EA201591115A1 20160429 Номер и дата охранного документа [PDF] EAPO2016\PDF/201591115 Полный текст описания [**] EA201591115 20131212 Регистрационный номер и дата заявки US61/736,211 20121212 Регистрационные номера и даты приоритетных заявок US2013/074559 Номер международной заявки (PCT) WO2014/093573 20140619 Номер публикации международной заявки (PCT) EAA1 Код вида документа [PDF] eaa21604 Номер бюллетеня [**] ЭКСТРАКЦИОННАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, КОНЦЕНТРАТОР И СУШИЛКА Название документа [8] B01D 11/02 Индексы МПК [US] Буэсе Марк А., [US] Штрохшайн Руди Сведения об авторах [US] БУЭСЕ МАРК А., [US] ШТРОХШАЙН РУДИ Сведения о заявителях
 

Патентная документация ЕАПВ

 
Запрос:  ea201591115a*\id

больше ...

Термины запроса в документе

Реферат

[RU]

Конструкция экстракционной установки непрерывного действия включает несколько экстракционных камер, в которых находится экстрагируемый материал. Без прерывания полного потока жидкости в установке из экстракционной камеры, в которой был полностью извлечен экстракт, может быть удален растворитель, и камера может быть заменена экстракционной камерой, содержащей свежий экстрагируемый материал. Экстракт непрерывно отделяется от растворителя в расширительной камере, при этом экстракт непрерывно или периодически удаляется из установки. Все количество растворителя может удерживаться в системе установки. Может быть использован один компрессор или несколько компрессоров для обеспечения циркуляции жидкости через экстракционные камеры, расширительную камеру и конденсатор, при этом расширительная камера и конденсатор могут быть объединены и представлять собой теплообменник.


Полный текст патента

(57) Реферат / Формула:

Конструкция экстракционной установки непрерывного действия включает несколько экстракционных камер, в которых находится экстрагируемый материал. Без прерывания полного потока жидкости в установке из экстракционной камеры, в которой был полностью извлечен экстракт, может быть удален растворитель, и камера может быть заменена экстракционной камерой, содержащей свежий экстрагируемый материал. Экстракт непрерывно отделяется от растворителя в расширительной камере, при этом экстракт непрерывно или периодически удаляется из установки. Все количество растворителя может удерживаться в системе установки. Может быть использован один компрессор или несколько компрессоров для обеспечения циркуляции жидкости через экстракционные камеры, расширительную камеру и конденсатор, при этом расширительная камера и конденсатор могут быть объединены и представлять собой теплообменник.


ЭКСТРАКЦИОННАЯ УСТАНОВКА НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ, КОНЦЕНТРАТОР И СУШИЛКА
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ Настоящая заявка является заявкой США в частичное продолжение, порядковый № 13/840,546, поданной 15 марта 2013 года, которой испрашивается приоритет предварительной заявки США на патент, порядковый № 61/736,211, поданной 12 декабря 2012 года, раскрытие которой настоящим включено по отсылке во всей своей полноте.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Процесс экстракции использовали на протяжении столетий для выделения требуемых веществ. Процесс включает перемешивание растворителя с экстрагируемым материалом, отделение образовавшегося раствора и удаление растворителя из раствора требуемого вещества.
В патенте США № 5,512,285, выданном Wilde, раскрывается периодический технологический процесс для экстракции органических компонентов из растительного материала. В процессе используется тетрафторэтан в качестве экстракционного растворителя. Процесс обеспечивает проведение экстракции ряда требуемых компонентов практически при температуре внешней среды и является экономичным по сравнению с сверхкритической экстракцией СОг при высоком давлении. В системе используется барабан для смешивания растворителя и растительного материала в герметичной экстракционной установке, которая соединена с выпарным аппаратом, подогреваемым в иммерсионной ванне с нагревателем, выпарной аппарат соединен с компрессором для эффективного удаления и удержания большей части дорогостоящего растворителя и его возврата в экстракционную установку при необходимости. Выпарной аппарат представлял собой приемник для экстракта, при этом при падении давления в выпарном аппарате до нуля фунтов на квадратный дюйм избыточного давления, выпарной аппарат открывали и экстракт сливали из него. Далее выпарной аппарат подсоединяли к компрессору и нагревали для извлечения практически всего количества растворителя.
Таким образом, существует необходимость в создании гибкой системы, обеспечивающей экстракцию, которая позволяла бы сохранять практически все
количество растворителя, являлась экономичной, энергоэффективной и обеспечивала бы эффективный непрерывный технологический процесс.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящей заявке представлена установка непрерывного действия для экстракции требуемого продукта из растительного материала или иного экстрагируемого материала, обеспечивающая выделение продукта в концентрированной форме, повторное использование экстракционного растворителя и сушку экстрагированного растительного материала, при этом все процессы должны быть полностью объединены в установке. Выделенный экстракт постоянно удаляется из установки. Установка снабжена несколькими экстракционными камерами, что позволяет удалять одну экстракционную камеру и заменять ее другой без останова экстракционного процесса в других экстракционных камерах.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - схематический чертеж экстракционной системы непрерывного действия, в частности, приемлемой для экстракционных растворителей, представляющих собой жидкости при стандартной температуре и давлении, и в которой используются вакуумные разделительные камеры, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - схематический чертеж экстракционной системы непрерывного действия, в частности, приемлемой для экстракционных растворителей, представляющих собой газы при стандартной температуре и давлении, и в которой создается давление, превышающее внешнее атмосферное давление, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 - вид в поперечном сечении теплообменника, сочетающего разделительную камеру и конденсатор экстракционной системы непрерывного действия, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 - вид в поперечном сечении теплообменника, сочетающего разделительную камеру и конденсатор экстракционной системы непрерывного действия, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 - вид в поперечном сечении теплообменника, соединенного с компрессором, в котором картер компрессора включен в качестве первой части
разделительной камеры теплообменника экстракционной системы непрерывного действия, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 6 - вид в поперечном сечении а) экстракционной камеры, в которой поток экстракционного растворителя протекает от нижней к верхней части теплообменника, Ь) экстракционной камеры, в которой поток экстракционного растворителя протекает от центра к периферии экстракционной камеры, с) экстракционной камеры, в которой поток экстракционного растворителя протекает от периферии к центру экстракционной камеры, и d) внешний вид экстракционной камеры с кожухом для нагрева или охлаждения содержимого экстракционной камеры для использования в экстракционной системе непрерывного действия, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 - схематический чертеж экстракционной системы непрерывного действия в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8 - схематический чертеж экстракционной системы непрерывного действия в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 9 - вид в поперечном сечении а) теплообменника, который предусматривает размещение одного трубчатого конденсатора внутри трубчатой разделительной камеры; Ь) теплообменник, конструкция которого предусматривает размещение нескольких трубок, включающих разделительную камеру, внутри трубчатого конденсатора для использования в экстракционной системе непрерывного действия в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10 - вид в поперечном сечении экстракционной камеры, в которой экстракционный растворитель протекает от верхней части через впускную распределительную плиту, снабженную мелкими отверстиями, по экстрагируемому материалу, и раствор экстракта сливается из нижней части через выпускную распределительную плиту, снабженную крупными отверстиями, для промывки экстрагируемого материала без погружения для использования в экстракционной системе непрерывного действия, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Примеры осуществления настоящего изобретения предусматривают создание иммерсионной экстракционной системы непрерывного действия. Экстракционная система включает установку, содержащую несколько автономных
экстракционных камер. Экстрагируемый материал может представлять собой растительный материал или любой иной экстрагируемый материал, который в целом может быть обработан в виде твердого вещества. Шлам или жидкости могут быть предназначены для использования в иммерсионной экстракционной системе непрерывного действия. По всему тексту описания настоящей заявки, под экстрагируемым материалом понимается растительный материал, однако, следует понимать, что могут быть использованы иные экстрагируемые материалы, включающие без ограничения вещества животного происхождения, почву, и иные минеральные вещества. В экстракционной системе используется разделительная камера, представляющая собой расширительную камеру, в которой происходит выпаривание растворителя из раствора, при этом образуется аэрозоль, включающий одно или несколько растворенных веществ, которые затвердевают, превращаясь в экстракт. Экстракционные камеры автономно находятся в процессе размещения в них растительного материала и его экстрагирования растворителем, при этом требуемый экстракт является растворенным веществом образовавшегося раствора; находятся в процессе смыва остаточного растворенного вещества и раствора, находящегося в непосредственной близости от экстрагируемого материала; находятся в процессе удаления остаточного растворителя таким образом, чтобы экстрагированный (использованный) растительный материал мог быть подготовлен для удаления из установки; либо обеспечивается удаление экстракционных камер из установки и замена аналогичными экстракционными камерами, содержащими свежий растительный материал для экстракции. Экстракционная система позволяет удерживать практически все количество растворителя внутри системы без каких-либо потерь практически любого растворителя и исключать загрязнение окружающей среды. Экстракционная система обеспечивает непрерывное удаление экстракта из системы. Процесс экстракции проводят таким образом, чтобы обеспечивалось минимальное энергопотребление, простое и безопасное захоронение использованного растительного материала в виде отходов или его использование в качестве полезного побочного продукта и получение всех иных материалов, представляющих собой утилизированный растворитель или требуемый экстракт. Конструкция системы может быть разработана таким образом, чтобы она сочетала в себе теплопоглощающие и тепловыделяющие части системы в виде теплообменника, обеспечивающего минимальное теплопотребление.
