Установка для комплексной переработки мыльнянки лекарственной
Полученная модель относится к техническим средствам для комплексной переработки растительного сырья, в частности мыльнянки лекарственной, для извлечения из нее водорастворимых веществ путем экстрагирования с последующей переработкой части выделенного экстракта в концентрат, в том числе в сухом виде, а также для производства из получаемых отходов сухих органо-минеральных удобрений и может быть использована в пищевой и фармацевтической промышленности.
Установка представляет собой многофункциональную технологическую линию, содержащую технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья, технологический блок для производства концентрата из выделенного экстракта и технологические трубопроводы с трубопроводной арматурой и приборами контроля.
В отличии от существующих аналогов установка снабжена системой утилизации отходов, выполненной в виде технологического блока по сбору этих отходов и производству из них гранулированных органо-минеральных удобрений. Блок состоит из приемной емкости с лопастной мешалкой, винтового пресс-гранулятора, конвективной сушилки и дозатора добавок, используемых при производстве удобрений. Кроме того, в установке используется универсальный реверсивный измельчитель с регулируемой частотой вращения ведущего вала измельчающего инструмента. Конструкция измельчающего инструмента, состоящего из дисковых ножей и рифленых промежуточных шайб, позволяет одновременно разрезать сырье на мелкие кусочки и дробить их, при этом, в зависимости от разновидности сырья (корни, стебли и т.д.) можно изменять режим измельчения, регулируя частоту вращения измельчающего инструмента. Для очистки от кусков сырья, застрявших между дисковыми ножами, электропривод измельчающего инструмента переключается на вращение в обратную сторону (реверс) и под действием центробежных сил застрявшие куски самостоятельно удаляются.
Экстракционный агрегат технологического блока для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья имеет как минимум два экстрактора, сообщающихся друг с другом последовательно на каждом из которых смонтированы струйные водяные коллекторы, расположенные по периметру их корпусов, а аппарат для предварительной влаготермической обработки сырья снабжен реверсивной лопастной мешалкой с регулируемой частотой вращения, что позволяет значительно сократить время влаготермической обработки сырья перед его экстрагированием.
Устройство для получения концентрата, установленное в технологическом блоке для производства концентрата из выделенного экстракта, выполнено в виде агрегата, состоящего из роторного насоса, теплообменника, фильтра тонкой очистки и мембранного фильтра,
сообщающихся друг с другом последовательно. Такая конструкция позволяет получить концентрат из экстракта мыльнянки лекарственной высокого качества с содержанием сухих веществ 20-30%. На качество продукции положительно влияет и то обстоятельство, что установка снабжена устройством для очистки и стерилизации воды, используемой в технологических процессах.
Кроме того, благодаря наличию в технологическом блоке для производства концентрата из выделенного экстракта сушильного аппарата активного вентилирования и пресс-гранулятора на установке можно выпускать концентрат, как в виде порошка, так и виде гранул.
Таким образом, в процессе переработки мыльнянки лекарственной на данной установке, мы имеем экологически чистое безотходное производство, в процессе которого получаем комплекс продуктов, а именно: измельченный корень (на фасовку или реализацию), экстракт, в жидком и сушеном виде, в том числе в виде гранул и органо-минеральные гранулированные удобрения.
17 с. - описание полезной модели,
1 с. - формула полезной модели,
2 с. - реферат полезной модели,
3 с. - чертеж полезной модели.
Полезная модель относится к техническим средствам для комплексной переработки растительного сырья, в частности мыльнянки лекарственной, для извлечения из нее водорастворимых веществ путем экстрагирования с последующей переработкой части выделенного экстракта в концентрат, в том числе в сухом виде, а также для производства из полученных отходов сухих органо-минеральных удобрений и может быть использована в пищевой и фармацевтической промышленности.
Многолетнее травянистое растение мыльнянка лекарственная (Saponaria officinal L.) относится к семействам гвоздичных и является природным источников сапонинов - водорастворимого вещества, используемого при производстве шипучих вин, напитков, халвы, майонезов, кремов. Экстракт из корней мыльнянки лекарственной является классическим пенообразователем, придающим изделиям характерную структуру. Отвары и настои корней мыльнянки дают обильную пену, похожую на мыльную, откуда и происходит название растения. Для промышленного использования экстракта его целесообразно производить в виде концентрата, в том числе в виде сухих гранул.
Существующие установки для комплексной переработки растительного сырья, в том числе мыльнянки лекарственной, имеют различные варианты технической реализации, однако основными их элементами являются: технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья, технологический блок для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья, технологический блок для производства концентрата из выделенного экстракта и технологические трубопроводы с трубопроводной арматурой и приборы контроля.
Технология комплексной переработки мыльнянки лекарственной значительно отличается от процесса комплексной переработки других видов сырья растительного происхождения и имеет свои характерные особенности в частности, корни и стебли мыльнянки лекарственной должны быть тщательно измельчены. Для получения в дальнейшем из измельченного сырья в достаточном количестве качественного целевого продукта (настоя, экстракта, концентрата и т.д.) суммарная площадь поверхностей кусочков измельченного сырья должна многократно, но не менее чем в два раза, превосходить их первоначальную площадь. В период экстракции и производства концентрата из выделенного экстракта в аппаратах для тепловой обработки сырья и получения целевого продукта должен поддерживаться определенный температурный режим, а образующиеся в течении технологического процесса отходы от обработанного сырья, осадок из аппаратов осветления воды и фильтрат должны периодически удаляться из систем установки. Кроме того, максимальное количество экстрагируемых веществ из обрабатываемого сырья с содержанием сухих веществ в целевом продукте не менее 20% за относительно короткий промежуток времени
можно получить только при активной послойной гидромеханической турбулизации потоков жидкой фазы в процессе экстрагирования и интенсификации процесса концентрации. Добиться подобного эффекта послойной турбулизации и интенсификации процесса концентрации на установках существующих моделей без их значительной реконструкции не представляется возможным. Поэтому для этих целей требуется разработка специализированной установки, что и было реализовано в представленной полезной модели установки для комплексной переработки мыльнянки лекарственной.
