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基本信息
- 項目名稱：
- 新型微波萃取器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 微波技術(shù)在雷達(dá)、通信系統(tǒng)和遙感系統(tǒng)已得到了廣泛的應(yīng)用，近年來微波加熱技術(shù)在醫(yī)學(xué)、食品加工、石油、環(huán)境保護等領(lǐng)域也開始普及應(yīng)用。微波技術(shù)應(yīng)用在萃取領(lǐng)域，特別是中草藥的萃取技術(shù)與裝備只是剛剛起步，還停留在實驗階段。我們查閱了很多資料，設(shè)計了一種可工業(yè)化萃取的大容量分層輻射微波萃取裝置，并研制了一款新型微波萃取樣機。通過試驗，取得了較好的數(shù)據(jù)。我們設(shè)計的這款裝置，在國內(nèi)外同類產(chǎn)品中未見報道。
- 詳細(xì)介紹：
- 為了提高藥用植物的萃取效率，我們進行了新型微波萃取器的設(shè)計與樣機研制。 新型微波萃取器的核心技術(shù)是分層輻射微波萃取和大容量罐的應(yīng)用，主要包括微波萃取罐、磁控管、矩形波導(dǎo)管、攪拌器、防漏截止波導(dǎo)管、智能過程控制系統(tǒng)等。 在罐體內(nèi)實現(xiàn)分層輻射，是將磁控管安裝在矩形波導(dǎo)管上，使微波能傳輸?shù)轿⒉ㄝ腿」迌?nèi)。這樣設(shè)置多層，并使微波均勻輻射，有效地解決了微波輻射均勻的問題。我們設(shè)計的微波萃取罐采用圓柱形，直徑為2.4m，罐高為3.2m，容積約為10 m3，罐體采用不銹鋼材料，這樣反應(yīng)罐與諧振腔合二為一的大容量設(shè)計，可以滿足工業(yè)化的大規(guī)模生產(chǎn)。 我們設(shè)計了獨特的防漏裝置：在微波萃取罐外的波導(dǎo)管下部正中心處，開一窄長孔，焊接一根圓形防漏截止波導(dǎo)管將漏液導(dǎo)出，既防止萃取液在波導(dǎo)管內(nèi)積存，還能確保微波的屏蔽。此外，智能工程控制系統(tǒng)使萃取過程更理想高效。 為了更好地對新型微波萃取器進行研發(fā)，我們設(shè)計并制作了一種結(jié)構(gòu)新穎、實用性強的微波萃取器樣機，實現(xiàn)了時間、溫度和功率有效控制；可以實現(xiàn)常壓、正壓、負(fù)壓萃取，加裝冷凝管后，還可以實現(xiàn)回流萃取，提高了萃取率。 通過對三種中藥的對比試驗，微波萃取器的萃取率明顯高于常規(guī)萃取方法、所用時間明顯減少。 我們設(shè)計的大容量分層輻射微波萃取裝置已經(jīng)申報了國家專利。
作品圖片
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)
- 近年來許多學(xué)者從不同角度對藥用植物有效成分萃取工藝進行了探索。 我們應(yīng)用的微波萃取技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相比具有設(shè)備簡單、適用范圍廣、能量損失小、萃取速度快、節(jié)省溶劑等優(yōu)點。應(yīng)用微波萃取技術(shù)從天然植物中萃取有效成分，在實驗室得到了廣泛的研究，為中草藥萃取開辟一條新的途徑。 現(xiàn)有的微波萃取器存在許多不足，因此我們設(shè)計了一種結(jié)構(gòu)新穎、實用性強的“微波萃取器”，罐體是將反應(yīng)罐和諧振腔合二為一，增大了有效容積；用矩形波導(dǎo)管將微波能傳輸?shù)捷腿」迌?nèi)，通過饋口均勻輻射，有效地解決了微波輻射深度不足的問題；實現(xiàn)了時間、溫度和功率有效控制；可以實現(xiàn)常壓、正壓、負(fù)壓萃取，加裝冷凝管后，還可以實現(xiàn)回流萃取，提高了萃取率。 