CN105435712A - 一种低温高压气爆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温高压气爆装置，与传统的以蒸汽为介质或添加化学制剂或采用电力加热等方式不同，而是利用压缩空气的能量经水冷处理，按设定值自动调控承压罐的温度和压力，实施快捷精准气爆破壁，为生物质功效成分提取利用提供了一种简捷、高效、安全、节能、低成本运行的选择。

Description

一种低温高压气爆装置

技术领域

本发明属于生物质预处理领域，特别涉及一种低温高压气相爆破生物质物料的方法和装置。

背景技术

天然植物及所含的功效成分，品种众多来源广泛，可作为营养品、药品、护肤品、食品添加剂、着色剂等重要资源加以利用，尤其是在人们越来越追求环保和健康的今天，以纯天然产品取代化学合成品已是大势所趋，然而对此进行处理和提取的技术及设备却相对滞后。

利用水蒸汽为介质在压力容器中对生物质物料进行高温高压爆破处理，即汽爆技术是新兴的有效预处理方式。但在制药、食品等行业，生物质中所蕴含的相当种类的热敏性物质，如色素、丹宁、花青素等纯天然功效成分遇高温即遭破坏，常规处理以70度以下为宜，而蒸汽爆破一般不低于200度，显然汽爆技术对热敏性功效成分提取不是适宜的破壁处理方法。

其它如温差破壁法、酶解破壁法、超临界破壁法、机械粉碎法，均存在处理成本高、时间长、破壁率低的问题。

化学溶剂萃取法还存在有害物质残留问题，有潜在毒性。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明将压缩空气进行调温处理，借助承压汽爆罐的保温维压施爆功能，提出了一种低温高压气相爆破的方法及装置，以低成本、高效率、无损害的方式为植物天然功效成分的破壁萃取提供了理想的预前处理。

本发明构思：一般而言，功效成分的含量约接近整个植株的三分之一，受细胞壁致密结构的多重保护，破壁析出十分困难，传统的方法极易造成功效成分的破坏和损失，且成本高、用时长、获取率低，本发明综合了多种因素利弊关系，确立了即要有足够的作用力达破壁效果，又要避免对功效成分的伤害，同时还必须是低成本、高效率、对环境友好、对人体有益的基准点，设计了一种新的气相爆破方法和装置，目前尚未见完全以压缩空气为介质的技术方案的报导。

本发明的技术方案：在普遍使用的承压汽爆罐的基础上，增设一套由供气、水冷、监控三个系统所组成的简易装置，配以不同的工艺参数自动运行，即可实现理想的低温高压气爆破壁效果。

所述汽爆罐，即市场可购买或定制的一般压力容器装置，本方案中只是不使用锅炉蒸汽或电源对其加热，而且在该罐体外壁增设双层夹套（3），构成本发明承压罐（20）。

双层夹套（3）是借助己有的汽爆罐，按其金属外壁形状、保持一定间隔，用2mm厚不锈钢板围上完整的一圈，其上端离罐体联结法兰略下一点，下端与喷放口保持一定合适距离，两端均与罐壁无泄漏焊接，利用该罐壁与不锈钢板形成有一定间隔的第一层夹套，并在该夹套不锈钢板的下部略上一点位置，密布一圈直径10mm小孔（不可伤及罐壁）。

再以不锈钢管围绕第一层夹套外径，弯成螺旋状盘管，再贴着该盘管用不锈钢板围上第二层夹套，两端与第一层焊接密封，并引出盘管上下两头，引出口同样焊接密封，即形成了内有盘管（4）的双层夹套（3）。

所述供气系统，压力为6mpa的中压空压机（1），其工作时出气温度可达140度，其输气管道经电动阀（2）与安装在双层夹套（3）外层之中的散热盘管（4）相通，继而过单向阀（5）与储气罐（6）相通，此为第一区段，其主要作用是将压缩空气中的热能，通过散热盘管（4）传递给双层夹套（3）中的液态水，由该液态水再传导给承压罐（20）的罐壁，以提升并维持该罐体温度。

第二区段，自储气罐（6）中引出的管路，经电动阀（7）过止回阀（8），与廻管式冷却器（10）中的散热迴管相通，继而经温度仪（11）过止回阀（12）与承压罐（20）相通，该段主要作用是向该承压罐内输送设定温度的压缩空气。

