EXTRACTIA - Aparate pentru extractia solid - lichid, Extractoare cu functionare continua

EXTRACTIA

1. Considerente generale

Prin extractie se intelege operatia de separare partiala sau totala a componentelor unui amestec, pe baza diferentei de solubilitate in unul sau mai multi solventi.

Extractia se realizeaza prin solubilizarea unuia din componentii amestecului initial intr-o substanta lichida (solvent sau dizolvant) in care ceilalti componenti nu se solubilizeaza, urmata de o separare a fazelor prin operatii de concentrare urmata de cristalizare, concentrare prin distilare etc.

Operatia se numeste extractie solid - lichid cand amestecul initial se prezinta in faza solida sau faza solida imbibata cu solutul lichid, sau lichida in care solutul este dizolvat.

In cazul in care amestecul de componenti este gazos, operatia de extractie se numeste absorbtie, spalarea gazelor sau chemosorbtie,

In industria alimentara este aplicata extractia solid - lichid la extractia uleiului din materiile prime oleaginoase; la obtinerea bauturilor racoritoare etc.

Procedee de extractie sunt:

a) extractia simpla, cand solidul (solutul + inertul) si dizolvantul lichid se afla un anumit timp in contact intr-un recipient, timp dupa care amestecul se separa in faza solida imbibata cu lichid si faza lichida care contine solutul, procesul de extractie decurgand in regim nestationar (varianta aplicata la obtinerea bauturilor racoritoare);

b) extractia multipla, la care solidul (solutul + inertul) sub forma de particule este fix iar dizolvantul spala in trepte din solid componentul de extras (solutul), obtinandu-se extracte (faza lichida) din ce in ce  mai diluate in solut si rafinat epuizat in solut (faza solida).

c) extractia in contracurent, prin care solidul (inert + solut) si dizolvantul circula continuu in contracurent.

Variantele b si c se intalnesc la obtinerea uleiurilor din seminte oleaginoase.

Procesul de extractie in sistem solid - lichid se bazeaza pe proprietatea pe care o au substantele lichide de concentratii diferite de a difuza una in alta cand sunt puse in contact.

Factorii care influenteaza extractia sunt natura si starea materiei prime, natura, cantitatea si calitatea solventului de extractie, temperatura si durata de contact.

Natura si starea materiei prime, in cazul extractiei zaharului si a uleiului ca operatii principale intalnite in industria alimentara influenteaza semnificativ procesul de fabricatie.

Astfel, sfecla de zahar trebuie sa fie proaspata, nevestejita, nealterata, cu tesut normal si nu lemnos, neinghetata, bine spalata si dezinfectata. Inaintea extractiei taieteii sunt supusi unui tratament termic numit plasmoliza.

In ceea ce priveste semintele de oleaginoase, acestea necesita un tratament special hidrotermic si mecanic care sa le aduca la forma de paiete, pentru a se dechide un numar cat mai mare de celule din miez pentru ca extractia sa aiba un rezultat bun.

Natura si calitatea solventului de extractie sunt conditii pentru asigurarea extractiei in cazul diferitelor materii prime. Astfel pentru extragerea zaharozei din sfecla de zahar se utilizeaza apa iar la extractia uleiului in tara noastra se utilizeaza benzina de extractie.

Cantitatea de solvent necesara extractiei influenteaza direct procentul de substanta extractibila ramasa in reziduu reducand-o, dar poate conduce la cresteri in consumul de energie termica.

Calitatea solventului este o problema importanta si in acelasi timp specifica tipului de extractie. In cazul apei, aceasta trebuie sa fie cu un continut redus de saruri, substante organice, de microorganisme si sa prezinte un pH mai mic decat 6. Solventii utilizati in industria uleiurilor vegetale trebuie sa dizolve repede uleiul, fara a dizolva si alte substante continute de seminte, sa nu-si schimbe compozitia, sa nu imprime uleiului, dupa separare, miros strain sau compusi daunatori organismului uman, sa nu fie miscibili cu apa, sa nu formeze amestec exploziv si sa fie ieftini.

Temperatura joaca un rol important si caracteristic pentru extractiile zaharului sau a uleiului. Astfel, temperatura normala de extractie a zaharului este de 70 - 75 ^oC, iar pentru extractia uleiului vegetal este de 50 - 60 ^oC, imbinand asigurarea conditiilor optime pentru faza de extractie, intensificand fenomenul de difuziune > cu micsorarea pierderilor de solvent, in special la benzine.

