專利名稱：生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及自動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及自動(dòng)控制裝置，屬生物多糖分離技術(shù)設(shè)備，特別涉及生物多糖膜分離與冷殺菌自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)備。
生物多糖為單糖組成的天然高分子化合物，廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物組織中，在許多生物學(xué)、生理學(xué)和病理學(xué)過程中起重要作用，具有特殊的生理功能和生物活性。從生物體內(nèi)提取分離和純化多糖來作為廣譜免疫促進(jìn)劑、多糖復(fù)合物疫苗和藥物，引起國內(nèi)外的廣泛重視。由于超濾膜分離是一種非加熱分離技術(shù)，具有無相變、能耗低和分離效率高的特點(diǎn)，所以用于分離生物多糖便顯示其極大的優(yōu)越性，并能克服目前常采用的方法——溶劑沉淀法、季胺鹽分級法等存在的溶劑消耗量大，分離量甚少，降解多糖等缺點(diǎn)和問題；但是由于所分離的生物多糖的水溶液是膠體溶液，粘度大，并且?guī)в写罅康呢?fù)電荷，在超濾膜分離過程中存在嚴(yán)重的膜污染和濃差極化現(xiàn)象，導(dǎo)致膜透過量的迅速衰減，從而使超濾濃縮分離生物多糖的效率降低和操作費(fèi)用增加，限制超濾技術(shù)在生物多糖分離純化工業(yè)方面的應(yīng)用。此外，較高的生物多糖濃縮液極容易引起微生物污染，導(dǎo)致細(xì)菌含量嚴(yán)重超標(biāo)?，F(xiàn)有的方法是必須經(jīng)常對膜組件、分離裝置等進(jìn)行徹底的清洗并對微生物污染的濃縮液進(jìn)行加熱殺菌，因此，無菌操作要求較嚴(yán)格，這不但增加操作工藝步驟，而且還使成本增高。
本實(shí)用新型的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有生物多糖超濾分離中存在嚴(yán)重的膜污染和濃差極化現(xiàn)象以及料液細(xì)菌污染，導(dǎo)致效率低、費(fèi)用高等的缺點(diǎn)和問題，研究設(shè)計(jì)一種能減少濃差極化和膜污染，以期延長膜使用壽命、強(qiáng)化膜分離過程、提高膜分離效率、降低費(fèi)用、降低成本的生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及自動(dòng)控制裝置。
本實(shí)用新型是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及自動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖如
圖1所示，圖2是其超濾膜分離與冷殺菌一體化組件結(jié)構(gòu)示意圖。本裝置由裝有攪拌器4的料液槽1、恒溫器2、加熱器3、攪拌器4、蠕動(dòng)泵5、處理液進(jìn)口閥門6、透過液貯罐7、超濾分離與冷殺菌一體化組件8、濃縮液閥門9、可控硅直流調(diào)壓裝置10、超聲波發(fā)生器11、微機(jī)及微機(jī)輸出信號D/A轉(zhuǎn)換器12、動(dòng)作執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器13、數(shù)據(jù)采集器14、原料液儲罐閥門15、原料液儲罐16、電阻式液位檢測器17、熱電偶溫度檢測器18、電磁攪拌器轉(zhuǎn)速檢測控制器19、流量測定傳感器20、壓力測定傳感器21、22、功率變送器23、電壓變送器24共同連接構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為裝有攪拌器4及電阻液位檢測器17、熱電偶溫度檢測器18的料液槽1安裝于帶加熱器3的恒溫器2內(nèi)，蠕動(dòng)泵5通過管道分別與料液槽1及處理液進(jìn)口閥門6相連接或連通，流量測定傳感器20、壓力測定傳感器21裝置于蠕動(dòng)泵5與處理器進(jìn)口閥門6之間的連接管道中，超濾分離與冷殺菌一體化組件8通過管道分別與處理液進(jìn)口閥門6及濃縮液閥門9相連接，濃縮液閥門9通過管道與料液槽1相連通，原料液貯罐16通過管道及原料貯罐閥門15與料液槽1相連通，超濾分離與冷殺菌一體化組件8通過管道、直流電壓自動(dòng)控制信號電纜線、超聲波信號電纜線、功率變送信號電纜線、電壓變送信號線分別與透過液儲罐7、可控硅直流調(diào)