一种用于大米蛋白生产的脉冲式连续酸解反应器的制作方法

本实用新型涉及一般的物理或化学的方法或装置技术领域，尤其涉及大米精深加工技术领域，具体是指一种用于大米蛋白生产的脉冲式连续酸解反应器。

背景技术：

目前大米蛋白生产正在成为一个产业，有采用大米碎米通过制糖得到的米渣进一步提纯得到80%的蛋白粉，也有从米糠中提纯得到的蛋白粉。但是上述两种初加工得到的蛋白粉的重金属含量较高，均达不到卫生标准。现阶段各生产制备厂家普遍采用重新溶解物料，通过增加酸解络合反应去除重金属。

传统的酸解反应，普遍使用不锈钢罐或陶瓷反应罐加设旋转搅拌设备实现；其制备设备投入资金大，工艺流程相对长，操作繁杂。经常会出现两种情况：反应不彻底或反应过度，致使产品达不到合格标准需要再次工艺处理。所以亟待需要对大米蛋白反应过程新设备的研制开发，也是本领域技术人员的重点研究方向。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述技术问题提供一种用于大米蛋白生产的脉冲式连续酸解反应器，实现了用于大米蛋白生产的均匀自反应以达到充分络合的过程；再经旋流分离后去除金属离子，不存在运动部件从而提高了设备使用寿命，减少设备的投入成本。保证了物料均衡反应和先进先出，提高大米蛋白制备效率及纯度。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种用于大米蛋白生产的脉冲式连续酸解反应器，所述反应器中的物料通过酸解混合器、进料泵、管道输送至回转壳，所述反应器包括至少一个回转壳，所述回转壳包括壳体、顶部和底部，所述壳体包括第一壳体和第二壳体，所述第一壳体和第二壳体竖直交替固定连接，所述第一壳体内径小于第二壳体内径，所述壳体的上下两端都为第一壳体，所述底部设有进料口和排污阀，顶部设有出料口。

较佳的，所述第二壳体和第一壳体的内径分别为“D2”与“D1”其比值为1.2～1.6∶1。

较佳的，所述第二壳体和第一壳体的长度分别为“L2”与“L1”其比值为1∶2～2.5。

较佳的，所述壳体总高度“L”分别与第二壳体和第一壳体平均直径“(D1+D2)/2”之比为5～6∶1。

作为优选，所述顶部为锥体。

进一步优选，所述的锥体为正圆锥体，内夹角α的范围为90°～120°。

作为优选，所述底部为倒锥体。

进一步优选，所述倒锥体为倒圆锥体，内夹角β范围为90°～120°。

采用优选方案能够使物料平稳的扩散进入回转壳内。

采用上述方案及回转壳的关键设计参数能够使反应物料在回转壳内稳定的扩散并能够通过排污阀将反应后的金属离子排出。各反应器组中，前一个回转壳的出料口通过管道连接后一个回转壳的进料口。如果改用从回转壳顶部送入混合物料液，物料液受来自泵和料液重力的双重作用，形成无规则运动，亦产生混流，达不到旋流分离工艺要求。经调浆粉碎的物料送入带有搅拌作用的酸解混合器中，与酸解混合器外接的磷酸入口加入的磷酸液在数秒内通过搅拌剪切强力的混合，再经过进料泵和连接管道从底部送入酸解连续反应器的回转壳的进料口，进一步均匀混合、碰撞，并持续完成酸解反应。

该方案的基本原理：首先酸解混合器将原料通过进料泵和管道输送至脉冲式连续酸解反应器，所述反应器即回转壳通过第一壳体和第二壳体直径不同交替组合，可以充分发挥物料的的碰撞效果，以强化混合和反应过程。具体过程：磷酸与蛋白颗粒粒子首先在酸解混合器混合，然后通过离心泵进入管道内，层流粒子得到加速，反应剧烈。当混合液进入连续反应器回转壳的第一壳体内发生紊流，分子间距离重新排列，在离心泵的连续动力作用下，连续反应器下部约1/4处的混合液形成很强的湍流状态，使混合蛋白液分散更加均匀，分子运动剧烈，反应速度加快，酸与蛋白中的重金属反应生成微小颗粒。粒子依惯性进入到第二壳体内湍流结束，混合液突然扩大，粒子在运动过程中，由于受到阻力而不断减速，直至减速终了时；连续反应器回转壳又由第二壳体突然缩小至第一壳体，这样粒子又被加速，如此重复交替地在回转壳内作用，则粒子的运动速度也交替地加速和减速。磷酸和蛋白粒子间的相对速度和传导面积均较大，从而强化了传导传质的速率，同时在管径内流速下降也相应增加了反应时间。形成的金属粒子，逐渐增大以完成络合反应。