若要選擇向大型化發(fā)展，可以應(yīng)用我們 “分層輻射”的創(chuàng)新技術(shù)，解決大容量罐體微波輻射深度不足與不均勻的問題。 我們設(shè)計的“大容量分層輻射微波萃取裝置”，已經(jīng)申報了國家專利。這種微波萃取裝置的主要技術(shù)指標(biāo)（以10 m3罐體為例）： 1.采用915MHz磁控管。 2.罐體直徑為2.4m，罐高為3.2m，材料為不銹鋼，鋼板厚度視承受壓力及結(jié)構(gòu)而定。容積可為10-30 m3。 3.主選兩種矩形波導(dǎo)管型號BJ-9和BJ-12，截面尺寸(mm) 分別為250×125和109×54.5。 4.微波萃取罐體全部采用焊接連接；進液管、排液管為細(xì)長管，滿足截止波導(dǎo)管條件；進料口、排渣口設(shè)有凸凹槽，罐蓋設(shè)有扼流結(jié)構(gòu)。
科學(xué)性、先進性
- 普通家用微波爐或家用微波爐改裝的微波萃取器，存在著很多不足。專用微波實驗設(shè)備可以滿足實驗室的實驗要求，但造價高，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)。 本作品的設(shè)計理念先進，將高科技和實用性相結(jié)合，解決了現(xiàn)有微波萃取裝置功能單一，透射深度淺，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高等不足。新型微波萃取器在結(jié)構(gòu)設(shè)計上體現(xiàn)三大獨特之處： 1、將反應(yīng)罐和諧振腔合二為一：微波萃取罐既是諧振腔也是反應(yīng)罐，結(jié)構(gòu)簡單化，降低了制作難度和成本；罐體與其它構(gòu)件采用焊接連接，可以承受壓力，以實現(xiàn)常壓、正壓、負(fù)壓萃取，加裝冷凝管后，可以實現(xiàn)回流萃取。 2、在罐體內(nèi)分多層輻射：將磁控管安裝在矩形波導(dǎo)管上，使微波能傳輸?shù)轿⒉ㄝ腿」迌?nèi)。設(shè)置多層，使微波均勻輻射，避免了微波輻射不均勻。 3、防漏設(shè)計：在微波萃取罐外的波導(dǎo)管下部，開一長孔，焊接一根圓形防漏截止波導(dǎo)管將漏液導(dǎo)出，既防止萃取液在波導(dǎo)管內(nèi)積存，還能確保微波的屏蔽。 我們的新型微波萃取器樣機，至今未見相關(guān)報道及相關(guān)專利產(chǎn)品?！按笕萘糠謱虞椛湮⒉ㄝ腿⊙b置”已經(jīng)申報了國家專利。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月在廊坊市舉行的“挑戰(zhàn)杯”2009河北省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中榮獲省級一等獎
作品所處階段
- 已經(jīng)完成小型樣機實驗，開始中試階段。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 模型、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
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