Как, в частности, проиллюстрировано на Фиг. 1, в примере осуществления настоящего изобретения несколько аналогичных экстракционных камер 111, 112, 113 и 114 содержат растительный материал, при этом через экстракционные камеры 112, 113 и 114, за исключением одной камеры, пропускают поток экстракционного растворителя. Экстракционная камера 111 находится в стадии подготовки для замены или осуществляется ее замена аналогичной экстракционной камерой, содержащей свежий растительный материал. Экстракционный растворитель удерживается внутри системы, и требуемый экстракт постоянно удаляется из системы в неразбавленной или высоко концентрированной форме. В примерах осуществления настоящего изобретения раствор экстракта подают, по меньшей мере, через одно сопло 130 в разделительную камеру низкого давления 140, в которой экстракционный растворитель отделяется в виде летучего вещества от растворенного вещества, включающего требуемый экстракт. По меньшей мере, один фильтр установлен на выходе каждой экстракционной камеры 111, 112, 113 и 114 и (или) трубопровода 129, соединяющего экстракционную камеру с соплом 130 и разделительной камерой 140 таким образом, чтобы исключались потери растительного материала из экстракционных камер 111, 112, 113 и 114, либо исключалось проникновение мелких частиц, которые могли бы заблокировать сопло 130. Разделительная камера 140 снабжена камерой 141, из которой экстракт - растворенное вещество экстракционного раствора - непрерывно удаляют из системы опционально с помощью насоса 180. Опционально, в зависимости от давления и летучести растворителя разделительная камера или трубопроводная система до сопла 130 может включать нагревательные устройства.
В разделительной камере 140 поддерживается давление ниже давления в экстракционных камерах, при этом, как проиллюстрировано на Фиг. 1, разделительная камера может находиться, хотя и не обязательно, под вакуумом. В разделительной камере 140 происходит испарение растворителя для отделения растворителя от экстракта, получаемого в виде неразбавленного растворенного вещества или высоко концентрированного раствора. Поток экстракта течет самотеком и собирается в камере 141, из которой происходит его непрерывное удаление из экстракционной системы с помощью насоса 180, либо происходит заполнение резервуара 190 при подаче экстракта самотеком без использования насоса 180. При удалении высоко концентрированного раствора значительное количество, если не все количество, оставшегося растворителя может быть
извлечено и возвращено в экстракционную систему через трубопровод 143, соединенный: с приемником 190; трубопроводом, расположенным между насосом 180 и приемником 190; и (или) по трубопроводу 142 между камерой 141 и насосом 180.
С помощью конденсатора 150 экстракционный растворитель, испаренный в разделительной камере, переводят в конденсированную фазу для повторной подачи экстракционного растворителя в экстракционные камеры для дальнейшей экстракции растительного материала. Жидкость прокачивают через систему с помощью объемного насоса 170. Низкое давление в разделительной камере 140 может поддерживаться с помощью вакуумного насоса, подсоединенного к отверстию 210 охлаждаемого конденсатора 150, в котором растворитель в парообразном состоянии конденсируется до впускной стороны объемного насоса 170. Опционально, резервуар для растворителя 160 расположен между конденсатором 150 и впуском насоса 170.
В примере осуществления настоящего изобретения система включает несколько экстракционных камер 111, 112, 113 и 114, снабженных клапанами или сочетаниями клапанов 121, 122, 123 и 124, размещенными на выходе раствора из экстракционных камер и клапанами или сочетаниями клапанов 125, 126, 127 и 128 на противоположной стороне экстракционных камер. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, например, растворитель из приемника 160 перекачивается по трубопроводу 161 и направляется через клапан 124 в экстракционную камеру 114. Экстракционная камера 114 содержит растительный материал, из которого была удалена значительная доля растворенного вещества экстракта, в результате чего происходит быстрое снижение концентрации экстракта в растворе, и, в конечном счете, протекание потока растворителя из экстракционной камеры 114 через клапан 128 в трубопровод 162. Несмотря на то, что на Фиг. 1 показано, что поток жидкости течет от верхней к нижней части экстракционной камеры 114, следует понимать, что систему легко переоборудовать схемой трубопроводов, обеспечивающих нагнетание потока жидкости от нижней к верхней части экстракционной камеры 114. Из трубопровода 162 слабый раствор или растворитель направляют в экстракционные камеры112 и 113 через клапана 126 и 127 соответственно. Скорость потока в экстракционной камере 114 приблизительно в два раза выше, чем в экстракционных камерах 112 и 113 в отдельности, как проиллюстрировано на Фиг. 1. Относительная скорость потока зависит от количества экстракционных камер, в которых протекает процессе,
протекающий, как было проиллюстрировано, в экстракционной камере 114, по отношению к количеству экстракционных камер, в которых протекает процессе, протекающий, как было проиллюстрировано, в экстракционной камере 113, и в целом система работает максимально эффективно при условии, что она снабжена существенно большим количеством экстракционных камер 113. После выхода концентрированного раствора из экстракционных камер 112 и 113 через клапана 122 и 123 соответственно поток направляют по трубопроводу 129 к соплу 130 в разделительной камере 140. В то время, как поток жидкости был направлен через экстракционные камеры 114, 112 и 113, как было проиллюстрировано, экстракционная камера 111, содержащая полностью экстрагированный растительный материал, находится в процессе подготовки для замены аналогичной экстракционной камерой. На Фиг. 1 проиллюстрирован один из способов, в соответствии с которым проводится подготовка для замены путем синхронного срабатывания клапанов 121, как показано, и 125, в противоположность тому, что показано, для впуска газа, например, азота для вытеснения растворителя в трубопровод 162. После того, как все количество растворителя (за исключение части растворителя, смачивающего остаточный растительный материал) было удалено из экстракционной камеры 111, клапан 125, как показано, открывается (синхронно срабатывает) и направляет поток азота и паров растворителя в трубопровод 151, по которому пары растворителя подаются в конденсатор 150, в результате чего обеспечивается высушивание использованного экстрагированного материала до его удаления из установки. Клапан 121, как показано, может быть открыт или может быть частично или полность перекрыт, при этом происходит падение давления в экстракционной камере 111, что также способствует высушиванию в ней использованного растительного материала.
После удаления всего или почти всего растворителя из экстракционной камеры 111, ее изолируют от системы путем перекрывания клапанов 121 и 125 и удаляют из системы. Далее, аналогичную загруженную свежим материалом оборотную экстракционную камеру 111 устанавливают в системе, и ее клапан срабатывает устанавливается в таком же положении, как и клапана экстракционных камер 112 и 113. Наконец, клапана либо 122 и 126, либо 123 и 127 экстракционной камеры, в которой в большей степени был извлечен экстракт (либо камеры 112, либо 113) срабатывают, занимая нужное положение, для подачи потока жидкости из трубопровода растворителя 161 в трубопровод 162.
Экстракционная камера 114 открывается с помощью клапанов 124 и 128 и сообщается с газопроводом 201 таким образом, чтобы экстракционная камера 111 была предварительно открыта до замены. Благодаря этому, как проиллюстрировано на Фиг. 1, по меньшей мере, из одной экстракционной камеры подается растворитель или слабый раствор во все другие экстракционные камеры, кроме одной в системе, в результате чего осуществляется просушка экстракционной камеры, предназначенной для замены. В соответствии с альтернативным вариантом, трубопровод 161 может быть напрямую соединен с трубопроводом 162 (не показано), и все экстракционные камеры на находящиеся в процессе просушки, могут находиться в процессе экстракции, в данном случае экстракционные камеры 112 и 113, как показано на Фиг. Настоящее изобретение характеризуется удобством и эффективностью, заключающимися в том, что, по меньшей мере, одна дополнительная экстракционная камера может находиться вне системы для выгрузки экстрагированного материала и загрузки свежего экстрагируемого материала для ее дальнейшей установки и включения в процесс в системе. Несмотря на то, что на Фиг. 1 проиллюстрированы четыре экстракционные камеры, в системе может быть использовано 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10 или более экстракционных камер, при этом большинство камер находится в состоянии, в котором находятся экстракционные камеры 112 и 113, по меньшей мере, одна экстракционная камера может находиться на стадии процесса, на котором находится экстракционная камера 114, и, по меньшей мере, одна экстракционная камера может находиться на стадии процесса, на котором находится экстракционная камера 111.