进一步的，一种用于大米蛋白生产的脉冲式连续酸解反应器在酸解混合过程中，通过连续设置的回转壳替代传统工艺过程中的反应釜，用于实施大米蛋白的酸解反应过程，通过采用二级或多级的串联或并联脉冲式连续酸解反应器作为强化反应的结构，通过改变物料液的相对速度，强化传质过程，实现反应物的迅速聚集，在整个过程中同时具有搅拌和混合作用。所述的脉冲式酸解连续反应器的长、径比及平均直径比为关键设计参数，其决定了混合物料在连续反应器中的流动状态和反应效果。经流体动力学数学模型分析研究和现场应用试验确认得出，符合化学反应器基本原理--费克第二定律及平推流反应器的串联组合原理。费克第二定律指出，在非稳态扩散过程中，在距离x处，浓度随时间的变化率等于该处的扩散通量随距离变化率的负值，（负值-表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散组元由高浓度区向低浓度区扩散）即

上式中，C为扩散物质的体积浓度(kg/m³)；

t为扩散时间(s)；

x为距离(m)；

固溶体中溶质原子的扩散系数D是随浓度变化的，为了使求解扩散方程简单，近似地把D看作恒量处理。

上式是偏微分方程，求解时先作变换：该式就可以变成一个常微分方程，再结合初始条件和边界条件求出方程的通解，利用通解可以解决包括非稳态扩散的具体问题。

与现有技术相比，本实用新型有益效果可根据对上述方案的叙述得知：所述的脉冲式酸解连续反应器的长、径比及平均直径比为关键设计参数，同时混合物料在其中的停留时间为主要工艺参数之一，经试验数据研究确认，连续酸解反应器物料停留时间为5～15分钟，比传统反应釜用时40分钟大大缩短，在此停留时间范围内，酸与蛋白得到充分混合、碰撞且均匀的反应，重金属离子与酸达到最大的凝聚，反应的重金属离子≥70%，为下一步离心分离重金属离子提供了可靠的保证。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图1为本实用新型的回转壳结构示意图。

附图2为本实用新型的整体布局图。

图中所示：

1、回转壳，1.1、第一壳体，1.2、第二壳体，1.3、倒圆锥体，1.3.1、进料管道，1.4、正圆锥体，1.4.1、出料管道，1.5、酸解混合器，1.5.1、磷酸入口，1.5.2、原料入口，1.5.3、出料阀，1.6、进料泵，1.7、回转壳Ⅰ，1.8、管道，1.9、回转壳Ⅱ，1.10、排污阀。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参照附图1，一种用于大米蛋白生产的脉冲式连续酸解反应器具体实施例：包括外接的酸解混合器1.5、进料泵1.6、管道1.8和至少一个回转壳1也可称之为回转壳体，所述回转壳1包括壳体、顶部和底部，所述壳体包括第一壳体1.1和第二壳体1.2，所述第一壳体1.1和第二壳体1.2竖直交替固定连接，所述第一壳体1.1内径小于第二壳体1.2内径，所述壳体的上下两端都为第一壳体1.1，所述底部设有进料口和排污阀1.10，顶部设有出料口。

所述回转壳1顶部的出料口为正圆锥体1.4且内夹角α的范围为90°～120°并连接有出料管道1.4.1，所述回转壳1底部的进料口为倒圆锥体1.3且内夹角β范围为90°～120°并连接有进料管道1.3.1和排污阀1.10，所述排污阀1.10可根据工艺需要设置其控制位置，所述第一壳体1.1直径为D1优选400mm，L1长度优选300mm，所述第二壳体1.2直径为D2优选480mm，长度L2优选650mm，所述第二壳体1.2和第一壳体1.1的直径分别为D2与D1其比值为1.2～1.6∶1且长度分别为L2与L1其比值为1∶2～2.5，所述回转壳1总高度L分别与第二壳体1.2和第一壳体1.1平均直径(D1+D2)/2之比为5～6∶1，回转壳1总高度L与L1和L2的关系为L=3×L1+2×L2，作为优选回转壳1总高度L为2200mm。

所述酸解混合器1.5为带有搅拌器的混合罐一端分别设有磷酸入口1.5.1用于添加食品级磷酸和原料入口1.5.2用于添加蛋白料液另一端通过管道1.8与回转壳1的底部的进料口的进料管道1.3.1连接，所述管道1.8上依次设有出料阀1.5.3和进料泵1.6，进料泵1.6此处优选离心泵。

所述各回转壳依次通过管道1.8连接，所管道1.8分别连接出料管道1.4.1和进料管道1.3.1其直径优选为65mm。

参照附图2用于示意安装位置，所述脉冲式连续酸解反应器采用二级回转壳串联式结构，原料入口1.5.2的蛋白料液和磷酸入口1.5.1的食品级磷酸进入带有搅拌的酸解混合器1.5，通过进料泵1.6的离心泵和连接管道1.8汇入回转壳Ⅰ1.7，并流入下一级回转壳Ⅱ1.9，磷酸与蛋白液中的金属离子发生剧烈反应直到反应结束，制备得到的大米蛋白液最终通过回转壳Ⅱ1.9顶部流入外接的储罐；为下一步再经旋流分离后去除金属离子提供保证。所述的脉冲式连续酸解反应器接入的进料泵1.6，流量为5～10m³/h。反应结束用清水冲洗，然后从排污阀1.10排出污水。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，参照优选的实施方式对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。