способ экстракции волокнистого материала и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ экстракции волокнистого материала, включающий наложение на экстрагент в процессе его распыления и на обрабатываемый волокнистый материал акустических колебаний с торцевой поверхности стержневого концентратора продольных колебаний излучателя, пропускание дисперсного потока через слой волокнистого материала, погружение его в ванну с экстрагентом, извлечение и отжим, отличающийся тем, что наложение акустических колебаний осуществляют с частотой 18 120 кГц.

2. Устройство для эстракции волокнистого материала, содержащее установленный с возможностью перемещения подающий транспортер и смонтированные по ходу его перемещения узел промывки, выполненный в виде форсунки с подводящим трубопроводом экстрагента и излучателя со стержневым концентратором продольных колебаний, ванну с экстрагентом и отжимные вальцы, отличающееся тем, что свободный конец концентратора продольных колебаний излучателя размещен в выходном отверстии форсунки с образованием кольцевого зазора, при этом торцевая поверхность стержневого концентратора продольных колебаний излучателя и торцевая поверхность форсунки расположены в одной плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике и технологии экстракции волокнистых материалов и может быть использовано в текстильной промышленности при подготовке растительных волокон к прядению или в пищевой промышленности при извлечении ценных компонентов из стеблей растительного сырья.

Известен способ экстракции волокнистого материала, включающий распыление экстрагента потоком газа под давлением, нанесение на смесевой поток и обрабатываемый материал акустических колебаний, продувание дисперсного потока через материал, последующее погружение материала в ванну с экстрагентом, извлечение из нее и отжим.

Недостатками этого способа являются диссипация энергии акустических колебаний при передаче гетерофазному потоку, повышенный расход экстрагента вследствие его испарения при активном массообмене с газовым потоком и вынос экстрагента и экстракта газовым потоком из зоны обработки сырья.

Также известна установка для экстракции волокнистого материала, содержащая подающий транспортер и смонтированные по ходу транспортера узел промывки, выполненный в виде форсунки с подводящими трубопроводами экстрагента, излучателя с подводящим трубопроводом сжатого газа и рефлектора, ванну с экстрагентом и отжимные вальцы [там же]

Эта установка обладает всеми недостатками способа, который она реализует, а также обладает сложной конструкцией и снижает скорость экстракции и качество волокна или экстракта за счет снижения поверхности контакта фаз и механодеструкции волокна при увеличении динамических нагрузок за счет коагуляции капель экстрагента при озвучивании гетерофазного потока.

В предлагаемом способе экстракции волокнистого материала, включающем распыление экстрагента, нанесение на него и обрабатываемый материал акустических колебаний, пропускание дисперсного потока через материал, последующее погружение материала в ванну с экстрагентом, извлечение из нее и отжим, согласно изобретению, наложение акустических колебаний на экстрагент осуществляют в процессе его распыления с торцевой поверхности концентратора продольных колебаний, колеблемого с частотой 18 120 кГц.

Это позволяет исключить диссипацию энергии акустических колебаний за счет их передачи однофазному потоку, снизить расход экстрагента за счет снижения его испарения и исключить его вынос из зоны обработки при ликвидации турбулентных завихрений в условиях отсутствия газового потока.

В предлагаемой установке для экстракции волокнистого материала, содержащей подающий транспортер и смонтированные по ходу транспортера узел промывки, выполненный в виде форсунки с подводящим трубопроводом экстрагента и излучателя, ванну с экстрагентом и отжимные вальцы, согласно изобретению, излучатель снабжен стержневым концентратором продольных колебаний, свободный конец которого размещен заподлицо в выходном отверстии форсунки с образованием кольцевого зазора.

Такая конструкция установки упрощена по сравнению с известной за счет ликвидации необходимости подвода и монтажа источника энергоносителя в виде сжатого газа, позволяет реализовать предлагаемый способ и ускорить экстракцию и снизить механодеструкцию волокна за счет ликвидации возможности коагуляции дисперсной жидкой фазы, увеличения ее дисперсности до 0,1 мкм, что снижает динамические нагрузки на волокно и увеличивает поверхность контакта фаз.

На фиг. 1 изображена схема установки; на фиг. 2 узел промывки, продольный разрез с поворотом.

Установка для экстракции волокнистого материала, реализующая предлагаемый способ, содержит транспортер 1, смонтированные по ходу транспортера 1 узел 2 промывки, ванну 3 с экстрагентом и отжимные вальцы 4.

Узел 2 промывки содержит (фиг. 2) форсунку 5, соединенную с подводящим трубопроводом 6 экстрагента, и акустический излучатель, выполненный, например, в виде магнитострикционного преобразователя 7, снабженный стержневым концентратором 8 продольных колебаний, свободный конец которого размещен заподлицо в выходном отверстии форсунки 5 с образованием кольцевого зазора 9.