Дополнительно к указанным компонентам, проиллюстрированным на Фиг. 1, в примерах осуществления настоящего изобретения в систему при необходимости могут быть включены соединения, например, быстроразъёмные соединения. Кроме того, в систему при необходимости могут быть включены фильтры, нагреватели, охладители, теплообменники, пробоотборные отверстия, отверстия для подачи растворителя, уровнемеры, запорные клапана, стопорные клапана, расходомеры, датчики температуры и датчики для анализа жидкости. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что дополнительно к резервированию экстракционных камер в систему могут быть включены резервные трубопроводы, фильтры, жидкостные насосы, приемники, разделительные камеры, конденсаторы и вакуумные насосы. Система может быть автоматизирована путем сопряжения жидкостных датчиков, уровнемеров,
клапанов, насосов, нагревателей и охладителей с компьютером с запрограммированными или введенными оператором параметрами для контроля системы. В экстракционной установке может быть использовано несколько из указанных систем, при этом, например, при необходимости предусматривается совместное использование общего приемника растворителя, источника газа, источника вакуума и приемника продукта несколькими системами. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что экстракционные камеры должны иметь габариты, обеспечивающие при необходимости их быструю и легкую замену одним или несколькими операторами без использования такого оборудования, как вильчатые погрузчики, домкраты и (или) иного механического оборудования. Все трубопроводы, фильтры, контрольно-измерительные устройства, насосы или иные компоненты могут быть подсоединены к трубопроводной системе для обеспечения их разгрузки и опорожнения для замены без останова экстракционной системы непрерывного действия. Например, пара фильтров может быть установлена в системе параллельно клапанам, что позволяет изолировать засоренный фильтр, слить отстой из фильтра в систему, удалить фильтр и заменить его в процессе обработки экстракта экстракционной системой. Температуру, при которой растворитель подают в экстракционные камеры, можно контролировать за счет использования нагревателя, охладителя или иного теплообменника в резервуаре растворителя или в трубопроводах, расположенных до подачи потока в экстракционные камеры. Экстракционные камеры могут быть снабжены рубашками, в которых циркулирует теплоноситель или хладагент.
Растворители, которые могут быть использованы в системе, как проиллюстрировано на Фиг. 1, включают воду, спирты, углеводороды, простые эфиры, фторированные или иные галогенированные углеводороды, сложные эфиры, амины, карбоновые кислоты или любые иные растворители, легко испаряющиеся при температуре в пределах от приблизительно 25 °С до приблизительно 250 °С при давлении в диапазоне от приблизительно 760 мм ртутного столба до приблизительно 1 мм ртутного столба. Используемые растворители могут включать без ограничения ацетальдегид, простой диэтиловый эфир, пентан, этилбромид, метиленхлорид, сероуглерод, циклопентан, ацетон, метилацетат, хлороформ, метанол, тетрагидрофуран, гексан, четырёххлористый углерод, этилацетат, этанол, бензол, циклогексан, пропанол, этилендихлорид, гептан, диоксан, воду, муравьиную кислоту, толуол, бутанол, окстан,
этиленбромид, уксусную кислоту, хлорбензол, пропионовую кислоту, ксилол, нонан, бромбензол, турпентин, фурфурол, масляную кислоту, диметил ацетамиддиметил ацетамид, диметил сульфоксид, декан, фенол, анилин, полиэтиленгликоль, этиленгликоль, ацетонитрил, пиридин или иной любой растворитель. В зависимости от используемого растворителя установка может быть изготовлена из металла, стекла, керамики или пластика. В зависимости от использования полученного экстракта необходимо тщательно рассматривать растворитель в плане возможного воздействия любых следовых количеств растворителя в экстракте с целью определения приемлемости использования растворителя. Могут быть использованы смеси растворителей, например, смесь растворителей с аналогичной летучестью или в композиции, в которой они образуют азеотроп.
В другом примере осуществления настоящего изобретения экстракционная система непрерывного действия предназначена для использования растворителей, представляющих собой газы при стандартной комнатной температуре при давлении в одну атмосферу, включающие, например, без ограничения фторуглероды, при которых процесс экстракции и разделения в устройствах системы осуществляется при давлении, превышающем давление наружного воздуха. В соответствии с альтернативным вариантом давление в системе может быть ниже наружного для пара низкого давления, при котором контроллеры давления поддерживают давление пара низкого давления и пара высокого давления на достаточно низком уровне относительно температуры кипения растворителя и температуры, достигнутой путем компрессионного нагрева на тех участках экстракционной системы [на которых растворитель] поступает в компрессор и покидает его таким образом, чтобы растворитель, имеющий относительно высокую температуру кипения, мог быть использован в качестве растворителя. Как проиллюстрировано на Фиг. 2, жидкий растворитель под высоким давлением поступает из первого опционального приемника 100 по трубопроводу 27 через клапана 24 и 25 в экстракционные камеры 11 и 12, содержащие растительный материал. Клапана 21 и 22 находятся в определенном положении, чтобы направить жидкий раствор в трубопровод 20 и во второй опциональный приемник 30. Как правило (хотя и не показано), по меньшей мере, один фильтр установлен на выходах всех экстракционных камер 11, 12 и 13 и (или) в трубопроводах 20 и (или) 31. Несмотря на то, что один или оба приемника могут быть использованы для компенсации колебаний объема жидкости,
содержащейся в экстракционных камерах, в принципе, система может функционировать без резервуара. Из приемника 30 раствор жидкости под высоким давлением подается через терморегулирующий расширительный клапан 40 в расширительную камеру низкого давления 51 теплообменника 50, в которой раствор разделяется на пары растворителя и аэрозоль жидкого экстракта при поглощении тепла. Аэрозоль попадает на внутренние поверхности расширительной камеры 51 и сливается в сборную камеру 54 в нижней части расширительной камеры 51. Пары растворителя низкого давления проходят через сторону низкого давления теплообменника через улавливатели 52 и, опционально 53, которые проиллюстрированы на Фиг. 2 в последовательной компоновке, хотя несколько улавливателей могут быть расположены параллельно или представлять собой отбойные перегородки внутри расширительной камеры 51. Все количество уловленного экстракта сливается в сборную камеру 54, из которой экстракт протекает через клапан 60 и попадает в приемник экстракта 70. Пары растворителя низкого давления протекают по трубопроводу 81 к впускному патрубку компрессора 80, в котором происходит сжатие паров растворителя низкого давления и получение паров растворителя высокого давления. Пары растворителя высокого давления проходят через опциональный маслоулавливатель 90 при использовании масляного компрессора. Масло, используемое в компрессоре 80, может представлять собой экстракт во избежание загрязнения смазкой. Пары высокого давления перекачиваются по трубопроводу 82 и подаются на сторону высокого давления теплообменника 50, который представляет собой конденсатор 55. В конденсаторе 55 происходит выделение тепла из паров растворителя высокого давления, которые поступают в расширительную камеру 51, в результате чего происходит конденсирование паров растворителя высокого давления и их преобразование в жидкий растворитель в конденсаторе 55 теплообменника 50. Жидкий растворитель покидает конденсатор 55, в котором жидкий растворитель подается по трубопроводу 56 и далее в приемник растворителя 100, из которого растворитель перекачивается для заполнения экстракционных камер 11, 12 и 13.
Система предназначена для использования нескольких экстракционных камер (на Фиг. 2 проиллюстрирована система, включающая три экстракционные камеры 11, 12 и 13), при этом, по меньшей мере, одна из экстракционных камер, проиллюстрированных экстракционными камерами 11 и 12, находится в процессе экстракции за счет расположения клапанов 21, 22, 24 и 25 для перекачки жидкого
растворителя из приемника 100 по трубопроводу 27 в экстракционные камеры 11 и 12 и, в конечном счете, через указанные камеры. В оставшейся экстракционной камере, проиллюстрированной на Фиг. 2 одной экстракционной камерой под позицией 13, клапана 23 и 26 находятся в положении, обеспечивающем испарение растворителя и нагнетание паров растворителя в трубопровод низкого давления 81. После снижения давления в экстракционной камере 13 ниже уровня низкого давления в системе с помощью насоса 110 в экстракционной камере 13 давление может быть доведено до атмосферного давления или ниже атмосферного давления за счет регулирования клапанов 23 и 26 для сброса давления до нормально атмосферного давления или до создания разряжения таким образом, чтобы обеспечивался сбор последнего остаточного количества растворителя из экстрагированного растительного материала до удаления экстракционной камеры 13. Экстракционную камеру 13 заменяют прошедшей обработку экстракционной камерой, в которой находится свежий растительный материал. После завершения замены экстракционной камеры 13 клапана 23 и 26 срабатывают для удаления воздуха с помощью вакуумного источника до открывания замененной экстракционной камеры 13 в системе.
