一種用于植物超細粉碎的水射流磨的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及超細粉碎技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及用于植物類中藥材和精油等原料的超細水射流磨。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代社會健康水平的提高，以及人們對“回歸自然”理念的認同，以天然植物為原材料的藥物、食品、保健及護膚品等越來越得到重視，其中，植物類中草藥有效成分的浸提和植物性香料的精油和香氣浸提，是通過對植物的根、根莖、皮、葉、花、果、種子進行所謂“細胞壁破碎”后，再采用傳統(tǒng)的浸提方法，如煎煮法、浸漬法、滲漉法、回流提取法、水蒸氣蒸餾法等，或較為新穎的浸提方法，如半仿生提取法、超聲提取法、超臨界流體萃取法、旋流提取法、加壓逆流提取法、酶法提取法等。
[0003]天然植物的生物活性成分通常是以初級代謝產(chǎn)物如纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、樹膠等為基體，分布于細胞內(nèi)和細胞間質(zhì)中。在溶出時，必須先透過細胞壁和細胞膜才能釋放。但通常植物的細胞組織緊密，細胞壁也很厚，使溶劑不易滲透和擴散，有效成分或可溶物很難被浸提出來。
[0004]若將植物超細粉碎至平均粒徑約<5?ΙΟμπι，使其粒度小于一般植物細胞的直徑10?ΙΟΟμπι，可使大部分細胞壁打破，達到細胞破壁率2 95%的效果，實現(xiàn)所謂“細胞壁破碎” ο由于超細粉碎使植物的顆粒尺寸大大減小，比表面積增加，植物生物活性成分溶出度和提取率顯著提高，同時也提高了植物的有效利用率。
[0005]現(xiàn)有將植物進行超細粉碎的方法包括，介質(zhì)磨剝類粉磨設(shè)備，如振動磨和攪拌磨，這類超細粉碎方法存在著摩擦發(fā)熱，使植物的生物活性成分受熱劣化和所含芳香性及揮發(fā)性成分易揮發(fā)損失等問題，還存在著研磨介質(zhì)磨損參雜污染的問題。
[0006]現(xiàn)有將植物進行超細粉碎的方法還包括，干法機械沖擊粉碎和氣流粉碎，由于植物纖維的韌性，使得沖擊粉碎效率難以提高，同時，由于植物纖維的可燃性，粉碎過程中存在著粉塵爆炸的可能，使粉碎系統(tǒng)須采用較復(fù)雜的防暴工藝，并配置成本較高的防暴裝置。深冷粉碎可解決韌性植物纖維的粉碎問題，但生產(chǎn)成本較高。
[0007]水射流技術(shù)是20世紀60年代逐漸發(fā)展起來的，由起初的水射流開采，逐步發(fā)展到水射流清洗、切割等領(lǐng)域，到80年代中期，美國密蘇里一羅拉(Missour-Rilla)大學(xué)，首先利用高壓水射流進行了木材、廢紙制漿、城市固體垃圾處理，以及煤和礦物的粉碎試驗，從而開始了水射流粉碎技術(shù)的研究，并日益引起人們的重視。
[0008]水射流粉碎利用高壓水(通常壓力為5?80MPa)，經(jīng)噴嘴加速所形成的高聚能水射流沖擊物料，使物料在沖擊壓縮、水楔張力、空化剝蝕等壓縮和拉伸應(yīng)力的復(fù)合作用下粉碎。其粉碎機理包括:高壓水射流沖擊的壓縮粉碎作用;高壓水射流沖擊的水楔一拉伸粉碎作用;湍流一空化剝蝕粉碎作用;脈沖射流的水錘粉碎作用；物料與靶體的沖擊粉碎作用；物料與腔體壁面的摩擦粉碎作用。根據(jù)水射流磨不同的設(shè)計結(jié)構(gòu)，除了脈沖射流的水錘粉碎作用或物料與靶體的沖擊粉碎作用有可能不存在外，其它作用形成了對物料的復(fù)合粉碎效果。
[0009]由于水射流的高聚能沖擊，在物料內(nèi)部晶粒界面處產(chǎn)生應(yīng)力波反射所形成的張力，致使物料卸載破壞。高度的能量聚集和接近音速或超音速的射流速度，使被粉碎物料的加載時間極短，且能量高度集中，物料以解理的方式被粉碎，因此，高壓水射流磨具有的特點包括:張力作用的解理粉碎方式顯著降低粉碎能耗，提高粉碎效率;劇烈的湍流作用可以避免細顆粒的團聚，有利于粉碎和分級；可以很好地保持顆粒的原始結(jié)晶形態(tài)和表面光潔度；因良好的解離性與分離特性，可使物料內(nèi)部的不同成分更好地分開，因而，在粉碎的同時具有提純作用。通常水射流粉碎適合于解理發(fā)育充分的晶體，如層狀結(jié)構(gòu)、鏈狀結(jié)構(gòu)和菱面體結(jié)構(gòu)等。
[0010]雖然水射流粉碎技術(shù)已展示了良好的應(yīng)用前景，但目前國內(nèi)外能應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的水射流粉碎裝置卻屈指可數(shù)，使水射流粉碎技術(shù)的發(fā)展受到制約，其主要原因一方面是已有的水射流粉碎裝置在技術(shù)上還不成熟，以及水射流粉碎的粒度控制和新型高效水射流粉碎裝置的開發(fā)相對滯后。另一方面，可適用的、解理發(fā)育充分的晶體物料有限，也影響到其應(yīng)用。
