CN116083166A - 一种微波辅助提取动物油脂的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波辅助提取动物油脂系统和提取方法，该系统包括微波提取单元、冷却单元、排废单元以及自动化控制系单元，微波提取单元对动物油脂进行微波处理并分离出固体及液体产物；冷却单元对提取中产生的热能进行冷却；排废单元排放提取中产生的水分和净化废气并排放；自动化控制系单元控制上述系统。上述系统和提取方法可以减少污染物的排放，缩短提取时间，提高生物柴油原油的提取效率。
Description
技术领域
本发明涉及动物油脂提取的技术领域，尤其涉及一种微波辅助提取动物油脂的系统和方法。
背景技术
近年来，随着现代工业的发展，环境保护以及能源枯竭两大难题越发突显，因此寻求及开发可再生绿色能源是必须重视的现实问题。与化石柴油对比，生物柴油作为一种新型及清洁的可再生能源，具有优良的环保特性、润滑性能及良好的安全性能等优点，因此备受重视。
生物柴油是从植物油、动物脂肪、煮食废油等可再生的油脂经过酯化或酯交换工艺制得的主要成分为长链脂肪酸甲酯的液体燃料，素有“绿色柴油”之称，是优质的石化燃料替代品。目前生物柴油的主要原料是植物油，如芥花籽油、葵花籽油和大豆油等等，虽然植物油为原料的生物柴油，解决能源枯竭的问题，但它的原料是芥花籽、葵花籽、大豆等粮食农作物，用其提取生物柴油不仅会威胁到人们的食物来源且在种植过程中也会消耗大量资源，因此植物油不是一个可靠且价格合理的原料以制得生物柴油。
动物脂肪和煮食废油亦可作为提炼生物柴油的原材料，利用回收被弃置的动物脂肪和煮食废油以提炼生物柴油，转废为能，可支持可持续发展，同时减少堆填区压力。不过，目前从动物脂肪和煮食废油中提取生物柴油的方法多数为酯交换反应以及热解法，这些制备方法均有相应弊端：
1.酯交换反应方法是利用甲醇在催化剂的作用下，对有机油进行化学改性，将有机油中的甘油基取代下来，生成长链脂肪酸甲酯，使之适合作为燃料使用，该方法反应时间长，反应会有大量的碱性废水排放，污染环境；
2.热解方法是利用高温且没有氧气的作用下，对有机油进行热裂解，引发了大分子分离成小分子气体、可凝性挥发分子以及少量碳化物，其中可凝性挥发分子被快速冷却成可流动的液体作为燃料使用，但该方法能耗高，提取时间长，且高温容易导致产品色泽深，影响产品质量。
根据上述分析可知，开发绿色柴油在现代工业社会的重要性越发突显。目前的生物柴油提取技术，虽然可以完成技术要求，却也存在许多的工艺局限和缺点。因此，开发一种无需使用溶剂的同时减少提取时间做到节约提取成本的技术，是现行提取绿色柴油需要解决的问题。
发明内容
针对现有提取生物柴油技术的缺陷以及市场需求，本发明提出了一种微波辅助提取动物油脂的系统及方法，可减少废水及废气的排放，缩短反应时间，降低能耗，提高提取效率。
本发明提出了一种微波辅助提取动物油脂系统，其包括微波提取单元、冷却单元、排废单元以及自动化控制系单元，其中，
微波提取单元用于对动物油脂进行微波处理，并从该系统底部分离出固体及液体产物；
所述排废单元与所述微波提取单元相连接，用于排放提取中产生的水分，并对提取中产生的废气进行净化处理并排出；
所述冷却单元与所述微波提取单元相连接，利用水冷技术对所述微波提取单元产生的热能进行冷却；
所述自动化控制系单元连接并控制所述微波提取单元、冷却单元和排废单元。
进一步，所述微波提取单元包括外型呈圆柱型的夹层壳体，所述夹层壳体内置多个微波发生器，所述微波发生器以轴心对称的分布方式安装在夹层壳体内，所述夹层壳体顶部设置温度传感器、湿度传感器、观察门、排气口以及入料口，所述夹层壳体底部设置液体出料口和固体出料口，所述液体出料口上设置了过滤结构。