壓裝置10、超聲波信號波發(fā)生器11、功率變送器23、電壓變送器24相連通或連接；微機(jī)及微機(jī)輸出信號D/A轉(zhuǎn)換器12通過電纜線與動(dòng)作執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器13相連接；動(dòng)作執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器13分別通過加熱控制信號電纜線、蠕動(dòng)泵控制信號電纜線、處理液進(jìn)口閥門控制信號電纜線、濃縮液閥門控制信號電纜線、直流電壓自動(dòng)控制裝置信號線、超聲波信號輸出電纜線、原料液貯罐閥門控制信號電纜線分別與恒溫器內(nèi)加熱器3、蠕動(dòng)泵5、處理液進(jìn)口閥門6、濃縮液閥門9、直流電壓自動(dòng)控制裝置10、超聲波發(fā)生器11、原料液貯罐閥門15相連接；數(shù)據(jù)采集器14分別通過液位檢測信號線、溫度檢測信號線、轉(zhuǎn)速檢測控制信號線、流量測定傳感信號線、壓力測定傳感信號線、功率變送信號線、電壓變送信號線分別與電阻液位檢測器17、熱電偶溫度檢測器18、電磁攪拌器轉(zhuǎn)速檢測控制裝置19、流量測定傳感器20、壓力測定傳感器21、22、功率變送器23、電壓變送器24相連接；其中超濾分離與冷殺菌一體化組件8由上凹形板25與下凹形板26通過螺釘壓緊連接構(gòu)成的超濾膜分離與冷殺菌室、密封圈27、陽極板28、陰極板29、超濾膜30共同連接構(gòu)成，其相互位置及連接關(guān)系為陽極板28裝置于上凹形板25頂部，陰極板29裝置于超濾膜分離與冷殺菌室的中間部位，陽、陰極板通過螺釘固定壓緊，密封圈27壓接于上凹形板25與下凹形板26之間以起密封作用，超濾膜30裝置于超濾膜分離與冷殺菌室內(nèi)陽極板28與陰極板29之間的中心位置，超濾膜分離與冷殺菌室分別通過管道及處濾液進(jìn)口31、濃縮液出口32、膜透過液出口33分別與處理液進(jìn)口閥門6、濃縮器液閥門9、透過液貯罐7相連通，陽極板28及陰極板29分別通過電源導(dǎo)線及陽極板導(dǎo)線接口34、陰極板導(dǎo)線接口35與直流電壓自動(dòng)控制裝置10相連接，超聲波釋放頭36裝于上凹形板25上。
本實(shí)用新型的簡單工作作用原理如下本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及自動(dòng)控制裝置，利用電場和超聲波場同時(shí)作用于多糖分離體系，進(jìn)行超濾分離過程的強(qiáng)化和冷殺菌處理，并通過計(jì)算機(jī)對分離和殺菌過程進(jìn)行有效地控制；本裝置采用直流電場或脈沖電場方式，在超濾膜兩側(cè)的濃縮液室頂部和透過液室頂部分別布置電場的陰極和陽極板，通過電場控制電膜的截留和分離多糖的特性，獲得不同分子量的生物多糖，并對分離體系進(jìn)行冷殺菌；本裝置利用超聲波場，主要利用超聲波的振蕩、空化等作用對超濾膜進(jìn)行沖洗，減少多糖在超濾膜上的污染和濃差極化現(xiàn)象；本裝置采用ADC0809的8路A/D轉(zhuǎn)換器，采集8路模擬信號，在DICE-51仿真軟件支持下，采用51匯編語言進(jìn)行編制控制程序軟件，其控制程序流程方框圖如圖3所示；主要監(jiān)控電場電壓、超聲波功率以及流速、壓力、溫度和攪拌速度等六個(gè)參數(shù)；動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)是西門子ILA7803-44A變頻調(diào)速器、DBF-1電磁閥門、加熱器和MOC3021可控硅自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)裝置等。多糖超濾分離與冷殺菌一體化操作過程中的各種參數(shù)的信號，通過液位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器分別得到處理液量、處理液溫度、進(jìn)料液壓力和濃縮液壓力、超濾進(jìn)料液流量和攪拌器的轉(zhuǎn)速等6路標(biāo)準(zhǔn)電信號(0～10mA或4～20mA)直流電流信號，并利用電壓參數(shù)變送器將所施加的電場電壓和超聲波功率換算成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(0～10mA或4～20mA)直流電流信號2路，總計(jì)8路模擬量輸出。