CN102764621A - 顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备 - Google Patents

Abstract

本发明顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备，涉及一种分离提取和化学反应强化装置。包括进料罐、进料泵、流量计、缓冲罐、超声处理器、聚能式超声换能器、超声波发生器、控制器、出料管和储料罐，并依上述次序通过管道连接安装，缓冲罐、位于缓冲罐之上的多只超声处理器、置于超声处理器之中的聚能式超声换能器、与换能器连接的超声波发生器和控制器构成一个相对独立的反应单元模块，与进料罐和储料罐一起构成整个设备；其中所述的超声处理器中的多个超声换能器按照其频率的不同以一定的顺序依次相连间歇工作。本发明的特点是可以同时强化生物资源中多个目标组分的提取、适宜于对超声波变幅杆没有腐蚀的提取或者反应体系。

Description

顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备

技术领域

本发明涉及一种分离提取和化学反应强化装置，属于食品、医药、化工领域，特别是涉及一种顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备。 

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单频的处理方式。但是不少试验研究表明，双频的处理效果优于单频。例如，《江苏大学学报(自然科学版)》（2008，28（1）：12-16）发表的“双频超声强化对三七总皂苷提取的影响”一文称“在相同的条件下，双频超声提取三七总皂苷相比单频超声而言，可以节省溶剂用量、省时、高效及有效成分提取率高”。《华南理工大学学报(自然科学版)》（2006,34（8）：89-93）发表的“双频超声强化提取的机理”一文称报道，25 kHz和 40 kHz的单频超声提取率分别是 36.8 %和 19.0 %，双频复合超声强化明显提高了小檗碱的提取率，其提取率上升为 64.1 %。实验结果表明双频复合超声产生的空化效应远大于单频产生的空化效应。这是因为超声的空化效应所产生的瞬时高温高压，有利于溶剂渗透到药材内部，促使有效成分向溶剂中扩散，加快传递过程，从而促进提取率的提高。申请号201010188415.8的中国发明专利公开了葡萄籽提取物的双频超声辅助提取方法，报道与现有的溶剂浸提法相比，超声辅助提取后葡萄籽提取物的提取率升高，提取时间由3h缩短到30min。 

专利号ZL 200610124003.1的中国发明专利公开了一种三频超声提取装置及其使用方法，与单频超声提取相比，萃取的均匀性好，萃取率提高，对温度的要求更低，萃取时间缩短，所需溶剂进一步降低；申请号201010259261.7的中国发明专利公开了一种双频超声波化学反应器，该反应器用于高浓度有机废水的降解处理，取得了较好的效果。 

目前包括上述文章和专利在内研究的出发点都是考虑如何利用多频超声波峰峰叠加的效应，提高超声波的处理效果。这种情况是在多个频率的超声波发生器同时工作同时发出超声波的情况下发生的，构成的合成波谱非常复杂，会随着处理时间的延长，产生不同程度的峰峰相加和峰峰相消，另外其实际效果还与超声换能器的相对放置位置密切相关，因此要产生一个可控效果的处理体系还是比较困难的。 

实际上，对于一个多目标组分需要同时提取或者多个反应需要同时完成的体系，目前的多频超声波同步工作的方式难以达到最佳效果。 

发明内容：

本发明的目的在于克服现有多频超声处理设备的不足，提供一种顺序工作的多频超声处理设备，具有适宜于农产品或者药材等生物资源中多个目标组分同时提取、多个化学反应和生物反应同时完成的强化处理。

本发明的目的是由以下技术方案来实现的： 

本发明所述的顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备，包括进料罐、进料泵、流量计、缓冲罐、超声处理器、聚能式超声换能器、超声波发生器、控制器、出料管和储料罐，并依上述次序通过管道连接安装，其中缓冲罐、位于缓冲罐之上的多只超声处理器、置于超声处理器之中的聚能式超声换能器、与换能器连接的超声波发生器和控制器构成一个在结构上相对独立的超声辅助提取或辅助反应单元模块，与进料罐和储料罐一起构成整个设备系统；其中所述的超声处理器中的多个超声换能器按照其频率的不同以一定的顺序依次相连间歇工作。

