Выщелачивания

УСТРОЙСТВО ЭКСТРАКЦИОННЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13.

Цель работы: Изучение конструкций экстракционных аппаратов.

Порядок выполнения работы:

1. Внимательно изучить основные конструкции экстракционных аппаратов.

2. Подготовить краткое описание содержания работы.

3. Ответить на контрольные вопросы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Выщелачивание (частный случай экстракции) - это извлечение из твердого тела одного или нескольких веществ с помощью растворителя, обладающего избирательной способностью.

В пищевой промышленности выщелачиванием обрабатывают капиллярно-пористые тела растительного и животного происхождения. В качестве растворителя применяют воду, спирт и водно-спиртовую смесь, бензины и др.

Растворение и выщелачивание проводят периодическим и непрерывным способами соответственно в перколяторах и диффузионных аппаратах различной конструкции в прямотоке и противотоке.

Перколятор (рис. 1) представляет собой вертикальный цилиндрический аппарат с коническим днищем и крышкой. В днище расположена решетка, на которую через верхний люк загружается слой измельченного твердого материала. После выщелачивания материал выгружается через нижний откидывающийся люк.

Рис. 1 Перколятор:

1 — крышка; 2, 5 — штуцера для растворителя; З — корпус; 4 — решетка; б — откидывающийся люк; 7— твердый материал

Перколяторы соединяют последовательно в батареи. Число перколяторов в батарее составляет от 4 до 15. Растворитель прокачивается насосом снизу вверх последовательно через все перколяторы. Батарея работает по принципу противотока. В любой момент времени один из аппаратов, в котором достигнута заданная степень извлечения, отключается на разгрузку отработанного материала и загрузку свежего. Материал выгружается из перколятора самотеком под давлением. В целом вся установка работает непрерывно.

Аппараты с псевдоожиженным слоем позволяют повысить эффективность выщелачивания и растворения.

Аппарат представляет собой колонну, в нижней части которой расположена распределительная решетка. На эту решетку загружается измельченный твердый материал, а растворитель подается под решетку. Скорость растворителя выбирают такой, чтобы создать перепад давления в слое твердого материала, достаточный для его псевдоожижения. Такие аппараты могут работать в полунепрерывном и непрерывном режимах.

Диффузионные аппараты непрерывного действия получили широкие распространение в сахарной промышленности для извлечения сахара и свекловичной стружки.

Наклонный двухшнековый диффузионный аппарат (рис. 2) установлен под углом 8... 11° к горизонту. В верхней части аппарата расположены бункер для загрузки свекловичной стружки и шнеки для удаления жома из аппарата. Внутри аппарата стружка перемешается двумя параллельно расположенными шнеками снизу вверх. Шнеки образуются лопастями расположенными по винтовой линии. Лопасти каждого шнека заходят в межлопастное пространство другого. Такое устройство шнеков способствует равномерному перемещению стружки по длине аппарата и предотвращает возможность вращения свекловичной стружки вместе с лопастями. Для этой же цели установлены контрлопасти и перегородки на нижней части крышек.

Удаляют жом из аппарата в верхней его части разгрузочными шнеками. Лучшему удалению жома способствуют также лопасти. Разгрузочные шнеки смонтированы под прямым углом к транспортирующим шнекам и вращаются в противоположном направлении. Дли подогрева массы в нижней части корпуса аппарата установлены подогревательные камеры.

Цилиндрический одноколонный диффузионный аппарат - цилиндрический корпус, внутри которого вращается шнек. Шнек подвешен к верхней опоре. На внутренней поверхности корпуса установлены контрлопасти, которые расположены в других плоскостях, чтобы не мешать вращению шнека. Лопасти шнека и контрлопасти разрыхляют стружку и перемещают ее снизу вверх.

Рис. 2 Наклонный двухшнековый диффузионный аппарат:

1, 8 — электродвигатели; 2 — приемный бункер; З — крышка; 4 — опора; 5 — перегородка; 6, 9 — лопасти; 7 — выгружной шнек; 10 — шнек; 11 — греющая камера;

12— сито; 13 — штуцер для вывода диффузионного сока; 14 — ребро; 15 — изоляция; 16— контрлопасть

Нижняя часть аппарата оборудована устройством для отвода диффузионного соки. Оно состоит из горизонтального щелеобразного сита и дополнительной фильтрующей поверхности, расположенной в контрлопастях, и в двух, вращающихся ситоочистительных лопастях.

Лопастный вал сопряжен с нижним коротким валом при помощи центрирующего валика. На нижнем валу находится распределитель свекловичной стружки. Ошпаренная стружка с соком поступает от насоса по трубе в распределитель и равномерно распределяется по поверхности горизонтального сита.

Для удаления жома из аппарата в верхней его части имеется выгрузочное устройство. Оно состоит из шнека, окон, вырезанных в верхней царге для выхода жома, и сегментных снимателей, расположенных у каждого окна. Ниже окон в желобе имеется ротационный скребковый конвейер, отводящий жом из аппарата.

Недостатки одноколонных аппаратов: необходимость предварительного ошпаривания свекловичной стружки, которое требует дополнительной установки ошпаривателей, а также подача стружки центробежными насосами, что приводит к значительному измельчению свекловичной стружки и не позволяет обессахаривать тонкоизмельченную стружку; обессахаривание в аппаратах стружки общей длиной до 10— 15 м в 100 г приводит к увеличению продолжительности процесса и последнее ухудшает технологические качества диффузионного сока.

