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基本信息
- 項目名稱：
- 智能連續(xù)脂肪提取器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本設(shè)計在選擇好對應(yīng)物料的溶劑后，設(shè)定蒸餾溫度以及選擇初步分離方式。設(shè)備按照設(shè)定運轉(zhuǎn)。溶劑加熱后以蒸汽形式逆流進(jìn)入提取塔對物料進(jìn)行提取。之后液化。根據(jù)之前選擇的初步分離管線，進(jìn)入分離灌進(jìn)行降溫結(jié)晶或者回到加熱蒸餾裝置進(jìn)行濃縮分離。
- 詳細(xì)介紹：
- 1 工作原理 本自動化多用途脂肪提取設(shè)備主要有溶劑預(yù)備系統(tǒng)、恒溫連續(xù)提取系統(tǒng)、有效成分分離系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及輔助系統(tǒng)組成。該機與同類萃取設(shè)備設(shè)計相比具有以下亮點： ①溶劑精餾部分。將蒸發(fā)罐中溶液蒸發(fā)進(jìn)入精餾塔，去除溶劑蒸汽中雜質(zhì)后進(jìn)入提取系統(tǒng)，保證了溶劑進(jìn)行提取的熱量和提取濃度差，設(shè)備啟動后更快進(jìn)入正常工作狀態(tài)。 ②恒溫連續(xù)提取部分。此部分為高長徑比上開口塔形外觀，逆流的溶劑蒸汽包含的熱量和氣相變液相放出的熱量可保證無需再加熱保障提取溫度及溶劑物料始終處于最高提取溫度，同時又避免了局部過熱、結(jié)焦的問題。溶劑蒸汽微壓推動系統(tǒng)中液體自發(fā)流動，進(jìn)行循環(huán)。被提取物料裝填于內(nèi)襯筒中整體進(jìn)出提取塔，方便裝卸料。 ③通過巧妙設(shè)計，實現(xiàn)固-液和液-液兩種萃取的初步分離模式多用途兼容。溶劑從提取塔流出后可選擇固-液冷卻滯留結(jié)晶過濾法和液-液蒸餾濃縮法分離溶劑溶質(zhì)。兩種選擇都通過回收結(jié)晶罐和現(xiàn)有的線路進(jìn)行，合理整合了設(shè)備節(jié)約了制造成本。 本設(shè)備工作流程如下：將被提取物料裝入內(nèi)襯筒，內(nèi)襯筒整體裝填進(jìn)入提取塔。在用戶正確選擇提取所需溶劑種類后，根據(jù)工藝要求將該種溶劑（如甲醇、乙醇等一般為物料量的5-10倍）加入蒸發(fā)罐內(nèi)。開啟設(shè)備，通過系統(tǒng)面板設(shè)置好關(guān)鍵部分所需的溫度參數(shù)等。蒸發(fā)罐中溶劑被快速加熱至微沸穩(wěn)定蒸發(fā)狀態(tài)，開始向提取塔穩(wěn)定提供逆流溶劑蒸汽。溶劑蒸汽不斷提供給被提取物料保持提取溫度的熱量，固-液提取先通入冷卻設(shè)備換熱，之后進(jìn)入結(jié)晶罐滯留結(jié)晶；液-液提取則直接回流溶劑溶質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)罐，提取最終完成后切斷提取部分管線，直接蒸餾溶劑，溶劑回收至結(jié)晶罐。 2 溶劑預(yù)備系統(tǒng) 創(chuàng)新設(shè)計了一套設(shè)備兼容液-液、固-液兩種模式，集約使用加熱、冷卻罐體和線路的方案，極大地拓寬了設(shè)備適用范圍的同時使設(shè)備集約化，操作更加方便、降低了成本。 2.1 溶劑預(yù)熱 蒸發(fā)罐的加熱采用成熟的傳統(tǒng)內(nèi)置電加熱棒，工藝目的是滿足各種沸點的溶劑加熱需求，使系統(tǒng)快速進(jìn)入穩(wěn)定的微沸狀態(tài)并保持，也可以根據(jù)需求調(diào)節(jié)。