Известна установка для комплексной переработки растительного сырья, в частности аралии, элеутерококка и мыльнянки лекарственной, содержащая технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья, технологический блок для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья, технологический блок для производства концентрата из выделенного экстракта и технологические трубопроводы с трубопроводной арматурой и приборами контроля (Установка для комплексной переработки растительного сырья. Листок технической информации, №12-92, серия 68.29.15, схема технологическая, рис.1. Приморский ЦНТИ, г.Владивосток, 1992 г.).
Характеризуя указанный тип установки, следует отметить несовершенство конструкций ее технологического блока для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья. В частности, его моечный аппарат имеет только одно оросительное устройство, выполненное в виде распылительного рожка и в нем отсутствует устройство для ополаскивания сырья после мойки, что значительно понижает качество мойки сырья. Кроме того, мойка сырья осуществляется после его измельчения, что способствует частому засорению фильтрующей сетки, установленной перед патрубком для слива осадка. Сушильный аппарат, изготовленный в виде горизонтального неподвижного барабана, внутри которого смонтирован винтовой шнек с приводным мотор-редуктором (N=2 кВт), имеет низкую производительность (30 кг/час), так как процесс сушки осуществляется в относительно толстом слое сырья (100-150 мм). Наличие только одного экстрактора в технологическом блоке для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья снижает производительность установки и качество выпускаемого продукта, увеличивает потери экстрагируемого сырья, частицы которого нередко выгружаются вместе с последними порциями экстракта. Применение лопастной мешалки в качестве турбулизатора жидкой фазы требует применение в экстракторе достаточно мощного электропривода (N=2,5 кВт) с механическим редуктором для понижения числа оборотов приводимого во вращение вала, что увеличивает металлоемкость аппарата и себестоимость установки. А использование для концентрации ценных водорастворимых веществ, содержащихся в экстракте, вакуум-выпарного аппарата значительно увеличивает удельные энергозатраты и удорожает продукцию. Кроме того, в установке отсутствует
оборудование для обработки воды (очистки и стерилизации) и сбора отходов для их последующей утилизации и переработки.
Наиболее близкой по совокупности признаков, технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является установка типа «УКП - 50» для комплексной переработки мыльнянки лекарственной, содержащая технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья, технологический блок для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья, технологический блок для производства концентрата из выделенного экстракта и технологические трубопроводы с трубопроводной арматурой и приборами контроля (Установка УКП-50 для комплексной переработки мыльнянки лекарственной. Технологическая схема установки УКП-50, чертеж №УКП-50.01.000 СТ, конструкторское бюро НПП «Технологический центр», г.Хабаровск, 1993 г.).
Однако, данная установка имеет ряд недостатков конструктивного и эксплуатационного характера. К ним относятся: низкая производительность, повышенный расход технологической воды, большие удельные энергозатраты, значительная доля ручного труда при обслуживании, низкая интенсивность осаждения твердых частиц в системе очистки технологической воды (осветление воды), сложность измельчительного оборудования, отсутствие специального оборудования для обработки воды и сбора отходов для их последующей утилизации или переработки.
Низкая производительность и большая доля ручного труда в значительной степени обусловлены тем обстоятельством, что экстракционный агрегат в своем составе имеет только один экстрактор, а выгрузка отходов производится вручную, при этом использование одного и того же экстрактора для получения продукта различных ступеней экстракции увеличивает время технологического процесса. Применение в качестве механического активатора (турбулизатора) широколопастной роторной мешалки, приводимой во вращение электроприводом с постоянной частотой вращения приводного вала мотор-редуктора, не позволяет регулировать на различных этапах технологического процесса режимы турбулизации жидкой фазы за счет изменения числа оборотов активатора. Кроме того, его лопасти при вращении частично разрушают обрабатываемый материал, измельчая его, особенно в нижней зоне экстрактора, примыкающей к фильтрующей перегородки. Это приводит к засорению ее отверстий и блокировки участков фильтрующей поверхности, уменьшая тем самым пропускную способность аппарата, увеличивая при этом расход экстрагента и время экстракции и как следствие - к понижению производительности установки.
Отсутствие объемного отстойника для очистки экстракта от взвешенных частиц снижает интенсивность осветления экстракта и удлиняет технологический процесс еще на промежуточной стадии производства концентрата. А отсутствие специального оборудования для обработки воды, используемой в качестве экстрагента и для влаготермической обработки сырья, а так же теплообменника и аппаратов высокотехнологической
фильтрации (ультрафильтра, мембранного фильтра и других) в технологическом блоке агрегата для концентрации экстракта, отрицательно сказывается на качестве продукции и сокращает сроки ее хранения. Применение выпарного циркуляционного аппарата в агрегате для концентрации экстракта, также значительно усложняет обслуживание установки, увеличивает удельные энергозатраты, удорожает себестоимость продукции.
Сложность измельчительного оборудования заключается в том, что оно состоит из дискового измельчителя и вальцовой дробилки, соединенных друг с другом посредством промежуточной вставки, при этом у них отсутствует возможность регулировки скорости вращения рабочих органов в зависимости от вида и характеристик обрабатываемого сырья, так как их электроприводы не снабжены регуляторами частоты вращения.
Концентрат экстракта, производимый на установке, выпускается в виде жидкости или пластичной субстанции и ввиду отсутствия соответствующего оборудования не может изготовляться в виде порошка или гранул. Кроме того, отходы сырья, осадок из моечного аппарата и аппарата для осветления воды, а так же фильтрат, отводятся в специальные отстойники, из которых затем вывозятся в отвалы или на свалку, так как специализированное оборудование для их утилизации или переработки отсутствует.
Задача полезной модели - утилизация отходов производства с целью получения дополнительного продукта в виде сухих гранулированных органо-минеральных удобрений, повышение производительности при минимальном расходе экстрагента и удельных энергозатрат, улучшение качественных характеристик, производимой продукции, выпуск концентрата в виде сухих гранул, обеспечение оптимального режима технологического процесса, сокращение доли ручного труда.