Двухколонный диффузионный аппарат (рис. 3) представляет собой U-образный корпус прямоугольного сечения, который при помощи опор устанавливается на фундаменте. Корпус аппарата состоит из отдельных царг и укреплен ребрами жесткости.

Стружка перемещается в аппарате при помощи двух пластинчатых цепей, к которым прикреплены транспортирующие рамки. Цепи с рамками приводятся в движение от привода. Для окончательной очистки рам от жома во время нахождения их в вертикальном положении установлен рамкоочиститель ударного типа. Жом с рам сползает в бункер и затем удаляется шнеком.

Для подачи стружки в аппарат предназначены грабельный конвейер и забрасыватель стружки. Через сопла внутрь аппарата подается подогретый сок.

Диффузионный сок отбирается из аппарата через саморегенерирующиеся сита с коническими отверстиями, установленные в камере, и патрубок. Барометрическая вода поступает в аппарат через верхний ряд сопел, жомопрессовая — через нижний. Стружка, поступившая в аппарат, перемещается к месту выгрузки ее из аппарата. Барометрическую и жомопрессовую воду подают в верхнюю часть второй колонны противотоком свекловичной стружке. Диффузионный сок направляют в производство, а жом — на прессы или в жомохранилище. На некоторых заводах барометрическая и жомопрессовая вода предварительно поступает в один большой сборник для перемешивания и затем в подогреватель для подогрева смеси.

В рассматриваемой конструкции аппарата свекловичная стружка ошпаривается внутри аппарата и дополнительной установки ошпаривателя не требуется. Сок предназначенный для ошпаривания, подогревается до определенной температуры в подогревателях.

Имеются конструкции аппаратов, в которых твердый материал перемешается ковшами.

Применение цепных транспортирующих устройств с рамками или ковшами приводит к уплотнению массы твердого материала на рамках или в ковшах, что ухудшает процесс экстрагирования. В диффузионных аппаратах с лопастными валами и контрлопастями происходит значительное измельчение стружки, которое затрудняет фильтрование диффузионного сока в аппарате и тем самым снижает скорость экстракции. В результате применения крупной свекловичной стружки также снижается скорость экстракции из-за увеличения внутридиффузионного сопротивления.

Диффузионные аппараты с взвешенным слоем лишены этих недостатков. В двухколонном аппарате (рис. 4), разработанном проф. С. М. Гребенюком, свекловичная стружка находится во взвешенном состоянии Движущей силой для перемещения содержимого в аппарате является разность давлений над материалом в первой и второй колоннах. При движении поршневого транспортирующего устройства вверх под ним создается разрежение. Свекловичная стружка поступает в верхнюю часть первой колонны, которая до определенного уровня заполнена диффузионным соком. Уровень сока поддерживается при помощи уровнемера. Таким образом, свекловичная стружка поступает в диффузионный сок и равномерно распределяется в объеме аппарата.

Свекловичная стружка перемещается с помощью поршня транспортирующего устройства. При движении поршня вниз он входит в массу жома и жидкости, которая поступает через открытые клапаны поршня. Чтобы масса в аппарате не перемешалась в направлении движения поршня, под ним установлена задерживающая решетка. В нижнем положении поршень делает выстой. В это время клапаны поршня закрываются. После выстоя поршень перемещается вверх, а масса — в направлении движения поршня. В это же время в левой колонне масса перемещается вниз на такое же расстояние. Задерживающие решетки обеспечивают фильтрование диффузионного сока. Вследствие периодического движения поршня стружечная масса в аппарате находится во взвешенном состоянии. Порция жома захваченная поршнем, поступает на решетку, где вода отделяется и выводится через сито под поршень, а жом шнековым устройством направляется в разгрузочный желоб.

Рис. 3 Двухколонный диффузионный аппарат с взвешенным слоем:

1 — загрузочная воронка; 2— ситовый пояс; 3, 4— подогревательные камеры; 5— задерживающие решетки: б — уровнемер; 7— транспортирующее устройство: 8.— шнековое устройство: 9— привод; 10 — разгрузочный желоб

Производительность диффузионных аппаратов по свекле (в т/сут) определяется по формуле:

G=(20*60*60V_nq) / 1000τ,

где V_n— полезный объем аппарата, м³; q — масса стружки на единицу полезного объема аппарата, кг/м³ (для колонных аппаратов q =600...700 кг/м³); τ — продолжительность процесса экстрагирования, с.

Ленточные экстракторы (рис. 5) применяют для экстракции масла из семян подсолнечника. Твердая фаза — раздробленные семена перемешаются по ленте тонким слоем, а экстрагент — бензин подается сверху с помощью манков и орошает находящийся на ленте материал. Процесс осуществляетея по сложной комбинированной схеме движения потоков твердою материала и экстрагента: поперечный ток на каждом участке и противоток в целом в экстракторе. Конструкция экстрактора не обеспечивает эффективного взаимодействия твердой фазы с экстрагентом, экстракция протекает с невысокой скоростью. Для полного извлечения масла требуется несколько ступеней экстракции.

Рис. 4 Ленточный экстрактор:

1 — корпус; 2 — сопла; З — загрузочная шахта; 4— транспортирующее устройство; 5 — насосы

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем сущность процесса выщелачивания?

2. Что представляет собой перколятор?

3. Назовите основные типы диффузионных аппаратов непрерывного действия.

4. Как устроены наклонные двухшнековые диффузионные аппараты?

5. Как устроены ленточные экстракторы?

Дата добавления: 2014-12-07