Dezvoltarea sistemului de echipamente de extracție a plantelor asistat cu ultrasunete

Majoritatea ingredientelor eficiente din plante există în celule. Cum să le extragi eficient și să le aplici în industrii precum biomedicina și produsele chimice alimentare. Acesta este unul dintre punctele fierbinți de cercetare ale subiectelor de cercetare științifică în această etapă. Explorarea proceselor avansate de extracție și dezvoltarea echipamentelor eficiente de extracție a plantelor sunt cheia pentru studierea extracției ingredientelor eficiente din plante.

Perturbarea cu ultrasunete este o metodă eficientă de distrugere a celulelor sau organelelor. Mecanismul său este fenomenul de cavitație de la generarea, creșterea bulelor, până la fragmentarea bulelor atunci când ultrasunetele acționează asupra soluției. Unda de șoc și forța de forfecare cauzate de fenomenul de cavitație fac celulele să se lizeze, iar ingredientele eficiente din celule sunt eliberate instantaneu în solvent, îmbunătățind astfel eficiența extracției și scurtând timpul de extracție. Utilizarea tehnologiei de perturbare cu ultrasunete pentru extracția plantelor are caracteristicile unei viteze rapide de extracție, viteze mari de extracție și selectivitate bună. În plus, extracția cu ultrasunete are avantajele unui volum mare de procesare unică, repetabilitate bună și operare simplă. Prin urmare, tehnologia de extracție cu ultrasunete este utilizată pe scară largă în extracția ingredientelor eficiente din plante. Această tehnologie a obținut anumite rezultate și a jucat un rol important în domeniul extracției plantelor.

Dezvoltarea echipamentelor de extracție a plantelor asistate cu ultrasunete

Echipamentele de extracție cu ultrasunete la scară de laborator includ în principal extractoare cu ultrasunete în baie de apă și extractoare cu ultrasunete cu sondă, și anume produse de curățare cu ultrasunete și concasoare de celule cu ultrasunete. Traductorul ultrasonic al curățătorului cu ultrasunete este adsorbit pe fundul băii din oțel inoxidabil. Caracteristica sa este că folosește o combinație de traductoare multiple pentru a funcționa, iar puterea totală a ultrasunetelor poate fi relativ mare, dar puterea pe unitate de volum este mică. Transductorul sondă al concasorului cu ultrasunete poate fi introdus în orice recipient de extracție necesar. Caracteristica sa este că folosește un singur traductor cu ultrasunete de mare putere, care este focalizat pentru a mări puterea pe unitate de volum, dar puterea totală este relativ mică. Efectul de extracție al extractorului cu ultrasunete cu sondă este mai bun decât al extractorului cu ultrasunete pe baie de apă.

Echipamentul de extracție a instalațiilor existente în China este de tipul producției industriale, iar capacitatea rezervorului de extracție este mare, ceea ce nu este potrivit pentru predare și cercetare științifică. Prin investigație, înțelegem starea actuală și tendința de dezvoltare a tehnologiei și echipamentelor de extracție a ingredientelor active din plante în țară și în străinătate. Având în vedere situația specifică și nevoile reale ale Școlii de Inginerie Chimică a Universității Huaqiao, am proiectat un rezervor de extracție care combină circulația de încălzire externă, dispozitivele de zdrobire cu ultrasunete și agitare electrică în combinație cu condițiile și resursele de echipament existente și am produs un sistem de echipamente de extracție a plantelor asistate cu ultrasunete de tip sondă constând dintr-un dispozitiv de încălzire, un dispozitiv de extracție și un dispozitiv de control. Designul rezervorului de extracție este cheia dezvoltării acestui echipament.

1.1 Dispozitiv de încălzire

Cele mai multe dintre echipamentele de extracție cu ultrasunete de tip sondă disponibile comercial utilizează încălzire cu baie de aer și temperatură constantă. Temperatura de încălzire este neuniformă și stabilitatea nu este ușor de menținut. Este foarte ușor să provocați supraîncălzirea locală, cocsificarea și lipirea, ceea ce afectează foarte mult calitatea extractului și eficiența extracției plantelor. Pentru încălzirea externă se folosește o baie de apă cu temperatură super constantă, iar o pompă de circulație pentru baie de apă este folosită pentru a introduce apă caldă în mantaua rezervorului de extracție pentru a încălzi materialul din rezervorul de extracție, astfel încât materialul să se încălzească rapid și să fie constant la temperatura de extracție necesară; evitându-se astfel fenomenul de cocsificare și schimbarea nucleară cauzată de contactul direct între materialul solid din rezervorul de extracție și peretele și fundul cilindrului de încălzire.

1.2 Dispozitiv de extracție

În comparație cu rezervorul de extracție static tradițional sau cu rezervorul de extracție cu agitare, acest echipament de extracție combină dispozitivul cu ultrasunete și dispozitivul electric de agitare, ceea ce nu numai că simplifică echipamentul și economisește spațiu, dar utilizează și efectul sinergic al procesului avansat de extracție cu ultrasunete și agitare electrică pentru a face materialul să se încălzească uniform, evitând distrugerea activității locale a excesului de temperatură, asigurând calitatea excesului de căldură. a extractului.

