相关申请案
本申请主张2015年8月7日提交的美国临时申请第62/202,480号的优先权，所述美国临时申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
本公开涉及溶剂提取，且更确切地说，涉及液体-溶剂提取器。
背景技术：
许多不同行业使用提取器来提取及回收固体内含有的液体物质。举例来说，来自可再生有机来源的油的生产商使用提取器来从油性物质(例如，大豆、油菜籽、葵花籽、花生、棉籽、棕仁及玉米胚芽)中提取油。油性物质与提取器内的有机溶剂接触，使得从周围的多孔结构提取油到有机溶剂中。作为另一实例，提取器用于从瓦片及石油基废料中回收沥青。通常，将石油基材料研磨成较小颗粒且随后通过提取机以使得从固体材料提取沥青到周围的有机溶剂中。
不管提取器的用途为何，提取器的制造商及运营商一直在寻找提高其提取操作的经济效益的方法。这可能涉及控制提取器以使从给定原料回收的提取物的量最大化，同时使在提取及回收期间损失的溶剂的量最小化。这还可能涉及通过增加通过提取器的原料流动速率来使得提取器操作更难。不利的是，尝试增加通过提取器的原料流动速率通常导致提取回收的相应减少。这可能出现在原料在提取器内没有足够的停留时间及/或增加的原料量阻止了提取溶剂与原料之间的适当互混时。
技术实现要素：
本发明大体上涉及一种浸入式提取器，所述浸入式提取器具有维护溶剂池的外壳，经处理的固体材料在操作期间浸入所述溶剂池中。在一些实例中，多个床板布置在所述外壳中以提供表面，经处理的材料沿所述表面通过提取器，且所述表面界定不同提取载台。举例来说，提取器可含有相对于另一床板定位于垂直升高位置处的一个床板，由此提供通过提取器输送的固体材料在重力下从垂直升高床板下落到下部床板的下落区。在一些配置中，提取器包含混合硬件，所述混合硬件配置成在固体材料从垂直升高床板下落到下部床板时使固体材料与溶剂互混。这可增加固体材料与周围溶剂之间的接触以提高提取效率。
在一个实例中，描述一种浸入式提取器，所述浸入式提取器包含外壳、多个床板以及混合硬件。所述外壳配置成维护溶剂池，经处理的固体材料在提取器的操作期间浸入所述溶剂池中。多个床板定位在外壳内部，且床板提供一表面，在提取器的操作期间沿所述表面输送固体材料。所述实例指定多个床板中的至少一个相对于所述多个床板中的另一个定位于竖直升高位置处以界定下落区，其中固体材料从竖直升高床板下落到下部床板。此外，混合硬件配置成在固体材料从竖直升高床板下落到下部床板时使固体材料与溶剂互混。
在另一实例中，描述一种方法，所述方法包含通过浸入式提取剂的溶剂池输送待处理的固体材料。通过溶剂池输送固体材料的方法包含沿多个床板输送固体材料，所述多个床板包含相对于界定下部床板的另一床板定位于垂直升高位置处的一个床板。所述方法还包含使用混合硬件混合从垂直升高床板向下部床板流动的固体材料。
随附图式及以下描述中阐述一或多个实例的细节。其它特征、目标及优点将根据所述描述及图式以及权利要求书而显而易见。
附图说明
图1是可用于处理固体材料的连续流的示例性提取器的侧视图。
图2是展示示例性下落区混合硬件配置的图1的提取器的示例性配置的局部侧视图。
具体实施方式
一般来说，本公开涉及液体-固体逆流提取方法，所述方法能够实现从固体材料流提取一或多个所需产品。在一些实例中，提取器从其入口到其出口输送连续材料流，同时在逆流方向上从溶剂入口向溶剂出口输送溶剂。由于溶剂从其入口向其出口经输送，因此所提取的液体相对于溶剂的浓度从相对较小的提取物与溶剂的比率增加为相对较大的提取物与溶剂的比率。类似地，由于在相对方向上输送固体材料，因此固体原料中的提取物的浓度从在入口处的相对较大浓度减小为在出口处的相对较小浓度。固体材料保持与提取器内的溶剂相接触的时间量(也可被称作停留时间)可例如视处理的材料及提取器的操作特征而发生变化，但将通常在15分钟到3小时(例如1小时到2小时)的范围内。
