высокотемпературный экстрактор

Формула изобретения

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭКСТРАКТОР, включающий камеру для смешения суспензии и кислоты, камеру-выдерживатель, перемешивающее устройство и штуцеры для подачи суспензии, кислоты, пара и вывода реакционной массы, отличающийся тем, что он снабжен паровой камерой, а камера для смешения суспензии с кислотой и камера-выдерживатель размещены внутри паровой камеры, установлены с регулируемым зазором одна относительно другой и сообщены между собой посредством перемешивающего устройства, выполненного в виде коаксиально расположенных сопл, причем на внешней и внутренней поверхностях сопл для подачи исходной суспензии, смешанной с кислотой, выполнена винтовая насечка обратной направленности.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к аппаратам, применяемым в микробиологической промышленности, в частности для проведения высокотемпературной кислотной обработки (экстракции) микроорганизмов при их комплексной переработке с получением препаратов пищевого назначения (белковые изоляты, водорастворимые фракции белка) и кормового назначения (клеточные оболочки, пептидно-нуклеотидные концентраты). Кроме того, высокотемпературный кислотный экстрактор может найти применение в пищевой, фармацевтической или перерабатывающей промышленностях.

Известен аппарат для проведения высокотемпературной кислотной экстракции (нейтрализации) в процессе комплексной переработки биомассы, представляющий собой аппарат с рубашкой и перемешивающим устройством. На крышке расположены штуцеры для реагентов и привод мешалки, а в коническом днище штуцер для выхода продукта. Система перемешивания должна обеспечить полное смешение и поддерживать во взвешенном состоянии твердые частицы биомассы [1] К недостаткам данного аппарата относится относительно слабая эффективность перемешивания, практически невозможность организации непрерывного процесса, относительно невысокая реакционная зона, наличие застойных зон.

Наиболее близкой по сущности и достигаемому техническому результату является конструкция аппарата для высокотемпературной обработки, включающая автоклав с мешалкой и рубашкой для обогрева, штуцерами для непрерывного ввода дрожжевой суспензии, кислоты пара и острого пара высоких параметров (до 0,4 МПа) и для вывода реакционной массы и дополнительно обогреваемой емкости выдерживателя с дросселирующим клапаном и запорной арматурой [2] К недостаткам данного аппарата можно отнести технологические трудности при проведении экстракции в непрерывном режиме при высоких температурах (под давлением) неравномерность реакционной массы, местные перегревы и относительная невоспроизводимость конечного продукта, присущая периодическим процессам. К недостаткам относится также трудоемкое технологическое обслуживание аппарата.

Кроме того, аппаратам с мешалкой свойственны явления неравномерности перемешивания, в частности температурная неравномерность и величины рН по объему, что приводит к снижению КПД процесса экстракции, составляющий как правило 70-75%

Задачей изобретения является создание конструкции экстрактора, позволяющего проводить высокотемпературную кислотную обработку (экстракцию) микроорганизмов с высокой степенью извлечения целевых компонентов в условиях непрерывного режима.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении предлагаемого изобретения, заключается в повышении степени экстракции. Для достижения указанного технического результата аппарат для высокотемпературной экстракции, включающий камеру для смешения суспензии с кислотой, камеру-выдерживатель, перемешивающее устройство и штуцеры для подачи суспензии, кислоты, пара и вывода реакционной массы, снабжен паровой камерой, а камера для смешения суспензии с кислотой и камера-выдерживатель размещены внутри паровой камеры и установлены с регулируемым зазором друг относительно друга и сообщены между собой посредством перемешивающего устройства, выполненного в виде коаксиально расположенных сопел, причем на внешней и внутренней поверхностях сопел для подачи исходной суспензии, смешанной с кислотой, выполнена винтовая насечка обратной направленности.

На фиг. 1 представлен продольный разрез экстрактора; на фиг. 2 разрез по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез по Б-Б на фиг. 2.