所述水冷系统，变频式水泵（13）抽取水箱（19）中自然冷却的水，经止回阀（14）顺管路从上部进入双层夹套（3）的外层，吸收散热盘管（4）的热量，从该夹套底部流向内层，并沿着罐壁将热量传递给承压罐（20），再从该夹套内层的上部经温度仪（17）沿输水管（18）返回水箱（19），此为第一区段，主要作用是与压缩空气相互作用，将热能传递给承压罐（20）并维持该罐温度稳定在设定值范畴。

第二区段，变频式水泵（15）抽取水箱（19）中的冷却水，顺管路过止回阀（16）进入廻管式冷却器（10），吸收散热廻管的热量，继而以溢流方式顺管路出该冷却器，汇入输水管（18）返回水箱（19）。该段主要作用是将流经的压缩气流冷却至设定温度再进入承压罐（20）。

所述自动监控系统，主要由侦讯、处理、执行器件组成，包括承压罐上的温度、压力监控装置和辅助设施上的监控装置。

温度仪（17）与变频式水泵（13）及电动阀（2）分别电连接，该温度仪按设定值和水温实测数调控水泵（13）的启闭及转速，以适当的输水量来维持该夹套内层的水温始终稳定在设定值范畴，即承压罐（20）的罐壁温度在设定值范畴。

如受天气等外在因素影响，输水已达最大量，双层夹套（3）内层处水温仍然偏高，则自动调整电动阀（2）的开口度，即减小压缩空气的流量来调控温度。

这样，一种装置两样调节，通过调整平衡水、气两种介质的流速流量，确保承压罐（20）的罐壁温度始终稳定在设定值范畴。

经上述一次降温利用的压缩空气，顺管路渐次进入储气罐（6），其温度仍然偏高，进入承压罐前需二次降温。

温度仪（11）与变频式水泵（15）及电动阀（7）分别电连接，该温度仪按设定值和气温实测数，调控水泵（15）的启闭及转速，以适当的输水量维持冷却器（11）出口处的气流温度始终稳定在设定范畴。

如受天气等外在因素影响，输水已达最大量，气流温度仍然偏高，则自动调整电动阀（7）的开口度，即减小压缩空气的流量来调控温度。

这样，一种装置两样调节，通过调整平衡水、气两种介质的流速流量，确保进入承压罐（20）内的压缩空气的温度始终稳定在设定值范畴。

温度仪（23）与电磁阀（21）电连接，控制该阀开启和关闭；压力仪（22）与电动阀（7）电连接，仅起以设定值关闭该阀的作用；另设有电控柜（25）集成处理全部电路，整个装置可按设定的程序自动运行，也可手动运行。

本发明具有如下特点和优势。

破壁效果堪比现有的蒸汽爆破技术，且完全使用压缩空气为介质，无需锅炉投资少，运行成本低。

以低温高压强力而又温和的最佳工艺条件破壁，完整保留功效成分，为高效提取创造了先决条件。

气爆过程无任何化学品添加，是一种环保的破壁技术，保障了产成品的质量和使用的安全性。

重复循环利用空压机产生的附带热能，节能降耗。

设备构造简单，操控便捷，容易工艺放大，利于实现产业化。

附图说明

本装置示意图，标号：1空压机、2电动阀、3双层夹套、4散热盘管、5单向阀、6储气罐、7电动阀、8单向阀、9电磁阀、10廻管式冷却器、11温控仪、12单向阀、13变频式水泵、14单向阀、15变频式水泵、16单向阀、17温度仪、18输水管、19水箱、20承压罐、21电磁阀、22压力仪、23温度仪、24安全阀、25电控柜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明，不限制本发明。

例1，气爆板栗苞。

首次开机须预热后装料，方法是：开启电动阀2和电磁阀9，启动空压机1，同时向双层夹套3中的散热盘管4和承压罐20注入压缩空气，其中进入散热盘管的气流顺下部的管路，经单向阀5进入储气罐6暂存；进入承压罐中的气流满罐后从电磁阀21外排。由于中压空压机1工作时的出气温度高达140度，加上罐体内外同时受热，很快承压罐20升至75度，预热完成。然后关闭电磁阀，开启该承压罐上部的入料阀，输入经清洗后的板粟苞至设定量，关闭入料阀。

