способ получения целевого компонента и мембранный массообменный аппарат для экстракции

Формула изобретения

1. Способ получения целевого компонента, включающий в себя экстрагирование из твердого продукта веществ и их последующее разделение, отличающийся тем, что экстрагирование и последующее последовательное разделение компонентов экстракта с получением целевого компонента осуществляется в одном аппарате через полупронецаемую вращающуюся мембрану, омываемую потоком экстракта при давлении, превышающем осмотическое давление разделяемой смеси, при этом производится диафильтрация части полученного после разделения на полупроницаемой мембране концентрата целевого компонента и повторное его использование в качестве экстрагента.

2. Мембранный массообменный аппарат для экстракции, включающий цилиндрический корпус, внутри которого установлена полупроницаемая мембрана, патрубки подвода экстрагента и удаления разделяемых компонентов в виде фильтрата и концентрата целевого компонента, отличающийся тем, что внутри цилиндрического корпуса установлен с возможностью вращения перфорированный барабан, на внутренней поверхности которого расположены подложка и полупроницаемая мембрана и внутри которого дополнительно коаксиально размещен неподвижный перфорированный цилиндр, закрепленный соосно на перфорированной трубе и на внешней поверхности которого имеются витки направляющего и турбулизирующего устройства, при этом патрубок удаления концентрата целевого компонента связан трубопроводом с патрубком подвода экстрагента.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике обработки пищевых материалов, например, зародышей зерна пшеницы, в массообменных аппаратах и может быть применено в пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Известен способ экстрагирования из дисперсных материалов, осуществляемый в установке, содержащей вертикальный цилиндроконический корпус, расположенный в нем коаксиально разделитель восходящего и нисходящего потоков циркулирующей суспензии с перколятором, встроенный осевой насос, разрыхлительное устройство, поверхностный теплообменник, выносной конденсатор и сборник конденсата, и который заключается в загрузке исходящего материала и экстрагента в экстрактор, проведении циклически чередующихся процессов смешивания и разделения твердой и жидкой фаз с помощью насоса и перколятора до получения раствора с требуемой концентрацией экстрактивных веществ, выгрузке раствора, извлечении из материала остатка ценных компонентов растворителя и выгрузке отработанного материала, при этом остаток ценных компонентов растворителя извлекают из материала выпариванием и конденсацией паров (RU 2178723 С1, 27.12.2002).

Недостатком известного способа является энергоемкое и низкокачественное извлечение ценных компонентов с использованием фазового растворителя.

Наиболее близким к заявленному способу является способ получения пектина, включающий обработку растительного сырья в экстракторе, отделение экстракта от частиц сырья в аппарате, разделение экстракта на концентрат и фильтрат с помощью ультрафильтрации в непрерывном режиме на установке со ступенями, возврат фильтрата с первых ступеней в экстрактор и разбавление водой концентрата (экстракта) перед подачей его на остальные ступени (RU 2111973 С1, 27.05.1998).

Недостатком данного способа является большая металлоемкость оборудования для его осуществления, недостаточная эффективность экстракции, вследствие использования только одного фактора интенсификации, высокие энергозатраты, сложность обеспечения требуемого качества целевого продукта с заданными свойствами.

Наиболее близким к заявленному устройству является мембранный массообменный аппарат для экстракции, включающий цилиндрический корпус, внутри которого установлена полупроницаемая мембрана, патрубки подвода экстрагента и удаления разделяемых компонентов в виде фильтрата и концентрата целевого компонента (RU 2070890 С1, 27.12.1996).

Недостатком данного устройства является невозможность проведения экстракции и последующего разделения в одном аппарате.

Технический результат, достигаемый при реализации данного изобретения, заключается в повышении эффективности экстракции, сокращении длительности процесса, снижении энергозатрат и повышении качества.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения целевого компонента, включающем в себя экстрагирование из твердого продукта веществ и их последующее разделение, согласно изобретению, экстрагирование и последующее последовательное разделение компонентов экстракта с получением целевого компонента осуществляется в одном аппарате через полупроницаемую вращающуюся мембрану, омываемую потоком экстракта при давлении, превышающем осмотическое давление разделяемой смеси, при этом производится диафильтрация части полученного после разделения на полупроницаемой мембране концентрата целевого компонента и повторное его использование в качестве экстрагента.