图1是可用于处理载有期望提取到溶剂中的一或多种化合物的固体材料的连续流的示例性提取器10的侧视图。如此实例中所示，提取器10包含含有一或多个提取载台的外壳12，经处理的材料通过所述提取载台在与提取溶剂的逆流方向上行进。外壳12包含进料口14，进料口14配置成容纳载有将在提取器10内提取的提取物的固体材料16的连续流。提取器10还包含出料口18，出料口18配置成在提取物中的一些或所有已提取到流经提取器的溶剂之后排放固体材料16。
为了提供流经提取器10的溶剂流，外壳12还包含溶剂入口20，溶剂入口20容纳不含提取物或具有相对较低提取物浓度的溶剂。溶剂出口22设置在外壳12的大体上相对端上以排放已通过提取器10的溶剂。由于溶剂从入口20行进通过外壳12到出口22，因此溶剂从通过提取器的固体材料16的流在逆流方向上流动。溶剂与提取器10内的固体材料16互混，使得由固体材料运载的提取物从固体材料转移到溶剂。因此，在操作中，具有相对较低提取物浓度的溶剂在入口20处进入，而具有增加提取物浓度的溶剂在出口22处排放。同样，载有提取物的新鲜固体材料16在入口14处进入，而具有减小提取物浓度的经处理的固体材料在出口18处排放。举例来说，在固体材料16为含油材料的情况下，溶剂可从固体材料提取油形成油提出液(提取溶剂中的油的溶液)，其经出口22排放。
提取器10可使用任何合适的溶剂处理任何所需固体材料16。可使用提取器10处理的固体材料16的实例类型包含(但不限于)：油性物质，例如大豆(及/或大豆浓缩蛋白)、油菜籽、葵花籽、花生、棉籽、棕仁及玉米胚芽；含油种子及果实；含沥青材料(例如，含沥青盖屋顶瓦片，包含例如压碎矿物岩、沥青及纤维加固的集合材料)；刺激剂(例如，烟碱、咖啡碱)；苜蓿；杏仁外壳；鳀鱼粉；树皮；咖啡豆及/或渣、胡萝卜；鸡肉；叶绿素；二原子颗粒；鱼粉；蛇麻实；燕麦；松叶；焦油砂；香草；以及木屑及/或果肉。可用于提取固体材料16的溶剂包含(但不限于)丙酮、己烷、甲苯、异丙醇、醇、其它醇及水。
提取器10可被操作为浸入式提取器，其中溶剂24池或储液器维持于外壳12中以提供提取器内部的所需溶剂液位。在此类应用中，固体材料16在其移动通过提取器10时浸入(例如浸没)溶剂24池中。在一些实例中，固体材料16在其行进通过提取器10时保持完全浸没于溶剂24池中，例如除相邻入口14及出口18之外。在其它实例中，固体材料16在落下输送机末端及下落回到溶剂池中之前在提取机10中的不同载台处的溶剂24池上方行进。作为一个实例，可使用可购自明尼苏达州(mn)明尼阿波利斯(minneapolis)的crownironworkscompany的modeliv提取器来实施提取器10。
为了使固体材料16与提取器10内部的溶剂相接触，提取器具有在逆流方向上通过溶剂24池输送材料的一或多个输送机。举例来说，在图1的配置中，提取器10具有通过外壳12内含有的溶剂池24输送固体材料16的输送机26a、26b、26c。固体材料16可沿定位于提取器10内部以界定材料的层的板或托架28行进。每个床板28可界定接收端30a及排放端30b。在操作中，固体材料16可下落到床板28的接收端30a上，且随后通过到达排放端30b的输送机单元沿床板输送。在到达排放端30b之后，固体材料16可下落或落在床板的终端边缘上方，例如落到下部床板上。
将上部床板28的排放端30b与下部床板28的接收端30a分离的垂直距离可提供混合或下落区32，固体材料16行进通过所述混合或下落区。举例来说，(例如)在固体材料在重力下朝向下部床板下落时，下落离开上部床板28的排放端30b的固体材料16可与位于上部床板与下落区31中的下部床板之间的溶剂混合及相互作用。当固体材料与下落区内的溶剂互混时，固体材料16载有的所需提取物可提取到此下落区内的溶剂中。增加提取器10内的床板28的数目以及相应地床板之间的下落区的数目可增加从在提取器上处理的特定固体材料16回收的提取物的数量。