蒸發(fā)罐上部為防止霧沫夾帶設(shè)置有鋼絲網(wǎng)，有效溶劑為體積的70%。蒸發(fā)罐溶液的加熱氣化提供給管線內(nèi)部微小壓力，帶動了設(shè)備內(nèi)部整體的氣液兩相自發(fā)重力流動。 2.2 溶劑精餾 蒸發(fā)罐上部連接精餾塔，分離雜質(zhì)與溶劑蒸汽，精餾塔內(nèi)液相部分回流減少雜質(zhì)蒸汽。蒸發(fā)罐通過精餾塔向提取部分提供逆流溶劑蒸汽。 2.3 溶劑回收 液-液選擇蒸餾分離模式線路，切斷提取塔與結(jié)晶罐高位出口線路，打開精餾塔溶劑蒸汽直通冷卻器線路閥門，溶劑蒸汽通過冷卻器直接液化與溶質(zhì)分離進(jìn)入結(jié)晶罐內(nèi)。 3 恒溫連續(xù)提取系統(tǒng) 本設(shè)計的核心部分，蒸汽逆流進(jìn)入的提取塔實際上相當(dāng)于流化床提取，提取程度即對物料的利用程度幾乎可以接近極限，裝填率為50%-60%,相對提高了提取速度，變相地節(jié)約了各種成本支出。 3.1 塔效 即塔體設(shè)計對提取效果的影響?？煞帜康娜苜|(zhì)為固、液兩種相態(tài)進(jìn)行討論，本設(shè)計針對兩種提取模式做出了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計。提高塔效首先是洗塔，檢查是否塔內(nèi)有堵塞，其次是檢查液體分布情況，然后可考慮重裝填料，改變填料顆粒，增加塔板數(shù)量應(yīng)該是最后考慮的。 1)固-液萃取的基本過程是:在濃度差的推動下，固體內(nèi)的溶質(zhì)向固體表面擴散在界面上進(jìn)入液體，然后再向溶劑本體擴散至濃度平衡。 因此在裝料進(jìn)入設(shè)備萃取前應(yīng)經(jīng)過浸潤和破碎物料增大比表面積，幫助固體向界面擴散，在提取時更易進(jìn)入溶劑。在提取時攪拌物料和提高溫度也有同樣的效果，但考慮到本設(shè)計高長徑比塔體加入攪拌設(shè)計的難度、攪拌動力消耗大并會使物料顆粒過度破碎導(dǎo)致物料粘結(jié)阻礙氣、液相溶劑流動等因素，設(shè)計中并未加入攪拌設(shè)備。逆流蒸汽本身就處于溶劑沸點溫度，氣相凝結(jié)為液相時的放熱也會加熱物料。本設(shè)計持續(xù)的新鮮溶劑蒸汽不斷逆流進(jìn)入專門設(shè)計的蒸籠式多層隔板內(nèi)襯筒向塔底液化流出，在保持溫度的同時向下帶走擴散進(jìn)入溶劑的溶質(zhì)保持提取濃度差，降低固體溶質(zhì)返混。 所以本設(shè)計中除選擇性、擴散系數(shù)等無法改變的溶劑溶質(zhì)固有性質(zhì)和用戶選擇的物料顆粒大小、浸潤時間等處理之外，以持續(xù)的新鮮溶劑提取最大化了提取時間、級數(shù)和溶劑數(shù)量，以逆流溶劑蒸汽形式最大化了提取溫度降低了返混量，幾本可以達(dá)到最佳的固-液提取條件。 2)液-液萃取的應(yīng)用中，單級萃取對給定組分的萃取效率往往很低不能滿足工藝要求。工業(yè)上一般采用多級錯流萃取，料液和各級萃余液都與新鮮的萃取劑接觸,可達(dá)較高萃取率。但萃取劑用量大，萃取液平均濃度低。鑒于這種方法溶劑消耗過大不適于中小產(chǎn)能的生產(chǎn)、試驗需求，所以采取循環(huán)蒸餾溶劑的方式以避免使用溶劑的成本過高。同時軸向混合作為重要的液-液萃取影響因素，本設(shè)計以合理加大提取塔長徑比的方式，減少軸向混合對萃取效率的不利影響。 3.2 附壁效應(yīng) 所謂附壁效應(yīng)是當(dāng)流體（水流或氣流）離開本來的流動方向，改為隨著凸出的物體流動的傾向。流體與它流過的物體表面之間存在面摩擦，這時流體的流速會減慢。