CN115055168A - 应用于低聚果糖色谱分离填料的制备工艺及人工智能分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了人工智能分离装置,包括主体机构、色谱柱、移动组件、换料组件、接料组件和智能控制器,接料组件由电动推杆三、凹形板和接料槽体构成,接料槽体的底部通过凸形滑块滑动设置在凹形板的内部,电动推杆三和凹形板均固定在基座的顶部,电动推杆三的伸缩杆与接料槽体的一侧固定连接。本发明,通过设置的换料组件、开合机构配合智能控制器,实现了对色谱柱内的填料进行快速的更换,无需人工参与,降低了人力的消耗,减少了生产成本,同时提高了低聚果糖的生产效率,通过设置的智能控制器配合接料组件,实现了自动将不同层的料液存放到不同的盛放格内,进一步提高了低聚果糖的分离精度,便于后续低聚果糖的纯化操作。
Description
技术领域
本发明涉及色谱分离技术领域,具体来说,涉及应用于低聚果糖色谱分离填料的制备工艺,还涉及人工智能分离装置。
背景技术
低聚果糖(Fructooligosaccharides,简称FOS),又称寡果糖、蔗果三糖族低聚糖或蔗果低聚糖,是指在蔗糖分子的果糖残基上通过β(1→2)糖苷键连接1~3个果糖基而成的蔗果三糖(GF2)、蔗果四糖(GF3)、蔗果五糖(GF4)及其混合物,其中葡萄糖基与果糖基是以α(1→2)糖苷键连接。低聚果糖最初是在植物中被发现的,它广泛存在于香蕉、洋葱、小麦、大麦、芦笋、菊芋(洋姜),尤以耶路撒冷菊芋(16~20%)、菊苣(5~10%)、芦笋(1~20%)、韭菜(2~5%)、大蒜(3~6%)、婆罗门参(4~11%)、洋葱(2~6%)、牛蒡(3~6%)、小麦(1~4%)等为多。天然的和微生物酶法得到的低聚果糖几乎是直链状,属于果糖和葡萄糖构成的直链杂低聚糖。其主要生理功能有:(1)调节体内菌群的平衡,防止腹泻和便秘;(2)降低胆固醇和血脂,是一种极好的膳食纤维素;(3)促进矿物质的吸收和肠内有毒废物的排除,并促进维生素的合成;(4)低热量、难消化。低聚果糖是一种功能性食品原料。
色谱分离是一种物理的分离方法,利用多组分混合物中各组分物理化学性质(如吸附力、分子极性、分子形状和大小、分子亲和力、分配系数等)的差别,使各组分以不同程度分布在两相中。其中一个相为固定的,称为固定相;另一个相则流过此固定相,称为流动相。当多组分混合物随流动相流动时,由于各组分物理化学性质的差别,而以不同的速率移动,使之分离,这一过程中一般采用适合的阳离子交换树脂作为填料进行低聚果糖分离,但是现有的阳离子交换树脂流动性较差,且强度低,在运输和搅拌过程中易磨损,容易在颗粒填料内出现细粉,进一步降低了分离的效率,而且现有的低聚果糖的分离装置,均采用人工装填填料,人力消耗大,效率低,不适用低聚果糖的大规模生产。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足,提供应用于低聚果糖色谱分离填料的制备工艺及人工智能分离装置,来解决上述问题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种人工智能分离装置,其应用于低聚果糖色谱分离填料对低聚果糖进行色谱分离,具体包括:
主体机构,所述主体机构包括基座、两个平行设置的龙门架和竖板,所述竖板与两个所述龙门架均固定在所述基座的顶部,所述竖板一侧的上端与下端均等距固定连接有若干弧形安装架。
更进一步地,还包括:色谱柱,所述色谱柱的顶部和底部分别固定连接有上法兰与下法兰,所述色谱柱通过弧形安装架固定在所述竖板上。
更进一步地,所述色谱柱的顶部铰接有顶盖,所述竖板上设置有用于开合顶盖的开合组件。
更进一步地,所述色谱柱的底部连通有漏斗形出液管,所述出液管的下端设置有出液阀,所述顶盖的顶部连通有柱形管,所述柱形管上通过三位三通的阀门连通有洗脱液连接管和进浆连接管。
更进一步地,所述洗脱液连接管通过连接软管一与洗脱液管相连通,所述进浆连接管通过连接软管二与所述进浆管相连通。
更进一步地,还包括:
移动组件,所述移动组件包括正反转电机、凹形滑轨、丝杠和移动块。
更进一步地,所述凹形滑轨的两端分别固定在两个所述龙门架的顶部,凹形滑轨的顶部开设有条形孔。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:
1、本发明,通过在阳离子交换树脂中添加微硅粉,使得制得的填料具有较强的流动性,而且强度高,运输和搅拌过程中不易磨损,降低了填料中细粉的出现,提高了低聚果糖的分离效率;
2、本发明,通过设置的换料组件、开合机构配合智能控制器,实现了对色谱柱内的填料进行快速的更换,无需人工参与,降低了人力的消耗,减少了生产成本,同时提高了低聚果糖的生产效率;
3、本发明,通过设置的智能控制器配合接料组件,实现了自动将不同层的料液存放到不同的盛放格内,进一步提高了低聚果糖的分离精度,便于后续低聚果糖的纯化操作。
4、本发明中,通过阈值分割获取图像的最佳分割阈值,实现对噪声信号的去除,利用形态学算法对图像进行独立分割,最后对形态学处理后的图像进行轮廓提取,得到结果图像,能够有效去除图像噪点,提高信噪比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的人工智能分离装置的结构示意图;
图2是根据本发明实施例的人工智能分离装置的另一视角的结构示意图;
图3是图2中的A部放大结构示意图;
图4是根据本发明实施例的人工智能分离装置的局部结构示意图之一;
图5是根据本发明实施例的人工智能分离装置的顶盖打开时的示意图;
图6是根据本发明实施例的人工智能分离装置的色谱柱的剖面结构示意图;
图7是根据本发明实施例的人工智能分离装置的混料罐的剖面结构示意图;
图8是根据本发明实施例的人工智能分离装置的抽料头的结构示意图;
图9是根据本发明实施例的人工智能分离装置的局部结构示意图之二
图10是根据本发明实施例的人工智能分离装置的丝杠的结构示意图
图11是根据本发明实施例的人工智能分离装置的智能控制器的结构示意图。
图中:
101、基座;102、龙门架;103、竖板;104、弧形安装架;105、安装板;
2、移动组件;201、正反转电机;202、凹形滑轨;203、顶板;204、丝杠;205、底板;206、移动块;207、条形孔;
3、换料组件;301、混料罐;302、真空泵;303、搅拌电机;304、搅拌杆;305、螺旋叶片;306、出料管;307、出料阀;308、进料管;309、减压阀;310、进料支管一;311、进料支管二;312、进料阀;313、抽料泵;314、清洗泵;315、U形管;316、抽吸软管;317、电动推杆二;318、电动推杆一;319、加料软管;320、抽料管头;3201、圆孔;321、加料管头;
4、接料组件;401、凹形板;402、接料槽体;403、电动推杆三;
5、智能控制器;501、摄像头;502、填料特征提取模块;503、颜色特征提取模块;504、颜色对比模块;505、判断模块;
601、色谱柱;602、上法兰;603、下法兰;604、出液管;605、出液阀;606、顶盖;607、铰接座一;608、密封圈;609、筛板;610、锥形导流块;611、活动块一;612、电动推杆四;613、活动块二;614、铰接座二;615、洗脱液连接管;616、进浆连接管;617、阀门;
701、洗脱液管;702、进浆管;703、连接软管一;704、连接软管二。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-图11所示,根据本发明实施例的应用于低聚果糖色谱分离填料的制备工艺,包括以下步骤:
S1、配料,以重量份计,取60-80份数的软化水,阳离子交换树脂30-50份数,1-3份数的微硅粉、5-10份数的明胶;
S2、将步骤S1中的软化水加热至80-90℃,然后将明胶和阳离子交换树脂加入软化水中搅拌、混匀,搅拌时间为8min-15min,制得混合液A;
S3、将步骤S2中的混合液A升温至100-120℃,将步骤S1中的微硅粉加入混合液A中持续搅拌20min-35min,制得混合液B;
S4。将制得混合液B导入烘干机内进行烘干处理,烘干温度为75℃~85℃,制得半成品填料颗粒,再将烘干后的半成品填料颗粒筛分后制得成品填料颗粒。
实施例2
本发明还提供了用于低聚果糖的人工智能分离装置,由主体机构、色谱柱601、移动组件2、换料组件3、接料组件4和智能控制器5组成;
其中,主体机构包括基座101、两个平行设置的龙门架102和竖板103构成,竖板103与两个龙门架102均固定在基座101的顶部,竖板103一侧的上端与下端均等距固定连接有若干弧形安装架104;