Указанный технический результат достигается также тем, что в мембранном массообменном аппарате для экстракции, включающем цилиндрический корпус, внутри которого установлена полупроницаемая мембрана, патрубки подвода экстрагента и удаления разделяемых компонентов в виде фильтрата и концентрата целевого компонента, согласно изобретению, внутри цилиндрического корпуса установлен с возможностью вращения перфорированный барабан, на внутренней поверхности которого расположены подложка и полупроницаемая мембрана, и внутри которого дополнительно коаксиально размещен неподвижный перфорированный цилиндр, закрепленный соосно на перфорированной трубе, и на внешней поверхности которого имеются витки направляющего и турбулизирующего устройства, при этом патрубок удаления концентрата целевого компонента связан трубопроводом с патрубком подвода экстрагента.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема осуществления способа получения целевого компонента; на фиг.2 - общий вид мембранного массообменного аппарата для экстракции.

Мембранный массообменный аппарат для экстракции включает в себя цилиндрический корпус 1 с герметично закрывающейся крышкой 2. В корпусе 1 с возможностью вращения вокруг своей оси установлен перфорированный барабан 3, на внутренней поверхности которого имеется подложка 4 и полупроницаемая мембрана 5, величина размер пор которой обеспечивает задержку целевого компонента.

Внутри перфорированного барабана 3 коаксиально размещен неподвижный перфорированный цилиндр 6, закрепленный соосно на перфорированной трубе 7, на внешней поверхности которого имеются витки направляющего и турбулизирующего устройства 8.

Аппарат имеет патрубки 9, 10 и 11, соответственно, подвода экстрагента и удаления разделяемых компонентов в виде фильтрата и концентрата. Патрубок удаления фильтрата 11 связан трубопроводом (не показан) с патрубком подвода экстрагента 9.

Способ получения целевого компонента в мембранном массообменном аппарате для экстракции осуществляется следующим образом.

Открывают крышку 2 аппарата и исходный продукт (зародыши зерна пшеницы) загружают во внутреннюю полость неподвижного цилиндрического перфорированного цилиндра 6, после чего приводят во вращение перфорированный барабан 3. Через патрубок 9 и отверстия перфорированной трубы 7 в цилиндр подают экстрагент (вода), который проходит (циркулирует) через слой продукта, эктрагируя из него целевой компонент (ферментный препарат липоксигеназы). Полученный экстракт (водный раствор ферментного препарата липоксигеназы), проходя через отверстия неподвижного перфорированного цилиндра 6, попадает на витки направляющего и турбулизирующего устройства 8, с помощью которого поток экстракта осуществляет движение по спирали, омывая при этом полупроницаемую мембрану 5 при давлении, превышающем осматическое давление разделяемой смеси, являющееся движущей силой баромембранного процесса разделения. Так при выделении из водного экстракта зародышей зерна пшеницы ферментного препарата липосигеназы давление у поверхности мембраны должно быть не менее 0,14 МПа, при этом размер пор мембраны - 100 нм (Шеламова С.А. и др., Ультрафильтрация в процессе получения ферментного препарата липоксигеназы - Сборник научных трудов, выпуск 12, Воронеж, с. 51, 52).

Под воздействием повышенного давления при проведении процесса экстрагирования целевого компонента из твердого продукта происходит вскрытие пор и капилляров с проникновением в них экстрагента, а также защемление и сжимание газов, находящихся в тупиковых порах под действием капиллярных сил. Кроме этого, при создании избыточного давления можно проводить экстрагирование при более высоких скоростях движения жидкости через слой более мелких твердых материалов, преодолевая при этом возросшее гидродинамическое сопротивление системы.

Для получения продукта с более высокой массовой долей целевого компонента производится диафильтрация части полученного в результате разделения на полупроницаемой мембране его концентрата и повторное использование в качестве экстрагента.

Данный способ получения целевого компонента имеет следующие преимущества:

- позволяет интенсифицировать процесс за счет повышенного давления, что увеличивает скорость движения экстрагента через слой продукта и приводит к снижению энергозатрат;

- снижает длительность процесса за счет разделения компонентов через полупроницаемую вращающуюся мембрану;

- качественное разделение экстракта и получение продукта с заданными свойствами за счет проведения диафильтрации.

Мембранный массообменный аппарат для проведения экстракции дает возможность осуществлять в одном аппарате несколько различных процессов: экстракцию, фильтрацию, баромембранную фильтрацию и диафильтрацию, что приводит к уменьшению металлоемкости оборудования.