通過8路數(shù)據(jù)采集器把8路信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換送入計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理的控制信號經(jīng)過DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)器去控制電磁閥門、變頻調(diào)速器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)；本超濾分離與冷殺菌裝置的電場電壓和超聲波功率是通過伺服馬達(dá)移動(dòng)可調(diào)電阻進(jìn)行升高或降低電壓而達(dá)到自動(dòng)控制電場強(qiáng)度和超聲波功率的目的，處理液流速的控制是通過調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵5的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的，而膜壓力差是通過調(diào)節(jié)閥門9而實(shí)現(xiàn)的。料液攪拌罐的溫度、液面高度和攪拌速度是通過加熱器3、閥門15和電磁轉(zhuǎn)速檢測控制裝置19而進(jìn)行處理液的升溫、加料和攪拌漿的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。整個(gè)過程的控制采用計(jì)算機(jī)在線反饋控制方式，并在WINDOWS的環(huán)境中運(yùn)用ASM-51匯編語言進(jìn)行軟件編程，對多糖的超濾分離與冷殺菌進(jìn)行在線的自動(dòng)檢測、記錄和控制。其程序流程方框圖如圖4所示。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)本超濾分離生物多糖裝置中引入直流電場自動(dòng)調(diào)整設(shè)備，利用電場對帶負(fù)電荷粘多糖的作用，選擇性地截留粘多糖；(2)本裝置采用了超聲波發(fā)生器，對沉積在膜表面上的污染物質(zhì)能產(chǎn)生沖洗作用，能減輕膜污染和濃差極化現(xiàn)象；(3)本裝置利用電場和超聲波強(qiáng)化膜分離過程的同時(shí)，對分離體系進(jìn)行有效地冷殺菌，形成分離與冷殺菌設(shè)備的一體化；(4)本裝置利用電壓變送器、功率變送器、溫度傳感器、流量傳感器、壓力傳感器和液位傳感器進(jìn)行在線檢測分離與冷殺菌的主要參數(shù)，如電壓、超聲波功率、溫度、流量、膜壓力和料液高度等，進(jìn)行超濾分離與冷殺菌最佳條件的控制；(5)本裝置采用全密閉式設(shè)計(jì)，減少水分蒸發(fā)與污染；(6)本裝置結(jié)構(gòu)簡單，能夠自動(dòng)顯示、記錄和控制，并且能耗低，應(yīng)用范圍廣，易于大規(guī)模生產(chǎn)；(7)本裝置充分利用生物多糖資源，促進(jìn)了膜分離與非熱殺菌設(shè)備的發(fā)展，對開發(fā)新型的分離與殺菌一體化設(shè)備具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
下面對說明書附圖進(jìn)一步說明如下
圖1是本生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及其自動(dòng)控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是
圖1中的超濾膜分離與冷殺菌一體化組件8的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本裝置數(shù)據(jù)采集及控制軟件程序流程方框圖，圖3中A與A相連，B與B相連，各圖中1是料液槽，2是恒溫器，3是加熱器，4是攪拌器，5是蠕動(dòng)泵，6是處理液進(jìn)口閥門，7是透過液貯罐，8是超濾膜分離與冷殺菌一體化組件，9是濃縮液閥門，10是可控硅直流調(diào)壓裝置，11是超聲波發(fā)生器，12是微機(jī)及微機(jī)輸出信號D/A轉(zhuǎn)換器，13是動(dòng)作執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器，14是數(shù)據(jù)采集器，15是原料液貯罐閥門，16是原料液貯罐，17是電阻液位檢測器，18是熱電偶溫度檢測器，19是攪拌器轉(zhuǎn)速檢測控制器，20是流量測定傳感器，21、22是壓力測定傳感器，23是功率變送器，24是電壓變送器，25是上凹形板，26是下凹形板，27是密封圈，28是陽極板，29是陰極板，30是超濾膜，31是處理液進(jìn)口，32是濃縮液出口，33是膜透過液出口，34是陽極板導(dǎo)線接口，35是陰極板導(dǎo)線接口，36是超聲波釋放頭。