只要物體表面的曲率不是太大，依據(jù)流體力學(xué)中的伯努利原理，流速的減緩會導(dǎo)致流體被吸附在物體表面上流動。 因萃取過程需要本設(shè)計中提取塔外形采用上開口高長徑比設(shè)計，為了應(yīng)對所產(chǎn)生的附壁效應(yīng)和裝卸料不便，特別設(shè)計了蒸籠式多層篩板內(nèi)襯裝料筒。溶劑向下流動每到一層篩板就被強制從篩孔中流過離開塔壁回到物料中。與塔壁接觸的多層篩板同時還會幫助物料散發(fā)熱量降低溫度，有助于純凈的溶劑蒸汽在物料顆粒上液化提取溶質(zhì)后流走。在重力和蒸汽微壓的幫助下，氣、液以及臨界相的溶劑不斷向下沖刷，使得純凈溶劑蒸汽充滿整個提取塔。在幾種相關(guān)現(xiàn)象的相互正面促進(jìn)作用中，附壁效應(yīng)被大大降低，避免了普通萃取罐淋洗塔看似流動實際則“一潭死水”的現(xiàn)象，保證了溶劑有效進(jìn)行提取。 4 有效成分分離系統(tǒng) 有效成分分離部分是特別為系統(tǒng)兼容液-液、液-固兩種提取模式，作為可供選擇的初步分離和溶劑回收手段而加入的。體現(xiàn)了節(jié)約溶劑、方便后續(xù)分離的人性化、完整化的設(shè)備設(shè)計思路。而集約的設(shè)備線路設(shè)計在完善設(shè)備功能的同時最大地節(jié)約了成本、抑制了因設(shè)備功能增加而引起的設(shè)備體積、成本膨脹。 4.1 精密控制結(jié)晶 固體溶質(zhì)分離：固體溶質(zhì)隨溶劑流出提取塔后，若要進(jìn)行結(jié)晶分離，接通結(jié)晶分離所需線路、打開或關(guān)閉相應(yīng)各控制閥門即可。通過智能控制冷凝器中冷媒流量對提取后的流出溶劑進(jìn)行精確冷卻，使溶劑在結(jié)晶罐中處于最佳結(jié)晶溫度滯留過濾，并通過優(yōu)化流入流出結(jié)晶罐的方式使溶劑在結(jié)晶罐中自攪拌流動提高結(jié)晶效果，還可同時選擇向結(jié)晶罐內(nèi)加入幫助結(jié)晶的試劑或物質(zhì)等方式。使設(shè)備具有了邊提取邊結(jié)晶的功能，直接節(jié)省了萃取后再進(jìn)行結(jié)晶的時間和固體溶質(zhì)在蒸發(fā)罐中結(jié)晶后的清洗、排渣的后續(xù)操作。 4.2 精餾分離濃縮 液體溶質(zhì)分離：對于因密度差小、結(jié)晶效果不佳或分界不明顯等并不能通過油水分離器或結(jié)晶罐結(jié)晶等方式分離的溶質(zhì)提取，可在直接富集溶質(zhì)到蒸發(fā)罐中后，切斷提取部分和結(jié)晶罐高位出口管線，變?nèi)軇┱舭l(fā)罐為溶質(zhì)蒸餾濃縮罐，之后加熱蒸發(fā)罐中混合的溶質(zhì)溶劑，精確控制餾頭溫度加大蒸餾塔回流比精餾出溶劑蒸汽，變結(jié)晶冷卻器為精餾冷凝器進(jìn)行溶劑蒸汽的液化，變結(jié)晶罐為溶劑回收罐回收冷凝溶劑。，溶劑從蒸發(fā)罐精餾至結(jié)晶罐回收同時濃縮了溶質(zhì)，實現(xiàn)了蒸發(fā)罐/濃縮罐、冷卻器/冷凝器、結(jié)晶罐/溶劑回收罐以及管線設(shè)備的集約化、多用途化創(chuàng)新設(shè)計。 5 控制系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集：對各測量點的溫度、液位、流速等參數(shù)進(jìn)行自動采集，對閥門、加熱器等運行狀態(tài)進(jìn)行采集。 自動控制：通過編程或人工的方式完成對數(shù)據(jù)的全自動或半自動處理，營造需要的提取環(huán)境條件，控制完成加熱調(diào)節(jié)功率、流量和閥門開閉等動作。 