Dviejų pagrindinių ultragarso ekstrahavimo procesų palyginimas: išorinė cirkuliacija nuolatinis ekstrahavimas vs. Vidinis tiesioginis ištraukimas

Tokiose srityse, kaip natūralaus produkto ekstrahavimas, biofarmacinis paruošimas ir maisto priedų atskyrimas, ultragarsinis ekstrahavimas, kurio pagrindiniai pranašumai yra žema temperatūra, didelis efektyvumas ir didelis veikliųjų medžiagų išlaikymas, palaipsniui pakeitė tradicinius terminio ir tirpiklio ekstrahavimo procesus. Tarp jų išorinis cirkuliacinis nuolatinis ištraukimas ir įtaisytasis{1}}tiesioginis ištraukimas yra dvi tipiškiausios pramonės įrangos konfigūracijos. Abi yra pagrįstos tuo pačiu pagrindiniu ultragarsinės kavitacijos principu, tačiau dėl konstrukcinių projektų skirtumų labai skiriasi proceso pritaikomumas, gamybos efektyvumas ir eksploatavimo bei priežiūros sąnaudos. Šiame straipsnyje bus pateikta išsami darbo principo, pagrindinio našumo ir taikomų scenarijų analizė, suteikdama mokslinį įmonės pasirinkimo pagrindą.

 

I. Pagrindinis darbo principas ir struktūrinės savybės

(I) Nepertraukiamas ištraukimas iš išorės: dinaminė cirkuliacija, visiškai valdomas nenutrūkstamas procesas
Išorinės cirkuliacijos nepertraukiamo ištraukimo įrangos pagrindinė konstrukcija yra „uždara{0}}cirkuliacija + nuolatinis padavimas ir išleidimas“. Jį sudaro ultragarsinis generatorius, išorinė keitiklių grupė, ištraukimo bakas ir cirkuliacinis siurblys, sudarantys ultragarso ištraukimo sistemą. Jo veikimo logika apima nuolatinį skysčio siurbimą iš ištraukimo bako per cirkuliacinį siurblį, ultragarso pagerinimo apdorojimą išoriniu ultragarso reakcijos vamzdynu, o tada grąžinimą į ištraukimo baką, suformuojant dinamišką uždarą „ištraukimo-ultragarso-refliukso kilpą“.

 

Nepertraukiamos gamybos režimu žaliavos ir tirpikliai nuolat tiekiami nustatytu santykiu. Po kelių etapų ultragarsinio cirkuliacijos apdorojimo, ekstraktas ir likučiai išleidžiami vienu metu ir nuolat, todėl nepertraukiama gamyba pasiekiama 24 valandas. Pagrindinis šios konfigūracijos pranašumas yra tai, kad ultragarso energija yra sutelkta į skystį cirkuliaciniame vamzdyne. Tiksliai kontroliuojant srauto greitį ir ultragarso galią, kiekvienas skysčio lašas gali būti vienodai apdorotas ultragarsu, visiškai išsprendžiant „nepakankamo vietinio ultragarso“ arba „per didelio ultragarso degradacijos“ problemas. Tuo pačiu metu išorinis cirkuliacinis vamzdynas palengvina pagalbinių įrenginių, tokių kaip aušinimas, filtravimas ir tirpiklių regeneravimas, integravimą, sudarydamas integruotą proceso sistemą.

 

(II) Įterpimo{0}}tipo ultragarsinis ištraukimas: supaprastintas integravimas, paketinis procesas naudojant tiesioginę ultragarso energiją

Įterpimo{0}}tipo ultragarsinis ištraukimas turi „vibruojančio strypo“ dizainą, o pagrindinę struktūrą sudaro ištraukimo bakas ir įmontuotas-ultragarsinis vibracinis strypas. Ultragarsinis keitiklis yra pritvirtintas prie bako viršutinės arba šoninės sienelės per flanšą. Vibratorius įterpiamas tiesiai į skystį ir perduoda aukšto -dažnio mechaninę vibraciją (20 kHz) tiesiai į ištraukimo sistemą. Naudodamas kavitaciją, akimirksniu suardo ląstelių sieneles, pagreitindamas veikliųjų medžiagų tirpimą.

 

Šis procesas visų pirma veikia pagal partijos gamybos modelį. Žaliavos ir tirpiklis į baką įpilami vienu veiksmu. Baigus ekstrahavimą naudojant ultragarso sistemą, ekstraktas ir likučiai išleidžiami vienu ypu. Siekiant pagerinti ekstrahavimo vienodumą, bake paprastai yra mažo greičio{3}}maišymo įtaisas, leidžiantis medžiagai laisvai tekėti ultragarso lauke. Jo minimalistinis dizainas leidžia ultragarso energijai tiesiogiai veikti medžiagą, neperduodant dujotiekio, todėl energijos panaudojimas viršija 90% ir išvengiama energijos nuostolių iš išorinių cirkuliacinių vamzdynų.