提取器10可具有在任何所需定向上布置的任何合适数目的床板28。在图1的实例中，提取器10被说明为具有六个床板28，然而提取器可具有更少床板或更多床板。另外，在此实例中，床板28布置成具有倾角，以使得床板交替地向下及向上倾斜。床板28可与彼此垂直和/或侧向偏移的邻近床板串联布置以提供邻近流动路径，固体材料26在通过提取器10时在所述邻近流动路径上方行进。举例来说，床板28可并联布置以界定蛇形路径，固体材料16沿着所述蛇形路径输送通过入口14与出口18之间的溶剂24池。在操作中，固体材料26可在下落到朝上倾斜的下部床板上之前沿着朝下倾斜的床板28行进，在所述朝上倾斜的下部床板点处固体材料逆转方向且在与上部床板上行进方向的相反方向上侧向和垂直行进。
在图1的实例中，固体材料16经由入口14进入提取器10且落在第一朝下倾斜的床板上。输送机26a将固体材料16从第一朝下倾斜的床板的接收端移动到第一朝下倾斜的床板的排放端，此时固体材料下落离开板，通过第一下落区到第一朝上倾斜的床板上。输送机26a将固体材料16从此第一朝上倾斜的床板的接收端移动到此床板的排放端，此时固体材料下落离开板，通过第二下落区到第二朝下倾斜的床板上。输送机26b将固体材料16从第二朝下倾斜的床板的接收端移动到此床板的排放端，此时固体材料下落离开板，通过第三下落区到第二朝上倾斜的床板上。输送机26b将固体材料16从此第二朝上倾斜的床板的接收端移动到此床板的排放端，此时固体材料下落离开板，通过第三下落区到第三朝下倾斜的床板上。输送机26c将固体材料16从第三朝下倾斜的床板的接收端移动到此床板的排放端，此时固体材料下落离开板，通过第四下落区到第三朝上倾斜的床板上。最后，输送机26c将固体材料16沿着此最终床板移出溶剂池24且经由出口18排放处理的固体材料。
在一些实例中，将含于外壳12内的溶剂24池分成流体互连的子池，以例如提供不同平衡提取载台。举例来说，床板28可提供物理屏障，所述物理屏障将每个子池与每个邻近子池隔开且防止溶剂流动通过床板。在此类实例中，溶剂可围绕每个床板的排放端30b流动而非流动通过床板，从而允许溶剂在逆流方向上从固体材料16流动通过提取器10。除了或代替床板28，可使用其它物理分隔物结构来将溶剂24池隔成不同区段。
在图1的实例中，提取器10说明为具有四个溶剂池32a到32d。每个朝下倾斜的床板28在邻近池之间提供屏障，邻近溶剂池在分隔床板的排放端处连接。在操作中，池32a到32d的每个溶剂池可具有不同的平均提取与溶剂浓度比率，以提供不同的提取载台。浓度比率可渐进地从最低浓缩邻近溶剂入口20增大到最高浓缩邻近溶剂或油提出液出口22。
在提取器10中处理的固体材料16从溶剂池24中输出且经由输送机通过出口18排出。在图1的配置中，例如输送机26c将固体材料16从溶剂池24输出，使固体材料16朝向出口18输送。由经处理的固体材料16所存留的残留溶剂可在重力下排回到溶剂池24中。出于此原因，固体材料16沿其朝向出口18行进的最终床板或排放板28可远离溶剂池24朝上倾斜。携载有出自溶剂池的固体材料16的溶剂可沿着倾斜的床板排回到溶剂池中，从而帮助通过使经处理的固体材料从提取器排放而最小化提取器10所执行的溶剂的量。
如先前结合图1所提及，下落离开上部床板28的排放端30b的固体材料16可在例如固体材料在重力下朝向下部床板下落时与位于上部床板与下落区31中的下部床板之间的溶剂混合及相互作用。图2是展示示例性下落区混合硬件配置的图1的提取器的示例性配置的局部侧视图。如此实例中示出，提取器10包含位于上部床板与下部床板之间的下落区31处的混合硬件40。尽管提取器10中存在的每个下落区被说明为具有混合硬件40，但实际上，一或多个下落区(例如，仅一个、两个、三个或更多个下落区)可配置有混合硬件40。
