CN102764620B - 逆流通过式超声处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及逆流通过式超声处理设备，涉及一种分离提取和加速反应装置。包括进料罐、进料泵、流量计、超声处理单元、储液罐和循环泵，并依上述次序通过管道连接安装，其中的超声处理单元包括缓冲器、位于缓冲器顶部的多只超声处理器和每一个超声处理器的出料液汇集在一起的汇集管。其中所述的超声处理器包括聚能式超声换能器、放置聚能式超声换能器的杯筒、杯筒盖、位于杯筒下端的处理室、位于杯筒侧面高于聚能式超声换能器底端的溢流口等。本发明可以用于生物资源中有效成分提取、蛋白质等生物大分子酶法水解、污水中有害物降解等提取与反应过程的强化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种分离提取和加速反应装置，属于食品、医药、化工领域，特别是涉及一种逆流通过式超声处理设备。
技术背景
随着科学技术的发展和工业化进程的加快，超声波作为一种物理方法，被越来越多的应用于各种生物资源的有效成分的提取、生物大分子的降解与结构修饰、各种用于能源及化工领域化学反应和生物反应的强化等等。超声波主要是通过空化作用，产生局部和瞬间的高温高压，对被处理液施以强大的作用力，加速细胞的破裂，有利于胞内组分的溶出；强化化学键的断裂，有利于生物大分子结构的改变。在有效成分提取方面，超声波可以显著减少溶剂用量、缩短提取时间、降低提取温度、提高提取得率；在化学和生物反应方面，超声波也可以显著缩短反应时间、降低反应温度、提高反应得率。
现有的文献报道中，超声波处理方式绝大多数采取的是非通过式，即在一个批式反应或者提取器的处理液中插入聚能式超声探头，或者在批式反应或者提取器的底部或者侧面安装发散式超声换能器。前者一个严重的问题在于超声场不均匀，由于超声波的穿透力不是很强，难以保证大的容器中的所有处理液均受到超声场高强度作用；后者尽管均匀性有所改善，但这种超声波的传递方式使得反应液或者提取溶剂中超声振幅降低较多，如果要通过夹层保温也比较困难。公开号为1440739、2530639、2551313、2546069、2582599等专利均为上述两种情况,。
为了克服上述超声波处理方式的不足，专利ZL200510021970.0进行了改进，提出利用管式循环的方式，提高超声波的利用效率，但是本发明的不足之处在于处理液从管式反应器上部进入，下部流出，这种结构一方面不适宜于含固形物多的处理系统，因为容易导致出口堵塞，另一方面液体流向与超声波的发出方向相同，搅拌效果不好。专利ZL200410057108.0提出了超声逆流循环的处理方式，即在提取罐的周围设置有若干根循环链接管，每根循环管的顶部设有聚能式超声波变幅杆。该发明解决了专利ZL200510021970.0的顺流及易堵塞的问题，但将用于超声处理的循环管与提取罐设置于一体，存在的问题在于（1）结构比较复杂，对于需要高超声强度处理的液体，工业化实现比较困难；（2）出液直接排入提取罐，当提取时间较短时，无法保证所有液体都有机会通过超声处理区。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有超声处理设备的不足，提供一种逆流通过式超声处理设备，具有在超声处理器中超声强度大、声场分布均匀的特点，在工业化过程中，超声处理单元易于实现标准化设计，适宜高固形物含量液体、高强度超声的处理。
本发明的基本思想是设计一个便于超声处理技术推广应用、可以实现模块化连接的超声处理单元，易于标准化设计。该超声处理单元与进料罐和储液罐一起构成逆流通过式超声处理设备。
本发明的目的是由以下技术方案来实现的：
本发明的逆流通过式超声处理设备，包括进料罐、进料泵、流量计、超声处理单元、储液罐和循环泵，并依上述次序通过管道连接安装，其中的超声处理单元由缓冲器、位于缓冲器顶部的多只超声处理器和每一个超声处理器的出料液汇集在一起的汇集管组成。
在上述技术方案中，其中所述的超声处理器包括聚能式超声换能器、放置聚能式超声换能器的杯筒、杯筒盖、位于杯筒下端的处理室、位于杯筒侧面高于聚能式超声换能器底端的溢流口、位于溢流口上面防止进料速度过快出现杯筒中液位过高的备用溢流口、位于杯筒上部用于聚能式超声换能器固定的限位环，其中所述的聚能式超声换能器的底端与处理室的顶端平齐。
在上述技术方案中，所述的聚能式超声换能器也可以单只循环工作。
在上述技术方案中，为了减少噪音污染，将超声处理单元用隔音罩盖住。
在上述技术方案中，为了控制处理液的温度，进料罐和储液罐上有保温夹套，并与冷热循环泵连接。
在上述技术方案中，待处理液体从处理室底部进料口以与超声波发射方向相反的方向逆向进入，通过处理室后，进入杯筒，从溢流口排出，通过汇集管进入储液罐，通过循环泵进入进料罐，进行下一轮处理。
在上述技术方案中，多只超声处理器处于同一水平面上并列工作，为了防止各超声处理器进液压力不均匀，在多只超声处理器的下方设置了一只缓冲器。
本发明与现有的技术比较，具有以下特点：
（1）采用小空间的超声处理器，有利于实现高强度的超声处理操作；