Поставленная задача реализуется тем, что установка для комплексной переработки мыльнянки лекарственной, содержащая технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья, технологический блок для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья, технологический блок для производства концентрата из выделенного экстракта и технологические трубопроводы с трубопроводной арматурой и приборами контроля, согласно заявленного технического решения снабжена системой утилизации отходов, выполненной в виде техничкского блока по производству гранулированных органо-минеральных удобрений, состоящего из приемной емкости, пресс-гранулятора, конвективной сушилки и дозатора добавок, сообщающихся друг с другом посредством технологических трубопроводов. Технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья вместо двух агрегатов - дискового измельчителя и вальцовой дробилки (как у прототипа) снабжен одним универсальным реверсивным измельчителем с регулируемой частотой вращения, который обе операции (измельчение и дробление) выполняет одновременно. Экстракционный агрегат технологического блока для выделения экстракта из предварительно
обработанного сырья имеет как минимум два экстрактора, сообщающихся друг с другом последовательно, на каждом из которых смонтированы струйные водяные коллекторы, расположенные рядами по периметру их корпусов, а аппарат для влаготермической обработки сырья снабжен риверсивной лопастной мешалкой с регулируемой частотой вращения. Кроме того, устройство для получения концентрата установленное в технологическом блоке для производства концентрата из выделенного экстракта, выполнено в виде агрегата, состоящего из роторного насоса, теплообменника, фильтра тонкой очистки и мембранного фильтра, сообщающихся друг с другом последовательно, а сам технологический блок снабжен сушильным аппаратом активного вентилирования и пресс-гранулятором, сообщающихся друг с другом последовательно. Экстрагент и вода, используемые для предварительной влаготермической обработки сырья, проходят специальную водоподготовку путем фильтрации и стерилизации.
Отличительные признаки - наличие в установке технологического блока по производству гранулированных органо-минеральных удобрений делает технологический цикл установки безотходным, при этом выпускается дополнительный вид продукта, а переработка мыльнянки лекарственной является комплексным экологически чистым производством, так как отходы утилизируются внутри замкнутой технологической цепочки.
Установленный в технологическом блоке для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья универсальный измельчитель с регулируемой частотой вращения ведущего вала измельчающего инструмента
позволяет равнозначно заменить два измельчительных агрегата на один, что значительно упрощает обслуживание установки, уменьшает ее металлоемкость и увеличивает производительность. Универсальность установленного измельчителя заключается в том, что конструктивное исполнение его рабочего органа - блока измельчающего инструмента позволяет производить одновременно две операции - резание и дробление растительного сырья, а в зависимости от вида сырья (корни, стебли и т.д.) - регулировать режим измельчения, изменяя соответствующим образом число оборотов измельчающего инструмента посредством регулирования частоты вращения электропривода.
Наличие в установке специального аппарата с реверсивной лопастной мешалкой и регулируемой частотой вращения ведущего вала для влаготермической обработки сырья (замачивание с последующим его набуханием) перед загрузкой в экстракционный агрегат, значительно сокращает время рабочего цикла на производство целевого продукта. Аппарат, кроме того, выполняет функцию резервной емкости, позволяющей осуществлять технологический процесс непрерывно - пока на агрегатах установки осуществляется рабочий цикл, в его рабочую полость загружается, а затем обрабатывается очередная порция сырья.
Загрузка сырья в экстракционный агрегат осуществляется механическим способом - шнековым транспортером-дозатором, а выгрузка отходов - шнековым транспортером с минимальными затратами рабочего времени.
Наличие как минимум двух экстракторов в экстракционном агрегате позволяет сделать его систему коммуникаций замкнутой, что дает возможность периодически отключать один из экстракторов от циркуляционной системы, освобождать его от полностью истощенного материала и заполнять свежим, а затем вновь включать в систему циркуляции. Замкнутый характер процесса, как в экстракционном агрегате, так и в остальных системах установки, позволяет сохранить все экстрактивные, в том числе и летучие вещества, что повышает качество производимого экстракта и концентрата и снижает потери экстрагируемого сырья. Использование в экстракторах струйных водяных коллекторов, расположенных рядами по периметру их корпусов, позволяет производить турбулизацию потоков жидкой фазы послойно, придавая им вращательное движение. Это обеспечивает лучшие гидромеханические условия обработки, так как все поверхности частиц материала участвуют в процессе экстрагирования, что также повышает качество экстракции и увеличивает производительность установки. Установленной между экстракционным агрегатом и накопительной емкостью объемный отстойник для осаждения твердых частиц, позволяет еще до прохождения экстракта через фильтры механической очистки в значительной степени очистить экстракт от посторонних примесей и взвесей, предотвращая быстрое засорение фильтров и их частую очистку.
Установленные в технологическом блоке для производства концентрата из выделенного экстракта сушильный аппарат активного вентилирования и пресс-гранулятор позволяют производить концентрат мыльнянки лекарственной не только в виде жидкости или пластичной субстанции, но и в виде порошка или гранул, что значительно улучшает его качественные характеристики, условия хранения и транспортировки.
Наличие в агрегате для концентрации экстракта тонкослойного теплообменника с винтовым ротором, в котором происходит нагрев проходящего через него экстракта до температуры 55-60°С, уменьшает вязкость экстракта, тем самым улучшая процесс его дальнейшей фильтрации и концентрации. При этом, винтовой ротор, вращающийся достаточно большой скоростью (n=2000 об/мин), создает в рабочей полости теплообменника жидкостный «центробежный клин», предотвращая тем самым образование нагара внутри теплообменника. Применение при производстве концентрата в технологической линии фильтра тонкой очистки и мембранного фильтра с обратноосмотической мембраной (из тонкопленочного композита) позволяет эффективно удалять из обрабатываемого материала фильтрат (воду) и получать высококачественный концентрат экстракта мыльнянки лекарственной с содержанием сухих веществ не менее 20%.
Вода, используемая для мойки и влаготермической обработки сырья, а также в качестве экстрагента, подвергается специальной обработке путем фильтрации и стерилизации, что в необходимой степени исключает обсеменение производимых продуктов вредной микрофлорой в процессе рабочего цикла, улучшая тем самым качество продуктов и продлевая сроки их хранения.