进一步，所述微波提取单元内还设有搅拌器，所述搅拌器呈“由”字型，包括金属叶片、搅拌轴和电动机，所述夹层壳体内部形成一个内腔，金属叶片和搅拌轴位于所述内腔内部，所述电动机设置在所述夹层壳体顶部，所述搅拌轴与所述电动机相连，金属叶片焊接在搅拌轴上，电动机带动搅拌轴转动从而带动金属叶片转动。
进一步，金属叶片为“田”字型的金属铁片。
进一步，所述观察门上设置多重安全连锁开关装置以及抗扼流屏蔽组件，所述自动化控制系单元与所述多重安全连锁开关装置相连，所述冷却单元与微波发生器相连，所述排废单元与排气口相连。
进一步，自动化控制系单元包括一个人机界面，可通过人机界面设定工艺参数。
进一步，所述工艺参数包括微波功率和\或加工时间和\或搅拌器的转速。
进一步，所述排废单元通过雾化碱液吸附液来喷淋中和酸性的厌恶性气体，从而净化并排出废气。
本发明还提出一种基于微波辅助提取动物油脂系统的提取方法，其包括如下步骤：
S1关闭出料口，打开入料口，将待提取的动物油脂经过入料口运送到内腔；
S2关闭入料口，于人机界面检查设备开口是否已上锁；
S3于人机界面输入工艺参数，开启冷却单元以及排废单元，然后启动微波提取单元；
S4自动化控制系单元按照设定的工艺参数行驶指令，控制微波发生器、搅拌器；
S5温度传感器自动检测每一指定时间段内炉内温度变化情况，以免温度过高，造成焦化，影响成品质量；
S6透过人机界面以及观察门观察及了解动物油脂在进行微波处理时的状态；
S7微波提取动物油脂的工作时间结束后，自动化控制系单元会发出信号通知用户提取过程已完成并解锁设备相关开口；
S8先打开液体出料口，待液体收集完后再打开固体出料口收集加工残渣。
进一步，对步骤S8提取后的液体继续进行后续净化工序，从而制成生物柴油。
本发明提出的一种微波辅助提取动物油脂系统和提取方法，可以实现对传统酯交换反应以及热解提取方法的取代，避免使用有害的溶剂，减少污染物的排放，缩短了提取时间，从而提高生物柴油原油的提取效率。此外，使用微波辅助提取动物油脂亦可实现快速提取，并且不会出现温度过高导致的焦化。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，其中：
图1为本发明的微波辅助提取动物油脂系统的各组件的连接示意图；
图2为本发明的微波辅助提取动物油脂系统主体结构示意图；
图3为本发明的微波提取单元装置示意图；
图4为本发明的微波提取单元装置的横截面示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1、图2所示，微波辅助提取动物油脂系统包括微波提取单元1、冷却单元2、排废单元3以及自动化控制系单元4。其中，微波提取单元1会对动物油脂进行微波处理，固体及液体产物将通过微波提取单元1底部分离出来，提取中产生的废气则连接排废单元3，通过雾化碱液吸附液来喷淋中和酸性的厌恶性气体，从而净化并排出废气，同时动物油脂在提取的过程中产生的水分亦可通过排废单元3进行排放，而微波提取单元1产生的热能则连接冷却单元2利用水冷技术对其进行冷却。
如图3及图4所示，微波提取单元1包括夹层壳体9、内腔10、观察门11、排气口12、入料口13、液体出料口14以及固体出料口15，观察门11、排气口12以及入料口13都设置在炉体的顶端，液体出料口14以及固体出料口15设置在炉体的底部，利用上进下出的原则提取动物油脂，为分隔液体以及固体，液体出料口上设置了过滤结构，防止大块原料或加工后的产物从液体出料口排出。