Durata de contact solvent - material este o functie de viteza de extractie si influenteaza direct concentratia in solut.

2. Aparate pentru extractia solid - lichid

Aparatele pentru extractia in sistemul solid - lichid pot fi clasificate, dupa modul de functionare, in aparate cu functionare discontinua si in aparate cu functionare continua.

Clasificarea aparatelor in functie de constructia organelor de transport si de pozitia aparatului.

1 - corp cilindric cu capace bombate;

2 - gura de alimentare;

3 - capac de inchidere cu sitǎ;

4 - sita

5 - gurǎ de descǎrcare reziduuri;

6 - perete orizontal perforat cu sitǎ;

7 - racord pentru evacuarea miscelei;

8 - amestecǎtor cu brate ;

9 - reductor de turatie;

10 - robinet pentru alimentarea cu solvent ;

11 - racord evacuare vapori de solvent ;

Fig.1 Extractor cu functionare discontinuǎ

Baterie cu mai multe extractoare  (pentru ulei floarea soarelui) in figura 2

1- extractor ;

2 -blazǎ de distilare 

3 -condensator ;

Fig.2 Bateria cu mai multe extractoare

Materialul se incarca simultan in toata extractoarele (se lasa unul de rezerva) iar solventul se aduce intr-un singur aparat. Pe masura ce extractoarele sunt eliberate de miscela se elibereaza din circuitul de solvent si sunt supuse recuperarii solventului, apoi descarcarii borhotului si curatirii. Dupa curatire extractorul liber se incarca cu o noua cantitate de macinatura, legandu-se in circuitul solventului la sfarsit astfel incat miscela concentrata sa faca prima extractie.

CALCULUL INSTALATIILOR DE EXTRACTIE

a) Bilantul de materiale

- pentru prima spalare cu solvent ecuatia de bilant totala este      G₀ + S₁ = R₁ + M₁

in care:              G₀ - macinatura initiala (comp. solub.

S₁ - solvent curat

M - miscela (solvent + comp. solubil extras)

R - reziduu (srot) cu foarte putin comp. solubil)

Ecuatia de bilant partial

pentru componentul apa ea primeste

pentru component ulei ea primeste

pentru componentul solvent       

Cu aceste ecuatii de bilant se pot forma sisteme de mai multe ecuatii cu mai multe necunoscute a caror rezolvare stabilesc cantitatile aflate in operatia de extractie.

a) Coeficientul de repartitie a solventului intre miscala si reziduu:

In cazul cand extractia se face prin mai multe adaugiri  de solvent curat (ex: la extractia in contracurent cu mai multe contacte), la fiecare adaugire se aduce in instalatie o cantitate de solvent curat S_n.

La ultima spalare, consumul total de solvent pentru cele 'n' adaugiri va fi:

b) Calculul extractorului

pentru extractoare discontinui se iau in considerare:

V_U - volumul ocupat de produse, m³

Φ - coeficient de incarcare (se admite Φ = 0,8)

G₀ -  cantitatea de macinatura ce se incarca in toate extractoarele, kg

S - cantitatea de solvent ce se incarca. Kg

dm - densitatea in vrac a macinaturii kg/m³

ds - densitatea solventului, kg/m³

n_c - numar de cicluri in 24 ore

in care t - durata unui ciclu

Pentru stabilirea dimensiunilor extractorului continuu cu banda se va utiliza relatia de dimensionare de la transportorul mecanic pentru produse solide.

3. Extractoare cu functionare continua

Tipul

aparatuluide extractie

Rotativ cu camere (celule)

Verticale, cu agitator

Orizontale, cu lant

Coloane cu melc

Orizontale, cu melc

Aparatul de extractie De Smet este prezentat in figura 3.

Blow - Knox, Filtrex, Miag;

Olier, Anderson, Allis - Chalmers, Conotto;

De Smet, Lurgi, Iowa, Kyoda, Bamag - Meuning, PTK;

Hildebrant, ND, Fauth;

Disolex, Detrex, Bottaro, Jamth.

Fig.3    

In figura 4 ,extractorul continuu rotativ.

Fig.4