Экстракт из улавливателей 52 и 53 и расширительной камеры 51 сливается в сборную камеру 54 теплообменника 50 или иным образом перекачивается в приемник экстракта 70 через клапан 60. В том случае, когда экстракт в приемнике 70 содержит растворитель, клапан 60 может быть открыт для удаления паров растворителя насосом 110 и подачи их в трубопровод низкого давления 81. Далее клапан 60 может быть открыт для удаления последних следовых количеств растворителя по трубопроводу 61 и их подачи в вакуумный источник для сбора.
Дополнительно к указанным компонентам, проиллюстрированным на Фиг. 2, в примерах осуществления настоящего изобретения, при необходимости, в систему могут быть включены соединения, например, быстроразъемные соединения. Кроме того, в систему при необходимости могут быть включены фильтры, нагреватели, охладители, дополнительные теплообменники, пробоотборные отверстия, отверстия для подачи растворителя, уровнемеры, запорные клапана, стопорные клапана, расходомеры и датчики для анализа жидкости. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что дополнительно к резервированию экстракционных камер в систему могут быть включены резервные трубопроводы, жидкостные насосы, приемники,
разделительные камеры, конденсаторы и вакуумные насосы. Система может быть автоматизирована путем сопряжения жидкостных датчиков, уровнемеров, клапанов, насосов, нагревателей и охладителей с компьютером с запрограммированными или введенными оператором параметрами для контроля системы. Для проведения экстракционного процесса может быть использованы одна или несколько систем, при этом, например, при необходимости предусматривается совместное использование общего приемника растворителя, источника газа, источника вакуума и приемника продукта несколькими устройствами. Специалистам в данной области техники должно быть очевидно, что экстракционные камеры должны иметь габариты, обеспечивающие при необходимости их быстрое и легкое удаление и замену одним или несколькими операторами без использования такого оборудования, как вильчатые погрузчики, домкраты и (или) иное механическое оборудование.
Используемые растворители могут включать фторсодержащие углеводороды, например, в частности, трифторметан, дифторметан, фторметан, пентафторэтан, пентафтор-диметиловый эфир, 1,1,2,2-тетрафторэтан, 1,1,1,2-тетрафторэтан, бас(дифторметил)эфир, 1,1,2-трифторэтан, 1,1,1 -трифторэтан, метил трифторметил эфир, 2,2,2-трифторэтил метил эфир, 1,2-дифторэтан, 1,1-дифторэтан, фторэтан, 1,1,2,2, 3, 3,3-гептафторпропан, трифторметил 1,1,2,2-тетрафторэтил эфир, 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропан, трифторметил 1,2,2,2-тетрафторэтил эфир, 1,1,1,2,2,3-гексафторпропан, 1,1,1,2,3,3-гексафторпропан, 1,1,1, 3,3.3-гексафторпропан, 1,2,2,2-тетрафторэтил дифторметил эфир, гексафторпропан, 1,1,2,2,3-пентафторпропан, пентафторпропан, 1,1,2,3,3-пентафторпропан, 1,1,1,2,3-пентафторпропан, 1,1,1,3,3-пентафторпропан, метил пентафторэтил эфир, дифторметил 2,2,2-трифторэтил эфир, дифторметил 1,1,2-трифторэтил эфир, 1,1,2,2-тетрафторпропан, метил 1,1,2,2-тетрафторэтил эфир, трифторпропан, дифторпропан, фторпропан, 1,1,1,2,2,3,3,4,4-нонафторбутан, 1,1,1,2,3,4,4,4-октафторбутан, 1,1,1,2,2,3,3-гептафторбутан, перфторпропил метил эфир, перфторизопропил метил эфир, 1,1,1,3,3-пентафторбутан, 1,1,3-трифторпропан, 1,1,1,3,3-пентафторбутан, 1,3-дифторпропан, 1,1-дифторбутан, 1,3-дифтор-2-метилпропан, 1,2-дифтор-2-метилпропан, 1,2-дифторбутан, 1,3-дифторбутан, 1,4-дифторбутан, 2,3-дифторбутан, 1,1,1-трифторпентан, 1,1,1-трифтор-3-метилбутан, 1,1-дифторпентан, 1,2-дифторпентан, 2,2-дифторпентан, 1,1,1-трифторгексан, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-нонафтор-1-гексен, 1,1,3-трифторпропан, 1,3-дифторпропан, 1,1,1,3,3-пентафторбутан, 1,1-дифторбутан, 1,3-дифтор-2
метилпропан, 1,2-дифтор-2-метилпропан, 1,2-дифторбутан, 1,3-дифторбутан, 1,4-
дифторбутан, 2,3-дифторбутан, 1,1,1-трифторпентан, 1,1.1-трифтор-3-
метилбутан, 1,1-дифторпентан, 1,2-дифторпентан, 2,2-дифторпентан, 1,1,1-
трифторгексан, 3,3,4,4,5,5,6,6,6-нонафтор-1-гексен, 1,1,2,2,3-пентафторпропан,
1,1,1,3,3-пентафторпропан, 1,1,3-трифторпропан, 1,1,3-трифторпропан, 1,3-
дифторпропан, 2-(дифторметил)-1,1,1,2,3, 3-гексафторпропан, 1,1,2,2,3,3,4,4-
октафторбутан, 1,1,1,2,2,4-гексафторбутан, 1,1,1,3,3-пентафторбутан, 1,1-
дифторбутан, 1,3-дифтор-2-метилпропан, 1,2-дифтор-2-метилпропан, 1,2-
дифторбутан, 1,3-дифторбутан, 1,4-дифторбутан, 2,3-дифторбутан, 1,1,1,2,3,3,4,4-
октафтор-2-(трифторметил)бутан, 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5-ундекафторпентан,
1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-декафторпентан, 1,1,1,2,2,3,3,5,5,5-декафторпентан, 1,1,1,4,4,4-
гексафтор-2-(трифторметил )бутан, 1,1,1 -трифторпентан, 1,1,1-трифтор-З-
метилбутан, 1,1-дифторпентан, 1,2-дифторпентан, 2,2-дифторпентан, 1,1,1-
трифторгексан, 1,1,1,2,2, 3,3,4,4,5,5,6,6-тридекафторгексан, 1,1,1,2,2,5,5,5-
октафтор-4-(трифторметил)пентан, 1, 1,2,2-тетрафторциклобутан,
3,3,4,4,5,5,6,6,6-нонафтор-1-гексен, 1,1,1-трифторэтан, пентафторэтан, или любую их смесь. В других примерах осуществления настоящего изобретения растворитель может не включать фторсодержащие углеводороды и представлять собой метил эфир, бутан, пропан, аммиак или двуокись серы.
Компрессор может быть любой конструкци и может представлять собой компрессор, для работы которого требуется масло, либо безмасляный компрессор. В случае использовании масла в компрессоре масло может быть любого типа, включая без ограничения углеводородное, фторуглеродное или силиконовое масло.
Система способна функционировать при давлении, превышающем нормальное атмосферное давление, т.е. 14,7 фунта/кв. дюйм. Например, давление на стороне всасывания компрессора может составлять 20 - 50 фунтов/кв. дюйм и на стороне нагнетания компрессора может составлять 50 - 200 фунтов/кв. дюйм. Материалы конструкции для экстракционной установки представляют собой материалы, прочностные характеристики которых позволяют выдержать давление, превосходящее максимальное давление в системе. Например, приемлемыми материалами являются металлы или сплавы металлов, хотя могут быть использованы другие материалы, если они способны выдержать высокое давление системы.