本发明所述的顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备的结构分单元式、釜式和槽式三种。 

与现有的技术比较，本发明具有以下特点： 

（1）当需要从农产品或者中药材等生物资源中提取多目标组分时，多个频率的超声波以一定的顺序交替工作，更容易满足对不同组分提取过程强化的要求；

（2）当需要完成在一个体系中完成多个化学或者生物反应时，多个频率的超声波以一定的顺序交替工作，更容易满足对不同反应过程强化的要求；

（3）通过不同的方式实现多个频率顺序工作，可以适宜于不同体系提取或者反应的需要。

（4）适宜于一些对聚能式换能器的变幅杆没有腐蚀的提取或者反应体系。 

附图说明：

图1为多频超声波顺序工作示意图；

图2为模块结构的顺序工作多频接触式超声辅助提取设备示意图；

图3为间歇反应的釜式结构的一体结构的顺序工作多频接触式超声辅助反应设备示意图；

图4为槽式结构的一体结构的顺序工作多频接触式超声辅助反应设备示意图。 

实施例1

参见图1、图2，该实例为一种模块结构的顺序工作多频接触式超声辅助提取设备，包括进料罐1、进料泵2、流量计3、缓冲罐4、超声处理器5、聚能式超声换能器6、超声波发生器7、控制器8、出料管9和储料罐10，并依上述次序通过管道连接安装。图2所述的单元式顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备，其结构由缓冲罐4、位于缓冲罐之上的多只超声处理器5、置于超声处理器之中的聚能式超声换能器6、与换能器连接的超声波发生器7和控制器8构成一个在结构上相对独立的超声辅助提取或辅助反应单元模块，与进料罐1和储料罐10一起构成整个设备系统，适宜于需要高强度超声处理、连续化提取或者反应的情况；

其中所述的超声处理器5中的3组不同频率的聚能式超声换能器按照其频率的不同以一定的顺序依次相连间歇工作。

需要同时提取其中多个有效成分的生物材料水溶液，通过进料泵1以一定的流量被送入缓冲罐3，均匀地被泵入3组频率分别为f₁ kHz、f₂ kHz和f₃ kHz的6只聚能式超声处理器5，3组不同频率的聚能式超声换能器在控制器8的控制下分别以各工作若干秒的方式间隔工作。经过超声辅助提取后，提取液被汇集于出料管9，并流入储料罐10，如果需要再次提取，打开阀门11，启动循环泵12，经提取液泵入进料罐1，进行下一次提取操作。 

其中的缓冲罐4、超声处理器5、聚能式超声换能器6、超声波发生器7和控制器8构成一个在结构上相对独立的超声辅助提取模块，与进料罐和储料罐一起构成整个设备系统。这种结构易于实现工业化。 

实施例2

参见图1、图3，该实例为一体结构的顺序工作多频接触式超声辅助反应设备示意图，不同频率顺序工作的换能器均安装在一个处理容器中。作为处理容器的反应器可以是适宜于间歇反应的釜式结构（图3，具体包括：控制器8、超声波发生器7、聚能式超声换能器6、釜式反应器13）。当一个需要同时完成多个反应的反应液被加入釜式反应器， 3个不同频率的聚能式超声换能器在控制器的控制下分别以各工作若干秒的方式间隔工作，从而完成超声辅助反应。

实施例3

参见图1、图4，该实例为一体结构的顺序工作多频接触式超声辅助反应设备示意图，不同频率顺序工作的换能器均安装在一个处理容器中。作为处理容器的反应器也可以是适宜于连续进出料反应的槽式结构（图4，具体包括：控制器8、超声波发生器7、聚能式超声换能器6、槽式反应器14、进液口16、出液口15）。当一个需要同时完成多个反应的反应液动态流过槽式反应器时，3个不同频率的聚能式超声换能器在控制器的控制下分别以各工作若干秒的方式间隔工作，从而完成超声辅助反应。

Claims (2)

1.顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备，其特征在于包括进料罐、进料泵、流量计、缓冲罐、超声处理器、聚能式超声换能器、超声波发生器、控制器、出料管和储料罐，并依上述次序通过管道连接安装，其中缓冲罐、位于缓冲罐之上的多只超声处理器、置于超声处理器之中的聚能式超声换能器、与换能器连接的超声波发生器和控制器构成一个在结构上相对独立的超声辅助提取或辅助反应单元模块，与进料罐和储料罐一起构成整个设备系统；其中所述的超声处理器中的多个超声换能器按照其频率的不同以一定的顺序依次相连间歇工作。

2.根据权利要求1所述的顺序工作多频接触式超声辅助提取和超声辅助反应设备的结构分单元式、釜式或槽式。

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