色谱柱601的顶部和底部分别固定连接有上法兰602与下法兰603,色谱柱601通过弧形安装架104固定在竖板103上,色谱柱601的顶部铰接有顶盖606,竖板103上设置有用于开合顶盖606的开合组件,开合组件包括铰接座一607、活动块一611、电动推杆四612、活动块二613和铰接座二614,铰接座一607固在顶盖606的外壁,电动推杆四612的伸缩杆的端部通过活动块一611与铰接座一607铰接,电动推杆四612的底部通过活动块二613与铰接座一607铰接,铰接座一607固定在竖板103的一侧;
开合组件的开合原理:当需要打开顶盖606时,控制电动推杆四612的伸缩杆缩回,即可将顶盖606打开,当需要将顶盖606闭合时,控制电动推杆四612的伸缩杆伸长即可。
色谱柱601的底部连通有漏斗形出液管604,出液管604的下端设置有出液阀605,顶盖606的顶部连通有柱形管,柱形管上通过三位三通的阀门617连通有洗脱液连接管615和进浆连接管616,洗脱液连接管615通过连接软管一703与洗脱液管701相连通,进浆连接管616通过连接软管二704与进浆管702相连通,洗脱液管701的一端通过抽液泵与盛有洗脱液存储罐相连,进浆管702的一端通过抽液泵与盛有预分离的浆液的存储罐相连接;
移动组件2由正反转电机201、凹形滑轨202、丝杠204和移动块206构成,凹形滑轨202的两端分别固定在两个龙门架102的顶部,凹形滑轨202的顶部开设有条形孔207,移动块206滑动设置在凹形滑轨202的内部,丝杠204转动设置在凹形滑轨202的内部,正反转电机201固定在凹形滑轨202的一端,丝杠204靠近正反转电机201的一端与正反转电机201的转轴固定连接,移动块206与丝杠204螺纹连接,移动块206的顶部与底部分被固定连接有顶板203和底板205;
移动组件2的移动原理:通过控制正反转电机201的转轴正反转,进而实现通过丝杠204带动移动块206沿着凹形滑轨202进行左右移动的功能,进而实现带动换料组件3进行左右移动。
换料组件3,换料组件3包括抽料组件和加料组件,加料组件包括混料罐301,混料罐301通过支腿固定在顶板203的顶部,混料罐301的内部转动设置有搅拌杆304,搅拌杆304的下端固定连接有螺旋叶片305,混料罐301的顶部固定安装有搅拌电机303,搅拌电机303的转轴与搅拌杆304的顶部固定连接,混料罐301的顶部固定安装有真空泵302,真空泵302的抽气口与混料罐301的内部相连通,混料罐301的顶部连通有进料管308,进料管308的上端安装有三位三通的进料阀312,进料阀312的其中一个端口连通有进料支管一310,进料阀312的另一个端口连通有进料支管二311,混料罐301的底部连通有出料管306,出料管306上设置有出料阀307,底板205上固定安装有电动推杆一318,电动推杆一318的伸缩杆的底部固定连接有加料管头321,出料管306通过加料软管319与加料管头321相连通,进料支管一310的另一端与储存有填料储存罐相连通,进料支管二311的另一端与存储有搅拌液的储液罐相连通,混料罐301的顶部设置有减压阀309;
加料组件的加料原理:开启真空泵302,使得混料罐301内部形成负压环境,然后控制三位三通的进料阀312将进料支管一310与进料管308连通,将填料吸入混料罐301内部,然后控制三位三通的进料阀312将进料支管二311与进料管308连通,将搅拌液吸入混料罐301内,然后关闭三位三通的进料阀312和真空泵302,启动搅拌电机303,完成对填料的混合、搅拌,当需要进行填料时,控制电动推杆一318的伸缩杆伸长,将加料管头321伸入色谱柱601内部,然后打开出料阀307和减压阀309,完成填料工作。
抽料组件主要由抽料泵313构成,抽料泵313固定安装在顶板203的顶部,底板205上固定安装有电动推杆二317,电动推杆二317的伸缩杆的底部固定连接有抽料管头320,抽料泵313的进料口通过抽吸软管316与抽料管头320相连通;
抽料组件的抽料原理:当需要对色谱柱601内的填料进行更换时,控制电动推杆二317的伸缩杆伸长,将抽料管头320伸入色谱柱601内,启动抽料泵313,对色谱柱601内需要更换的填料进行抽取。