Несмотря на то, что могут быть использованы различные конструкции, на Фиг. 3 проиллюстрирован вид теплообменника 250 в поперечном сечении. В данном теплообменнике 250 горячие пары высокого давления поступают в верхнюю часть теплообменника 250 из трубопровода 282 и циркулируют через змеевиковую первую часть 255 конденсатора из нижней части улавливателя 252, в которой змеевики непосредственно контактируют с внутренней стороной цилиндрического теплопоглотителя 257. Теплопоглотитель 257 передает тепло от указанной первой змеевиковой части конденсатора 255 змеевиковой расширительной камере 251 на внешней стороне цилиндрического теплопоглотителя 257. Терморегулирующий расширительный клапан 240 подает аэрозоль из раствора, образовавшегося в экстракционных камерах, в змеевиковую расширительную камеру 251 низкого давления, в которой происходит испарение растворителя в результате поглощения тепла от теплопоглотителя 257. Теплопоглотитель 257 нагрет горячими и конденсирующимися парами высокого давления, которые после подъема через первую часть конденсатора 255, поступают во вторую часть конденсатора 256, в которой пары растворителя высокого давления и (или) жидкого растворителя протекают по змеевиковой расширительной камере 251. Все пары растворителя высокого давления полностью конденсируются во второй части конденсатора 256 и подаются в выпускной трубопровод 258, как проиллюстрировано на Фиг. 3. В соответствии с альтернативным вариантом, при необходимости, охлажденные пары растворителя высокого давления из второй части конденсатора 256 могут поступить в дополнительную третью часть конденсатора (не показана), в которой обеспечивается дополнительное охлаждение для конденсирования паров растворителя в жидкий растворитель. Жидкий экстракт сливается в сборную камеру 254, и пары растворителя поднимаются через улавливатель 252 вокруг первой части конденсатора 255 и поступают в трубопровод 281 паров растворителя низкого давления, который, в конечном счете, соединен с компрессором.
Другой теплообменник 350, который может быть использован в экстракционной системе непрерывного действия в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, проиллюстрирован на Фиг. 4. В данном теплообменнике 350 горячие пары высокого давления поступают в верхнюю часть первой части змеевикового конденсатора 355 теплообменника 350 из трубопровода 382. Змеевиковый конденсатор 355 расположен по спирали от
верхней части теплообменника 350 и находится в непосредственном контакте с теплопоглотителем 357 и змеевиковой расширительной камерой 351, при этом конденсаторные змеевики 355 и испарительные змеевики 351 чередуются по мере того, как их спирали спускаются вниз вдоль теплопоглотителя 357. Терморегулирующий расширительный клапан 340 подает раствор экстракта в испарительный змеевик низкого давления 351, где происходит выпаривание растворителя из раствора при поглощении тепла из контактирующего змеевикового конденсатора 355 и теплопоглотителя 357. Пары растворителя высокого давления конденсируются в указанном змеевиковом конденсаторе 355 и подаются в выпускной трубопровод 358, как проиллюстрировано на Фиг. 4. Все равновесные пары растворителя высокого давления могут поступать во внешнюю змеевиковую вторую часть конденсатора 356, в которой пары растворителя далее охлаждаются внешней средой или, при необходимости, вторым источником охлаждения для обеспечения конденсации паров растворителя в жидкий растворитель. Жидкий экстракт сливается в сборную камеру 354, и пары растворителя низкого давления поднимаются через улавливатель 352 вокруг теплопоглотителя 357 и поступают в трубопровод 281 паров растворителя низкого давления, который в конечном счете соединен с компрессором. С целью предотвращения уноса экстракта в виде аэрозоли в компрессор, в конструкцию включены отбойные перегородки 359 и 360, однако их установка не является обязательной в непосредственной близости от впускного и выпускного отверстия паров низкого давления в улавливатель 352.
Другой теплообменник 810, который может быть использован в экстракционной системе непрерывного действия в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения, проиллюстрирован на Фиг. 9а. В указанном теплообменнике 810, горячие пары высокого давления поступают в верхнюю часть первой части змеевикового конденсатора 855 теплообменника 810 из трубопровода 382. Змеевиковый конденсатор 855 расположен по спирали от верхней части теплообменника 810 внутри змеевиковой расширительной камеры 851 таким образом, чтобы обеспечивалось создание исключительно большой площади поверхности для теплообмена между конденсатором 855 и расширительной камерой 851. Как проиллюстрировано на Фиг. 9а, площадь поперечного сечения внутренней части конденсатора 855 равна площади пароконденсирующей части расширительной камеры 851. Площади поперечного сечения расширительной камеры 851 и конденсатора 855 могут быть любого
размера и соотношения в целях оптимизации теплообмена. Размещение трубы внутри трубы обеспечивает максимально возможное поглощение тепла, генерируемого конденсирующимися парами в конденсаторе 855, расширяющимся газом охватывающей расширительной камерой 851. Терморегулирующий расширительный клапан 840 подает раствор экстракта в расширительную камеру низкого давления 851, в которой происходит выпаривание растворителя раствора при поглощении тепла главным образом засасываемыми конденсирующимися парами внутри змеевикового конденсатора 855. Пары растворителя высокого давления конденсируются в указанном змеевиковом конденсаторе 855 и подаются в выпускной трубопровод 858, как проиллюстрировано на Фиг. 9а. Жидкий экстракт сливается в сборную камеру 854, и пары растворителя низкого давления поднимаются через улавливатель 852 вокруг теплопоглотителя 857 и поступают в трубопровод 281 паров растворителя низкого давления, который в конечном счете соединен с компрессором. С целью предотвращения уноса экстракта в виде аэрозоли в компрессор, в конструкцию включены отбойные перегородки 359 и 360, однако их установка не является обязательной в непосредственной близости от впускного и выпускного отверстия паров низкого давления в улавливатель 352.
В соответствии с альтернативным вариантом, отличающимся от варианта, проиллюстрированного на Фиг. 9а, конструкция теплообменника может включать одну или несколько труб внутри трубы. Внешняя труба может представлять собой конденсатор или расширительную камеру. Обе из указанных альтернативных конструкций проиллюстрированы на Фиг. 9Ь. Как проиллюстрировано на Фиг. 9Ь, змеевиковый конденсатор 855 охватывает несколько труб, которые включают разделенную перегородкой расширительную камеру 851, содержащую, как проиллюстрировано на рисунке, семь труб. Кроме того, как проиллюстрировано на Фиг. 9Ь, общая площадь поперечного сечения семи труб, включая расширительную камеру 851, равна площади пароконденсирующей части внутри конденсатора 855. Более того, размеры труб расширительной камеры 851 и конденсатора 855 не обязательно должны иметь пропорции площади, проиллюстрированной на Фиг. 9Ь. Как проиллюстрировано на Фиг. 9Ь, терморегулирующий расширительный клапан 840 подает раствор экстракта в расширительную камеру низкого давления 851 через распределитель 845, в котором жидкость распределяется по семи трубам, которые могут быть выполнены с использованием фитингов, сварки, адгезии и любых иных способов. В соответствии с альтернативным вариантом (не показан) распределение можно
осуществлять выше нескольких распределительных клапанов, которые могут автономно распределять жидкость по нескольким трубам, включающим расширительную камеру. Кроме цилиндрической формы геометрия труб расширительной камеры 851 и конденсатора 855 может быть, например, овальной или любой иной формы с целью увеличения площади поверхности труб и площади поверхности между конденсатором 855 и наружным воздухом и (или) теплопоглотителем 857.
Как проиллюстрировано на Фиг. 5, компрессор 480 может быть скомбинирован с теплообменником 450, что обеспечивает охлаждение компрессора 480 дополнительно к охлаждению горячих паров растворителя высокого давления. Несмотря на то, что проиллюстрированный компрессор является поршневым компрессором, могут быть использованы многочисленные типы компрессоров, включающие без ограничения ротационные пластинчатые, мембранные, спиральные и шестеренчатые компрессоры. Может быть использован безмасляный компрессор или компрессор, для которого требуется смазка. По трубопроводу 420 раствор экстракта из экстракционных камер подается через расширительный клапан 440 в картер компрессора, образующий первую часть расширительной камеры 451, где экстракт отделяется от паров растворителя низкого давления, и экстракт сливается в сборную камеру 454 у основания компрессора. Как проиллюстрировано на Фиг. 5, экстракт также выступает в качестве смазки для коленчатого вала 486 компрессора 480, в котором охлаждение, создаваемое расширяющимися парами растворителя в расширительной камере 451, позволяет поддерживать температуру ниже диапазона температур термической деструкции экстракта. Пары низкого давления далее поступают во вторую часть расширительной камеры 452, в которой жидкость находится в трубопроводе, контактирующем с конденсатором 482 теплообменника 450 после того, как пары растворителя высокого давления покидают компрессор 480 при нагнетании через выпускной обратный клапан 484 при движении поршня 485 вверх. Хотя на Фиг. 5 показан теплообменник 450, контактирующий с прямыми трубопроводами 452 и 482, такая геометрия поверхности теплообмена не является обязательной. По мере того, как нагретые пары растворителя высокого давления проходят через конденсатор 482, они конденсируются и покидают теплообменник 450 в виде жидкого растворителя и поступает в выпускной трубопровод 455. Происходит теплообмен для охлаждения паров растворителя низкого давления во второй части расширительной камеры
452 в теплообменнике 450, куда они поступают по впускному трубопроводу 481 через впускной обратный клапан 483 при ходе поршня 485 компрессора 480 вниз.
