一种用于植物超细粉碎的水射流磨制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于植物超细粉碎的水射流磨，包括上部进料分级结构和下部喷嘴粉碎结构，所述上部进料分级结构与所述下部喷嘴粉碎结构密封连接，上部进料分级结构与下部喷嘴粉碎结构之间设有扁平环管形粉碎腔和叶片分级冲击环。本实用新型专利技术强化了高压水射流的冲击压缩粉碎和壁面摩擦粉碎及湍流空化剥蚀粉碎作用，并利用植物的纤维结构及水的溶胀和松解作用，使高压水射流的压缩和拉伸应力得到充分的发挥，同时还利用了叶片流道和涡旋流场的惯性力对粒度进行分级控制。本实用新型专利技术被专门设计用于天然植物有效成分的浸提和精油及香气浸提过程中对植物纤维颗粒的超细粉碎，也可用于新鲜植物叶、花、果的直接碎解。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及超细粉碎
，更具体地说，涉及用于植物类中药材和精油等原料的超细水射流磨。
技术介绍
随着现代社会健康水平的提高，以及人们对“回归自然”理念的认同，以天然植物为原材料的药物、食品、保健及护肤品等越来越得到重视，其中，植物类中草药有效成分的浸提和植物性香料的精油和香气浸提，是通过对植物的根、根茎、皮、叶、花、果、种子进行所谓“细胞壁破碎”后，再采用传统的浸提方法，如煎煮法、浸渍法、渗漉法、回流提取法、水蒸气蒸馏法等，或较为新颖的浸提方法，如半仿生提取法、超声提取法、超临界流体萃取法、旋流提取法、加压逆流提取法、酶法提取法等。天然植物的生物活性成分通常是以初级代谢产物如纤维素、淀粉、蛋白质、树胶等为基体，分布于细胞内和细胞间质中。在溶出时，必须先透过细胞壁和细胞膜才能释放。但通常植物的细胞组织紧密，细胞壁也很厚，使溶剂不易渗透和扩散，有效成分或可溶物很难被浸提出来。若将植物超细粉碎至平均粒径约＜5～l0μm，使其粒度小于一般植物细胞的直径10～100μm，可使大部分细胞壁打破，达到细胞破壁率≥95％的效果，实现所谓“细胞壁破碎”。由于超细粉碎使植物的颗粒尺寸大大减小，比表面积增加，植物生物活性成分溶出度和提取率显著提高，同时也提高了植物的有效利用率。现有将植物进行超细粉碎的方法包括，介质磨剥类粉磨设备，如振动磨和搅拌磨，这类超细粉碎方法存在着摩擦发热，使植物的生物活性成分受热劣化和所含芳香性及挥发性成分易挥发损失等问题，还存在着研磨介质磨损参杂污染的问题。现有将植物进行超细粉碎的方法还包括，干法机械冲击粉碎和气流粉碎，由于植物纤维的韧性，使得冲击粉碎效率难以提高，同时，由于植物纤维的可燃性，粉碎过程中存在着粉尘爆炸的可能，使粉碎系统须采用较复杂的防暴工艺，并配置成本较高的防暴装置。深冷粉碎可解决韧性植物纤维的粉碎问题，但生产成本较高。水射流技术是20世纪60年代逐渐发展起来的，由起初的水射流开采，逐步发展到水射流清洗、切割等领域，到80年代中期，美国密苏里—罗拉(Missour-Rilla)大学，首先利用高压水射流进行了木材、废纸制浆、城市固体垃圾处理，以及煤和矿物的粉碎试验，从而开始了水射流粉碎技术的研究，并日益引起人们的重视。水射流粉碎利用高压水(通常压力为5～80MPa)，经喷嘴加速所形成的高聚能水射流冲击物料，使物料在冲击压缩、水楔张力、空化剥蚀等压缩和拉伸应力的复合作用下粉碎。其粉碎机理包括：高压水射流冲击的压缩粉碎作用；高压水射流冲击的水楔—拉伸粉碎作用；湍流一空化剥蚀粉碎作用；脉冲射流的水锤粉碎作用；物料与靶体的冲击粉碎作用；物料与腔体壁面的摩擦粉碎作用。根据水射流磨不同的设计结构，除了脉冲射流的水锤粉碎作用或物料与靶体的冲击粉碎作用有可能不存在外，其它作用形成了对物料的复合粉碎效果。由于水射流的高聚能冲击，在物料内部晶粒界面处产生应力波反射所形成的张力，致使物料卸载破坏。高度的能量聚集和接近音速或超音速的射流速度，使被粉碎物料的加载时间极短，且能量高度集中，物料以解理的方式被粉碎，因此，高压水射流磨具有的特点包括：张力作用的解理粉碎方式显著降低粉碎能耗，提高粉碎效率；剧烈的湍流作用可以避免细颗粒的团聚，有利于粉碎和分级；可以很好地保持颗粒的原始结晶形态和表面光洁度；因良好的解离性与分离特性，可使物料内部的不同成分更好地分开，因而，在粉碎的同时具有提纯作用。通常水射流粉碎适合于解理发育充分的晶体，如层状结构、链状结构和菱面体结构等。虽然水射流粉碎技术已展示了良好的应用前景，但目前国内外能应用于工业生产的水射流粉碎装置却屈指可数，使水射流粉碎技术的发展受到制约，其主要原因一方面是已有的水射流粉碎装置在技术上还不成熟，以及水射流粉碎的粒度控制和新型高效水射流粉碎装置的开发相对滞后。另一方面，可适用的、解理发育充分的晶体物料有限，也影响到其应用。但对于天然植物，其纤维组成结构，特别适合于水射流粉碎在水楔—拉伸张力作用下，进行纤维溶胀下的松解式粉碎。同时，由于粉碎采用水作为能量传递介质，有助于水溶性或脂溶性植物基体细胞内的生物活性成分，在高速射流冲击粉碎的微细化过程中，细胞破壁溶出，以及在剧烈的空化减压和湍流乳化作用下的快速溶出，使粉碎产物以湿溶胶的形式，直接作为蒸馏法提取生物活性成分的前驱体。而且，水射流在较低的低温下粉碎，可以保留植物的活性成分。此外，水射流也可以对新鲜植物的叶、花、果直接进行碎解。因此，水射流粉碎在天然植物有效成分的浸提和精油及香气浸提中的应用，拓展了水射流粉碎技术应用的新领域。国内外既有水射流粉碎装置，分为三种形式：直接水射流水流磨(StraightWaterJet)；前混合物料射流水流磨(DIAJet)；后混合物料射流水流磨(AbrasiveEntrainedWaterJet)。