 

II. Tikslus taikomų scenarijų atitikimas

(I) Nepertraukiamas ištraukimas iš išorės apyvartoje: pagrindinis pasirinkimas didelės{0}}masinės gamybos
Nepertraukiamas išorinės cirkuliacijos ištraukimas, kurio privalumai yra nuolatinis veikimas, didelis pajėgumas ir mažas tirpiklio suvartojimas, tapo pageidaujamu sprendimu didelės{0}}gamybos mastu vidutinėse ir didelėse įmonėse, ypač tinkamas šiais atvejais:

 

1. Didelis-apimtys, būtini pritaikymai: pramoninė masinė tradicinės kinų medicinos sudėtinių ekstraktų, maistinių dažiklių (pvz., liuteino) ir augalinių eterinių aliejų gamyba, kai kasdienio žaliavos perdirbimo poreikis viršija 1 toną;

2. Šilumai -jautrių komponentų išgavimas: lakūs ir lengvai oksiduojami komponentai, tokie kaip imbiero lakusis aliejus, slyvų organinės rūgštys ir tanšinonas IIA, žemos-temperatūros nuolatiniai procesai gali maksimaliai išsaugoti aktyvumą, o ekstrahavimo greitis nuolat viršija 98 %;

3. Didelio-klampumo medžiagų apdorojimas: didelio-klampumo skysčiai, tokie kaip jujube polisacharidai ir Ganoderma lucidum polisacharidai, didelio-takumo-greičio išorinė cirkuliacija gali veiksmingai užkirsti kelią prilipimui ir išdegimui, užtikrinant produkto spalvą ir grynumą;

4. Integravimas su automatizuotomis gamybos linijomis: sklandžiai integruojamas su PLC valdymo sistemomis, tirpiklių regeneravimo įrenginiais ir purškiamomis džiovyklomis, kad būtų galima visiškai-automatizuoti procesą nuo ekstrahavimo iki galutinio produkto.

 

(II) Įterpimo{0}}tipo tiesioginis ištraukimas: idealus sprendimas lanksčiam tyrimams ir plėtrai bei mažoms{1}}paketinei gamybai
Įterpimo-tipo tiesioginis ištraukimas dėl savo paprastos struktūros, patogios operacijos ir mažų modifikavimo išlaidų puikiai tinka moksliniams tyrimams ir plėtrai, taip pat kelių-įvairių, mažų{2}}partijinės gamybos scenarijams. Jo pagrindinės programos apima:

1. Laboratoriniai ir bandomieji{1}}tyrimai ir plėtra: procesų optimizavimas universitetuose ir mokslinių tyrimų institutuose ir nedidelio{2}}masto stiprinimas farmacijos įmonėse. Ultragarso galia, laikas ir kiti parametrai gali būti greitai sureguliuoti, kad būtų užbaigtas proceso patikrinimas;

2. Kelių-įvairių rotacinis gamyba: kosmetikos veikliųjų ingredientų (tokių kaip CBD aliejus) ir nišinių tradicinės kinų medicinos ekstraktų gamyba. Perjungiant partiją reikia tik valyti baką, nereguliuojant sudėtingų vamzdynų;

3. Esamų gamybos linijų atnaujinimas: tradiciniuose ištraukimo rezervuaruose gali būti tiesiogiai įmontuoti-ultragarsiniai vibratoriai, neperstatant gamyklos, o gavybos efektyvumas mažomis sąnaudomis padidėja 2–3 kartus;

4. Mažo-klampumo medžiagų ekstrahavimas: naudojant mažo-klampumo skysčius, tokius kaip arbatos polifenoliai ir krocinas, naudojant tiesioginį panardinamąjį ultragarsą galima greitai suardyti ir ištirpinti ląstelės sienelę, todėl partijos ekstrahavimo laikas sutrumpėja iki 20–40 minučių.

 

III. Technologijų plėtros tendencijos: modulinė integracija ir intelektualioji sintezė

Tiek išorinė cirkuliacija, tiek vidinė ištraukimo įranga vystysis link „moduliavimo, intelekto ir ekologiškumo“: išorinės cirkuliacijos įranga pasieks tikslią zoninę ultragarso galios valdymą, kartu su dirbtinio intelekto algoritmais, siekiant optimizuoti cirkuliacijos srautą ir ištraukimo laiką; vidinėje įrangoje bus pristatyti keičiami ultragarso vibratorių moduliai, pritaikyti prie skirtingų bakų dydžių ir medžiagų savybių. Tuo pačiu metu abi konfigūracijos pagerins tirpiklių regeneravimą ir energiją taupantį dizainą, dar labiau sumažindamos gamybos energijos sąnaudas ir aplinkosaugos išlaidas.

 

Išvada: Išorinės cirkuliacijos nuolatinis ištraukimas ir vidinis tiesioginis ištraukimas yra ne „viršenybės“, o „tinkamumo“ reikalas. Išorinės cirkuliacijos nuolatinis ištraukimas su savo masto ir automatizavimo pranašumais palaiko pagrindinę pramoninės masinės gamybos sistemą; vidinis tiesioginis išgavimas, pasižymintis lankstumu ir mažomis sąnaudomis, sudaro mokslinių tyrimų ir mažų{1}}partijinės gamybos pagrindą.