混合硬件40可为例如在固体材料在重力下从上部床板下落到下部床板时促进固体材料16与溶剂之间的混合的任何合适的机械装置。在一些实例中，混合硬件40可为具有延伸通过外壳12的侧壁的旋转轴的静止缸或旋转缸。举例来说，混合硬件40可为具有延伸通过外壳12的侧壁的旋转轴的偏心旋转缸。作为一个此实例，偏心旋转缸可为具有椭圆形横截面形状的管道。当旋转元件用于混合硬件40时，旋转轴线在上部床板与下部床板之间的高度处可经定位横向延伸穿过外壳10(的宽度)。
在其它实例中，混合硬件可具有旋转以引起更高搅拌及混合的更复杂的形状(例如，叶轮片)。混合硬件40可定位在上部床板与下部床板之间的下落区31内，(例如)以使得下落固体材料在下落离开上部床板的终端边缘之后到达下部床板之前与混合硬件相接触。在不同实例中，混合软件40可经主动驱动(例如，通过位于外壳12外部的电动机)或被动驱动。当实施为被动驱动时，固体材料及/或流经混合硬件的溶剂的力可足以与硬件相互作用且引起混合。
在其它实例中，混合硬件40可不定位于上部床板与下部床板之间，而是可为下部床板本身的一部分。举例来说，混合硬件40可为上部床板的成形或成型终端边缘，所述终端边缘使得下落离开终端边缘的固体材料与在相对方向上流动的溶剂互混。上部床板的成形或成型终端边缘可使得下落离开终端边缘的固体材料不均匀地下落到溶剂中。举例来说，代替具有正方形边缘，上部床板的终端边缘可为扩口的、带槽的或另外波状的以引起在边缘上方及/周围流动的固体材料与周围溶剂之间的互混。
作为又一实例，可使用横跨外壳延伸的配气集管来实施混合硬件40。配气集管可具有一或多个开口(例如，多个开口)，气体通过所述开口排放到上部床板(固体材料相对于重力自所述上部床板向下流动)与下部床板(溶剂自所述下部床板在逆流方向上行进)之间的溶剂池中。注入溶剂池中的气体可产生湍流以引起固体材料与固体之间的互混。在不同实例中，注入溶剂池中的气体可为气流、空气、惰性气体(例如氮)或其它气体。在有机溶剂用于提取溶剂的应用中，注入的气体可大体上或完全不含氧以减少产生可燃环境的风险。
混合硬件40可用于增加暴露于下落区31内的溶剂的固体材料16的表面积，这可提高提取产量。举例来说，参照图2，当块状固体沿上部床板的斜坡向下输送且到达表示为q的板(例如搁板)的末端时，其可通过液体自由下落到r处的输送机26a的下部床板，且继续到下部床板。当固体材料到达在s处运行的顶部时，其再次通过液体下落且到达t处的下一下部床板。上部床板q的末端与下部床板r的顶部表面之间的垂直距离可基于多种因素(例如，提取器的大小及电容)而发生变化。在一些实例中，所述距离范围为0.1米到2米，例如0.5米到1.5米。
在不同实例中，混合硬件40可大体上沿将上部床板与下部床板分开的垂直距离居中，或可经定位相较另一床板更接近一个床板(例如，上部床板或下部床板)。举例来说，定位混合硬件40相较下部床板更接近上部床板可在混合固体材料后提供更大距离以与周围固体相互作用且安定于下部床板上。
当固体材料的床沿每个床板与输送机行进时，床中的油提出液获得油且接近平衡。在每个下落区31或下落在床板之间时，混合硬件40帮助确保固体通过作为单独的颗粒或较小凝块的溶剂，以使得接近平衡(“高百分比”)油提出液用“较低百分比油提出液”替换。一些材料倾向于聚结且不作为足够小的凝块下落以促进此进程。因此，混合硬件40可帮助分裂这些聚结材料以提高提取效率。因此，在一些应用中，混合硬件40可有效地将混合能量赋予流出上部床板的固体材料以大体上使固体材料与周围溶剂均匀地混合且使得固体材料的任何聚结部分解聚。
已描述了各种实例。这些和其它实例在所附权利要求书的范围内。