CN101579583B - 超声强化超临界或亚临界流体萃取装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的这种超声强化超临界或亚临界流体萃取装置，包括萃取釜、超声换能器，变幅杆，变幅杆以其节点处安装在萃取釜上，所述超声换能器位于萃取釜外，变幅杆一端与超声换能器连接，另一端伸进萃取釜中。本发明产生超声功率密度大，超声波能量利用率高，可应用于超声强化超临界或亚临界流体萃取方面，也可应用于超临界或亚临界流体染色、水氧化、细微粒子制备等方面。

Description

超声强化超临界或亚临界流体萃取装置

技术领域

本发明涉及一种超声强化超临界流体萃取装置。

背景技术

超声强化超临界流体萃取技术是近两年研究出的技术，它是在超临界流体萃取的同时附加超声场，以达到降低萃取压力和萃取温度、缩短萃取时间、最终提高萃取率目的的技术。通过超声作用使提取物细胞破碎可以直接提高萃取效率或加快反应速度；使空化测试材料(铝箔)产生空洞或破裂等变化是超声效果的一种检验方式，有助于进行超声强化提取效率的机理研究。以上两点在超声强化超临界流体萃取研究和生产中有着非常重要的作用，而这两点与萃取釜中的超声功率密度相关。目前使用这种技术的装置有两种，一种是内置式另一种是外置式。内置式是将超声换能器直接安装在高压萃取釜中，使超声波直接辐射到萃取介质中，这样可以减少萃取过程中超声波能量的损耗，超声波能量的利用率高，但其缺点是：由于受到尺寸的限制，无法安装大功率超声换能器。目前所报道的内置式超声强化超临界流体萃取装置，其萃取釜多在1L左右，由于现有超声换能器生产技术的限制，在此容积内只有小功率的超声换能器可以安装进萃取釜。资料显示现有超声换能器内置式设计的最大超声功率密度为200W/L，即在1L容积的萃取釜中安装有输出电功率为200W的超声换能器。由于超声功率密度不够，使现有内置式萃取装置对于提取原料的细胞破碎不了，也不能使空化测试材料(铝箔)产生空洞或破裂等变化。此外内置式不便于超声换能器散热，超声换能器工作过程中产生的热量只能直接传递给超临界流体，影响萃取过程中温度的控制，并减少超声换能器的工作寿命。而外置式设计，虽然超声换能器功率不受限制，可以在萃取釜中产生很大的超声功率密度。现有外置式设计的超声功率密度可达300W/150ml，即容积为150ml的萃取釜内能达到300W的超声输出电功率。在这一超声功率密度下，可以将提取物细胞破碎，并能使空化测试材料(铝箔)产生空洞或破裂等变化。但是外置式设计超声波的利用率太低，能量损耗比较大，特别是由于超临界萃取釜的特殊结构，超声波要通过很厚的高压容器壁和物料筐才能作用于物料和流体，整个过程超声波的损失非常大。有资料报道外置式超声强化超临界流体萃取实验装置其超声波额定输出功率只有60％的利用率。因此外置式通常只适用于实验室。

发明内容

本发明的目的在于提供一种既有足够的超声功能密度，又能高效率利用超声波的超声强化超临界或亚临界流体流体萃取装置。

本发明提供的这种超声强化超临界或亚临界流体流体萃取装置，包括萃取釜、超声换能器，变幅杆，变幅杆以其节点处安装在萃取釜上，所述超声换能器位于萃取釜外，变幅杆一端与超声换能器连接，另一端伸进萃取釜中。

超声变幅杆可将机械振动的质点位移或速度放大，或将超声能量集中在较小的面积上即聚能，因此也称超声变速杆或超声聚能器。在超声换能器的端面连接超声变幅杆，可将机械振动振幅放大，还可以作为机械阻抗变换器，即可在超声换能器和声负载之间进行阻抗匹配，使超声能够更有效地从超声换能器向负载传输。另一方面，变幅杆在做纵向伸缩振动时，其中间的某横截面左右两边的质点运动方向刚好相反，相当于存在一个相对静止的节面。这个节面叫做节点，这里也是振动子的最佳固定点。

本发明充分利用了变幅杆的特性，通过节点将变幅杆固定在萃取釜上，能很好地保证萃取釜的密封性。超声换能器与变幅杆连接，通过变幅杆不但将能量有效地传递进萃取釜中，还改变了振幅产生更好的强化萃取效果。本发明这种结构使得超声换能器不受到安装尺寸的限制，增大了功率选择的范围。以保证萃取釜中能导入足够强度的超声波，并能避免超声换能器工作过程中产生的热量对萃取过程的影响，使超声换能器散热好、工作寿命长。更重要的是本发明对于工业生产用的大容积萃取釜，可根据需要安装一个以上的超声换能器，也可采用不同频率的超声换能器共同作用，产生更好的强化效果。因此本发明装置与现有的内置式相比在相同容积的萃取釜中能产生更大的超声功率密度，与现有的外置式相比具有更高的超声波能量利用率。

本发明的装置可应用于超声强化超临界或亚临界流体萃取方面，也可应用于超临界或亚临界流体染色、水氧化、细微粒子制备等方面。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

从图1可以看出本发明超声强化超临界或亚临界流体流体萃取装置，仍具有萃取釜1、超声换能器2、变幅杆3，该变幅杆以其节点31处安装在萃取釜1的端盖11上，并且变幅杆3的一端伸进萃取釜1中，另一端在萃取釜外与超声换能器2的端面连接，在变幅杆3下端最好加工具头4，以保证超声波能更好地分布于萃取釜中。

本发明人做了一个容积为1升的本发明装置，在它的萃取釜中能产生输出电功率为1500W的超声波，保证了萃取釜中足够的超声功率密度，能够使提取物细胞破碎，产生最好的强化效果，也能使空化测试材料(铝箔)产生空洞或破裂等变化。本发明不仅能根据需要匹配相应的功率以保证萃取釜中导入足够强度的超声波，而且能使超声换能器长时间工作保证萃取质量并具备良好的散热环境。由此既提高了萃取效率又延长了超声换能器的使用寿命，维修也方便。

本发明不仅能有足够的超声功率密度，而且对超声波的利用率非常高，利用本发明的特点使超声强化超临界流体萃取技术的应用不再限于实验室，而是可以用于工业生产。当用于工业生产的时候，可以采用一个大容积萃取釜，而根据需要安装一个以上的超声换能器，这些超声换能器可以采用不同频率的超声换能器，一根变幅杆至少与一个超声换能器匹配，在这些超声换能器的共同作用下，产生更好的强化效果。

Claims (3)

1. 一种超声强化超临界或亚临界流体萃取装置，包括萃取釜(1)、超声换能器(2)，变幅杆(3)，变幅杆以其节点处安装在萃取釜上，其特征在于所述超声换能器位于萃取釜外，变幅杆(3)一端与超声换能器(2)连接，另一端伸进萃取釜(1)中。

2. 根据权利要求1所述的超声强化超临界或亚临界流体萃取装置，其特征在于变幅杆(3)以其节点处安装在萃取釜(1)的釜盖上。

3. 根据权利要求1或2所述的超声强化超临界或亚临界流体萃取装置，其特征在于所述超声换能器至少一个，每个变幅杆(3)至少与一个超声换能器(2)匹配。

Images