自動報警：對設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生的如液泛、溶劑短路、冷凝不足、局部溫度過高等問題進(jìn)行報警，同時由系統(tǒng)自動判斷進(jìn)行應(yīng)急處置。 6 相關(guān)量分析 6.1 塔效分析 填料塔的分離效率以等板高度HETP表示。HETP是與一層理論板得傳質(zhì)作用相當(dāng)?shù)奶盍蠈痈叨?。等板高度愈小，說明填料層的傳質(zhì)效率高，完成一定分離任務(wù)所需的填料層的總高度可降低。等板高度取決因素有：填料的類型與尺寸、系統(tǒng)的物性、操作條件及設(shè)備的尺寸。等板高度的計算，一般都由實驗測定，或取設(shè)備的經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 6.2 附壁效應(yīng) 管壁效應(yīng)與進(jìn)料位置、流量、方式，管徑，管道所選材料的導(dǎo)熱系數(shù)等因素有關(guān)?？梢酝ㄟ^材料溶劑互相之間的粘度、曲率數(shù)據(jù)根據(jù)伯努利方程測算對液體流速的影響效果。 7 其它輔助系統(tǒng) 高位儲液罐：1，可預(yù)存一部分溶劑以防溶劑短路，溶劑短路時循環(huán)系統(tǒng)中自動補充溶劑。2，可選擇預(yù)存調(diào)整PH的溶液在提取進(jìn)行中定量調(diào)整PH環(huán)境。 油水分離器：可直接簡便分離分界面清晰的溶劑溶質(zhì)。 氣液分離器：可解決霧沫夾帶等問題。 清洗泵及清洗液槽：可使用對應(yīng)的酸液、堿液、清水、熱水等對設(shè)備內(nèi)部進(jìn)行清洗消毒，方便多用途應(yīng)用中更換溶劑溶質(zhì)，保養(yǎng)設(shè)備延長壽命、保證產(chǎn)品質(zhì)量。
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作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本設(shè)備基于智能化、成熟技術(shù)以及創(chuàng)新設(shè)計思路，運用索式原理，由溶劑預(yù)備系統(tǒng)、恒溫連續(xù)提取系統(tǒng)、有效成分分離系統(tǒng)及控制系統(tǒng)組成，為解決市場多用途使用需求而設(shè)計，達(dá)到了求實創(chuàng)新的設(shè)計目的，設(shè)備性價比高，適用于西藥、中藥、保健品、釀酒、食品、食品添加劑及色素等行業(yè)。 設(shè)備中所包含的溶劑精餾部分、恒溫連續(xù)提取部分及實現(xiàn)固-液和液-液初步分離部分是此設(shè)備的創(chuàng)新點所在。 本設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵：持續(xù)逆流萃取 主要技術(shù)指標(biāo)：生產(chǎn)性； 提取塔溶劑：8L； 蒸發(fā)罐容積：10L 提取溫度：＜220℃ 蒸發(fā)溫度：＜230℃ 設(shè)計壓力：常壓
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本次的創(chuàng)新設(shè)計，其科學(xué)先進(jìn)性體現(xiàn)在合理創(chuàng)新地運用索式原理，結(jié)合了現(xiàn)有的成熟控溫技術(shù)。雖采用溶劑萃取法，但和一般的溶劑萃取法又有區(qū)別。