На фиг.1 (см. три листа) изображена принципиальная схема установки для комплексной переработки мыльнянки лекарственной.
Установка для комплексной переработки мыльнянки лекарственной состоит из четырех функциональных блоков, соединенных между собой технологическими трубопроводами, а именно: блока для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья, блока для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья, блока для производства концентрата из выделенного экстракта и блока по выработке гранулированных органо-минеральных удобрений из отходов производства.
Технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья данной установки функционально предназначен для мойки, измельчения и сушки мыльнянки лекарственной и содержит моечный аппарат, состоящий из наклонного ленточного транспортера 1, под которым установлен поддон 2, с закрепленной к днищу емкостью 3 для слива в нее суспензии, образующейся при гидромеханической обработке сырья, которая состоит из воды и находящихся в воде твердых частиц (песка, земляного грунта и т.д.).
Над транспортером 1 смонтированы: бункер 4 для загрузки сырья, коллектор 5 для подвода технологической воды на мойку и коллектор 6 для подачи воды на ополаскивание сырья после мойки водой, которая подается насосом 7, при этом коллектор 5 и 6 снабжены водяными оросительными форсунками 8. Между насосом 7 и коллектором 6 установлено устройство для очистки и стерилизации технологической воды (водоподготовки), состоящее из последовательно соединенных друг с другом, фильтра 9 для очистки воды от взвешенных частиц, стерилизатора 10 с бактерицидными ультрафиолетовыми лампами и тонкослойного теплообменника 11 с паровой рубашкой.
Устройство для осаждения твердых частиц из суспензии представляет собой замкнутую кольцевую систему, которая состоит из соединенных друг с другом посредством технологических трубопроводов емкости 3, насоса 12, гидроотделителя 13, отстойника 14, насоса 15 и фильтра 16. При этом, параллельно насосу 15 и фильтру 16, к системе присоединена емкость 17 для сбора избыточной технологической воды.
В верхней зоне рабочей полости гидроотделителя 13 установлена коническая ловушка 18, на конце которой закреплен гибкий шланг 19, предназначенный для отвода легких фракций в отстойник 14, а снизу смонтирован разгрузочный узел 20, выполненный в виде шнекового транспортера, предназначенного для удаления влажного осадка из гидроотделителя 13 в приемную емкость 21.
Технологические трубопроводы водопроводной системы вышеперечисленного оборудования снабжены необходимой трубопроводной арматурой 22 (вентили, клапана) и приборами визуального контроля, а именно: манометрами 23 и термометрами 24. Сушилка для просушивания сырья после гидромеханической обработки состоит из наклонного сетчатого транспортера 25, размещенного в герметичном корпусе 26, на конце которого смонтирован переходник 27, загрузочная воронка которого соединена с разгрузочным лотком универсального измельчителя 28. Над приемной воронкой измельчителя 28 установлены распылительная форсунка 29, предназначенная для орошения измельченного сырья водой, наклонный лоток 30 и загрузочный бункер 31.
Под сушилкой смонтированы электрокалорифер 32 с воздуходувкой 33 и приемный бункер 34 с винтовым пневмонагнетателем 35, а под приемной емкостью 21 смонтирован винтовой насос 36. Пневмонагнетатель 35 посредством трубопровода 37 соединен с аппаратом 40 для влаготермической обработки сырья технологического блока выделения экстракта, а винтовой насос 36 посредством трубопровода 38 соединен с приемной емкостью 112 технологического блока по производству гранулированных органо-минеральных удобрений. Отвод отработанного теплоносителя из сушилки производится посредством циклона 39.
Технологический блок для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья функционально предназначен для экстрагирования измельченной и просушенной мыльнянки лекарственной с последующей переработкой выделенного экстракта в концентрат.
Технологический блок для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья содержит аппарат 40, снабженный риверсивной лопастной мешалкой 41 с регулируемой частотой вращения, предназначенный для приемки, накопления и влаготермической обработки (замачивания) измельченного сырья.
В нижней части аппарата 40 смонтирован шнековый транспортер - дозатор 42, предназначенный для равномерной подачи сырья после влаготермической обработки из аппарат 40 в экстракционный агрегат. Обогрев аппарата 40 осуществляется посредством термостатической рубашки 43, в которую подается горячий конденсат отработанного пара.
Экстракционный агрегат состоит из двух экстракторов 44 (первой ступени экстракции) и экстрактора 45 (второй ступени экстракции), установленных на разных уровнях по высоте и соединенных друг с другом посредством шлюза 46, при этом к экстрактору 44 (в его верхней зоне) посредством промежуточной вставки 47 присоединен транспортер-дозатор 42, а к экстрактору 45 (в его нижней зоне) посредством промежуточной вставки 48 присоединено устройство 49 для выгрузки отходов, выполненное в виде шнекового транспортера. Корпуса экстракторов представляют из себя цилиндрические емкости с технологическими патрубками, по периметру которых располагаются водяные струйные коллекторы 50, кольцевые полости которых посредством сквозных отверстий в корпусах экстракторов
сообщаются с рабочими полостями последних. При этом коллекторы 50 могут функционировать независимо друг от друга, работая в автоматическом режиме, для чего каждый коллектор снабжен вентилем 51. Сливные патрубки 52 и 53 экстракторов 44 и 45 посредством вентилей 54 и 55 соединены с циркуляционными насосами 56 и 57 соответственно, а нагнетательные патрубки 58 и 59 посредством вентилей 60 и 61 присоединены к магистральному трубопроводу. Между разгрузочным патрубком 62 аппарата 40 и транспортером-дозатором 42 установлена винтовая задвижка 63. Аналогичные задвижки 64, 65 и 66 смонтированы на шлюзе 46, а так же на промежуточных вставках 47 и 48 соответственно.