本實(shí)用新型的實(shí)施方式可為如下(1)按圖2所示，設(shè)計(jì)、加工制造超濾膜分離與冷殺菌一體化組件，其中上、下凹形板25、26可選用有機(jī)玻璃板用機(jī)加工方法加工而成；密封圈27可選標(biāo)準(zhǔn)橡膠密封圈；陽極板28、陰極板29可選用鍍鈦板和不銹鋼材料用機(jī)加工方法加工而成；超濾膜30可選用截留分子量為20000的PES膜，然后按上面說明書所述的超濾膜分離與冷殺菌一體化組件的相互位置及連接關(guān)系用6顆不銹鋼螺釘壓緊進(jìn)行安裝連接，便能實(shí)施制成超濾膜分離與冷殺菌一體化組件；(2)按
圖1所示，設(shè)計(jì)、加工、制造或選購本裝置的部件，例如攪拌器1可選用攪拌速度為30～150rpm/min的攪拌器；料液槽1可選用工程塑料壓塑或注塑而成或選用不銹鋼材料用機(jī)加工方法加工而成；恒溫器2可選用LB801型超級恒溫器；蠕動(dòng)泵5可選用RP-1型不銹鋼滾動(dòng)血泵；處理液進(jìn)口閥門6、濃縮液閥門9以及原料液貯罐閥門15均可選用符合要求的標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼球形閥門，電磁閥門可選用BDF1型、可控硅直流調(diào)壓裝置10可選用可控硅調(diào)壓方式的MOC3021型；超聲波發(fā)生器11可選普通通用型；超聲波頻率可采用22～40KHz，功率1～300W；微機(jī)可選用89C52型；微機(jī)輸出信號D/A轉(zhuǎn)換器可選DAC0832型；動(dòng)作執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器13包括變頻調(diào)速器、電磁閥門、加熱器及伺服馬達(dá)自動(dòng)調(diào)壓裝置等，其中變頻調(diào)速器可選德國西門子ILA7803-4AA型；電磁閥門可選BDF1型；數(shù)據(jù)采集器14包括料液槽液位數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、攪拌器轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)、料液流量數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)、功率數(shù)據(jù)、直流電壓數(shù)據(jù)等采集器，其中液位檢測器17可選SGL-1075-1-1型；溫度檢測器18可選MF51C型熱敏電阻型；流量傳感器20可選LZD-15型；壓力傳感器21、22可選DG1205型；功率變送器可選M563型多功能電量變送器；功率范圍為0～300W；電壓變送器可選德國U543型；加工制造、選購好各部件后，再按上面說明書所述的相互位置及連接關(guān)系進(jìn)行安裝連接，便能較好地實(shí)施本實(shí)用新型；(3)安裝連接好本裝置后，再按圖3、圖4所示設(shè)計(jì)軟件程序，最后按上面說明書所述工作作用原理進(jìn)行調(diào)試、操作，便能使用實(shí)施本裝置進(jìn)行自動(dòng)控制生物多糖的超濾膜分離與冷殺菌一體化。發(fā)明人經(jīng)過多年的研制，已成功地制出樣機(jī)，并在實(shí)際中試用，效果很好，完全達(dá)到了研究設(shè)計(jì)目的。
權(quán)利要求1.一種生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及自動(dòng)控制裝置，其特征在于它由裝有攪拌器4的料液槽(1)、恒溫器(2)、加熱器(3)、蠕動(dòng)泵(5)、處理液進(jìn)口閥門(6)、透過液貯罐(7)、超濾分離與冷殺菌一體化組件(8)、濃縮液閥門(9)、可控硅直流電壓裝置(10)、超聲波發(fā)生器(11)、微機(jī)及微機(jī)輸出信號D/A轉(zhuǎn)換器(12)、動(dòng)作執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器(13)、數(shù)據(jù)采集器(14)、原料液儲罐閥門(15)、原料液儲罐(16)、電阻液位檢測器(17)、熱電偶溫度檢測器(18)、電磁攪拌器轉(zhuǎn)速檢測控制器(19)、流量測定傳感器(20)、壓力測定傳感器(21)、(22)，功率變送器(23)、電壓變送器(24)共同連接構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為裝有攪拌器(4)及電阻液位檢測器(17)