Экстракционная система в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения предназначена для использования нескольких экстракционных камер. На Фиг. 6 проиллюстрированы некоторые, но не все, возможные конструкции экстракционных камер, которые могут быть включены в экстракционную систему. На Фиг. 6а проиллюстрирована простая цилиндрическая экстракционная камера 500, в которую через впускной патрубок 501 подается растворитель через фильтрующую и распределяющую жидкость сетку 503. Раствор экстракта образуется по мере того, как жидкость проходит через растительный материал, загруженный в цилиндрическую экстракционную камеру 500 и покидает камеру через вторую фильтрующую сетку (не показана), аналогичную сетке 503, установленной на выпускном патрубке 502. Как видно при рассмотрении Фиг. 1, поток жидкости может быть подан в направлении, обратном направлению, проиллюстрированном на Фиг. 6а. Торцы экстракционной камеры 500 могут быть зафиксированы путем монтажа герметизирующих крышек 505 корпуса, показанных с опциональным фланцем 506, для обеспечения демонтажа крышек 505 и сеток 503. При снятии крышек обеспечивается доступ ко всей центральной части цилиндра экстракционной камеры 500, что упрощает удаление использованного растительного материала, в результате чего опорожненный цилиндр может быть заполнен после установки одной из крышек 505 и сеток 503.
На Фиг. 6Ь проиллюстрирована вторая конфигурация экстракционной камеры 510, в которую растворитель подается через впускной патрубок 511 и поступает в перфорированную трубку 513 для распределения жидкости, закрытую непроницаемым диском 517, расположенным на конце трубки 513 на расстоянии от впускного патрубка 511, с помощью которой поток жидкости нагнетается радиально через растительный материал из центральной трубки 513 для распределения жидкости. Раствор экстракта нагнетают через фильтрующую перфорированную внутреннюю стенку 514 рубашки 516, в которой происходит сбор раствора экстракта в объеме сбора 518 до выпуска из экстракционной камеры 510 через выпускной патрубок 512. На торцах экстракционной камеры 510 могут быть установлены крышки 515 для упрощения удаления использованного растительного материала и загрузки свежего растительного материала.
На Фиг. 6с приведена третья конфигурация экстракционной камеры 520, в которую растворитель поступает через впускной патрубок 521, и далее поступает
в секцию 527 распределения жидкости, которая отклоняет поток растворителя с помощью неперфорированного диска 526 в рубашку 524. Растворитель нагнетается через перфорированный распределительный диффузор 523 на внутренней стороне рубашки 526, в которой поток жидкость протекает через растительный материал и далее в центральную перфорированную фильтрационную трубу 525, в которой раствор экстракта направляется через выпускной патрубок 522, который расположен на том же самом торце экстракционной камеры 520, как и впускной патрубок 521. На торцах экстракционной камеры 520 могут быть установлены крышки 527 и 529 для упрощения удаления использованного растительного материала и загрузки свежего растительного материала.
На Фиг. 6d проиллюстрирована экстракционная камера 530, которая может быть снабжена рубашкой для распределения жидкости вокруг экстракционной камеры, аналогичной камере, показанной на Фиг. 6а - 6с, или любой иной конструкции. Рубашка обеспечивает циркуляцию теплоносителя или хладагента по внешней поверхности экстракционной камеры 530. Теплоноситель может представлять собой жидкий растворитель, выходящий из конденсатора теплообменника. Как проиллюстрировано на Фиг. 6d, жидкость подают в рубашку через впускной патрубок 535, она заполняет рубашку и выходит через выпускной патрубок 536 на противоположном конце рубашки. Опционально, впускной патрубок может быть размещен в основании поверхности со скосом 537, которая делает один оборот вокруг рубашки в направлении к впускному патрубку, и которая заканчивается непосредственно над отверстием из впускного патрубка 535 для обеспечения кольцевого потока жидкости, который поднимается по спирали к верху рубашки. Спиральный поток может быть далее усилен за счет аналогичной, опциональной, дополнительной поверхности со скосом 538 у конца выпускного патрубка 536 рубашки. Рубашки или иные источники нагрева или охлаждения в резервуарах растворителя или раствора экстракта, или на трубопроводах, например, на трубопроводах, соединенных с экстракционной камерой или расширительными камерами, позволяют усилить поток нагревательной или охлаждающей жидкости в рубашках экстракционных камер.
В примере осуществления настоящего изобретения в экстракционной системе непрерывного действия могут быть использованы практически любые растворители. Как проиллюстрировано на Фиг. 7, экстракционная система непрерывного действия включает несколько заключенных в рубашку
экстракционных камер 611, 612, 613 и 614. Жидкость из резервуара растворителя 663 подается через впускной клапан 638 рубашки, при этом впускные клапана 635, 636 и 637 рубашки, а также выпускные клапана 631, 632 и 633 рубашки находятся в закрытом положении для изолировании рубашек 641, 642 и 643. Растворитель выходит из рубашки 644 через выпускной клапан 634 рубашки и попадает в трубопровод 665, по которому растворитель подается в экстракционную камеру 611 через клапан 621. Экстракт практически извлечен из растительного материала в экстракционной камере 611, и, как показано на рисунке, скорость потока жидкости в два раза превышает скорость потока жидкости в каждой из экстракционных камер 612 и 613. Несмотря на то, что такая скорость является не обязательной, она, тем не менее, создает преимущество в том, что обеспечивается быстрое удаление последних порций экстракта растительного материала в экстракционной камере 611. Из экстракционной камеры 611 выходит исключительно слабый раствор экстракта через клапан 625, который далее попадает в трубопровод 667, из которого раствор экстракта поступает в экстракционные камеры 612 и 613 через клапана 626 и 627. Концентрированный раствор экстракта из экстракционных камер 612 и 613 поступает через клапана 622 и 623 в трубопровод 668 и далее в опциональный резервуар раствора экстракта 620. Из резервуара раствора экстракта 620 раствор концентрированного экстракта подается по трубопроводу 669 через расширительный клапан 650 расширительной камеры 651 в теплообменник 656, что предусматривает, хотя и не обязательно, конструкцию для теплообменника, показанного на Фиг. 4.
Как проиллюстрировано на Фиг. 4, экстракт сливается в сборную камеру 654 улавливателя 651 теплообменника 656 и далее сливается через клапан 671 для слива экстракта в приемник экстракта и концентратор 672. Клапан 671 для слива экстракта периодически открывается или постоянно открыт до такой степени, чтобы столб экстракта оставался в сборной камере 654 у впускного отверстия клапана 671 на протяжении всей работы экстракционной системы непрерывного действия. Пары растворителя низкого давления находятся в равновесии с экстрактом в приемнике экстракта и концентраторе 672, который соединен трубопроводом 673 концентратора с концентрирующим и вакуумирующим компрессором 674. В приемнике экстракта и концентраторе 672 могут быть расположены одна или несколько пластин, или отбойных перегородок для распределения влажного экстракта по большей площади поверхности и для повышения скорости испарения растворителя, и (или) мешалка или иной
смеситель могут быть включены в приемник экстракта и концентратор 672. Камера с клапаном, не показанные на рисунке, обеспечивают удаление экстракта из приемника экстракта и концентратора 672. Выпускной патрубок концентрирующего и вакуумирующего компрессора, приемника экстракта и концентратора 672, соединен с обратным клапаном 675, через который подаются пары растворителя низкого давления в улавливатель 652 через впускной патрубок 681 компрессора 680 только в том случае, если давление на выходе концентрирующего и вакуумирующего компрессора 674 превышает давление паров растворителя низкого давления в выпускном патрубке 681 экстракционной камеры. Это обеспечивает создание вакуума в приемнике экстракта и концентраторе 672 для удаления практически всего количества растворителя из экстракта. В приемнике экстракта и концентраторе 672 может быть достигнуто разряжение, например, составляющее 20 торр, например, 10 торр, например, 5 торр, например, 1 торр или менее для обеспечения удаления экстракта, практически не содержащего растворитель.
