结合湍流效应的超声波和微波协同提取装置及方法与流程

本发明涉及一种结合湍流效应的超声波和微波协同提取装置及方法。

背景技术：

植物中蕴含着很多营养成分，甚至含部分功效成分，如果能够得到比较完整、高效的提取利用，能够有广泛的用途，如可以扩展使用到制药、食品、保健和生化等等行业。但是，传统的提取方法，如蒸煮、渗漏等方法，提取效率低下。

目前，有很多方法是基于微波或超声波，对植物功效成分进行提取，比传统方法的提取的效率高。但是，为了提高成分的提取效率，需要将物料尽量细碎化，并加大溶剂的使用量，过细的浆料不便于分离，造成后续的分离工序操作困难，容易造成过滤堵塞、溢流等情况的出现，依旧不能有很高的提取效率。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种结合湍流效应的超声波和微波协同提取装置及方法，本发明利用湍流效应和双波(超声波、微波)的配合，能够高效的提取功效成分，并结合回流冲洗，使混合料快速流出提取罐进入滤液漏斗暂存，并对料渣进行挤压使液体最大限度地挤出。从而使提取效率进一步提高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种结合湍流效应的超声波和微波协同提取装置，包括反应器、分离器和回流冲洗机构，其中，所述反应器利用超声波和微波对物料进行协同作用，反应器内设置有湍流产生装置，通过湍流产生装置产生的湍流效应使超声波和微波的作用均匀，反应后的混合料进入分离器，所述分离器连接有回流冲洗机构，所述回流冲洗机构将分离后的溶液重新回流至反应器，对混合料进行冲刷。

进一步的，所述反应器包括壳体，壳体内设置有提取罐，所述提取罐上设置有超声波发生器和微波发生器，所述提取罐内设置有湍流产生装置。利用同时设置超声波发生器和微波发生器，微波具有选择性加热的特点。当微波作用于物料时，细胞内的液体被优先加热，细胞内温度快速上升，细胞内部受热膨胀，细胞膜磷脂双分子层结构被破坏，当细胞内压力超过细胞膜承受压力时，细胞膜破裂，细胞内的有用成分流出，微波作用下已经能达到提取效果，微波提高了提取效率。超声波通振荡能量，可击破细胞壁或细胞膜，可与微波形成叠加。再叠加超声波后，效果更佳，提高了提取速度和提取物的产量。

进一步的，所述湍流产生机构包括湍流产生棒和电机，所述电机带动湍流产生棒转动。湍流产生棒的设置使得反应器中的提取物原料与提取溶剂形成的表面水化膜快速脱离原料表面，加速了提取成分的扩散，提高了提取速度。剂充分作用，使微波和超声波的作用更加均匀。

进一步的，所述湍流产生棒相对于提取罐的中轴线具有一夹角。

优选的，所述夹角为30°-60°。最优选的方案为45°。湍流产生棒的倾斜设置使得湍流产生的作用更加充分、完全，同时，与物料的接触面更大。

这些设置均能够使得湍流效应更加充分、完全，保证物料在微波和超声波反应的过程中更加均匀。

进一步的，所述分离器，包括滤液漏斗、螺旋挤压机和储液槽，所述螺旋挤压机设置于滤液漏斗下端，滤液漏斗的料渣送入螺旋挤压机挤压，滤液送入储液槽进行存储。随着滤液漏斗内的料渣增多，料渣逐渐被带入至螺旋挤压机内，料渣被螺旋挤压机挤压，料渣内的有用成分被进一步挤压出来。有用成分流入储液槽中，剩余的废料通过废料出口排出。进一步提高了提取的效率。

进一步的，所述滤液漏斗的侧面开有多个滤液孔，滤液通过滤液孔流入储液槽，剩余料渣留在滤液漏斗内。

进一步的，所述螺旋挤压机外壳开有很多小孔，挤压后的液体有用成分随着小孔流入储液槽中。

进一步的，所述回流冲洗机构包括回流泵和回流冲洗管，所述回流泵设置于储液槽外侧，将储液槽内的滤液通过回流冲洗管回流至提取罐内，通过提取罐罐身长度和回流压力等综合作用，对提取罐内的混合料进行冲刷。这样的设置方式能够加快提取罐内的混合料通过下料口流进分离器的滤液漏斗中，同时有效防止下料口阻塞。

一种结合湍流效应的超声波和微波协同提取方法，利用超声波和微波对物料和提取剂进行协同作用，利用湍流效应使超声波和微波的作用均匀化，提取物料成分，反应后的混合料进行固液分离，分离后得到的溶液重新回流对反应的混合料进行冲刷。

利用提取剂提取物料成分。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)同时设置超声波和微波，两者协同作用，微波具有选择性加热的特点；当微波作用于物料时，细胞内的液体被优先加热，细胞内温度快速上升，当细胞内压力超过细胞膜承受压力时，细胞破裂，细胞内的有用成分流出或加速有效物质向外扩散，或在高温作用下，细胞膜磷脂双分子层受到破坏。微波作用下已经能达到提取效果，再叠加超声波后，通过超声波振荡能量，破坏细胞膜或细胞壁，提取效果更佳；

(2)反应的同时用湍流产生装置使物料和提取剂产生湍流，，保证物料的接触面更大，使得物料表面与溶剂形成的水化膜快速脱离，加速有效成分的扩散，同时避免混合料局部受热过多引起的不良影响，有用成分的提取率更高；

(3)设置滤液漏斗与螺旋挤压机相配合处理方式，快速使料渣进入滤液斗内，料渣逐渐被带入到螺旋挤压机内，料渣被螺旋挤压机挤压，料渣内的有用成分被进一步挤压出来，回收利用；同时有用成分流入储液槽中，剩余的废料通过废料出口排出，进一步提高了提取的效率；