、熱電偶溫度檢測器(18)的料液槽(1)安裝于帶加熱器(3)的恒溫器(2)內(nèi)，蠕動(dòng)泵(5)分別通過管道分別與料液槽(1)及處理液進(jìn)口閥門(6)相連接或連通，流量測定傳感器(20)、壓力測定傳感器(21)裝置于蠕動(dòng)泵(5)與處理器進(jìn)口閥門(6)之間的連接管道中，超濾分離與冷殺菌一體化組件(8)通過管道分別與處理液進(jìn)口閥門(6)及濃縮液閥門(9)相連接，濃縮液閥門(9)通過管道與料液槽(1)相連通，原料液貯罐(16)通過管道及原料貯罐閥門(15)與料液槽(1)相連通，超濾分離與冷殺菌一體化組件(8)分別通過管道、直流電壓自動(dòng)控制信號電纜線、超聲波信號電纜線、功率變送信號電纜線、電壓變送信號線分別與透過液儲罐(7)、可控硅直流電壓裝置(10)、超聲波發(fā)生器(11)、功率變送器(23)、電壓變送器(24)相連通或連接；微機(jī)及微機(jī)輸出信號D/A轉(zhuǎn)換器(12)分別通過電纜線分別與動(dòng)作執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器(13)、數(shù)據(jù)采集器(14)相連接；動(dòng)作執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器(13)分別通過加熱控制信號電纜線、蠕動(dòng)泵控制信號電纜線、處理液進(jìn)口閥門控制信號電纜線、濃縮液閥門控制信號電纜線、直流電壓自動(dòng)控制裝置信號線、超聲波信號輸出電纜線、原料液貯罐閥門控制信號電纜線分別與恒溫器內(nèi)加熱器(3)、蠕動(dòng)泵(5)、處理液進(jìn)口閥門(6)、濃縮液閥門(9)、可控硅直流電壓裝置(10)、超聲波發(fā)生器(11)、原料液貯罐閥門(15)相連接；數(shù)據(jù)采集器(14)分別通過液位檢測信號線、溫度檢測信號線、轉(zhuǎn)速檢測控制信號線、流量測定傳感信號線、壓力測定傳感信號線、功率變送信號線、電壓變送信號線分別與電阻液位檢測器(17)、熱電偶溫度檢測器(18)、電磁攪拌器轉(zhuǎn)速檢測控制裝置(19)、流量測定傳感器(20)、壓力測定傳感器(21)、(22)、功率變送器(23)、電壓變送器(24)相連接。
2.按權(quán)利要求1所述的一種生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及自動(dòng)控制裝置，其特征在于所述的超濾膜分離與冷殺菌一體化組件(8)由上凹形板(25)與下凹形板(26)通過螺釘壓緊連接構(gòu)成的超濾膜分離與冷殺菌室、密封圈(27)、陽極板(28)、陰極板(29)、超濾膜(30)共同連接構(gòu)成，其相互位置及連接關(guān)系為陽極板(28)裝置于上凹形板(25)頂部，陰極板(29)裝置于超濾膜分離與冷殺菌室的中間部位，陽、陰極板通過螺釘固定壓緊，密封圈(27)壓接于上凹形板(25)與下凹形板(26)之間以起密封作用，超濾膜(30)裝置于超濾膜分離與冷殺菌室內(nèi)陽極板(28)與陰極板(29)之間的中心位置，超濾膜分離與冷殺菌室分別通過管道及處濾液進(jìn)口(31)、濃縮液出口(32)、膜透過液出口(33)分別與處理液進(jìn)口閥門(6)、濃縮器液閥門(9)透過液貯罐(7)相連通，陽極板(28)及陰極板(29)分別通過電源導(dǎo)線及陽極板導(dǎo)線接口(34)、陰極板導(dǎo)線接口(35)與可控硅直流電壓裝置(10)相連接，超聲波釋放頭(36)裝于上凹形板(25)上。
專利摘要本實(shí)用新型是生物多糖超濾分離與冷殺菌一體化及自動(dòng)控制裝置,它由裝有攪拌器的料液槽、恒溫器、蠕動(dòng)泵、閥門、貯液罐、超濾膜分離與冷殺菌組件、直流電壓控制裝置、超聲波發(fā)生器、微機(jī)及其D/A轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動(dòng)器、數(shù)據(jù)采集器、液位、溫度、轉(zhuǎn)速檢測器、壓力、流量傳感器、功率、電壓變送器等通過管道、控制信號線或檢測信號線相互連接構(gòu)成。本裝置能減少濃縮極化和膜污染,延長膜壽命,強(qiáng)化膜分離、提高膜分離效率、降低成本、減少費(fèi)用。
文檔編號B01D61/14GK2489862SQ01215328
公開日2002年5月8日 申請日期2001年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月23日
發(fā)明者肖凱軍, 李琳, 郭祀遠(yuǎn), 蔡妙顏, 李忠彥, 鄭必勝 申請人:華南理工大學(xué)