其中：美国Missouri-Rilla大学研制的水射流双圆盘式粉碎机，为直接水射流水流磨，用于煤的粉碎。其结构与原理为：上、下圆盘分别由电机驱动，并可独立调整圆盘的相对速度；当煤通过一个和顶部圆盘同轴安装的进料管给入两圆盘构成的破碎腔时，离心力将煤块朝外甩向旋转的圆盘表面，由电机驱动的旋转头上的喷嘴形成的水射流直接射入两圆盘间的间隙，冲击两圆盘间受到机械破碎的煤；粉碎后小于粒度要求的煤颗粒通过起分级作用的缝隙射出，大颗粒则在粉碎腔内进一步粉碎。意大利卡利亚里大学DIMM实验室研制的旋转射流磨机，为直接水射流水流磨，用于煤的粉碎。其结构与原理为：在破碎腔的环形壁和锥形中心形成的圆形漏孔上方有两个旋转的喷嘴喷枪；物料落到锥形体下部进入破碎腔并迫使粉碎后的物料通过漏孔，再与位于下面的冲击板进行再一次冲击粉碎。与此类似的另一种直接水射流磨煤装置是：水射流经旋转接头由喷嘴射向容器内的煤粒，煤粒在极短的时间内被水射流不断冲击，并在湍流和空化冲蚀效应作用下，煤粒得以细化。上述两种水射流粉碎装置，由于不同程度采用了电机驱动的旋转结构，使得粉碎装置有些复杂，以及带来磨损和高压水密封等问题，其水射流冲击强度有限，用于易于解理的煤的粉碎，也是水射流磨的初期结构。德国AKW公司和丹麦朗尼公司(APVRASNNIEA/S)的超细剥片水射流粉碎装置，为前混合物料射流水流磨。其结构与原理为：高压水分为二路，其中一路经节流阀进入高压储料罐底部的流态化室，使罐内物料局部流态化，同时获得流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，包括上部进料分级结构(011)和下部喷嘴粉碎结构(012)，所述上部进料分级结构(011)与所述下部喷嘴粉碎结构(012)密封连接，上部进料分级结构(011)与下部喷嘴粉碎结构(012)之间设有扁平环管形粉碎腔(0124)和叶片分级冲击环(0114)；所述下部喷嘴粉碎结构(012)包括下基体(0126)、喷嘴堵头(0121)、环形高压水分布室(0122)、多个汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和多个均布喷嘴(0123)；所述上部进料分级结构(011)包括上基体(0113)和设置在所述上基体(0113)的进料接管(0111)和排料接管(0112)，所述进料接管(0111)的下料口(0115)与所述扁平环管形粉碎腔(0124)连通；所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和均布喷嘴(0123)密封连接在所述下基体(0126)中，所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和均布喷嘴(0123)的进口端连接环形高压水分布室(0122)，出口端与扁平环管形粉碎腔(0124)连通；所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)的轴线汇聚于所述进料接管(0111)的管壁在所述扁平环管形粉碎腔(0124)对应投射圆区域内。...

【技术特征摘要】
1.一种用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，包括上部进料分级结构(011)和下部喷嘴粉碎结构(012)，所述上部进料分级结构(011)与所述下部喷嘴粉碎结构(012)密封连接，上部进料分级结构(011)与下部喷嘴粉碎结构(012)之间设有扁平环管形粉碎腔(0124)和叶片分级冲击环(0114)；
所述下部喷嘴粉碎结构(012)包括下基体(0126)、喷嘴堵头(0121)、环形高压水分布室(0122)、多个汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和多个均布喷嘴(0123)；
所述上部进料分级结构(011)包括上基体(0113)和设置在所述上基体(0113)的进料接管(0111)和排料接管(0112)，所述进料接管(0111)的下料口(0115)与所述扁平环管形粉碎腔(0124)连通；
所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和均布喷嘴(0123)密封连接在所述下基体(0126)中，所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)和均布喷嘴(0123)的进口端连接环形高压水分布室(0122)，出口端与扁平环管形粉碎腔(0124)连通；所述汇聚喷嘴(0123a、0123b、0123c、0123d)的轴线汇聚于所述进料接管(0111)的管壁在所述扁平环管形粉碎腔(0124)对应投射圆区域内。
2.根据权利要求1所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，位于最上端的汇聚喷嘴(0123a)与水平轴线夹角为10°～20°，下方的汇聚喷嘴(0123b、0123c、0123d)之间的比邻夹角为17°～25°，所述均布喷嘴(0123)的切向角β为50°～75°。
3.根据权利要求1所述的用于植物超细粉碎的水射流磨，其特征在于，所述进料接管(011...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶菁，胡汉华，孙春毅，
申请(专利权)人：武汉纽威晨创科技发展股份有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42