接料组件4由电动推杆三403、凹形板401和接料槽体402构成,接料槽体402的底部通过凸形滑块滑动设置在凹形板401的内部,电动推杆三403和凹形板401均固定在基座101的顶部,电动推杆三403的伸缩杆与接料槽体402的一侧固定连接,接料槽体402的内部分隔设置有若干用于盛接不同颜色浆料的盛料格和废液格;
智能控制器5固定安装在基座101的顶部,智能控制器5的内部设置有AI处理器,AI处理器内部分别设置有填料特征提取模块502、颜色特征提取模块503、颜色对比模块504和判断模块505,填料特征提取模块502用于识别摄像头501拍摄的画面中填料,颜色特征提取模块503用于对摄像头501拍摄的画面中填料的颜色进行提取,颜色对比模块504用于将上一帧画面中填料的颜色与当前画面中的填料颜色进行比对,判断模块505用于对颜色对比模块504传输的对比数据进行判断,竖板103的一侧下端固定连接有安装板105,安装板105的一侧固定安装有摄像头501,摄像头501与AI处理器的输入端电性连接,接料组件4、换料组件3、开合组件、移动组件2和出液阀605均受控于智能控制器5;
每个色谱柱601上均设置有定时器,定时器与智能控制器5电性连接,通过设置的定时器可以对色谱柱601内的填料使用时间进行及时,当定时时间到达后,智能控制器5控制换料组件3对色谱柱601内的填料进行更换。
顶盖606的内部固定连接有筛板609,筛板609的底部固定连接有锥形导流块610;
通过采用上述技术方案,通过设置的筛板609配合锥形导流块610使得进入色谱柱601内的浆液与洗脱液均沿着色谱柱601的内壁缓慢的流到填料上,有效降低浆液或者洗脱液直接冲击到填料上,将填料冲散的现象发生,保证色谱分离工作稳定进行。
顶盖606与色谱柱601的顶部之间设置要有氟橡胶密封圈608。
通过采用上述技术方案,提高顶盖606与色谱柱601之间的密封性,避免液体渗漏。
顶板203的顶部固定安装有清洗泵314,清洗泵314的出水口与抽料泵313的抽料口通过U形管315相连通,U形管315的中部设置有三位三通的转换阀,转换阀的出口端与抽吸软管316的上端相连通。
通过采用上述技术方案,便于对清理填料后的色谱柱601内部进行清洗,保证后续填料的正常添加。
抽料管头320的底部为密封设置,抽料管头320的下端开设有若干圆孔3201。
通过采用上述技术方案,通过将抽料管头320的底部设置为密封,同时在抽料管头320的下端开设有若干圆孔3201,使得在清洗时,清洗液可以对色谱柱601内壁进行冲刷,提高清洗效果,同时不影响填料的抽出。
为了方便理解本发明的上述技术方案,以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
在实际应用时,开启真空泵302,使得混料罐301内部形成负压环境,然后控制三位三通的进料阀312将进料支管一310与进料管308连通,将填料吸入混料罐301内部,然后控制三位三通的进料阀312将进料支管二311与进料管308连通,将搅拌液吸入混料罐301内,然后关闭三位三通的进料阀312和真空泵302,启动搅拌电机303,完成对填料的混合、搅拌,当对应色谱柱601定时器的时间达到时,智能控制器5控制对应色谱柱601上的电动推杆四612的伸缩杆缩回,即可将顶盖606打开,控制移动组件2将电动推杆二317移动至该色谱柱601的顶部,控制电动推杆二317的伸缩杆伸长,将抽料管头320伸入色谱柱601内,启动抽料泵313,对色谱柱601内需要更换的填料进行抽取,然后关闭抽料泵313,打开清洗泵314,对色谱柱601的内壁进行清洗,然后打开出液阀605,将清洗的废液排出,随后关闭出液阀605,控制电动推杆二317的伸缩杆缩回,控制移动组件2将电动推杆一318移动至该色谱柱601的顶部,然后控制电动推杆一318的伸缩杆伸长,将加料管头321伸入对应的色谱柱601内部,然后打开出料阀307和减压阀309,完成填料工作,
色谱分离时,将预分离的浆液导入色谱柱601内,一段时间后,导入洗脱液,摄像头501对填料的颜色进行实时的监测,并将拍摄的画面传输给AI处理器内部用于识别摄像头501拍摄的画面中填料的填料特征提取模块502,填料特征提取模块502对画面中填料添加特定标识,并将添加标识的画面传输给颜色特征提取模块503,颜色特征提取模块503对摄像头501拍摄的画面中填料的颜色进行提取,颜色对比模块504将上一帧画面中填料的颜色与当前画面中的填料颜色进行比对,并将对比数据传输给判断模块505进行判断,当判断结果为当前颜色与上一帧颜色超出设定范围时,则认为上一层颜色的浆料分离结束,智能控制器5控制电动推杆三403的伸缩杆伸缩,将对应当前颜色浆料的盛料格置于出液管604的下方。