- 微波萃取技術(shù)作為一項新的藥物制備方法，其一系列優(yōu)點被越來越多的實驗研究所證實。 我們設(shè)計的微波萃取器，與同類產(chǎn)品相比具有鮮明的特點。其結(jié)構(gòu)新穎、實用性強，罐體是將反應(yīng)罐和諧振腔合二為一，增大了有效容積；用矩形波導(dǎo)管將微波能傳輸?shù)捷腿」迌?nèi)，通過饋口均勻輻射，有效地解決了微波輻射深度不足的問題；實現(xiàn)了時間、溫度和功率有效控制；可以實現(xiàn)常壓、正壓、負(fù)壓萃取，加裝冷凝管后，還可以實現(xiàn)回流萃取。 該微波萃取器結(jié)構(gòu)尺寸可大可小，可以滿足實驗室小型裝置的實驗要求；也可以簡化結(jié)構(gòu)，滿足單一民用萃取中草藥的要求；同時可以實現(xiàn)大容量、（合成）大功率工業(yè)化萃取裝置。 本設(shè)計可由工廠直接投入生產(chǎn)，市場很大，應(yīng)用前景相當(dāng)可觀，必將帶來良好的經(jīng)濟效益和巨大的社會效益。
同類課題研究水平概述
- 微波萃取技術(shù)的研究與應(yīng)用起步較晚，該技術(shù)應(yīng)用于有機化合物萃取的第一篇文獻發(fā)表于1986年，R.Ngedye等人將樣品放置于普通家用微波爐里，只需幾分鐘就可萃取傳統(tǒng)加熱需要很長時間的目標(biāo)物質(zhì)；90年代初，由加拿大環(huán)境保護部和加拿大CWT-TRAN公司攜手開發(fā)了微波萃取系統(tǒng)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到中草藥、化妝品和土壤分析等領(lǐng)域，并于1992年開始陸續(xù)取得了許多國家和地區(qū)的專利許可。隨后使用微波萃取大生產(chǎn)線在薄荷、海藻中提取有效物質(zhì)的實驗也獲得成功。 目前國內(nèi)用于微波中藥萃取的微波頻率大多選擇2450MHz，罐體容積0.5-3 m3。由于微波穿透深度有限，微波萃取設(shè)備必須配備攪拌器，實現(xiàn)動態(tài)提取。 微波萃取裝置的容積小，達(dá)不到工業(yè)化的生產(chǎn)規(guī)模；微波輻射的深度不高，則萃取率低。這正是影響微波技術(shù)萃取植物有效成分可否工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。 目前文獻及專利中所報道的微波萃取裝置均存在一定的局限性。一些中藥微波萃取裝置，需在金屬罐體上開多個孔，嵌入非金屬材料并加以密封或用非金屬材料（聚四氟乙烯）做成內(nèi)罐后安裝磁控管，一旦發(fā)生泄漏將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。另外，這種結(jié)構(gòu)的罐體直徑不可能做大，因為微波的滲透深度有限，即便安裝了攪拌器，大部分植物還是靠熱傳導(dǎo)加熱的，微波萃取大打折扣。另外，現(xiàn)有的植物微波萃取裝置不適合萃取大顆粒的固料。因此，在萃取前要對固料進行粉碎，萃取后液料分離的難度加大，成本提高。 本設(shè)計有三個創(chuàng)新點：將反應(yīng)罐和諧振腔合二為一，增大了有效容積；用矩形波導(dǎo)管將微波能傳輸?shù)捷腿」迌?nèi)，解決了微波輻射深度不足的問題；防漏設(shè)計。同時可分別實現(xiàn)常壓、正壓、負(fù)壓萃取及回流萃取，通用性、實用性很強，在化工、食品等技術(shù)領(lǐng)域的單元操作中都能得到應(yīng)用。 我們的設(shè)計新穎獨特，適合于工業(yè)化應(yīng)用，這種“大容量分層輻射微波萃取裝置”申報了國家專利。 我們研制的新型微波萃取器樣機，結(jié)構(gòu)簡單實用，可以實現(xiàn)常壓、正壓、負(fù)壓萃取和回流萃取，可進行時間、溫度和功率的有效控制。通過對甘草、麻黃草、枸杞三種中藥的對比試驗，在相同的條件下，對萃取率和萃取時間進行比較，微波萃取器的萃取率明顯高于常規(guī)萃取方法、所用時間明顯減少。 我們設(shè)計的新型微波萃取器，結(jié)構(gòu)尺寸可大可小，可以滿足實驗室小型裝置的實驗要求；也可以實現(xiàn)大容量、大功率工業(yè)化萃取裝置，應(yīng)用前景可觀，必將帶來良好效益。