Для осаждения твердых частиц из произведенного экстракта установка снабжена объемным отстойником 67 с термостатической рубашкой обогрева 68, которая вместе с термостатической рубашкой 43 аппарата 40 посредством технологических трубопроводов и установленных на них вентилей 69, соединены с конденсатоотводчиком 70 и паровой рубашкой теплообменника 71. В верхней части объемного отстойника 67 расположен приемный патрубок 72 для заливки в его рабочую полость полученного экстракта, а в нижней - патрубок 73, к которому последовательно присоединены центробежный насос 74 и фильтр 45.
Для сбора экстракта установка снабжена тремя приемными емкостями, две из которых 76 и 77 соединены с насосом 74 посредством фильтра 75 технологическими трубопроводами, являются промежуточными, а емкость 78, соединенная со сливными патрубками емкостей 76 и 77, является накопительной. Накопительная емкость 78 снабжена центробежным насосом 79, всасывающий патрубок которого присоединен к сливному патрубку накопительной емкости 78, а нагнетательный - к трубопроводу 80. Последний используется в тех случаях, когда необходимо произвести промежуточный отбор полуфабриката (экстракта) еще до производства концентрата, например при взятии проб с целью проведения лабораторных анализов или для расфасовки определенного количества экстракта в тарные емкости. К нагнетательному патрубку центробежного насоса 79 присоединен также перепускной трубопровод 81 и входной патрубок фильтра предварительной очистки 82, выходной патрубок которого соединен с расходной емкостью 83. Под объемным отстойником 67 смонтирован винтовой насос 84, предназначенный для откачки из полости отстойника скопившегося на его днище осадка.
На крышке аппарата 40 для влаготермической обработки сырья установлен циклон 85, соединенный с пневмонагнетателем 35 посредством трубопровода 37 и промежуточного клапана 87.
Технологический блок для производства концентрата из экстракта мыльнянки лекарственной содержит центробежный насос 87, всасывающий патрубок которого соединен посредством трубопровода с расходной емкостью 83, а нагнетательный - с теплообменником 88, в рабочей полости которого смонтирован высокооборотный (n=1200 об/мин) винтовой ротор 89. Винтовой ротор 89 предназначен для прокачки через теплообменник 88
экстракта, обогреваемого паром и подачи его под избыточным давление 4-5 атм на фильтрацию. К сливному патрубку паровой рубашки теплообменник присоединен конденсатоотводчик 90 для отвода из него конденсата, который направляется обратно в парогенератор.
Между тонкослойным теплообменником 88 и емкостью 91 для приема полученного концентрата последовательно установлены: картриджный фильтр тонкой очистки 92 (микрофильтр) и мембранный фильтр 93 («нано-фильтр»), в котором основным элементом очистки является обратно осматическая мембрана 94, выполненная в виде трубчатого блока из тонкопленочного композита с диаметром фильтрующих отверстий порядка 1 ангстрем, свободно пропускающих молекулы экстрагента (воды). На технологическом трубопроводе, соединяющим мембранный фильтр 93 и приемную емкость 91, смонтированы регулировочный клапан 95 и монометр 96. К сливному патрубку 97 мембранного фильтра 93 присоединен сборник 98 для фильтрата (отходов от фильтрации), который посредством центробежного насоса 99 соединен с трубопроводом 38, а к сливному патрубку 100 емкости 91 для приема концентрата присоединен аналогичный насос 101, нагнетательный патрубок которого соединен с распылительной форсункой 102 сушилки активного вентилирования 103. В нижней зоне к сушилке присоединен электрокалорифер 104 с нагнетателем воздуха 105 и трубопровод 106 для подвода сжатого воздуха под сетчатую диафрагму 107. В верхней зоне сушилки располагаются сепарационная сетка 108 и циклон 109, под которым посредством распределительного клапана 110 смонтирован пресс-гранулятор 111.
Технологический блок по производству гранулированных органо-минеральных удобрений функционально предназначен для утилизации отходов с целью организации на установке экологически чистого производства и получения дополнительного продукта.
Технологический блок по производству гранулированных органо-минеральных удобрений содержит приемную емкость 112 с лопастной мешалкой 113 и паровой рубашкой 114. В нижней зоне емкости 112 посредством разгрузочного патрубка 115 и регулировочной задвижки 116 смонтирован пресс-гранулятор 117, грануляторная головка 118 которого соединена с верхней зоной конвективной сушилки 119. Над приемной емкостью 112 расположен дозатор добавок 120 с лопастной мешалкой 121, соединенный с приемной емкостью 120 посредством трубопровода 122 и клапана 123. К сушилке, в нижней ее зоне, по касательной к корпусу присоединен электрокалорифер 124 с нагнетателем воздуха 125, а снизу нагнетатель воздуха 126. В верхней зоне сушилки 119 смонтирован циклон 127, который является одновременно устройством для выгрузки гранул органо-минеральных удобрений в тарную емкость 128.
Все вышеупомянутые технологические блоки установки при помощи технологических трубопроводы объединены в единую технологическую систему. Разводка технологических трубопроводов конструктивно выполнена таким образом, что переключая на них по определенной схеме те
или иные клапана и вентили, можно осуществлять работу различных технологических блоков и участков установки по наиболее оптимальному режиму, например, по замкнутому контуру. Наиболее ответственные участки технологических трубопроводов снабжены приборами контроля - манометрами 23 и термометрами 24.
Установка для комплексной переработки мыльнянки лекарственной работает следующим образом.
