超声强化提取中草药的优化研究

【摘要】：超声波是一种高频机械波,作为一种能量形式在液体中所引起的超声振动、超声空化,以及空化气泡与液相之间的相互作用而产生的各种效应已在物理、化学、生物等学科的基础研究和应用技术开发中展示出十分广阔的前景。利用超声振动、超声空化能有效强化传质、传热、改变物理化学相平衡,加快化学反应速率。 本文主要运用理论推导和数值模拟对超声空化泡动力学效应进行了研究并设计了提取装置,主要工作和相关结论如下： (1)探讨了超声场对传质过程的强化。依据空化泡在超声波的作用下,膨胀、收缩的的运动理论,把气泡看作为一个以液体为负载的振子,沿用Rayleigh方程推导方法,推导出单双频超声声场中空化泡壁的运动模型,又用Matlab数值模拟,并分析了单双频超声时各自的空化泡动力学效应,结果显示双频超声作用时,空化气泡所带来的空化效应比单频时的空化效应在同等的条件下要增强,从而可用双频超声对中草药进行传质运输。 (2)根据Fick第一定律以及中草药浸提机制,并结合超声空化作用、机械效应等对提取体系的影响,研究并建立了超声强化提取中草药有效成分的动力学模型,探讨了时间、超声声压振幅与有效成分浸出量之间的关系,又通过实验数据与数值计算模拟。研究表明,利用文中的理论得出的提取率与超声提取时间、超声声压振幅之间的关系与实验和数据模拟结果基本符合。 (3)基于超声辅助提取技术应用于中药有效成分的提取中所具有的优点,为了扩大超声的实际应用价值,在理论研究上,依据超声波的传播特性和声场效应,并结合现有中药提取设备及管道传输的特点,设计出双频双制式超声提取装置,并对其设计结构进行详细分析与探讨,说明设计出的双频双制式超声提取装置非常合理,而且具有独特的优点,更能适合工业上的应用。