本發(fā)明屬于分離工藝和化工機械設備，具體涉及一種基于氣流膨化的亞臨界二氧化碳萃取分離系統(tǒng)及方法。

背景技術：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

2、氣流膨化是一種以高壓氣體為介質，利用物料內(nèi)外壓差使得物料發(fā)生脫水膨化，又可以稱為壓差膨化。原料在膨化前都要經(jīng)過預處理將其含水率降至合適的范圍后放入有一定溫度和壓力下的罐體中并維持一定時間，物料在不規(guī)則運動下受熱更均勻，其內(nèi)部的水分便會持續(xù)的由液態(tài)向氣態(tài)轉化。在外界能量的持續(xù)供給下，氣體則會使得物料內(nèi)部組織結構膨脹同時罐內(nèi)壓力持續(xù)上升，此時迅速卸掉壓力，物料內(nèi)部的水分便會快速溢出并蒸發(fā)，物料內(nèi)部組織則借助氣體向外的膨脹力而失水發(fā)生改變，內(nèi)部就會形成大小均勻的網(wǎng)狀結構近似蜂窩，物料便成功實現(xiàn)膨化。

3、亞/超臨界流體萃取技術基本原理是通過將某種亞/超臨界狀態(tài)下的流體溶劑，與固體混合物或液體混合物進行接觸混合，并通過亞/超臨界流體狀態(tài)下的特殊性質，將原有固體或液體混合物進行分離，最后通過減壓或升溫等方式對分離物進行萃取。目前廣泛應用的亞/超臨界萃取技術的核心設備主要是基于快開密封設計的間歇式固定床萃取裝置，這類設備在存在萃取不均勻的問題。此外，頻繁的操作和高能耗直接影響了生產(chǎn)的安全性和可靠性，增加了潛在風險。特別是在萃取過程中，萃取介質的損耗十分嚴重，不僅提高了生產(chǎn)成本，還阻礙了亞臨界萃取技術在更大規(guī)模和更高效益的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于氣流膨化的亞臨界二氧化碳萃取分離系統(tǒng)及方法，本發(fā)明通過物料氣流膨化子系統(tǒng)、射流加料子系統(tǒng)，將待萃物料通過氣流膨化，使物料細胞壁被破壞，內(nèi)部通道打開，形成疏松多孔的結構，后在射流泵的作用下進入萃取器中由亞臨界二氧化碳進行萃取：通過向萃取器中充入高壓二氧化碳，使萃取器中的物料形成流態(tài)化從而提高萃取效率。

2、根據(jù)一些實施例，本發(fā)明的第一方案提供了一種基于氣流膨化的亞臨界二氧化碳萃取分離系統(tǒng)，采用如下技術方案：

3、一種基于氣流膨化的亞臨界二氧化碳萃取分離系統(tǒng)，包括二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)，所述二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)分別與射流加料子系統(tǒng)、物料氣流膨化子系統(tǒng)、亞臨界二氧化碳流態(tài)化連續(xù)萃取子系統(tǒng)以及萃取物降壓分離子系統(tǒng)連通；

4、所述物料氣流膨化子系統(tǒng)包括依次相連通的二氧化碳緩沖罐、膨化罐、真空罐、粉碎機和儲料罐；膨化罐用于膨化物料，儲料罐儲存待萃物料，所述膨化罐的底部設置有出料口、真空罐，所述真空罐內(nèi)部物料通過出料口輸送至所述粉碎機內(nèi)部，后進入預浸罐中與二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)中的亞臨界二氧化碳進行預浸，從而為亞臨界流體萃取提供所需物料。

5、進一步地，所述射流加料子系統(tǒng)包括依次相連通的第二二氧化碳氣瓶、第二二氧化碳儲罐、射流泵和預浸罐，預浸罐通過射流泵與亞臨界二氧化碳流態(tài)化連續(xù)萃取子系統(tǒng)連通；通過射流泵將預浸罐罐中的待萃取的物料與亞臨界二氧化碳的混合物送入亞臨界二氧化碳流態(tài)化連續(xù)萃取子系統(tǒng)。

6、進一步地，所述預浸罐通過第二加壓泵、第一二氧化碳儲罐與二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)連通，以獲取二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)中產(chǎn)生的亞臨界二氧化碳。