На описанной установке способ реализуется следующим образом.

Обрабатываемое растительное волокнистое сырье, например льнотресту или стебли фенхеля, перемещают подающим транспортером 1 под узел 2 промывки. Поток экстрагента в этом узле по трубопроводу 6 поступает в кольцевой зазор 9, образованный внутренней поверхностью форсунки 5 и боковой поверхностью концентратора 8. Под действием продольных колебаний, передаваемых стержневому концентратору 8 от магнитострикционного преобразователя 7, и разрежения, создаваемого при продольных колебаниях у торцевой поверхности концентратора 8, экстрагент перемещается по зазору 9 к торцевой поверхности концентратора 8, откуда происходит его распыление с дисперсностью 0,5 0,1 мкм в зависимости от частоты колебаний и вязкости экстрагента. При частоте колебаний концентратора 8 ниже 18 кГц распыление любого экстрагента не происходит. При приближении частоты колебаний к верхнему пределу амплитуда колебаний концентратора 8 падает из-за инерционности системы распыления, и в интервале 80 120 кГц при распылении вязких экстрагентов наблюдаются сбои с образованием капель с размером до 3 мкм, что снижает эффективность экстракции. При частоте колебаний выше 120 кГц средняя дисперсность капель при использовании даже наименее вязких экстрагентов, таких как вода и спирт, имеет значение, близкое к тому, которое характерно для установки-прототипа. Таким образом, при распыления экстрагента ультразвуковыми колебаниями в диапазоне частот 18 120 кГц достигается значительное снижение размера капель и снижается энергия гидродинамического удара частиц экстрагента о поверхностную часть слоя обрабатываемого сырья. Это исключает механодеструкцию растительного волокна и его перепутывание и исключает вынос деструктированных частиц волокна с экстрактом. Отсутствие газа-носителя исключает испарение мелкодисперсного экстрагента, а скорость диффузии сквозь слой обрабатываемого материала сохраняется за счет инерционного перемещения капель экстрагента после ударного взаимодействия с торцевой поверхностью концентратора 8. Высокая по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями дисперсность экстрагента обеспечивает развитие поверхности контакта фаз и ускоряет процесс экстракции. Отсутствие второй фазы в зоне наложения ультразвуковых колебаний на поток экстрагента позволяет исключить коагуляцию капель в процессе транспортировки от узла распыления к обрабатываемому материалу, а также снижает механодеструкцию волокон обрабатываемого сырья. Наложение ультразвуковой волны на поток экстрагента при его диспергировании позволяет создать в каплях пульсацию давления и изменение формы в процессе инерционного транспортирования к обрабатываемому сырью и организовать микропотоки с повышенной скоростью течения на его поверхности, обеспечивающие ускорение обновления поверхности контакта фаз и процесса экстракции в целом, а также создающие пульсирующий характер течения эктрагента, ускоряющий диффузию в сырье и передачу сырья ультразвуковых колебаний, под действием которых интенсифицируется диффузия внутреннего содержимого сырья к его поверхности. Отсутствие газового потока исключает вынос экстрагента и экстрактивных веществ из зоны обработки благодаря отсутствию зоны завихрения потока в месте взаимодействия со слоем сырья. Обработанное таким образом сырье перемещается подающим транспортером 1 через ванну 3 для смыва большим количеством экстрагента экстрактивных веществ с его поверхности и отжимается от экстрагента на вальцах 4.

Обработанный материал имеет незначительные количества механически разрушенных волокон. Отделенный экстракт в ванне 3 содержит минимальные количества деструктированного волокна и не требует дополнительной очистки от них.

Пример 1. Льнотресту обрабатывают распылением ультразвуковыми колебаниями с частотой 18 кГц потоком моющего раствора, погружением в ванну с тем же раствором и отжимом на вальцах. По сравнению с контрольным образцом, полученным по способу-прототипу, содержание загрязнений в волокне ниже на 12% механодеструкция волокна ниже на 8,3% расход моющего раствора снижен на 26,7%

Пример 2. Стебли фенхеля обрабатывают 20%-ным водно-спиртовым раствором, распыленным ультразвуковыми колебаниями с частотой 120 кГц, погружением в ванну с тем же раствором и отжимом на вальцах. По сравнению с контрольным образцом, полученным по способу-прототипу, остаточное содержание фенхеля в сырье снижено на 44% содержание механических примесей в экстракте снижено на 94% расход экстрагента снижен на 31,2%

Таким образом, предлагаемые способ и установка позволяет снизить расход экстрагента, механодеструкцию волокнистого материала и повысить эффективность процесса экстракции.