夹层壳体9的外型呈圆柱型，内设多个微波发生器5、温度传感器7、湿度传感器8、多重安全连锁开关装置16。微波发生器5以轴心对称的分布方式安装在夹层壳体内，环形围绕着内腔使微波作用更加均匀且无死角，微波发生器5是由磁控管以及电磁波输出组件组成，磁控管是一种用来产生电磁波能的电真空组件，通过高频电磁场与被相互垂直的恒定磁场和电场控制的电子发生相互作用，将电能转换为特定的电磁能，从而产生微波，同时磁控管还配有水冷凹槽，将转换能量时产生的热能通过水冷技术进行降温冷却；电磁波输出组件则是一个空心管道，将磁控管与内腔相连，将磁控管产生的微波传导到内腔10并作用到动物油脂。温度传感器7以及湿度传感器8设置在夹层壳体9顶部，垂直检测炉腔内的温度以及湿度。
微波提取单元1中还设有搅拌器，搅拌器呈“由”字型，包括金属叶片17、搅拌轴18和电动机19，其金属叶片17、搅拌轴18位于内腔内部，电动机19位于夹层壳体9的顶部。金属叶片17为“田”字型的金属铁片，搅拌轴18与电动机19相连，金属叶片17焊接在搅拌轴18上，电动机19带动搅拌轴18转动从而带动金属叶片17转动，当搅拌器的叶片转动时，炉腔内原材料被带动随同一方向匀速的运动，使其和炉内的高频电磁场作相对运动，有利于使材料更加均匀的受到微波的作用，以达到均匀加热的目的。同时，亦可带动炉腔内微波电场的分布，有利于在炉腔内激励起更多的电磁场模式，使微波场分布更加均匀。
观察门11上设置多重安全连锁开关装置16以及抗扼流屏蔽组件，多重安全连锁开关装置16与自动化控制系单元4相连。冷却单元2与微波发生器5相连，排废单元3与排气口12相连，自动化控制系单元4可同时控制微波提取单元1、冷却单元2以及排废单元3。
自动化控制系单元4连接微波提取单元1、冷却单元2以及排废单元3，实现微波提取单元1、冷却单元2以及排废单元3的启动关闭。该系统还包括了人机界面，使用者可以通过人机界面设定工艺参数，如微波功率，加工时间，搅拌器的转速等。同时，亦可实现对提取流程的监测，利用微波提取单元1中的温度及湿度传感器去监测微波处理时炉内的温度及湿度，利用微波提取单元1中的多重安全连锁开关装置16可确保微波处理是在封闭的环境下进行，没有微波从出入料口以及观察门处泄露，保障生产安全。
微波辅助提取动物油脂系统的工作流程：
S1关闭出料口，打开入料口，将待提取的动物油脂经过入料口运送到内腔；
S2关闭入料口，于人机界面检查设备开口是否已上锁；
S3于人机界面输入工艺参数包括微波功率、工作时间、搅拌器转速等，开启冷却单元以及排废单元，然后启动微波提取单元；
S4自动化控制系单元会按照设定的工艺参数行驶指令，控制微波发生器、搅拌器；
S5温度传感器自动检测每一指定时间段内炉内温度变化情况，以免温度过高，造成焦化，影响成品质量；
S6透过人机界面以及观察门观察及了解动物油脂在进行微波处理时的状态；
S7微波提取动物油脂的工作时间结束后，自动化控制系单元会发出信号通知用户提取过程已完成并解锁设备相关开口；
S8使用者需先打开液体出料口，待液体收集完后再打开固体出料口收集加工残渣，可以在收集完毕后关闭出料口；
S9提取后的液体为制作生物柴油的毛油，可继续进行后续脱酸净化等工序，从而制成生物柴油。
微波辅助提取动物油脂的系统和方法所能达到的有益效果是：
1.微波辅助提取动物油脂系统可以实现对传统酯交换反应以及热解法提取方法的取代，避免使用有害的溶剂，减少污染物的排放，缩短了提取时间，从而提高生物柴油原油的提取效率。此外，使用微波辅助提取动物油脂亦可实现快速提取，并且不会出现温度过高导致的焦化。
2.微波辅助提取动物油脂系统具有自动化控制系单元，可对提取过程进行智能检测，控制提取时炉腔内的温度及湿度，同时还能检测观察门的闭合状态，确保提取过程无微波泄漏，保障生产安全。
3.微波辅助提取动物油脂系统，设置搅拌器，当搅拌器在炉腔内转动时可以带动炉腔内原材料随同一方向匀速的运动，有利于使原材料更加均匀的受到微波的作用，同时搅拌器亦可带动炉腔内微波电场的分布，有利于在炉腔内激发起更多的电磁场模式，使微波场分布更加均匀。