與工業(yè)生產(chǎn)中使用的中藥提取罐[1]相比，本設(shè)備運用索式原理，使溶劑加熱和物料萃取分別處于兩個環(huán)節(jié)中，避免了在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)物料在高溫下燒焦及粘結(jié)等問題；與馬祖達(dá)等創(chuàng)新設(shè)計的全自動錐形動態(tài)中藥提取器[2]相比，本設(shè)備采用連續(xù)的流化床提取將固體物料始終維持在新鮮溶劑中浸漬提高了提取效率；與傳統(tǒng)實驗室提取設(shè)備相比，本設(shè)備具備了全新的自動控制系統(tǒng)[3]，精確控制有效成分的結(jié)晶分離溫度。 主要參考文獻(xiàn)： [1].胡雄崢.改進(jìn)中藥汁提取罐[J].設(shè)備管理與維修.2003.(10):39-40. [2].馬祖達(dá)，沈永賢.全自動錐形動態(tài)中藥提取設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計[J].醫(yī)藥工程設(shè)計.2011.32(1):37-42. [3].劉根強，劉翠萍. 中藥提取自控系統(tǒng)[J].齊魯藥事.2006.25(12):761-763.
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 設(shè)計階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 成套設(shè)備引進(jìn)和轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 照片 錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 使用說明：將被提取物料裝入內(nèi)襯筒，內(nèi)襯筒整體裝填進(jìn)入提取塔。在用戶正確選擇提取所需溶劑種類后，根據(jù)工藝要求將該種溶劑（如甲醇、乙醇等一般為物料量的5-10倍）加入蒸發(fā)罐內(nèi)。開啟設(shè)備，通過系統(tǒng)面板設(shè)置好關(guān)鍵部分所需的溫度參數(shù)等。蒸發(fā)罐中溶劑被快速加熱至微沸穩(wěn)定蒸發(fā)狀態(tài)，開始向提取塔穩(wěn)定提供逆流溶劑蒸汽。溶劑蒸汽不斷提供給被提取物料保持提取溫度的熱量，固-液提取物先通入冷卻設(shè)備換熱，需結(jié)晶分離的可選擇進(jìn)入結(jié)晶罐滯留結(jié)晶；需液-液提取的則經(jīng)結(jié)晶罐直接回流溶劑溶質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)罐，提取最終完成后切斷提取部分管線，直接蒸餾溶劑，溶劑回收至結(jié)晶罐。 高效率、創(chuàng)新的外觀設(shè)計結(jié)合現(xiàn)代自控技術(shù)使之有很大的推廣空間。
同類課題研究水平概述
- 在我國，有很多關(guān)于實驗室索氏提取器的改進(jìn)裝置，也有不少關(guān)于中藥提取罐的改進(jìn)裝置，無論什么樣的改進(jìn)裝置，節(jié)約能源，提高物料的萃取效率，以最小的付出，結(jié)合新技術(shù)，得到最大的收獲，始終是進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)的宗旨。就當(dāng)前我國的中藥提取罐改進(jìn)這方面而言，能將索式原理運用于工業(yè)生產(chǎn)中還很少，雖實質(zhì)都有采用溶劑法，但在溶劑循環(huán)利用方面、溶劑加熱和物料萃取的異體環(huán)節(jié)，做的還比較弱。雖有自動控制環(huán)節(jié)，但是能用一套裝置既實現(xiàn)固-液萃取分離又實現(xiàn)液-液萃取分離實屬不多?；谶@些著手點，創(chuàng)新設(shè)計了自動化多用途脂肪提取器。