Процесс переработки начинается в технологическом блоке для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья. Мыльнянка лекарственная, предварительно очищенная от посторонних примесей, загружается в бункер 4 моечного аппарата, откуда она, увлекаемая движущейся лентой транспортера 1 перемещается к оросительным форсункам 8 коллектора 5 и омывается струями воды под избыточным давлением 2-3 атм. Поднимаясь по наклонной ветви транспортера, сырье подвергается орошению горячей водой, выходящей в распыленном виде из форсунок 8 коллектора 6, смывающей с поверхности сырья вредоносную микрофлору, что способствует снижению уровня обсеменения продукта, улучшая тем самым его качество. Вода на орошение сырья берется из магистральной водопроводной сети и проходит специальную обработку (водоподготовку). Насосом 7 она нагнетается в тонкослойный теплообменник 11 в котором нагревается до температуры 50°С, проходит через фильтр 9, в котором очищается от взвешенных частиц и поступает в стерилизатор 10, где подвергается облучению бактерицидными ультрафиолетовыми лампами. Вода, использованная для мойки и ополаскивания сырья, вместе с посторонними примесями, смытыми с него, стекает в поддон 2, образуя суспензию, которая состоит из жидкости и находящихся в ней твердых частиц. Суспензия через сливное отверстие в поддоне 2 поступает в емкость 3 и когда ее объем достигает определенного уровня, открывается клапан 22 на сливном патрубке и суспензия насосом 12 под избыточным давлением 3-4 атм закачивается в полость гидроотделителя 13, входя в нее по касательной к поверхности корпуса. Входящая суспензия закручивается в винтовом потоке, при этом твердые частицы под действием центробежных сил прижимаются к внутренней поверхности корпуса и за счет трения об эту поверхность, теряя кинетическую энергию, спускаются по спирали вниз к разгрузочному узлу 20, подхватываются его шнековым транспортером и удаляются из гидроотделителя в приемную емкость 21. Вращающиеся в винтовом потоке более легкие взвешенные частицы, движущиеся при этом от периферии к центу, всплывают и, концентрируясь в центре вместе с водой через коническую ловушку 18 и гибкий шланг 19 отводятся в отстойник 14. В отстойнике 14 взвешенные частицы через определенный промежуток времени оседают на его коническом днище и влажный осадок шнековым транспортером 20 разгружается в емкость 21 и далее винтовым насосом 36 посредством трубопровода 38 транспортируется в емкость 112. Осветленная вода насосом 15 отсасывается из отстойника 14 и, пройдя через фильтр 16, нагнетается в коллектор 5 для осуществления
дальнейшей мойки сырья. Таким образом процесс повторяется, при этом, за счет использования оборотной воды, расход технологической воды сведен до минимума. Избыток технологической воды, которая образуется в результате гидромеханической обработки сырья, периодически насосом 15 перекачивается в емкость 17, откуда по мере необходимости подается в водяную систему моечного аппарата.
Промытое сырье, сходя с ленточного транспортера 1, поступает в приемный бункер 31 и далее посредством лотка 30 подается в рабочую полость универсального измельчителя 28, в котором сырье разрезается на мелкие кусочки длинной 5-10 мм и дробится. В результате этого толщина их уменьшается, а суммарная поверхность возрастает, что очень важно для интенсификации тепло-массообменных процессов, так как переработка твердых материалов в измельченном виде позволяет значительно ускорить экстрагирование веществ и тепловую обработку материалов и провести эти процессы с незначительной потерей веществ и меньшим расходом тепла.
После дробления, сырье посредством переходника 27, поступает в сушилку на сетчатый транспортер 25 и обдувается горячим воздухом, нагретым в калорифере 32 до температуры 50-60°С. Нагнетание горячего воздуха в рабочую полость корпуса 26 сушилки производится воздуходувкой 33, а удаление влажного воздуха в атмосферу осуществляется посредством циклона 39. Готовый продукт с сетчатого транспортера 25 разгружается в бункер 34 и пневмонагнетателем 35 посредством трубопровода 38 и промежуточного клапана 86 через осадительный циклон 85 подается в аппарат 40 для влаготермической обработки сырья (замачивания). При необходимости некоторая часть измельченного сырья может быть из трубопровода 38 отгружена на расфасовку в тару для последующего использования или реализации.
Далее начинается процесс выделения экстракта из предварительно обработанного сырья.
Экстрагент, прошедший водоподготовку в тонкослойном теплообменнике 71, нагревается до температуры 80°С и заливается в аппарат 40. Сырье, замоченное горячей водой, поглащая влагу, постепенно набухает и увеличивается в объеме, что в дальнейшем ускоряет процесс экстрагирования, так как с момента заливки сырья водой уже начинается в определенной степени процесс извлечения из него водорастворимых веществ. Для того чтобы процесс набухания происходил ускоренно и равномерно по всему объему уложенной сырьевой массы, в рабочей полости аппарата 40, посредством его термостатической рубашки 43 поддерживается необходимая температура (70°-80°С), при этом в качестве теплоносителя используется конденсат, выходящий из паровой рубашки теплообменника 71. Этим же конденсатом посредством термостатической рубашки 68 обогревается и объемный отстойник 67. Температурный режим в аппарате 40 и отстойнике 67 контролируется термометрами 24, при этом регулировка температуры осуществляется вентилем 69 путем увеличения или уменьшения количества конденсата, циркулирующего в их термостатических рубашках.
Кроме того, периодически включается лопастная мешалка 41, число оборотов которой регулируется в зависимости от степени загрузки аппарата 40 и вида обрабатываемого сырья (корни, стебли и т.д.), что в значительной степени интенсифицирует процесс обработки.
Технология выделения экстракта из мыльнянки лекарственной для последующей его концентрации по заявленной установке предусматривает обработку сырья как минимум в двух экстракторах.
После завершения процесса влаго-термической обработки сырья открывается задвижка 63 на аппарате 40 и задвижка 65 на промежуточной вставке 47. Включается электропривод шнекового транспортера-дозатора 42 и сырьевая масса, захватываемая вращающимся шнеком, через вставку 47 перегружается в экстрактор 44, при этом возможность регулирования скорости вращения шнека позволяет загрузить полость экстрактора равномерно по всему ее рабочему объему в заданном количестве. По окончании процесса загрузки задвижки 63 и 65 закрываются, а аппарат 40 заполняется очередной порцией сырья, после чего процесс влаготермической обработки повторяется аналогично вышеизложенному.
После загрузки экстрактора 44, помещенное в него сырье заливается горячей водой и вентили 51 на коллекторах 50 открываются. Вода через отверстия в корпусе заполняет полость экстрактора до необходимого уровня, после чего начинается этап первичного экстрагирования, который длится не менее одного часа. В процессе экстрагирования экстракт движется сверху вниз, проходя через фильтрующую перегородку и накапливается в пространстве между перегородкой и днищем экстрактора.