（2）处理液从超声处理室的底部进入，聚能式超声波从处理室顶部发出超声波，形成逆流，可以显著强化超声处理及传质效果；
（3）从超声处理室的底部进料，可以使处理液中的固形物悬浮起来，从底部向上移动，有利于实现高固形物处理液均匀，还不致引起出口堵塞，适宜于高固形物处理液均匀；
（4）采取的超声处理设备模块化构成方案，简化了系统过程，实现了超声处理器的标准化设计，便于技术的工业化推广。
本发明可以用于生物资源中有效成分的提取、蛋白质等生物大分子的酶法水解、污水中有害物的降解。
附图说明：
图1为本发明具有多只超声处理器的系统构成示意图；
图2为本发明的超声处理器的结构示意图；
图3为本发明单只超声处理器的系统构成示意图。
实施例1
参见图1、图2，一种多探头逆流通过式超声处理设备，包括进料罐（1）、进料泵（2）、流量计（3）、超声处理单元（4）、储液罐（5）和循环泵（6），并依上述次序通过管道连接安装。该装置的超声处理单元（4）包括缓冲器（7）、8个超声处理器（8）、出料液汇集管（9）和隔音罩（17）。
其中所述的超声处理器（8）包括聚能式超声换能器（10）、放置聚能式超声换能器（10）的杯筒（12）、杯筒盖（11）、位于杯筒（12）下端的处理室（13）、位于杯筒（12）侧面高于聚能式超声换能器（10）底端的溢流口（14）、位于溢流口（14）上面防止进料速度过快出现杯筒（12）中液位过高的备用溢流口（15）、位于杯筒（12）上部用于聚能式超声换能器（10）固定的限位环（16）组成；换能器（10）的底端与处理室（13）的顶端平齐；
待处理的液体从进料罐（1）被进料泵（2）泵入缓冲器（7），然后被均匀的送入8个超声处理器，液体从处理室（13）底部进料口以与超声波发射方向相反的方向逆向进入处理室（13），然后通过超声探头进入杯筒（12），从溢流口（14）排出，通过汇集管（9）进入储液罐（5），通过循环泵（6）进入进料罐（1），进行下一轮处理。利用进料泵（2）控制处理液通过超声处理室的流量，借助流量计（3）记录流量大小。
根据该装置应用的需要，可以在进料罐（1）和储液罐（5）上加装保温夹套，并与冷热循环泵连接，调节处理液的温度。为了减少超声波造成的环境污染，专门设计有隔音罩（17）。
该实施例适宜于农产品、中药材等生物资源中有效成分的工业化提取，适宜于强化蛋白等生物大分子的工业化可控酶解及结构修饰，也可以用于强化污水废液中有害组分的工业化降解反应，以及生物能源的工业化制备等。
实施例2
参见图2、图3，一种单探头逆流通过式超声处理设备，其包括：进料罐（1）、进料泵（2）、流量计（3）、超声处理器（8）、储液罐（5）和阀门（18），并依上述次序通过管道连接安装。
其中所述的超声处理器（8）包括聚能式超声换能器（10）、放置聚能式超声换能器（10）的杯筒（12）、杯筒盖（11）、位于杯筒（12）下端的处理室（13）、位于杯筒（12）侧面高于聚能式超声换能器（10）底端的溢流口（14）、位于溢流口（14）上面防止进料速度过快出现杯筒（12）中液位过高的备用溢流口（15）、位于杯筒（12）上部用于聚能式超声换能器（10）固定的限位环（16）组成；换能器（10）的底端与处理室（13）的顶端平齐；
待处理的液体从进料罐（1）被进料泵（2）泵入超声处理器（8），液体从处理室（13）底部进料口以与超声波发射方向相反的方向逆向进入处理室（13），然后通过超声探头进入杯筒（12），从溢流口（14）排出，进入储液罐（5），阀们（18）进入进料罐（1），进行下一轮处理。利用进料泵（2）控制处理液通过超声处理室的流量，借助流量计（3）记录流量大小。
该实施例适宜于农产品、中药材等生物资源中有效成分的小批量或者实验室提取，适宜于小批量或在实验室开展生物大分子的可控酶解及结构修饰、污水废液中有害组分降解反应的强化，以及生物能源的制备等。
Claims (1)
1.逆流通过式超声处理设备，包括进料罐、进料泵、流量计、超声处理单元、储液罐和循环泵，并依上述次序通过管道连接安装，其中的超声处理单元包括缓冲器、位于缓冲器顶部的多只超声处理器和每一个超声处理器的出料液汇集在一起的汇集管；其中所述的超声处理器包括聚能式超声换能器、放置聚能式超声换能器的杯筒、杯筒盖、位于杯筒下端的处理室、位于杯筒侧面高于聚能式超声换能器底端的溢流口、位于溢流口上面防止进料速度过快出现杯筒中液位过高的备用溢流口、位于杯筒上部用于聚能式超声换能器固定的限位环，其中所述的聚能式超声换能器的底端与处理室的顶端平齐；其特征在于待处理液体从处理室底部进料口以与超声波发射方向相反的方向逆向进入，通过处理室后，进入杯筒，从溢流口排出，通过汇集管进入储液罐，通过循环泵进入进料罐，进行下一轮处理；
其中所述的聚能式超声换能器单只循环工作；
其中超声处理单元用隔音罩盖住；
其中进料罐和储液罐上有保温夹套，并与冷热循环泵连接；
其中多只超声处理器处于同一水平面上并列工作时在多只超声处理器的下方设置了一只缓冲器。
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