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        基于TRIZ理論提高閃式提取器的過濾效率

        2020-04-24 09:43:10馬文錦劉曉風(fēng)李梅林周彥兵
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2020年6期
        關(guān)鍵詞:閃式過濾網(wǎng)懸浮物

        馬文錦,劉曉風(fēng),李梅林,王 博,周彥兵

        (1.甘肅省輕工研究院有限責(zé)任公司,甘肅 蘭州 730030;2.蘭州理工大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730050)

        閃式提取器是一種用于植物軟、硬組織破碎的新型提取器,依靠高速機(jī)械剪切力和超動分子滲濾技術(shù),在室溫及溶劑存在條件下,數(shù)秒鐘內(nèi)把植物的根、莖、葉、花、果實(shí)等物料破碎至細(xì)微顆粒,并使有效成分迅速達(dá)到組織內(nèi)外平衡,通過過濾達(dá)到提取目的[1-3]。該儀器能最大限度地保留植物有效成分,不會受熱破壞,具有溶劑用量小、提取時(shí)間短、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、使用安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。但是在使用過程中,由于密封圈、閃提刀頭、控制系統(tǒng)和過濾孔徑不完善,造成物料有效成分提取率較低,無法發(fā)揮閃提器的工作效率優(yōu)勢[4]。選擇TRIZ理論解決閃式提取器存在過濾效果不好的問題,對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),為TRIZ理論解決機(jī)電產(chǎn)品中的不足提供了一種有效方法。

        1 閃式提取器工作原理及系統(tǒng)存在問題分析

        閃式提取器工作原理見圖1。

        由圖1可知,從投料口投入提取物料,從溶劑管道中加入提取溶劑,調(diào)節(jié)至需要的溫度,設(shè)定好提取時(shí)間(一般在10 min之內(nèi)),啟動控制器、高速電機(jī)帶動閃提系統(tǒng)開始提??;在設(shè)定時(shí)間內(nèi)提取完畢,閃提器自動進(jìn)入低速攪拌狀態(tài);開啟排液閥門,提取液在重力作用下自動排出。當(dāng)液面低于閃提刀頭時(shí),閃提系統(tǒng)自動關(guān)閉;繼續(xù)排液,直至完全排出。關(guān)閉排液閥門,開啟加熱系統(tǒng)(用蒸汽加熱),對濾網(wǎng)上的提取物殘?jiān)M(jìn)行加熱、烘干,蒸發(fā)的溶劑氣體進(jìn)入溶劑回收系統(tǒng)。

        系統(tǒng)主要存在以下問題:①密封圈氣密性差;②閃提刀頭易腐蝕磨損;③控制系統(tǒng)不智能、不完善;④過濾效率低下(濾網(wǎng)孔徑)。其中,過濾是影響閃式提取器工作效率高低的最主要原因。

        2 利用矛盾對閃式提取器進(jìn)行過濾優(yōu)化

        2.1 TRIZ理論及矛盾

        TRIZ是專門研究創(chuàng)新設(shè)計(jì)的理論,作為解決技術(shù)問題或發(fā)明問題的一種強(qiáng)有力方法,并不是針對某個(gè)具體的機(jī)構(gòu)、機(jī)械或過程,而是要建立解決問題的模型,指明問題解決對策的探索方向。TRIZ理論將工程矛盾分為3類:即物理矛盾、技術(shù)矛盾和管理矛盾[5-6]。物理矛盾通常利用4大分離原理,包括空間分離、時(shí)間分離、條件分離、整體與部分分離[7]。技術(shù)矛盾解決原理包括分割、抽取、局部質(zhì)量等在內(nèi)的40個(gè)創(chuàng)新原理[8]。管理矛盾一般不被視為矛盾,因?yàn)槠渲胁淮嬖趨?shù)或需求上的矛盾,但是它指示了存在于達(dá)到期望目標(biāo)和可用于應(yīng)對它的手段之間的矛盾。技術(shù)矛盾設(shè)計(jì)的是一個(gè)系統(tǒng),物理矛盾涉及的是一個(gè)組件,更能體現(xiàn)核心矛盾[9]。

        2.2 過濾優(yōu)化

        以物料的粒度尺寸為研究對象定義物理矛盾:在提取過程中,物料粒度越小越易于有效成分的提取,提取完成后,對提取液與廢渣進(jìn)行過濾分離,粒度小,孔徑容易堵塞。設(shè)置物料的粒度尺寸為參數(shù)。

        應(yīng)用TRIZ創(chuàng)新理論的“物理矛盾”分析方法[10],獲得的解決方案為:①在提取后向提取液中添加絮凝劑,小顆粒物絮凝成大顆粒物質(zhì),使廢渣顆粒物與提取液進(jìn)行有效的固液分離,濾網(wǎng)不容易堵塞,提高過濾效率。該方案現(xiàn)場改造方便,改造成本不高,具有很高的可行性。②采用分級過濾方法對不同粒度物料進(jìn)行逐漸分離,截留不同尺寸的懸浮物,減少顆粒物對過濾網(wǎng)的堵塞時(shí)間,提高過濾效率。

        應(yīng)用TRIZ創(chuàng)新理論的“物場模型”分析方法,獲得的解決方案為:①加入機(jī)械場(壓縮空氣) 或者加入機(jī)械場(振動篩)。在過濾網(wǎng)底部通入壓縮空氣,使懸浮物無法截留于過濾網(wǎng),防止懸浮物堵塞過濾孔,提高過濾效果;在過濾網(wǎng)上裝置機(jī)械能,使過濾網(wǎng)不規(guī)則擺動,防止顆粒靜置堵塞過濾孔,從而達(dá)到快速過濾的目的。②加入電場。提取完成后,在電場的作用下,金屬電極產(chǎn)生陽離子在進(jìn)入水體時(shí)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng),陽極產(chǎn)生電子形成“微絮凝劑”,使溶液中的懸浮顆粒在微絮凝劑的作用下失去穩(wěn)定性,和絮凝劑之間相互碰撞,結(jié)合成肉眼可見的大顆粒,這樣就使懸浮物無法堵塞過濾孔,從而提高溶液的過濾效果。③加入磁場。在電絮凝的基礎(chǔ)上把磁場效應(yīng)引入溶液中,借助磁場效應(yīng)對懸浮顆粒進(jìn)行絮凝沉淀,達(dá)到快速過濾的目的。

        加入機(jī)械場見圖2,加入電場見圖3。

        3 結(jié)論

        通過TRIZ創(chuàng)新理論方法的應(yīng)用,對閃式提取器過濾進(jìn)行了多方面改進(jìn)及創(chuàng)新,對解決過濾效率低下,問題有較好的幫助,對閃式提取器技術(shù)突破起到了很大作用,同時(shí)對閃式提取器生產(chǎn)技術(shù)指明了發(fā)展方向。

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