Rezervorul de extracție din acest articol este fabricat din oțel inoxidabil, iar corpul rezervorului adoptă un design de butoi cilindric îmbrăcat cu un diametru al butoiului de 20 cm, o înălțime de 50 cm, un raport diametru-înălțime de 2:5 și un volum de aproximativ 15L. Capacul superior al rezervorului de extracție este proiectat cu un orificiu de introducere a sondei cu ultrasunete (40) și un orificiu de acces pentru tija de agitare pentru agitator electric (26). În același timp, un tub de conectare al detectorului de temperatură, un tub de prelevare și un tub de aerisire (interfețe cu un diametru de 10 fiecare) sunt proiectate pentru a monitoriza temperatura și efectul de extracție în timp real. Rezervorul de extracție are o capacitate mică, o structură simplă și este ușor de operat. Este potrivit pentru predarea experimentală și experimentele de cercetare științifică.

1.3 Dispozitiv de control

Efectul sinergic al băii de apă cu temperatură super constantă și al pompei de apă de circulație este utilizat pentru a realiza controlul automat al temperaturii de circulație a extractului; colectorul automat pas cu pas și sistemul de pompă de circulație sunt utilizate pentru a preleva automat extractul, astfel încât să monitorizeze parametrii procesului de extracție și să asigure eficiența extracției.

2 Compoziția și principiul de funcționare al sistemului de echipamente

Sistemul de echipamente de extracție din această lucrare include în principal baia de apă cu temperatură super constantă, rezervorul de extracție a plantelor, concasorul cu ultrasunete, agitatorul electric, colectorul parțial automat și alte componente.

Sistemul de echipamente folosește tehnologia de extracție cu ultrasunete pentru extracția plantelor. Principiul său de lucru este de a utiliza fenomenul de cavitație, acțiunea mecanică și efectul termic al ultrasunetelor pentru a promova eliberarea rapidă a ingredientelor eficiente ale extractului în solvent pentru a atinge scopul extracției rapide. Eficiența zdrobirii cu ultrasunete depinde de frecvența sunetului, energia sonoră, timpul de procesare, concentrația celulei și tipul celulei.

În timpul procesului de lucru al sistemului de echipamente, o baie de apă cu temperatură super constantă este utilizată pentru a încălzi și a controla cu precizie temperatura de extracție necesară. Baia de apa preincalzita este introdusa in mantaua rezervorului de extractie, iar materialul este incalzit rapid si controlat automat de baia de apa circulanta. Deoarece temperatura băii de apă are o gamă largă controlabilă, este mai potrivită pentru extracția la temperatură scăzută a produselor naturale. Este adoptat designul rezervorului de extracție din oțel inoxidabil cu manta, iar materialul este încălzit de baia de apă cu manta, ceea ce favorizează încălzirea uniformă a materialului și evită cocsarea locală. Adăugând o sondă cu ultrasunete în partea de sus a rezervorului și folosind un concasor de celule cu ultrasunete pentru extracția cu ultrasunete, eficiența extracției ingredientelor active ale plantei poate fi mult îmbunătățită. În același timp, la rezervorul de extracție se adaugă un agitator electric pentru a amesteca și a întoarce continuu materialul din rezervorul de extracție, ceea ce contribuie la îmbunătățirea eficienței extracției. Un colector parțial automat este utilizat pentru a seta eșantionarea în timp, pentru a analiza ingredientele active ale plantei, pentru a monitoriza efectul de extracție și pentru a face procesul de extracție controlabil în timp real.

3 Caracteristicile sistemului de echipamente de extracție a plantelor

1) Acest sistem de echipamente adoptă un design al rezervorului de extracție care combină încălzirea cu circulație exterioară a băii de apă, zdrobirea cu ultrasunete și dispozitivul electric de agitare. Are avantajele unei eficiențe termice ridicate, consum redus de energie, calitate bună a extractului și viteză ridicată de extracție. Rezolvă problemele de eficiență scăzută a extracției, timp lung de extracție, randament scăzut și consum mare de energie în metodele tradiționale de extracție precum extracția, presarea, extracția și extracția prin reflux.

2) Micul echipament de extracție cu ultrasunete vândut în prezent pe piață este în general scump, cu cel mai mic preț de 50.000 de yuani pe unitate. În plus, toți folosesc băi de aer pentru a încălzi materialele, iar stabilitatea nu poate fi garantată; sau pentru că rezervorul de extracție este mare ca dimensiune și capacitate (mai mult de 40L), ocupă mult spațiu și utilizează foarte multe materiale, ceea ce nu este potrivit pentru utilizarea în laborator. Rezervorul de extracție al acestui sistem de echipamente de extracție este de dimensiuni mici, simplu ca structură și ușor de operat. Este mai potrivit pentru predarea experimentală și experimentele de cercetare științifică, reflectând avantajele prețului scăzut și calității bune.

3) Folosind baia de apă cu temperatură super constantă originală, concasorul cu ultrasunete, colectorul automat în trepte și pompa peristaltică și alte resurse de echipamente și folosind unele accesorii, cum ar fi agitatoarele electrice pentru deșeuri, după procesare, transformare, combinare și potrivire, acest sistem de echipamente de extracție este proiectat și fabricat; nu numai că realizează scopul și cerințele proiectării, dar, de asemenea, folosește pe deplin valoarea efectivă a echipamentelor reziduale, economisește fonduri experimentale și crește investițiile.

Concluzie

Sistemul de circulație a încălzirii externe combinat cu tehnologia asistată cu ultrasunete este utilizat pentru proiectarea și fabricarea echipamentelor experimentale adecvate pentru extracția componentelor eficiente ale produselor naturale, atingând obiectivele de îmbunătățire a eficienței termice, accelerarea vitezei de extracție și creșterea ratei de extracție. De fapt, a fost aplicat experimentului de extracție a polifenolilor din ceai și a obținut rezultate bune și are o anumită valoare practică. Este de așteptat ca acest sistem de echipamente să aibă perspective largi de aplicare în extracția polizaharidelor, polifenolilor și flavonoidelor din plante.