Класифікація екстракторів
Екстракційне обладнання класифікують за різними ознаками: за режимом роботи - на апарати періодичної дії та безперервнодіючі; за видом процесу - на протитечійні, прямотечійні, з комбінованим проце'сом; за видом циркуляції - на апарати з одноразовим проходженням фаз і рециркуляцією екстрагенту; за складністю конструкції - на екстракційні установки, до складу яких входить декілька машин і апаратів, і власне апарати, в яких всі стадії процесу екстрагування проходять в одиничній ємності, обладнаній всіма необхідними пристроями; за конструкцією основних складових частин - на ротаційні, колонні (одно- і багатоколонні) установки, апарати похилого типу (одно- та двошнекові); за конструкцією пристроїв для пересування твердої фази - на лопатеві, шнекові, ківшові, ланцюгрві, стрічкові, зрошувальні; за тиском в екстракторах - на атмосферні, вакуумні та ті, що працюють під тиском; за гідродинамічним характером процесу екстрактори поділяють на апарати з нерухомим шаром твердих частинок, з рухомим об'ємом сокостружкової суміші, киплячим шаром твердої фази та зрошувальні.
Екстрактори періодичної та безперервної дії
Знайшли своє поширення у малотоннажних виробництвах. До екстракторів періодичної дії належать настойні чани, циліндричні екстрактори з механічним перемішуванням, з рециркуляцією екстрагента, віброекстрактори, вакуум-екстрактори тощо, в яких використовуються два методи - настоювання і циркуляція.
Найпростіші настійні чани без рециркуляції виготовляються у вигляді дерев'яних або металевих ємностей відкритого чи закритого типів з решітками для відводу екстракту. Чани обладнуються люками для завантаження сировини та вивантаження відходів, патрубками для під'єднання комунікацій, по яких подається екстрагент та відводиться екстракт. На рис.8.2 показані схеми простих екстракторів, які герметично закриваються кришками.
Екстрактори з висхідним потоком екстрагента застосовують при використанні сировини, схильної до злежуваності.
Сировина з пружними властивостями екстрагується потоком екстрагента, направленим згору вниз. При цьому питоме навантаження об'єму значно більше, ніж в екстракторах з висхідним потоком.
Для інтенсифікації процесу екстрагування в лікеро-горілчаному, сокоекстрактному, крохмале-патоковому, фармацевтичному, ферментному та інших виробництвах застосовують екстрактори з рециркуляцією.
При проведенні екстрагування настоюванням спеціально підготовлену сировину (помиту, при потребі подрібнену) завантажують в апарати, заливають екстрагентом і витримують протягом певного часу.
У лікеро-горілчаному та сокоекстрактному виробництвах спиртовані настої в більшості випадків одержують екстрагуванням водно-спиртовим розчином сушеної рослинної сировини в невеликих дерев'яних або металевих ємностях з подвійним дном протягом 5-15 діб при першому заливанні та ще стільки при другому. В обох циклах суміш перемішують вручну або механічними перемішувачами.
На рис. 8.3 показана двохбакова установка для одержання настоїв з рециркуляцією екстрагента. До складу установки входять напірний бак 1, в який заливається певна кількість екстрагента, екстрактор 5, обладнаний завантажувальним і вивантажувальним люками, водомірним склом та відцентровий насос 7. Циркуляційний контур оснащений трьохходовими кранами 11,6 і 4, за допомогою яких почергово змінюється подача води та спирту в бак, рециркуляція екстрагенту та відбір настою на виробництво.
Установка працює періодично. За зміну виконують 4-5 перемішувань шляхом включення відцентрового насоса, який забирає екстрагент знизу екстрактора і подає його через трьохходовий кран у верхній бак, звідкіля
Використання подібних установок сприяє скороченню строків настоювання до 4-8 діб.У крохмале-патоковій промисловості екстрагування застосовують при переробці зерна кукурудзи. Здійснюють його замочуванням зерна в теплій воді з добавкою -0,3 % сірчистої кислоти. При замочуванні зерноінтенсивно поглинає вологу і його об'єм суттєво збільшується. Процес набрякання продовжується, як правило, 12-14 годин. У кінці процесу вологість зерна досягає 43-45 %.