Концентрирующий и вакуумирующий компрессор 674 также соединен по трубопроводу 661 через клапан 624 с экстракционной камерой 614. Экстракционная камера 614 содержит полностью использованный растительный материал, который высушен под вакуумом, созданным приемником экстракта и концентратором 672. Пары растворителя высокого давления на выходе из компрессора 680 подаются по трубопроводу 682 в часть конденсатора 655 теплообменника 656, при этом жидкий растворитель на выходе поступает в трубопровод 662 для его подачи в опциональный приемник жидкого растворителя 663 до его нагнетания в экстракционные камеры.
В примере осуществления настоящего изобретения за счет использования нескольких теплообменников и опционально нескольких компрессоров обеспечивается непрерывная экстракция с выделением нескольких различных экстрактов, включающих различные соотношения экстрагируемых компонентов из данного растительного материала, с помощью одного растворителя или смеси растворителей, исходя из степени растворимости различных компонентов и любого эффекта разделения различных компонентов на раствор, находящийся ниже или выше в более легко экстрагируемом компоненте. Таким образом, один полученный экстракт может в основном включать наиболее растворимый компонент или компоненты, другой полученный экстракт может в основном включать наименее растворимый компонент или компоненты, и один или
несколько дополнительных экстрактов могут включать различные соотношения компонентов, или может являться в основном компонентом, имеющим определенную промежуточную растворимость. Следовательно, получение различных продуктов зависит от конкретного объема растворителя, пропущенного через экстракционную камеру с этим экстракционным раствором, подаваемым в требуемый теплообменник с последующим пропусканием одного или нескольких объемов растворителей через экстракционную камеру и направлением в один или несколько других теплообменников, в которых осуществляется выделение конкретной требуемой композиции экстракта. При необходимости несколько теплообменников могут быть соединены с целью выборочного нагрева или охлаждения растворителя и (или) экстракционных камер в течение периодов времени экстракции определенной фракции компонентов с целью повышения селективности экстракции во время пропускания определенного количества растворителя через конкретный теплообменник. На Фиг. 8 в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения проиллюстрирована такая экстракционная система непрерывного действия.
Как проиллюстрировано на Фиг. 8, экстракционная система непрерывного действия включает несколько заключенных в рубашку экстракционных камер 711, 712, 713, 714 и 715. Жидкость из резервуара растворителя 763 направляется через опциональную сушильную установку 766, в которой жидкость проходит через влагопоглотитель или иные сушильные средства, например, морозильный или осмотический аппарат, до ее подачи в трубопровод 764, который направляет растворитель обычной температуры в любой один или несколько из ряда впускных клапанов 736, 737, 738, 739 и 740 рубашки. В конструкции сушильной установки 766 предусматривается одна секция, пропускающая поток жидкости в трубопровод 764, в то время как вторая секция обеспечивает удаление остаточного растворителя в трубопровод 793 паров низкого давления, который сообщается с вакуумирующим компрессором 774. Следует отметить, что три теплообменника 756, 756' и 756" и все их элементы обозначены одними и теми же позициями, причем позиции обозначают элементы только в одном из трех теплообменников на Фиг. 8. Как проиллюстрировано на рисунке, клапан 736 открывается для подачи растворителя обычной температуры в рубашку 741 экстракционной камеры 711, находящейся в рабочем режиме, при котором растворитель подается через выпускной клапан 731 рубашки по трубопроводу к клапану 721, через который растворитель направляется в экстракционную камеру
711 и через нее, содержащую растительный материал, из которого, при необходимости, был извлечен или практически извлечен экстракт, и далее после прохождени потока растворителя через клапан 726 в трубопровод 767, как показано на рисунке, в экстракционной камере 711 скорость потока жидкости в три раза превышает скорость потока жидкости в экстракционных камерах 712, 713 и 714 в отдельности. Камера, в которой практически был извлечен экстракт, может создавать определенные преимущества в том плане, что в других экстракционных камерах может продолжаться процесс до полного разделения и концентрирования наименее растворимого компонента. В других конфигурациях предпочтительным является перекачка растворителя из трубопровода 764 в трубопровод 767 через клапан 794. Как проиллюстрировано на Фиг. 8, используются три компрессора 780, 780' и 780"; тем не менее, конструкция может предусматривать несколько теплообменников для подачи среды в один компрессор; например, все три теплообменника могут быть подсоединены к одному компрессору.
Впускные клапана 736, 737, 738, 739 и 740 рубашки предназначены для обеспечения отбора растворителя обычной температуры для подачи в рубашки 711, 712, 713, 714 и 715 экстракционных камер, соответственно; и независимо либо растворитель обычной температуры из трубопровода 764 подает под давлением растворитель через терморегулирующие расширительные клапана 786, 787, 788, 789 и 790 для испарительного охлаждения рубашек, либо горячие пары высокого давления из трубопровода 791. Как проиллюстрировано на рисунке, экстракционные камеры, 714, 713 и 712 одновременно охлаждают, поддерживают в них температуру наружной среды и нагревают соответственно, при этом первичный экстракт, промежуточный экстракт и конечный экстракт соответственно, могут быть оптимизированы для разделения трех различных экстрактов стремя различными композициями.
В указанной конфигурации охлажденный первичный экстракт из экстракционной камеры 714 подают в растворе первичного экстракта через выпускной клапан 724 в обратный избирательный клапан 719, из которого раствор направляется в трубопровод 770 первичного экстракционного раствора к терморегулирующему расширительному клапану 750" расширительной камеры 751" теплообменника 756". Первичный экстракт собирается в приемнике экстракта и концентраторе 772", который соединен трубопроводом 773" концентратора с концентрирующим и вакуумирующим компрессором 774", при этом трубопровод 773" концентратора проходит через конденсатор 777", который охлаждается за
счет пропускания определенного количества растворителя из трубопровода 762" через терморегулирующий расширительный клапан 776", при этом холодные пары низкого давления сбрасываются в улавливатель 781" теплообменника 756".
В указанной конфигурации промежуточный экстракт обычной температуры транспортируют из экстракционной камеры 713 в промежуточном экстракционном растворе через выпускной клапан 723 в обратный избирательный клапан 718, из которого он направляется в трубопровод 769 промежуточного экстракционного раствора к терморегулирующему расширительному клапану 750' расширительной камеры 75Г теплообменника 756'. Промежуточный экстракт собирается в приемнике экстракта и концентраторе 772', который соединен трубопроводом 773' концентратора с концентрирующим и вакуумирующим компрессором 774', при этом трубопровод 773' концентратора проходит через конденсатор 777', который опционально охлаждается путем пропускания определенного количества растворителя из трубопровода 762' через терморегулирующий расширительный клапан 776', при этом холодные пары низкого давления сбрасываются в улавливатель 781' теплообменника 756'.
В указанной конфигурации нагретый конечный экстракт транспортируют из экстракционной камеры 712 в растворе конечного экстракта через выпускной клапан 722 в обратный избирательный клапан 717, из которого раствор направляется в трубопровод 768 промежуточного экстракционного раствора к терморегулирующему расширительному клапану 750 расширительной камеры 751 теплообменника 756. Промежуточный экстракт собирается в приемнике экстракта и концентраторе 772, который соединен трубопроводом 773 концентратора с концентрирующим и вакуумирующим компрессором 774, при этом трубопровод 773 концентратора проходит через конденсатор 777, который охлаждается при пропускании определенного количества растворителя из трубопровода 762 через терморегулирующий расширительный клапан 776, при этом холодные пары низкого давления сбрасываются в улавливатель 781 теплообменника 756.
Как проиллюстрировано на Фиг. 8, экстракционная камера 715 находится в режиме откачивания остаточного растворителя, при этом выпускной клапан 725 открыт, обеспечивая соединение с вакуумирующим компрессором 774. Впускной клапан рубашки 740 может быть открыт для впуска горячих паров высокого давления из трубопровода 791 и направления их через рубашку 745 экстракционной камеры и через выпускной клапан 735 рубашки в трубопровод 792, ведущий к расширительной камере 751 теплообменника 756.