[0011 ]但對于天然植物，其纖維組成結(jié)構(gòu)，特別適合于水射流粉碎在水楔一拉伸張力作用下，進行纖維溶脹下的松解式粉碎。同時，由于粉碎采用水作為能量傳遞介質(zhì)，有助于水溶性或脂溶性植物基體細胞內(nèi)的生物活性成分，在高速射流沖擊粉碎的微細化過程中，細胞破壁溶出，以及在劇烈的空化減壓和湍流乳化作用下的快速溶出，使粉碎產(chǎn)物以濕溶膠的形式，直接作為蒸餾法提取生物活性成分的前驅(qū)體。而且，水射流在較低的低溫下粉碎，可以保留植物的活性成分。此外，水射流也可以對新鮮植物的葉、花、果直接進行碎解。因此，水射流粉碎在天然植物有效成分的浸提和精油及香氣浸提中的應(yīng)用，拓展了水射流粉碎技術(shù)應(yīng)用的新領(lǐng)域。
[0012]國內(nèi)外既有水射流粉碎裝置，分為三種形式:直接水射流水流磨(StraightWaterJet);前混合物料射流水流磨(DIA Jet);后混合物料射流水流磨(Abrasive EntrainedWater Jet)。其中:
[0013]美國Missour1-Rilla大學(xué)研制的水射流雙圓盤式粉碎機，為直接水射流水流磨，用于煤的粉碎。其結(jié)構(gòu)與原理為:上、下圓盤分別由電機驅(qū)動，并可獨立調(diào)整圓盤的相對速度；當煤通過一個和頂部圓盤同軸安裝的進料管給入兩圓盤構(gòu)成的破碎腔時，離心力將煤塊朝外甩向旋轉(zhuǎn)的圓盤表面，由電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)頭上的噴嘴形成的水射流直接射入兩圓盤間的間隙，沖擊兩圓盤間受到機械破碎的煤;粉碎后小于粒度要求的煤顆粒通過起分級作用的縫隙射出，大顆粒則在粉碎腔內(nèi)進一步粉碎。
[0014]意大利卡利亞里大學(xué)DMM實驗室研制的旋轉(zhuǎn)射流磨機，為直接水射流水流磨，用于煤的粉碎。其結(jié)構(gòu)與原理為:在破碎腔的環(huán)形壁和錐形中心形成的圓形漏孔上方有兩個旋轉(zhuǎn)的噴嘴噴槍;物料落到錐形體下部進入破碎腔并迫使粉碎后的物料通過漏孔，再與位于下面的沖擊板進行再一次沖擊粉碎。與此類似的另一種直接水射流磨煤裝置是:水射流經(jīng)旋轉(zhuǎn)接頭由噴嘴射向容器內(nèi)的煤粒，煤粒在極短的時間內(nèi)被水射流不斷沖擊，并在湍流和空化沖蝕效應(yīng)作用下，煤粒得以細化。
[0015]上述兩種水射流粉碎裝置，由于不同程度采用了電機驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，使得粉碎裝置有些復(fù)雜，以及帶來磨損和高壓水密封等問題，其水射流沖擊強度有限，用于易于解理的煤的粉碎，也是水射流磨的初期結(jié)構(gòu)。
[0016]德國AKW公司和丹麥朗尼公司(APVRASNNIEA/S)的超細剝片水射流粉碎裝置，為前混合物料射流水流磨。其結(jié)構(gòu)與原理為:高壓水分為二路，其中一路經(jīng)節(jié)流閥進入高壓儲料罐底部的流態(tài)化室，使罐內(nèi)物料局部流態(tài)化，同時獲得流動初速度;另一路高壓水進入混合室，并與來自流態(tài)化室的物料漿液充分混合，混合后的漿液被輸送到噴嘴被加速，料液中的物料受到噴嘴壁的摩擦作用而部分地被剪切粉碎，并向靶體撞擊進一步粉碎。
[0017]另一種超細均化器，也屬于前混合物料射流水流磨，其結(jié)構(gòu)與原理為:通過高壓裝置加壓使超細或剝片的顆粒漿料在流化床內(nèi)處于高壓之中并產(chǎn)生均勻化，當漿料經(jīng)由噴嘴時以每秒數(shù)百米的速度噴射在靶體上，由于顆粒漿料在通過孔隙時的互相摩擦剪切，加之漿體擠出后壓力突然降低所產(chǎn)生的空化沖蝕效應(yīng)，以及顆粒漿料噴射在靶體所產(chǎn)生的強大沖擊力，使得被超細剝片的顆粒沿晶層間解理或缺陷處爆裂，從而實現(xiàn)超細剝片的目的。
[0018]上述兩種前混合物料射流水流磨，雖然獲得較高的能量效率，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、不能連續(xù)作業(yè)，每次裝料有限、生產(chǎn)效率低，以及噴嘴容易堵塞和磨損，故適用于粉碎低硬度，且原料粒度較小的物料。
[0019]后混合物料水射流磨，其結(jié)構(gòu)與原理為:高壓水經(jīng)