18

Лабораторная работа № 1

Изучение работы экстракторов

Цель работы: изучить устройство, принцип работы экстракторов, правила эксплуатации, определить и произвести основные расчеты их.

Общие положения

В микробиологической промышленности экстрагирование применяется для извлечения ферментов из культур грибов, выращенных поверхностным способом, моносахаридов из твердой фазы после гидролиза полисахаридов, микробного жира из биомассы дрожжей и др.

Для экстрагирования биологически активных веществ применяют экстракторы периодического (экстракторы и диффузионные установки) и непрерывного (диффузоры и диффузионные батареи, колонные экстракторы вертикального, горизонтального и роторного типов) действия.

Шнековый вертикальный экстрактор (рисунок 1)_состоит из трех колонн: спускной (загрузочной), подъемно-разгрузочной и поперечно-горизонтальной. Внутри каждой колонны расположены перфорированные шнеки, снабженные индивидуальным приводом с частотой вращения от 0,25 до 2 мин^-1. Внутренний диаметр всех колонн 600 мм, длина рабочей зоны 10000 мм.

1, 8 – приводы; 2, 7 –муфты; 3, 11 – конвейеры; 4, 10 – шнеки;

5 – корпус загрузочной колонны; 6, 14 – опоры подшипников;

12 – корпус экстракционной колонны; 13 – сальники

Рисунок 1.1- Экстрактор шнековый непрерывного действия ЭТШВ-600

Твердая фаза культуры гриба подается шнековым питателем в верхнюю часть загрузочно-спускной колонны, перемещается перфорированным шнеком вниз и через переходный горизонтальный участок колонны поступает в подъемную колонну. Экстрагент подается через распределительное устройство в параллельную разгрузочно-подъемную колонну противоточно. Культура гриба из загрузочно-спускной колонны поступает через переходный горизонтальный участок колонны в подъемную колонну и после отжима выгружается. Вода поднимается в загрузочно-спускную колонну, непрерывно насыщаясь, и после прохождения через фильтр в верхней части подъемной колонны выводится. Для вращения шнеков установлены электроприводы мощностью 3,2 кВт, частотой вращения 1500…150 мин^-1.

Основными показателями, характеризующими работу экстракторов, являются производительность, мощность экстрактора.

Производительность горизонтального транспортирующего шнека определяется:

Q = 60·f_зап·f_наб·π·r₁²·h·ω·ρ,

где r₁ – радиус шнека, м;

h - шаг шнека, м;

_{ω - частота вращения, мин}^-1_;

ρ - плотность экстрагируемого материала, кг/м³.

Шаг витка рассчитывают по формуле

h = 2D · tgφ,

где φ – угол естественного откоса экстрагируемого материала, град;

D- внутренний диаметр экстрактора, м.

Мощность электропривода шнеков (кВт) определяется по формуле

N = N(N_mp + N_к) / η_общ,

где N_mp – мощность, затрачиваемая на транспортировку продукта, кВт;

N_к – мощность, затрачиваемая на трение продукта о корпус, кВт;

η_общ – общий КПД передачи.

Мощность, затрачиваемая на транспортировку продукта вертикальным шнеком:

N_mp = М_вп / 974,

где М_вп – момент сопротивления вертикального шнека от трения продукта о шнек и подъема по виткам.

М_вп = Р_в · r_ср · tg(φ+β),

где Р_в – осевая нагрузка на шнек, кг;

r_ср – средний радиус шнека, м;

φ - угол наклона спирали шнека, град.;

β - угол трения, град.

_{Осевая нагрузка на шнек определится как}

Р_в = (R² - r_cp)ρ_н · Н,

где ρ_н – плотность продукта, насыщенного водой, кг/м³;

Н - высота загрузки шнека, м (Н=0,8 всей высоты).

Мощность, затрачиваемая на трение продукта о стенки корпуса:

N_к = Р · f_тр · R · tgφ · k_р /(102·30),

где Р – суммарная сила давления продукта на стенки корпуса, кг;

f_тр – коэффициент трения продукта (принимается равным 0,2);

k_р – коэффициент распора (принимается равным 0,5).

Ход работы

1 Работу начинают с изучения правил эксплуатации экстракторов.

2 Затем выполняют эскиз экстрактора с указанием основных узлов и деталей.

3 Определяют конструктивные и технологические параметры оборудования.

4 Производят расчеты по приведенным формулам и заполняют таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Данные расчета параметров экстрактора

Q	N	P	Мвп	h

Выводы:

Лабораторная работа № 2