Экстрактор состоит из камеры 1 для смешения суспензии с кислотой, камеры-выдерживателя 2, сообщенных между собой посредством перемешивающего устройства для интенсивного смешения взаимодействующих сред в процессе экстракции, выполненного в виде коаксиально расположенных сопел 3 и 4 и размещенных соответственно в днище 5 камеры-выдерживателя 2 и в крышке 6 камеры 1. На внутренней и внешней поверхностях сопел 4 для подачи исходной суспензии, смешанной с кислотой, выполнена винтовая насечка обратной направленности 7 и 8 соответственно для закручивания струй обогреваемого агента (пара) и реакционной смеси. Камеры 1 и 2 размещены внутри паровой камеры 9 и установлены с регулируемым зазором между собой в вертикальной плоскости посредством сменных прокладок 10. Аппарат содержит штуцер 11 для подачи реакционной среды, штуцер 12 для подачи кислоты, штуцер 13 для подачи термосреды и штуцер 14 для вывода прореагированной среды после экстракции.

Высокотемпературный кислотный экстрактор работает следующим образом. Исходная суспензия микроорганизмов подается через штуцер 11 в камеру 1, куда через штуцер 12 в расчетном количестве подается кислота, а в камеру 9 через штуцер 13 подается острый пар для обеспечения и поддерживания заданной температуры процесса, причем для обеспечения работы перемешивающего устройства, выполненного в виде коаксиально расположенных между собой сопел 3 и 4 в благоприятном режиме, давление в камере 1 исходной суспензии на 0,2-0,4 кПа больше давления в паровой камере 9 во избежание передавливания пара в камеру 1. Затем смесь исходной суспензии и кислоты разделяется на отдельные элементарные потоки (по числу сопел), диспергируются (перемешиваются) с паром, равномерно прогреваясь до температуры пара.

Равномерность прогрева и гомогенизация достигаются за счет противоположного закручивания струи суспензии и струи эжектируемого пара с помощью специальных винтовых нарезных линий 7 и 8, выполненных на внутренней и внешней сторонах сопел 4. Благодаря наличию винтовой линии 7 на внутренней полости сопел 4 осуществляется закручивание потока исходной смеси в одну сторону, закручивание экстрагируемого пара в противоположную сторону осуществляется благодаря наличию обратного направления винтовой линии 8 на внешней (конической) стороне сопел 4. Это обеспечивает интенсивное перемешивание и теплообмен между конденсирующим паром и частицами твердой фазы биомассы в кислой среде, что приводит к интенсивному кислому гидролизу твердой фазы. Степень эжекции пара можно менять изменением зазора между соплами 3 и 4 с помощью сменных пластин 10. Благодаря этому в зависимости от требований процесса можно изменять степень перемешивания, температуру процесса или расход пара, что в конечном случае определяет полноту экстракции. Важное значение на полноту экстракции влияет не только температуру, но и время пребывания взаимодействующих фаз в зоне высокой температуры и давления, т.е. в камере 2, куда поступают после смешения пар и подкисленная в камере 1 суспензия. Поскольку время пребывания взаимодействующих сред в зоне высокой температуры и давления зависит от отношения объема камеры 2 и суммарной объемной скорости подачи в аппарат пара и суспензии (расхода), поэтому для увеличения времени реакции возможно за счет увеличения объема камеры 2 или подсоединения к ней через патрубок 14 дополнительной емкости (на фиг. 1 не показана), в которой взаимодействующая среда дополнительно выдерживается при тех же условиях, что и в камере 2. После выдержки реакционной среды определенное время при высокой температуре и давлении (определяется технологическими требованиями), она мгновенно дросселируется в емкость охладитель-расширитель (на фиг. 1 не показана), находящийся под атмосферным давлением. При этом образуются вторичные пары вскипания, которые непрерывно отводятся за счет вакуума и используются для обогрева (на фиг. 1 не показано), а охлажденная суспензия нейтрализуется при перемешивании.

Таким образом, в предлагаемом аппарате обеспечивается проведение процесса высокотемпературной кислотной экстракции за счет эжекционного процесса, обеспечивающего мгновенной тепло- и массообмен при одновременном подкислении реакционной среды. По сравнению с известными способами проведения кислой экстракции процесс в предлагаемом аппарате позволяет достичь полного гидролиза и экстракции, при этом обеспечивается равномерность перемешивания, малое время пребывания в зоне реакции, полнота реакции.