оси. Каждый отсек имеет ситчатое откидное днище, на которое подается измельченная культура гриба. Сырье подается непрерывно в сектора вращающегося ротора и постоянно орошается растворителем, который собирается под решеткой и прокачивается в известной последовательности: свежий - на сектор перед выгрузкой, максимально насыщенный - на свежий загружаемый материал.

Дата добавления: 2014-01-14