7、進一步地，所述二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)中包括第一二氧化碳氣瓶，所述第一二氧化碳氣瓶與二氧化碳氣體緩沖瓶連通；二氧化碳氣體緩沖瓶與熱泵式制冷劑連通，熱泵式制冷機依次通過第一加壓泵、恒溫器分別與射流加料子系統(tǒng)以及亞臨界二氧化碳流態(tài)化連續(xù)萃取子系統(tǒng)連通；

8、第一二氧化碳氣瓶中的氣態(tài)二氧化碳經(jīng)過熱泵式制冷機進行液化處理，液化后的二氧化碳由第一加壓泵加壓至亞臨界萃取所需的壓力，液態(tài)二氧化碳通過恒溫器升溫后轉變?yōu)閬喤R界流體。

9、進一步地，所述亞臨界二氧化碳流態(tài)化連續(xù)萃取子系統(tǒng)由一個或多個萃取器組成，萃取器頂部設有文丘里噴射器，文丘里噴射器與射流加料子系統(tǒng)連通，文丘里噴射器將預浸后的物料通過射流泵進入萃取器后，切向進入的二氧化碳對萃取器內(nèi)的亞臨界二氧化碳與待萃物料進行攪動，形成流態(tài)化。

10、進一步地，萃取器還分別與萃余物分離子系統(tǒng)、萃取物降壓分離子系統(tǒng)連通，萃取過程中攜帶溶質的亞臨界二氧化碳經(jīng)萃取器進入萃取物降壓分離子系統(tǒng)；物料萃取完成后萃取器內(nèi)萃余物進入萃余物分離子系統(tǒng)。

11、進一步地，所述萃取器上端的溢流口依次通過第三單向閥、循環(huán)泵以及第三控制閥與二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)連通；且萃取器還通過入口閥以及第三控制閥與二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)連通；

12、在萃取過程中，攜帶溶質的亞臨界二氧化碳從萃取器上端溢流口流出，啟動循環(huán)泵，經(jīng)入口閥重新進入萃取器中，完成二氧化碳循環(huán)利用。

13、進一步地，所述萃余物分離子系統(tǒng)中包括氣固分離器，所述氣固分離器與亞臨界二氧化碳流態(tài)化連續(xù)萃取子系統(tǒng)連通以獲取萃取過程中的萃余物；

14、所述氣固分離器還與儲渣罐連通，儲渣罐還與第三卸料閥連通，將料渣排出；

15、所述氣固分離器還通過第十七截止閥、第四單向閥與物料氣流膨化子系統(tǒng)，分離后的二氧化碳經(jīng)第十七截止閥、第四單向閥進入物料氣流膨化子系統(tǒng)中吹掃物料。

16、進一步地，所述萃取物降壓分離子系統(tǒng)包含依次連通的第一調壓閥、第一加熱器、降壓釜、第二調壓閥、第二加熱器以及分離釜；降壓釜還與第一卸料閥連通以進行萃取溶質的排出，分離釜還與第二卸料閥連通以進行萃取溶質的排出；

17、分離釜還與二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)連通，分離釜中產(chǎn)生的氣態(tài)亞臨界二氧化碳返回至二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)中。

18、根據(jù)一些實施例，本發(fā)明的第二方案提供了一種基于氣流膨化的亞臨界二氧化碳萃取分離方法，采用如下技術方案：

19、一種基于氣流膨化的亞臨界二氧化碳萃取分離方法，基于第一方案所述的一種基于氣流膨化的亞臨界二氧化碳萃取分離系統(tǒng)，包括：

20、待萃物料進入膨化罐中與高壓二氧化碳混合進行膨化，膨化后物料與亞臨界二氧化碳混合，通過射流泵、萃取器頂部的文丘里噴射器進入噴射進萃取器；

21、由物料氣流膨化子系統(tǒng)供應的二氧化碳經(jīng)第一壓縮機進一步升壓儲存在第二二氧化碳儲罐內(nèi)，其連接射流泵高壓相入口作為射流泵的高壓工作流體，預浸罐連接射流泵低壓相入口，以此將預浸待萃物料引射切向送入萃取器內(nèi)；

22、向萃取器內(nèi)持續(xù)切向鼓入二氧化碳，對待萃物料進行鼓吹，使得萃取器內(nèi)待萃取物料與亞臨界二氧化碳的混合物達到流態(tài)化狀態(tài)；當萃取器內(nèi)的亞臨界二氧化碳濃度達到或趨近于飽和水平時，將萃取器內(nèi)達到飽和的亞臨界二氧化碳排放至萃取物降壓分離子系統(tǒng)；