Использование в качестве экстрагента горячей воды позволяет значительно увеличить коэффициент диффузии и массоотдачи экстрагирумого вещества в частицах растительного сырья, повышая концентрацию сапонинов в экстракте.
Однако, увеличение температуры экстрагента выше определенного уровня может привести к ухудшению качества получаемого экстракта, либо изменению физических свойств частиц сырья, потере ими упругих свойств и в результате ухудшение условий массоотдачи. В частности, максимальная температура воды для экстракции мыльнянки лекарственной не должна превышать 95°С и должна строго контролироваться по показаниям термометра.
После завершения первичного этапа экстрагирования осуществляется его активный этап, который длится до трех часов и производится путем периодической гидродинамической турбулизации потоков жидкой фазы внутри экстрактора. Для этого открывается вентиль 54 на технологическом трубопроводе экстрактора 44, включается насос 56 и жидкая фаза, проходя через фильтрующую перегородку экстрактора 44, коллектор 50 и теплообменник 71, начинает циркулировать по замкнутому кругу. При этом, струи воды, выходящие рядами из отверстий по касательной к внутренней поверхности корпуса экстрактора, за счет их кинетической энергии, создают вращательное движение компонентов, находящихся в рабочем объеме
экстрактора 44. Таким образом происходит послойная обработка сырья и турбулизация потоков жидкой фазы, что способствует интенсификации процесса экстракции и как следствие - значительному сокращению времени технологического процесса и улучшению качества продукта.
По завершению процесса экстракции в экстракторе 44 полученный экстракт первой ступени экстракции (с максимальным содержанием сапонинов) насосом 56 посредством патрубка 72 перекачивается в отстойник 67. В этом отстойнике происходит осаждение твердых частиц, которые организуют осадок, который периодически удаляется из его полости винтовым насосом 84 посредством трубопровода 38 в емкость 112. После отстоя осветленный экстракт насосом 74 через фильтр 75 закачивается в промежуточную емкость 76.
В сырьевой массе, оставшейся после слива экстракта из экстрактора 44, содержится некоторая доля экстрагируемых веществ и для более полного их извлечения эта масса из экстрактора 44 посредством перепускного патрубка 46 перегружается в экстрактор 45. Для этого открывается винтовой затвор 64, включается насос 56 и струями воды, выходящими из отверстий в корпусе, сырьевая масса сбрасывается в рабочую полость экстрактора 45, после чего винтовой затвор 64 закрывается. Далее открываются вентили 51 на водяных коллекторах 50 экстрактора 45, после чего вода заполняет до необходимого уровня рабочую полость экстрактора и процесс экстракции начинает осуществляться в той же последовательности, как и в экстракторе 44.
Полученный экстракт (второй ступени экстракции) насосом 57 перекачивается в отстойник 67 при открытом вентиле 55. После отстоя этот экстракт насосом 74 через фильтр 75 закачивается в промежуточную емкость 77, при этом вентиль на приемном патрубке емкости 76 должен быть перекрыт. Оставшиеся после экстракции в рабочей полости экстрактора 45 отходы смываются струями воды, выходящими из отверстий его водяных коллекторов 50 и, проходя через открытую задвижку 66 и вставку 48, шнековым транспортером 49 посредством трубопровода 38 транспортируется в приемную емкость 112 для переработки на удобрения.
Из промежуточных емкостей 76 и 77 экстракт поочередно сливается в накопительную емкость 78 из которой центробежным насосом 79 через фильтр предварительной очистки 82 подается в расходную емкость 83. Из емкости 83 центробежным насосом 87 экстракт подается в рабочую полость тонкослойного теплообменника 88, где подхватывается винтовым ротором 89, вращающимся со скоростью 1200 об/мин и нагнетается в фильтр тонкой очистки 92. При прохождении тонкослойного теплообменника 88 происходит нагрев экстракта до температуры 60°С, который осуществляется посредством паровой рубашки паром, циркулирующим в ней и после конденсации при помощи конденсатоотводчика 90 отводится в котел. Нагрев экстракта значительно уменьшает его вязкость, тем самым, улучшая процесс фильтрации, а вращающийся винтовой ротор предотвращает образование нагара на внутренней поверхности теплообменника и значительно
увеличивает напор на входе экстракта в фильтр тонкой очистки 92, активизируя процесс фильтрации.
Пройдя фильтр тонкой очистки 92, полуфабрикат в виде экстракта, максимально очищенного от вредных органических веществ и различных примесей, поступает в мембранный фильтр 93 («нано-фильтр»), в котором основным элементом активной очистки является обратноосматическая мембрана 94. Материал мембраны - тонкопленочный композит (в виде трубчатого блока) с диаметром фильтрующих отверстий в один ангстрем, через которые свободно проникают молекулы воды и которая в виде фильтрата сливается в сборник 98, а ценные водорастворимые вещества, выделенные из экстракта в виде макромолекул и коллоидных частиц, оседают на внутренней поверхности цилиндрической обратноосматической мембраны 94, формируя в виде осадка слой концентрата с относительно высоким содержанием сухих веществ (20-30%). Выгрузка концентрата (в виде текучей пластичной субстанции) из фильтра 93 в приемную емкость 91 сушильного агрегата осуществляется за счет избыточного давления в его рабочей полости и разгружается посредством регулировочного клапана 95. А визуальный контроль за избыточным давлением, по величине которого определяется периодичность выгрузки концентрата, определяется по показаниям манометра 96. Из приемной емкости 91 концентрат экстракта мыльнянки лекарственной через патрубок 100 посредством насоса 101 подается в сушилку 103. Часть полученного в жидком (пластично-вязком) виде концентрата мыльнянки лекарственной может быть расфасована в тарные емкости или реализована.
В процессе эксплуатации экстракторов их фильтрующие перегородки забиваются частицами сырья, поэтому после завершения каждого этапа работ перегородки должны тщательно очищаться и промываться. Процесс этот осуществляется путем подачи воды через открытые вентили 60 и 61 и нижние технологические патрубки 58 и 59 экстракторов 44 и 45 под избыточным давлением 4-5 атм в пространство между днищем и фильтрующей перегородкой экстракторов. Под напором воды, забившиеся отверстия легко продавливаются, а фильтрующие перегородки очищаются, после чего использованная вода сливается в отстойник. Периодическая промывка и очистка всех фильтров осуществляется по специальным инструкциям, разработанным заводом-изготовителем.