4.微波辅助提取动物油脂系统，可以设置不同的微波功率以及搅拌器速度，根据炉腔内原材料的种类、大小以及重量进行调节，适合对不同类型的动物油脂进行提取。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种微波辅助提取动物油脂系统，其特征在于，其包括微波提取单元、冷却单元、排废单元以及自动化控制系单元，其中，
所述微波提取单元对动物油脂进行微波处理，并从该系统底部分离出固体及液体产物；
所述排废单元与所述微波提取单元相连接，用于排放提取中产生的水分，并对提取中产生的废气进行净化处理并排出；
所述冷却单元与所述微波提取单元相连接，利用水冷技术对所述微波提取单元产生的热能进行冷却；
所述自动化控制系单元连接并控制所述微波提取单元、冷却单元和排废单元。
2.根据权利要求1所述的一种微波辅助提取动物油脂系统，其特征还在于，所述微波提取单元包括外型呈圆柱型的夹层壳体，所述夹层壳体内置多个微波发生器，所述微波发生器以轴心对称的分布方式安装在所述夹层壳体内，所述夹层壳体顶部设置温度传感器、湿度传感器、观察门、排气口以及入料口，所述夹层壳体底部设置液体出料口和固体出料口，所述液体出料口上设置过滤结构。
3.根据权利要求2所述的一种微波辅助提取动物油脂系统，其特征还在于，所述微波提取单元内还设有搅拌器，所述搅拌器呈“由”字型，包括金属叶片、搅拌轴和电动机，所述夹层壳体内部形成一个内腔，金属叶片和搅拌轴位于所述内腔内部，所述电动机设置在所述夹层壳体顶部，所述搅拌轴与所述电动机相连，金属叶片焊接在搅拌轴上，电动机带动搅拌轴转动从而带动金属叶片转动，金属叶片为“田”字型的金属铁片。
4.根据权利要求3所述的一种微波辅助提取动物油脂系统，其特征还在于，所述观察门上设置多重安全连锁开关装置以及抗扼流屏蔽组件，所述自动化控制系单元与所述多重安全连锁开关装置相连，所述冷却单元与微波发生器相连，所述排废单元与排气口相连。
5.根据权利要求1所述的一种微波辅助提取动物油脂系统，其特征还在于，自动化控制系单元包括一个人机界面，可通过人机界面设定工艺参数。
6.根据权利要求5所述的一种微波辅助提取动物油脂系统，其特征还在于，所述工艺参数包括微波功率和\或加工时间和\或搅拌器的转速。
7.根据权利要求1所述的一种微波辅助提取动物油脂系统，其特征还在于，所述排废单元通过雾化碱液吸附液来喷淋中和酸性的厌恶性气体，从而净化并排出废气。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的微波辅助提取动物油脂系统的提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1关闭出料口，打开入料口，将待提取的动物油脂经过入料口运送到内腔；
S2关闭入料口，于人机界面检查设备开口是否已上锁；
S3通过人机界面输入工艺参数，开启冷却单元以及排废单元，然后启动微波提取单元；
S4自动化控制系单元按照设定的工艺参数行驶指令，控制微波发生器、搅拌器；
S5温度传感器自动检测每一指定时间段内炉内温度变化情况，以免温度过高，造成焦化，影响成品质量；
S6透过人机界面以及观察门观察及了解动物油脂在进行微波处理时的状态；
S7微波提取动物油脂的工作时间结束后，自动化控制系单元发出信号通知用户提取过程已完成并解锁设备相关开口；
S8先打开液体出料口，待液体收集完后再打开固体出料口收集加工残渣。
9.根据权利要求8所述的一种提取方法，其特征还在于，对步骤S8提取后的液体继续进行后续净化工序，从而制成生物柴油。
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