一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置，包括恒温水浴循环水箱、贮罐、泵、自振空化器和输送壳聚糖溶液的管道以及安装在管道上的压力表、阀门，所述自振空化器是具有中空部分的管状结构，沿物料的流动方向，自振空化器的中空部分分别为第一圆孔段、第二圆孔段、第三圆孔段、喇叭口段和第四圆孔段，所述第一圆孔段直径D1与第二圆孔段D2的比值为1.5～3.5，第二圆孔段D2与第三圆孔段D3的比值为1.5～5。采用本实用新型的降解率与现有采用水力空化装置（文丘里管）制备低聚壳聚糖的降解率相比至少提高40%以上，具有简便易行、能耗低、效率高等特点；具有大规模工业应用的优势。
【专利说明】
一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置。
【背景技术】
[0002] -般由甲壳素脱乙酰化制得的壳聚糖分子量很大，且有紧密的晶体结构，不溶于 普通溶剂，只能溶解于某些酸性介质中，这使得壳聚糖的应用受到极大的限制。另外，研究 表明：不同相对分子质量的壳聚糖性质差异很大，有时甚至会表现出截然相反的特性，壳聚 糖的许多特异性功能只有在相对分子质量降低到一定程度才表现出来。壳聚糖经降解得到 的低聚水溶性壳聚糖，有着独特的、优越的生理活性和物化性质，具有广泛的应用领域和开 发价值，从而倍受关注。
[0003] 目前，壳聚糖降解方法主要有化学法、酶法和物理法。
[0004] (1)化学法是通过化学的方法对壳聚糖进行降解，主要有：酸降解法、NaN02降解 法、氧化降解法等。化学降解过程反应不好控制，相对分子质量分布宽，容易对环境造成污 染，产品颜色较深。
[0005] (2)酶法降解是利用专一性或非专一性酶对壳聚糖进行降解的方法。酶降解法降 解过程和降解产物的相对分子质量易于被控制，并且是在较温和的条件下直接进行的，不 需要加入其它化学反应试剂，对环境污染少。然而，酶法降解周期长，酶容易失活，生产成本 高，目前还难以实现工业化。
[0006] (3)物理降解法目前主要是辐射法、微波法和超声波法。辐射降解法利用放射性射 线降解壳聚糖，但辐射降解法对设备要求很高，同时可能产生有毒有害物质。微波法是通过 微波辐射对壳聚糖进行降解，但微波降解壳聚糖目前还是停留在间歇操作，难以连续化生 产。超声波降解主要是通过超声空化效应对壳聚糖进行降解，其降解作用是十分明显，可得 到较为均一的低相对分子质量壳聚糖，并且超声波降解法用酸量明显减少，后处理过程大 为简化，对环境的污染也大大降低。但是，由于超声空化的总耗能中，只有5%_10%用于空化 效应，其余的90%_95%以热能的形式使系统升温。这种升温不仅造成能量的浪费，同时不利 于对热敏物质(例如生物、医药等行业)的处理;超声空化的另一个严重问题，是它的方向性 和局部性。空化效应只发生在超声发生器附近很小区域内，由于空泡不发生整体迀移运动， 空泡的形成、发展和溃灭过程，就被限定在该有限区域内，因而，超声空化存在能量利用率 较低，空化效应区域小等问题，由于超声波降解法壳聚糖收率太低，导致生产成本过高，难 以工业化应用。
[0007] 本申请的
【申请人】在较早前申请并获得了专利号为ZL2010101787923的中国发明专 利，该专利是利用水力空化装置(文丘里管)制备低聚壳聚糖，但是在后续的研发过程中，申 请人发现:水力空化降解通过空化泡溃灭在其周围产生局部高温和高压，并伴随出现强烈 的冲击波和微射流，这些物理条件为溶液中壳聚糖降解提供了一个有利的理化环境，实现 了通过自由基氧化、高温热解和超临界水氧化使壳聚糖分子发生降解作用。但空化泡溃灭 迅速，并不能充分长大后再溃灭，难以实现能量的高效利用。
【发明内容】
[0008] 本实用新型要解决的技术问题是:提供一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置，利 用该装置通过壳聚糖溶液本身自振空化效应对壳聚糖进行降解，具有简便易行、能耗低、效 率高等特点;具有大规模工业应用的优势。
[0009] 解决上述技术问题的技术方案是:一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置，包括恒 温水浴循环水箱、贮罐、栗、自振空化器和输送壳聚糖溶液的管道以及安装在管道上的压力 表、阀门，所述栗通过管道分别与贮罐、自振空化器连通，自振空化器通过管道与贮罐连通。
[0010] 所述自振空化器是具有中空部分的管状结构，沿物料的流动方向，自振空化器的 中空部分分别为第一圆孔段、第二圆孔段、第三圆孔段、喇叭口段和第四圆孔段，所述第一 圆孔段直径D1与第二圆孔段D2的比值为1.5~3.5,第二圆孔段D2与第三圆孔段D3的比值为 1.5 ~5〇
[0011] 本实用新型之一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置的有益效果是:利用该装置通 过将高分子量壳聚糖加入溶剂中溶解制成的壳聚糖溶液本身自振空化效应对高分子量壳 聚糖进行降解来制备低聚壳聚糖，具有简便易行、能耗低、效率高等特点；采用本实用新型 的降解率与现有水力空化装置(文丘里管)制备低聚壳聚糖的降解率相比有明显的提高，至 少提高40%以上，具有大规模工业应用的优势。