23、物料萃取時，從萃取器頂部流出的亞臨界二氧化碳，經(jīng)循環(huán)泵回流到萃取器內(nèi)，同時，經(jīng)過二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)的二氧化碳也重新進入萃取器，以維持萃取過程的連續(xù)性；達到飽和的亞臨界二氧化碳進入萃取物降壓分離子系統(tǒng)，經(jīng)過兩次節(jié)流降壓，亞臨界二氧化碳相變?yōu)闅鈶B(tài)二氧化碳，并釋放其中溶解的溶質，氣態(tài)二氧化碳隨后重新進入二氧化碳制冷增壓循環(huán)子系統(tǒng)進行循環(huán)利用；

24、物料萃取完畢后，萃余物進入萃余物分離子系統(tǒng)中，分離出的二氧化碳進入物料氣流膨化子系統(tǒng)粉碎機中，用于吹掃粉碎機中的物料，分離出的萃余物進入到儲渣罐中排出。

25、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

26、本發(fā)明通過增設物料氣流膨化子系統(tǒng)，在萃取前對待萃物料進行膨化，氣流膨化過程中，氣流的高速沖擊力使得細胞壁受到破壞，釋放出細胞內(nèi)的油脂。這一過程為后續(xù)的萃取提供了更為豐富的油脂來源，膨化后的物料形成了多孔的結構，這種結構不僅提高了物料的比表面積，還改善了溶劑的滲透性，使得亞臨界二氧化碳能夠更快地滲透到物料內(nèi)部，提高萃取效率。通過切向鼓入二氧化碳，物料在萃取器中發(fā)生擾動，傳統(tǒng)的固定床式萃取模式轉變?yōu)榱骰彩捷腿∧Ｊ?。這一轉變使得亞臨界二氧化碳萃取劑能夠在萃取器內(nèi)與待萃取的物料顆粒實現(xiàn)高效、均勻的流態(tài)化混合，極大地提升了萃取效率。此外，萃取器頂部的文丘里噴射器能夠促進物料與亞臨界二氧化碳的充分混合，確保在進入萃取器后進行充分的萃取。系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用的高壓二氧化碳不僅對物料進行膨化，還通過鼓吹作用使物料形成流態(tài)化萃取，并有效吹掃物料以防止堵塞。

27、本發(fā)明提供了一種基于氣流膨化的基于氣流膨化的亞臨界二氧化碳萃取分離系統(tǒng)，增加物料氣流膨化子系統(tǒng)，能夠在萃取前將物料膨化，破壞物料細胞壁，為萃取做好準備，進而提高萃取速率，合理利用系統(tǒng)中循環(huán)的氣體，減少萃取劑用量，通過控制溫度、壓力，減少物料熱敏成分的損失，最大程度保護物料的營養(yǎng)物質；設有射流加料子系統(tǒng)，射流泵設有加熱裝置，以彌補噴嘴節(jié)流效應帶來的壓力和溫度損失，以此將預浸待萃物料引射切向送入萃取器內(nèi)使待萃物料與亞臨界二氧化碳的混合物以高壓、高效的方式進入萃取器。綜上所述，本發(fā)明在借鑒已有技術的基礎上，以氣流膨化的方式膨化物料，物料形成多孔狀結構；以二氧化碳在系統(tǒng)內(nèi)的循環(huán)實現(xiàn)連續(xù)進料、排料和流態(tài)化萃取的目的，系統(tǒng)高效、節(jié)能、環(huán)保，提高了萃取率。

28、亞/超臨界流體萃取技術在直接萃取物料時，相較于傳統(tǒng)技術提高了萃取率，通過氣流膨化預處理，物料的細胞壁被破壞，形成多孔、易滲透的塊狀或粒狀結構，使油料分子更充分地暴露。將氣流膨化與亞臨界流體萃取相結合，可以顯著提升萃取效率。氣流膨化預處理原料，降低粘度并提高表面積，為后續(xù)的亞臨界萃取創(chuàng)造了良好條件。這種聯(lián)用技術能夠縮短提取時間，同時降低能耗和溶劑使用量，為現(xiàn)代萃取分離技術提供了新的發(fā)展思路。