与此同时，空压机1一直在向散热盘管4连续注入高温高压气体，该盘管通过双层夹套3内的液态水，将热量传递给承压罐20的罐壁，一旦水温超过设定值75度，该夹套上的温度仪17即启动变频式水泵13抽取水箱19中的冷却水，通过管路注入该双层夹套的外层之中，并从该夹套下部的开孔流进该夹套的内层，顺上部的输水管18返回水箱，直至温度回归75度停止注水。该注水有三点作用：一是吸收散热盘管的热量，降低流经盘管的压缩空气的温度（降温后的压缩空气进入储气罐备用）；二是将该热量带入夹套内层均匀传递给罐壁；三是当夹套内温度过高时，通过提高变频式水泵的转速，以大流量冷却水迅速降低该夹套内温度。这样既降低了压缩空气的温度，又使罐壁获得热量并始终维持在设定温度。

接着开启电动阀7，储气罐6内经过一次降温的压缩空气进入冷却器10中的迴管迂迴前行，温度仪11随即启动并调整变频式水泵15的转速，向该冷却器内注入适当流速流量的冷却水再次进行降温，之后该水流顺管路出冷却器汇入输水管18返回水箱，而被降温成65度的压缩空气经单向阀12进入承压罐20，向罐内的物料传递温度和压力，并裹挟罐内的冷空气从电磁阀21外排，至罐内温度达65度时，该罐顶部的温度仪23关闭电磁阀21，罐内压力迅速上升，至4mpa后，该罐顶部的压力仪22关闭电动阀7，输气中止，进入维压保温阶段。

此时双层夹套3内的气流和水流，共同以设定值将温度源源不断传递给承压罐20，维压保温20s后，该罐底部的喷放阀打开，带有设定温度和压力的板粟苞瞬间喷涌爆碎，完成低温高压破壁过程。第二罐无需预热直接装料，如此循环，连续实施间歇式气相爆破作业。

例2，气爆板栗花。

具体操作步骤与例1相同，只是改变工艺参数：A将双层夹套处的温度仪17设定为55度；B将冷却器处的温度仪11设定为45度；C将承压罐上的温度仪23设定为45度；D将承压罐上的压力仪22设定为2mpa；E将维压保温时间设定为5s后施爆；即可连续循环实施低温高压气相爆破。

由于板粟花收获季节是在每年的5、6月份，天气较为炎热，而处理时的设定温度相对较低，所以在水泵已开至最大转速时，压缩空气的温度有时难以完全达标，此时温度仪11通过减缩电动阀7的开口度，来减小压缩空气的流速流量，从而与冷却器10的冷却能力相匹配，使压缩空气经冷却处理后，始终以达标的恒定温度进入承压罐20之中。另外双层夹套处的温度处理与该冷却器的处理模式完全一致。

Claims (6)

1.一种低温高压气爆装置，包括承压罐和辅助设施，其特征是承压罐外壁上设有双层夹套，并在承压罐外另设有供气、水冷系统，分别与双层夹套和承压罐相连通。

2.根据权利要求1所述的一种低温高压气爆装置，其特征是双层夹套的外层中设有散热盘管，该盘管上端口经电动阀（2）与空压机连通，下端口与储气罐连通。

3.根据权利要求1所述的一种低温高压气爆装置，其特征是所述储气罐经电动阀（7）与冷却器（10）中的迴管连通，然后过温度仪（11）与承压罐连通，将调温后的压缩空气注入承压罐中。

4.根据权利要求1所述的一种低温高压气爆装置，其特征是水冷系统中的变频式水泵（13），与双层夹套的外层上端连通，冷却水进入该夹套外层、由下部的开孔进入该夹套内层，该内层上端设有温度仪（17）和与水箱连通的输水管（18）。

5.根据权利要求1所述的一种低温高压气爆装置，其特征是水冷系统中的变频式水泵（15）与冷却器（10）连通，该冷却器的出水管连通输水管（18）。

6.根据权利要求1所述的一种低温高压气爆装置，其特征是所述温度仪（11）与变频式水泵（15）及电动阀（7）分别电连接；所述温度仪（17）与变频式水泵（13）及电动阀（2）分别电连接。