[0012] 其原理如下：自振空化的产生是用一个长度为L、直径为D2的风琴管式谐振腔作为 振荡放大器，谐振腔入口与直径为D1的来流管相连，（D1/D2) 2构成谐振腔的入口收缩断面。 谐振腔的下部与直径为D3的出口断面相连，（D2/ D3)2构成谐振腔的出口收缩断面。出口收 缩断面既是自激励机构，又是反馈机构。当稳定流体通过时，其收缩面既能使流体产生初始 压力激动，又能将压力激动反馈回谐振腔，形成反馈压力振荡。根据瞬态流理论，如果压力 激动的频率与谐振腔的固有频率匹配，反馈的压力振荡能得到放大，从而在谐振腔内产生 流体共振，形成驻波，射流剪切层内涡流变成大结构分离环状涡流，而空化作用产生的空化 泡在这种环境下可以充分的长大，溃灭时产生的能量更高，从而有效增强空化作用。且射流 的剪切作用也有助于壳聚糖的降解，效率比之水力空化有很大的提升。
【附图说明】
[0013] 图1:本实用新型之自振空化装置结构示意图。
[0014]图2:本实用新型之自振空化器结构示意图。
[0015]图中：1-|￡罐，2-栗，3-压力表，4-自振空化器，41-第一圆孔段，42-第二圆孔段， 43-第三圆孔段，44-喇叭口段，45-第四圆孔段，5-恒温水浴循环水箱，6-阀门。
【具体实施方式】
[0016]实施例：一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置，如图1-图2所示，包括恒温水浴循 环水箱5、贮罐1、栗2、自振空化器4和输送壳聚糖溶液的管道以及安装在管道上的压力表3、 阀门6，所述栗通过管道分别与贮罐1、自振空化器4连通，自振空化器通过管道与贮罐连通。 所述自振空化器4是具有中空部分的管状结构，沿物料的流动方向，自振空化器的中空部分 分别为第一圆孔段41、第二圆孔段42、第三圆孔段43、喇叭口段44和第四圆孔段45,所述第 一圆孔段直径D1与第二圆孔段D2的比值为1.5~3.5，优选值为2.2，第二圆孔段D2与第三圆 孔段D3的比值为1.5~5,优选值为3。
[0017] 附表1:本实用新型自振空化器的几种具体尺寸。
[0018]
[0019] 附表1仅是本实用新型自振空化器具体尺寸的几种实施例，在实际应用过程中，可 以根据实际情况进行适当的放大或缩小。
[0020] 所述壳聚糖溶液在本实用新型中进行自振空化降解的工艺流程是:将壳聚糖溶液 放在贮罐中，并通过循环水箱进行恒温，壳聚糖溶液通过栗输送到自振空化器进行空化降 解，通过阀门调节入口压力，并通过压力表监控压力，经自振空化降解后的壳聚糖溶液回流 到贮罐中；
[0021] 对比试验:采用中国专利ZL2010101787923的方法，使用采用本实用新型与文丘里 管做对比试验，具体的工艺参数及实验结果如下。
[0022] 对比试验1:降解过程中，温度40°(：，？!14.4，压力0.4 10^，时间3〇1^11，壳聚糖溶 液浓度不同，试验结果如附表2。
[0023]附表2:对比试验1结果。
[0024]
[0025] 对比试验2:降解过程中，壳聚糖溶液浓度3g/L，pH 4.4,压力0.4 MPa，时间30 min，温度不同，试验结果如附表3。
[0026]附表3:对比试验2结果。
[0027]
[0028] 对比试验3:降解过程中，壳聚糖溶液浓度3g/L，温度40° C，压力0.4 MPa，时间30 min，pH不同，试验结果如附表4。
[0029] 附表4:对比试验3结果。
[0030]
[0031] 对比试验4:降解过程中，壳聚糖溶液浓度3g/L，温度40° C，pH 4.4,时间30 min，压 力不同，试验结果如附表5。
[0032]附表5:对比试验4结果。
[0033]
[0034] 对比试验5:降解过程中，壳聚糖溶液浓度3g/L，温度40°C，pH 4.4,压力0.4 MPa， 时间不同，试验结果如附表6。
[0035] 附表6:对比试验5结果。
[0036]
[0037] 从上述对比实验的结果可以看出，采用本实用新型的降解率与现有水力空化装置 (文丘里管）制备低聚壳聚糖的降解率相比至少提高40%以上，多数情况能够提高50%以上， 有个别情况甚至能提高100%以上。可见，本实用新型与现有水力空化装置(文丘里管）制备 低聚壳聚糖的方法相比，效率明显要高很多。
【主权项】
1. 一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置，其特征在于:包括恒温水浴循环水箱（5)、贮 罐(1)、栗(2)、自振空化器(4)和输送壳聚糖溶液的管道以及安装在管道上的压力表(3)、阀 门（6)，所述栗通过管道分别与贮罐（1 )、自振空化器(4)连通，自振空化器通过管道与贮罐 连通。2. 根据权利要求1所述的一种制备低聚壳聚糖的自振空化装置，其特征在于:所述自振 空化器(4)是具有中空部分的管状结构，沿物料的流动方向，自振空化器的中空部分分别为 第一圆孔段(41)、第二圆孔段(42)、第三圆孔段(43)、喇叭口段(44)和第四圆孔段(45)，所 述第一圆孔段直径Dl与第二圆孔段D2的比值为1.5~3.5,第二圆孔段D2与第三圆孔段D3的 比值为1.5~5。
【文档编号】C08B37/08GK205528545SQ201620096552
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】黄永春, 杨锋, 李利军, 许佳丽, 任仙娥, 黄承都, 黄琼, 谢清若, 张昆明
【申请人】广西科技大学