Сушка концентрата мыльнянки лекарственной, поступающего в рабочую полость сушилки 103, осуществляется в распыленном виде путем активного вентилирования. Для этого воздух центробежным нагнетателем 105 посредством калорифера 104 (в котором он нагревается до температуры 90°-95°С), подается под сетчатую воздухораспределительную диафрагму 107. Теплоноситель, входя по касательной к внутренней поверхности корпуса сушилки под избыточным давлением, приобретает вращательное движение и далее, проходя через отверстия диафрагмы 107, струями устремляется в верх - в зону активной вентиляции. После того, как теплоноситель, поступающий в сушилку, нагреется до необходимой температуры, включается насос 101,
который под давлением 4-5 атм нагнетает концентрат экстракта к форсунке 102 и распыляет его. Одновременно с подачей распыленного концентрата в рабочую полость сушилки посредством трубопровода 106 под давление 2-3 атм подается сжатый воздух, который проходя через отверстие диафрагмы 107, вместе с нагретым воздухом формирует в полости сушилки 103 восходящий вращательный воздушный поток, создавая благоприятные условия сушки в режиме активной вентиляции.
Когда обрабатываемый теплоносителем концентрат будет высушен до определенной кондиции, он в виде дисперсного порошка, проходя через сепарационную сетку 108 поступает в циклон 109. В циклоне происходит отделение сухого концентрата от отработавшего сушильного агента, который отводится в атмосферу, а произведенный продукт посредством распределительного клапана 110 поступает в пресс-гранулятор 111. В пресс-грануляторе 111 при помощи винтового шнека, смонтированного в его рабочей полости, происходит прессование порошкообразного концентрата, который выходя через цилиндрические отверстия калибровочной головки 118, расположенной на конце пресс-гранулятора 111, преобразуется в гранулы и поступает в приемные емкости.
Все отходы производства, получаемые на установке в процессе переработки мыльнянки лекарственной, транспортируются по трубопроводу 37 в приемную емкость 112 технологического блока по производству органо-минеральных удобрений. Перед загрузкой приемная емкость прогревается посредством паровой рубашки 114 до технической температуры 50-60°С. После прогрева загруженных отходов до необходимой температуры включается электропривод лопастной мешалки 113, посредством которой отходы тщательно перемешиваются. В процессе перемешивания из дозатора 120 по мере необходимости посредством трубопровода 122 и клапана 123 в емкость 112 подаются добавки, входящие в состав производимых удобрений. Это может быть, например, раствор извести, а так же другие компоненты или минералы. Добавки применяются в таком количестве, что бы производимые удобрения при последующем их внесении в почву не нарушали химический баланс этой почвы. После тщательного перемешивания массы отходов с внесенными в них добавками, открывается задвижка 116 и через патрубок 115 полученная масса поступает в персс-гранулятор 117 и далее в сушилку 119.
Перед тем, как подать отходы в сушилку 119, ее рабочая полость прогревается воздухом, нагретым в калорифере 124 до температуры 90-95°С, который нагнетается вентилятором 125, после чего включается вентилятор 126, установленный под днищем сушилки. В пресс-грануляторе 117, при помощи винтового шнека, смонтированного в его рабочей полости, происходит прессование массы отходов, которая выходя через цилиндрические отверстия калибровочной головки 118 в виде нитевидных жгутов поступает в полость сушилки 119 и, подхватываемая воздушным потоком нагретого воздуха, циркулирует внутри сушилки, образуя гранулы («окатыши») диаметром 5-10 мм. Высушенные до определенной степени
гранулы воздушным потоком выносятся в верхнюю зону сушилки и поступают в циклон 127. В циклоне происходит отделение гранулированных органо-минеральных удобрений от отработанного воздуха, который отводится в атмосферу, а произведенный продукт поступает на выгрузку в приемную емкость 128.
Таким образом, в процессе переработки мыльнянки лекарственной на данной установке, мы имеет экологически чистое безотходное производство, в процессе которого получаем комплекс продуктов, а именно: измельченный корень (на фасовку или реализацию), экстракт, концентрат экстракта в жидком или сухом виде, в том числе в виде гранул и органо-минеральные гранулированные удобрения.
1. Установка для комплексной переработки мыльнянки лекарственной, содержащая технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья, технологический блок для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья, технологический блок для производства концентрата из выделенного экстракта и технологические трубопроводы с трубопроводной арматурой и приборы контроля, отличающаяся тем, что она снабжена системой утилизации отходов, выполненной в виде технологического блока по производству гранулированных органоминеральных удобрений, состоящего из приемной емкости, пресс-гранулятора, конвективной сушилки и дозатора добавок, сообщающихся друг с другом посредством технологических трубопроводов.
2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что технологический блок для предварительной гидромеханической и тепловой обработки сырья снабжен универсальным реверсивным измельчителем с регулируемой частотой вращения ведущего вала измельчительного инструмента.
3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что аппарат для влаготермической обработки сырья технологического блока для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья снабжен реверсивной лопастной мешалкой с регулируемой частотой вращения.
4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что экстракционный агрегат технологического блока для выделения экстракта из предварительно обработанного сырья имеет как минимум два экстрактора, сообщающихся друг с другом последовательно, на каждом из которых смонтированы струйные водяные коллекторы, расположенные по периметру их корпусов.
5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что технологический блок для производства концентрата из выделенного экстракта снабжен сушильным аппаратом активного вентилирования и пресс-гранулятором, сообщающихся друг с другом последовательно.
6. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для получения концентрата, установленное в технологическом блоке для производства концентрата из выделенного экстракта, выполнено в виде агрегата, состоящего из роторного насоса, теплообменника, фильтра тонкой очистки и мембранного фильтра, сообщающихся друг с другом последовательно.
7. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для очистки и стерилизации воды, используемой в технологических процессах.