实施例3
发明人在实践中发现,摄像头501对填料颜色进行监测,通过其拍摄的画面传输给AI处理器进行处理,由于光照环境的影响,摄像头501拍摄的画面存在噪点,导致后续的AI处理器进行处理时,存在无法比对识别的情况。有鉴于此,本发明人进一步提出对摄像头501拍摄的画面进行处理,从而降低画面噪点,提高信噪比,具体包括如下步骤:
步骤1:对摄像头501拍摄的图像进行预处理,所述预处理包括图像灰度化,得到灰度直方图;
步骤2:阈值分割,所述阈值分割包括,首先,统计图像灰度直方图中的各分量,得到不同灰度级的像素分量pi,具体如下式所示:
其中,ni为灰度级为i的像素个数,N为图像的总像素个数;
其次,设定阈值k,且0<k<255,将图像中的所有像素值分为r1和r2两类,并计算图像中某点像素被分为r1和r2的概率pr1和pr2,即:
nr1和nr2分别为r1和r2中的像素个数;
然后计算图像中被分配到r1和r2中的像素的平均灰度值ar1和ar2:
从而得到整个图像的平均灰度值ag为:
步骤3:形态学处理,所述形态学处理包括:腐蚀和膨胀;设待处理图像为形态结构元为E,腐蚀处理后的结果图像为Rc,膨胀处理后的结果图像为Rs,腐蚀运算和膨胀运算分别表示为:
步骤4:轮廓提取,对所述步骤3中的形态学处理后的图像进行轮廓提取,得到结果图像。
本实施例中,通过阈值分割获取图像的最佳分割阈值,实现对噪声信号的去除,利用形态学算法对图像进行独立分割,最后对形态学处理后的图像进行轮廓提取,得到结果图像,能够有效去除图像噪点,提高信噪比。
通过上面具体实施方式,技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解,本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上,技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征,从而实现不同的技术方案。
Claims (7)
1.一种人工智能分离装置,其特征在于,具体包括:
主体机构,所述主体机构包括基座(101)、两个平行设置的龙门架(102)和竖板(103),所述竖板(103)与两个所述龙门架(102)均固定在所述基座(101)的顶部,所述竖板(103)一侧的上端与下端均等距固定连接有若干弧形安装架(104)。
2.根据权利要求1所述的人工智能分离装置,其特征在于,还包括:
色谱柱(601),所述色谱柱(601)的顶部和底部分别固定连接有上法兰(602)与下法兰(603),所述色谱柱(601)通过弧形安装架(104)固定在所述竖板(103)上。
3.根据权利要求1所述的人工智能分离装置,其特征在于,所述色谱柱(601)的顶部铰接有顶盖(606),所述竖板(103)上设置有用于开合顶盖(606)的开合组件。
4.根据权利要求1所述的人工智能分离装置,其特征在于,所述色谱柱(601)的底部连通有漏斗形出液管(604),所述出液管(604)的下端设置有出液阀(605),所述顶盖(606)的顶部连通有柱形管,所述柱形管上通过三位三通的阀门(617)连通有洗脱液连接管(615)和进浆连接管(616)。
5.根据权利要求1所述的人工智能分离装置,其特征在于,所述洗脱液连接管(615)通过连接软管一(703)与洗脱液管(701)相连通,所述进浆连接管(616)通过连接软管二(704)与所述进浆管(702)相连通。
6.根据权利要求1所述的人工智能分离装置,其特征在于,还包括:
移动组件(2),所述移动组件(2)包括正反转电机(201)、凹形滑轨(202)、丝杠(204)和移动块(206)。
7.根据权利要求1所述的人工智能分离装置,其特征在于,所述凹形滑轨(202)的两端分别固定在两个所述龙门架(102)的顶部,凹形滑轨(202)的顶部开设有条形孔(207)。
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