(4)设置回流冲洗机构，能够加快提取罐内的混合料通过下料口流进分离器的滤液漏斗中，同时有效防止下料口阻塞。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明工作原理图；

图2是本发明的装置结构图；

其中：1、提取剂管路，2、蒸汽换热器，3、蒸汽，4、超声波发生应器，5、进料口，6、微波发生器，7、湍流产生电机，8、废料出口，9、上盖，10、回流冲洗管，11、滤液漏斗，12、固液分离器，13、回流泵，14、螺旋挤压机。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在现有的提取方法为了提高成分的提取效率，需要将物料尽量细碎化，但是过细的浆料不便于分离，造成后续的分离工序操作困难，容易造成过滤堵塞、溢流等情况的出现，依旧不能有很高的提取效率。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种结合湍流效应的超声波和微波协同提取装置及方法。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种结合湍流效应的超声波和微波协同提取方法，利用超声波和微波对物料和提取剂进行协同作用，提取剂提取物料成分，反应后的混合料进行固液分离，分离后得到的溶液部分重新回流对反应的混合料进行冲刷。

同时，提取反应的过程中伴随着使物料和提取剂产生湍流，让微波与超声波的作用更加均匀。

如图2所示，提供一种结合湍流效应的超声波和微波协同提取装置，包括反应器、分离器和回流冲洗机构，其中，所述反应器利用超声波和微波对物料进行协同作用，反应后的混合料进入分离器，所述分离器连接有回流冲洗机构，所述回流冲洗机构将分离后的溶液重新回流至反应器，对混合料进行冲刷。

进一步的，所述反应器包括壳体，壳体内设置有提取罐，所述提取罐上设置有超声波发生器和微波发生器，所述提取罐内设置有湍流产生装置。微波具有选择性加热的特点，。当微波作用于物料时，细胞内的液体被优先加热，细胞内温度快速上升，当细胞内压力超过细胞膜承受压力时，细胞破裂，细胞内的有用成分流出，微波作用下已经能达到提取效果，再叠加超声波后，效果更佳。

进一步的，所述湍流产生装置包括湍流产生棒和湍流产生电机，所述湍流产生电机带动湍流产生棒转动。湍流产生棒的设置使得反应器中的提取物料与提取剂充分作用，使微波和超声波的作用更加均匀。

进一步的，所述湍流产生棒相对于提取罐的中轴线具有一夹角。

优选的，所述夹角为30°-60°。最优选的方案为45°。湍流产生棒的倾斜设置使得湍流产生的作用更加充分、完全，同时，与物料的接触面更大。

这些设置均能够使得湍流产生的作用更加充分、完全，保证物料在微波和超声波反应的过程中更加均匀。

进一步的，所述分离器，包括滤液漏斗、螺旋挤压机和储液槽，所述螺旋挤压机设置于滤液漏斗下端，随着滤液漏斗内的料渣增多，料渣逐渐被带入到螺旋挤压机内，料渣被螺旋挤压机挤压，料渣内的有用成分被进一步挤压出来流入储液槽中。剩余的废料通过废料出口排出。进一步提高了提取的效率。

进一步的，所述螺旋挤压机外壳开有很多小孔，挤压后的液体有用成分随着小孔流入储液槽中。

进一步的，所述滤液漏斗的侧面开有多个滤液孔，滤液通过滤液孔流入储液槽，剩余料渣留在滤液漏斗内。

进一步的，所述回流冲洗机构包括回流泵和回流冲洗管，所述回流泵设置于储液槽外侧，将储液槽内的滤液通过回流冲洗管回流至提取罐内，通过提取罐罐身长度和回流压力等综合作用，对提取罐内的混合料进行冲刷。这样的设置方式能够加快提取罐内的混合料通过下料口流进分离器的滤液漏斗中，同时有效防止下料口阻塞。

作为一种具体实施方式，进行牛蒡的提取。

利用水作为提取剂，同时，利用蒸汽换热器对水进行加热，使其达到85°左右，打开提取罐的上盖，原料由提取罐上方的进料口加入提取罐中，同时85℃的水由进水管通入提取罐中，原料与水在提取罐中混合，进料结束后，关闭上盖，原料与水的比例达到设定值以后，关闭进水阀。开始加热牛蒡的同时打开湍流产生电机，湍流产生棒与水平呈45度角，连续湍流产生提取罐中的混合料。

45度角的湍流产生方式下，混合料均匀性更好，混合料受热更均匀，避免混合料局部受热过多引起的不良影响，有用成分的提取率更高。

当原料中的有用成分提取完成后，混合料和提取出的有用成分通过下料口全部进入一个滤液漏斗，滤液漏斗的侧面开有很多滤液孔，滤液通过滤液孔流入储液槽，剩余料渣留在滤液漏斗内。

储液槽和分离器之间安装一个回流泵和回流冲洗管，当提取罐中的混合料下料到分离器时，打开回流泵，滤液通过回流冲洗管流向提取罐，通过提取罐上的回流冲洗口冲刷混合料，加快提取罐内的混合料通过下料口流进滤液漏斗中，有效防止下料口阻塞。

滤液漏斗的下端口与螺旋挤压机联通，螺旋挤压机的外壳开有很多小孔。随着滤液漏斗内的料渣增多，料渣逐渐被带入至螺旋挤压机内，料渣被螺旋挤压机挤压，料渣内的有用成分被进一步挤压出来，有用成分通过螺旋挤压机外壳上的小孔流入储液槽中，剩余的废料通过废料出口排出。

当提取罐内的混合料全部通过下料口流进滤液漏斗后，关闭湍流产生电机和回流泵。

该实施例中，超声波发生器、微波发生器、提取罐和分离器、等都可以采用现有设备。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。