Сірчисту кислоту додають у воду для покращення екстрагування розчинних речовин, які знаходяться в зерні, переходу частини нерозчинних білкових речовин в розчинні і створення необхідних антисептичних умов.
При замочуванні відбувається молочнокисле бродіння. Його необхідно чітко регулювати подачею відповідної кількості сірчистої кислоти. Зайве накопичення молочної кислоти в замочувальній воді сприяє переходу солей кальцію і магнію в розчинну форму, затримує перехід розчинних білків в нерозчинні при випарюванні замочувальної води з метою одержання більш концентрованого екстракту.
У той же час, замочувальна вода з недостатнім вмістом молочної кислоти сприяє утворенню на поверхні нагрівання випарних апаратів накипу. При екстрагуванні в чанах вміст молочної кислоти в замочувальній воді має бути 0,9-0,12%.
Особливості процесу екстрагування наклали відбиток на конструктивне виконання апаратів, які функціонують в одиничному та батарейному виконанні.
При простому стаціонарному способі замочування завантажене в чан зерно кукурудзи заливають підкисленою водою з температурою 45-50°С, яка циркулює за допомогою насоса. Тривалість замочування 48-50 годин. Відбір екстракту із замочувального чана залежно від якості зерна складає 1,0-1,5 т на 1 тону зерна (#=1,0-1,5).
Після відбору екстракту в чан заливають промивну воду, яка також циркулює 5-8 годин. Якщо чан експлуатується самостійно, густина екстракту 5-7°Бр. Для збільшення концентрації екстракту, кількість чанів збільшують, подаючи екстракт з одного чану на свіжозавантажений.
У крупнотонажних виробництвах застосовують протитечійні методи замочування в чанах, об'єднаних в батареї.
На рис. 8.4 а) показаний циліндричний чан (екстрактор) для замочування кукурудзи. Конічне дно чану 2 вистелене дерев'яною решіткою З з поздовжніми щілинами шириною 3-5 мм. Зверху чан закритий кришкою з люками для завантаження зерна, огляду та очищення. Під кришкою розміщені жолобки 1 для рівномірного розподілу замочувальної підкисленої води. Чан має патрубки для під'єднання до циркуляційного контуру 4 та випуску зерно-водяної суміші 5.
Для створення сприятливих умов екстрагування замочувальні чани з'єднують в батарею із 12-14 чанів з протитечійним перебігом процесу (рис. 8-4 б)).Система комунікацій забезпечує подачу води, сірчистої кислоти, проміжного екстрагента, відвід екстракту та вивантаження зерно-водяної суміші. Принцип роботи батареї таких екстракторів полягає в круговому
почерговому завантаженні чанів 1,2,3...12,1. Чан 1, в який завантажене свіже зерно і ведеться відбір екстракту, називають головним. З 12-го чану вивантажують відходи. В 11 -й чан подають воду. Його називають хвостовим. Після завантаження чана 2 весь процес зміщується на один ступінь, і він стає головним. З нього відбирають екстракт, а з 12-го вивантажують відходи. У таких батареях відбувається протитечійний процес екстрагування.
У виробництві кави та кавових напоїв теж використовується напівбезперервні перколяційні батареї, в яких одержують екстракт із подрібнених зерен кави при підвищеному тиску та температурі 160 °С.
При використанні змішаної сировини екстрагування натуральної кави та зерен винограду ведуть при температурі 90-175 °С і тиску 0,5 МПа; жита і ячменю - при температурі 90-140 °С і тиску 0,6 МПа. Застосування таких батарей дифузорів замість ємностей для настоювання значно прискорює процес вилучення цільових компонентів і зменшує втрати його у відходах.