Несмотря на то, что нижеуказанные компоненты не показаны на рисунках, в систему могут быть включены расходомеры, контроллеры потока и датчики для определения температуры, плотности жидкости, спектральных характеристик, вязкости или иных параметров для определения количества растворителя, который пропускали через каждую из нескольких экстракционных камер, и для подачи выходного сигнала на микропроцессор, который способен управлять работой клапанов для обеспечения направления потока растворителя и раствора экстракта. Растворитель может быть направлен к расширительным клапанам в рубашках экстракционных камер и к конденсаторам. Горячие пары высокого давления могут быть направлены к рубашкам экстракционных камер или к теплообменникам любой конструкции по различным трубопроводам. Кроме того, при необходимости экстракционные камеры могут включать ультразвуковые гомогенизаторы, мешалки или иные устройства перемешивания. В примере осуществления настоящего изобретения экстракционные камеры могут представлять собой камеры, в которых растительный материал не погружается в жидкость или его не заливают жидкостью, как это проиллюстрировано на Фиг. 6, но при этом экстракционная камера включает, по меньшей мере, одно сопло или пластину распределения потока жидкости для распыления ее на поверхности и промывки поверхности растительного материала, при этом раствор экстракта сливается или удаляется из экстракционной камеры таким образом, чтобы раствор экстракта не собирался в экстракционной камере. На Фиг. 10 проиллюстрирована экстракционная камера 800, в которой экстракционный растворитель подают во впускной патрубок 801, установленный в верхней части экстракционной камеры 800, при этом растворитель подают через фильтр и распределитель жидкости 803, опирающийся на фланец 807. Впускной распределитель жидкости 803 имеет небольшие отверстия, за счет которых растворитель подается в виде спрея капель, которые омывают экстрагируемый растительный материал, однако в данном случае материал не погружается в растворитель, т.к. выпускной распределитель 804 имеет достаточно крупные отверстия для обеспечения сбора раствора экстракта под опорным фланцем 808 выпускного распределителя и выпуска из экстракционной камеры 800 через выпускной патрубок 802 без заполнения экстракционной камеры 800. Оба торца экстракционной камеры 800 могут быть зафиксированы путем установки герметизирующих крышек 805 корпуса на торцах корпуса, показанных с опциональным фланцем 806, предназначенным для обеспечения удаления
крышек 805 и распределителей 803 и 804 и для обеспечения доступа ко всей центральной части цилиндра экстракционной камеры 800, что упрощает удаление использованного растительного материала, в результате чего опорожненный цилиндр может быть повторно заполнен экстрагируемым материалом. При использование такой экстракционной камеры поверхностный экстракт может быть извлечен из растительного материала при незначительной диффузии или полном отсутствии диффузии растворителя в растительный материал, что обеспечивает удаление пестицидов и иных химикатов, которыми могли обрызгивать растения на поле.
Следует понимать, что примеры и варианты настоящего изобретения описаны здесь исключительно с иллюстративной целью, и различные модификации или изменения в свете этого будут очевидны специалистам в данной области техники и не будут выходить за пределы существа и объема настоящей заявки на патент.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Экстракционная установка непрерывного действия, включающая:
несколько экстракционных камер, в которой каждая из экстракционных
камер включает один или несколько клапанов или иных устройств для направления потока жидкости, и в которой экстракционная камера содержит экстрагируемый материал для экстракции растворенного вещества с помощью растворителя в проточном режиме жидкости;
по меньшей мере, одну расширительную камеру, включающую впускное отверстие для раствора, обеспечивающую падение давления на впускном отверстии для раствора, в результате чего обеспечивается переход растворителя в парообразное состояние из раствора и аэрозолизация, слияние, и консолидация растворенного вещества в виде жидкости или экстракта концентрированного раствора;
по меньшей мере, один конденсатор, в котором растворитель в парообразном состоянии конденсируется, образуя жидкость;
по меньшей мере, один компрессор, жидкостный насос или иные устройства для создания потока жидкой среды, расположенные ниже конденсатора и выше экстракционных камер и расширительных камер; и
по меньшей мере, один насос, клапан или иное устройство для обеспечения непрерывного или периодического удаления экстракта без прерывания потока жидкости, в которой одну из нескольких экстракционных камер удаляют при извлечении всего количества растворенного вещества из экстрагируемого материала и заменяют удаленную экстракционную камеру аналогичной экстракционной камерой со свежим экстрагируемым материалом, не прерывая при этом поток жидкости, по меньшей мере, через одну из экстракционных камер, и в которой растворитель удерживается внутри установки.
2. Экстракционная установка непрерывного действия по п. 1, в которой
впускное отверстие для раствора, расширительная камера и, по меньшей мере,
один из конденсаторов включают теплообменник, в которой впускное отверстие
для раствора состоит, по меньшей мере, из одного терморегулирующего
расширительного клапана, и в которой, по меньшей мере, один из конденсаторов
контактирует с расширительной камерой, в результате чего тепло из конденсатора поглощается расширительной камерой.
3. Экстракционная установка непрерывного действия по п. 1,
дополнительно включающая вакуумный насос, в которой падение давления на
впускном отверстии для раствора, способствующее преобразованию
растворителя в парообразное состояние, обеспечивается вакуумным насосом.
4. Экстракционная установка непрерывного действия по п. 3, в которой, по меньшей мере, один конденсатор контактирует с подаваемым извне хладагентом.
5. Экстракционная установка непрерывного действия по п. 4, в которой хладагент контактирует с охладителем.
6. Экстракционная установка непрерывного действия по п. 1, дополнительно включающая запорные клапана и (или) нагреватели и (или) охладители и (или) теплообменники, в которой теплообменники включают теплоносители, которые нагревают или охлаждают вне экстракционной установки непрерывного действия.
7. Экстракционная установка непрерывного действия по п. 1, дополнительно включающая информационный процессор, сопряженный интерфейсом, по меньшей мере, с одним устройством привода и (или), по меньшей мере, с одним датчиком.
8. Экстракционная установка непрерывного действия по п. 7, в которой информационный процессор включает компьютер с хранимой программой; датчики включают, независимо или в сочетании, один или несколько расходомеров, датчиков плотности жидкости, рефрактометрических детекторов, детекторов инфракрасного видимого или ультрафиолетового диапазонов излучения, и (или) детекторов проводимости; и устройства привода включают автономно или в сочетании клапана, насосы и (или) устройства сигнализации.
9. Способ экстрагирования, по меньшей мере, одного растворимого компонента из экстрагируемого материала, включающий:
создание экстракционной установки непрерывного действия по п. 1, снабженной несколькими экстракционными камерами, содержащими экстрагируемый материал, включающий экстрагируемое растворенное вещество;
подачу жидкой среды, включающей растворитель, компрессором, насосом или иным устройством нагнетания по первому трубопроводу в несколько экстракционных камер, при котором образуется раствор, включающий экстрагируемое растворенное вещество;
направление потока раствора, включающего экстрагируемое растворенное вещество из экстракционных камер во второй трубопровод, при котором раствор, включающий экстрагируемое растворенное вещество, направляемое из экстракционных камер, объединяется в комбинированный раствор, включающий экстрагируемое растворенное вещество;
нагнетание комбинированного раствора, включающего экстрагируемое растворенное вещество, из второго трубопровода, по меньшей мере, через одно впускное отверстие для раствора, по меньшей мере, в одну расширительную камеру, при котором давление в расширительной камере поддерживают на более низком уровне, чем давление во втором трубопроводе, при котором комбинированный раствор, включающий экстрагируемое растворенное вещество, разделяют на пары растворителя и экстракт, включающий экстрагируемое растворенное вещество;
удаление экстракта из экстракционной установки непрерывного действия, по меньшей мере, одним насосом, клапаном или иным устройством для непрерывного или периодического удаления экстракта без прерывания потока жидкости в экстракционной установке непрерывного действия;
конденсирование паров растворителя до жидкого растворителя;
направление потока жидкой среды, включающей растворитель, в первый трубопровод;
предотвращение потока жидкой среды, включающей растворитель, из первого трубопровода в любую из экстракционных камер, когда из содержащегося в ней экстрагируемого материала извлечено экстрагируемое растворенное вещество;
нагнетание потока жидкой среды, включающей растворитель, в экстракционную камеру, содержащую экстрагируемый материал, из которого извлечено экстрагируемое растворенное вещество, во второй трубопровод, в первый трубопровод и (или) в иные части экстракционной установки непрерывного действия до тех пор, пока растворитель не будет полностью удален из экстракционной камеры, в которой находится экстрагируемый материал, не содержащий экстрагируемое растворенное вещество;
отсоединение и удаление экстракционной камеры, в которой находится экстрагируемый материал, не содержащий экстрагируемое растворенное вещество, из экстракционной установки непрерывного действия;
подсоединение аналогичной экстракционной камеры, содержащей экстрагируемый материал, включающий растворенное вещество с помощью соединения с первым трубопроводом и вторым трубопроводом;
возобновление подачи жидкой среды, включающей растворитель, по первому трубопроводу в аналогичную экстракционную камеру, в которой находится экстрагируемый материал, содержащий растворенное вещество, при котором образуется раствор, содержащий экстрагируемое растворенное вещество; и
перенаправление потока раствора, содержащего экстрагируемое растворенное вещество, из аналогичной экстракционной камеры во второй трубопровод.
1/10
2/10
3/10
Фиг. 3
5/10