一种用于处理咖啡渣的制皂装置及方法 |
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| 申请号 | CN202310241219.X | 申请日 | 2023-03-14 | 公开(公告)号 | CN116515567A | 公开(公告)日 | 2023-08-01 |
| 申请人 | 浙江大学; | 发明人 | 滕佳琪; 王树荣; 吴靖风; 顾瑾钰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提出了一种用于处理咖啡渣的制皂装置及方法，该制皂装置包括壳体、进料盒、混合反应器、冷却室，以及与所述进料盒、混合反应器、冷却室通讯连接的 控制器 模 块 ，所述壳体的进料口处设有若干个进料盒，所述进料盒上配设有预热模块，所述进料盒的出口端配设有控制 阀 ，所述 控制阀 的出口与所述混合反应器连通，所述混合反应器上配设有加热模块和 搅拌机 构，所述混合反应器的出液口配设有出液阀，所述混合反应器的出液口接入所述冷却室，所述冷却室内设有可容置皂液的模具。该装置可以实现原原料透明化、保障制备过程安全、配方多样性，并且方便操作。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于处理咖啡渣的制皂装置，其特征在于：制皂装置(10)包括壳体(11)、进料盒(12)、混合反应器(14)、冷却室(35)，以及与所述进料盒(12)、混合反应器(14)、冷却室(35)通讯连接的控制器模块(17)，所述壳体(11)的进料口处设有若干个进料盒(12)，所述进料盒(12)上配设有预热模块(19)，所述进料盒(12)的出口端配设有控制阀(26)，所述控制阀(26)的出口与所述混合反应器(14)连通，所述混合反应器(14)上配设有加热模块(20)和搅拌机构(15)，所述混合反应器(14)的出液口配设有出液阀(34)，所述混合反应器(14)的出液口接入所述冷却室(35)，所述冷却室(35)内设有可容置皂液的模具。 |
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| 说明书全文 | 一种用于处理咖啡渣的制皂装置及方法【技术领域】 [0001] 本发明涉及咖啡废渣再利用的技术领域，特别是一种用于处理咖啡渣的制皂装置及方法。【背景技术】 [0002] 咖啡是世界三大饮料之一，咖啡在制备过程中会产生大量的咖啡渣，约占咖啡干豆的2/3。大部分咖啡渣最终被填埋，并会排放约504万吨的二氧化碳，是温室气体的“制造者”，给大气环境造成了污染。对于咖啡店而言，每制作一杯现磨咖啡，就会产生约30克咖啡渣。对于城市中客流量较大的现磨咖啡店，每天都能产生数斤的咖啡渣；对于这些不断产出的咖啡渣，咖啡店常常“用之无能，弃之可惜”。 [0003] 咖啡渣是去角质的好原料，利用咖啡渣磨砂质感和咖啡香味的作用，加入肥皂中搓洗按摩皮肤可去除老化的角质、使皮肤光滑紧实，同时，咖啡渣也携带了咖啡独特的香气，使肥皂散发出浓郁的咖啡香味。所以可将咖啡渣作为肥皂中的研磨剂与香氛剂，制作咖啡皂，这样既可以有效解决咖啡渣废弃的问题，又可以变废为宝，增加经济效益。目前用咖啡渣制作肥皂的方案多为通过手工进行制作，制作技术的局限性导致通过对咖啡渣进行循环利用制作咖啡皂只停留在人们的兴趣层面，无法做到推广应用，达不到资源再利用以及环境保护的目的。 [0004] 目前市场上常见的利用咖啡渣制做肥皂的工厂和机器将重点放在了工艺流程的设置，制作咖啡皂的配方相对单一。并且在生产制造肥皂的过程中，工厂所采取的热制法需要大量人力物力，并且投入的香精添加剂较多。此外，传统的肥皂冷制法制作的咖啡皂保留了甘油以及咖啡渣的滋养成分，避免了香精和添加剂的加入，但冷制法需要人工完成整个制造流程中加料、加热、导流等复杂步骤，不适用家用制皂。为了解决上述问题申请号为CN104928094的发明专利提出一种家用手工皂制作机，其虽然提供了一种全过程安全、便捷的制作肥皂的方式，但也只是限于使用简单的机械传动结构，并未使用精密的电子控制，也无法是实现皂液的快速冷却。大多数的制皂装置只能按照一定配方制皂，无法实现肥皂配方的多样性、肥皂外形的差异化。【发明内容】 [0005] 本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种用于处理咖啡渣的制皂装置及方法，可以实现原原料透明化、保障制备过程安全、配方多样性，并且方便操作。 [0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种用于处理咖啡渣的制皂装置，制皂装置包括壳体、进料盒、混合反应器、冷却室，以及与所述进料盒、混合反应器、冷却室通讯连接的控制器模块，所述壳体的进料口处设有若干个进料盒，所述进料盒上配设有预热模块，所述进料盒的出口端配设有控制阀，所述控制阀的出口与所述混合反应器连通，所述混合反应器上配设有加热模块和搅拌机构，所述混合反应器的出液口配设有出液阀，所述混合反应器的出液口接入所述冷却室，所述冷却室内设有可容置皂液的模具。 [0007] 作为优选，所述混合反应器包括加热搅拌台，以及安装于所述加热搅拌台上方的搅拌筒，所述加热搅拌台与所述加热模块、搅拌机构电性连接，所述搅拌筒包括自外至内依次设置的外壁层、容纳层，所述加热模块设置于所述外壁层与所述容纳层之间，所述搅拌机构伸入所述容纳层的内腔中。 [0010] 作为优选，所述外壁层和所述容纳层均由金属原料制成，两者之间形成的密封空间内注入有二氧化碳气体。 [0013] 作为优选，所述冷却室配置有与所述控制器模块通讯连接的制冷模块，所述混合反应器的出液口通过管道接入混合液出料斗，所述混合液出料斗的下方设有冷却室，所述冷却室的一端设有可供混合液出料斗伸入的入口，另一端配设有可开启或关闭的挡盖，所述冷却室内设有可沿滑轨移动的滑座，以及用于控制所述滑座沿滑轨移动的驱动模块，所述滑座上可拆卸地安装有模具，所述滑轨的一端位于混合液出料斗的正下方，另一端位于挡盖的下方。 [0014] 作为优选，所述进料盒的底部设有用于对其内部原料进行称重的重量传感器，所述进料盒的出料口连接有出料管，所述出料管的出口端设有控制阀，所述重量传感器、控制阀通讯连接至所述控制器模块。 [0016] 作为优选，所述制皂装置还包括与所述控制器模块电性连接的温控变频模块、环境温度检测传感器、预热温度检测传感器、加热温度检测传感器；所述温控变频模块与所述加热模块和所述预热模块电性连接，用于进行温度控制调节；所述环境温度检测传感器用于检测外部环境温度；所述预热温度检测传感器安装在所述进料盒上，用于检测其内部的预热温度；所述加热温度检测传感器配设在所述混合反应器上用于检测其反应温度；所述温控变频模块根据所述环境温度检测传感器、所述预热温度检测传感器和所述加热温度检测传感器所检测的温度数据进行温控调节。 [0017] 本发明还提出了一种用于处理咖啡渣的制皂方法，包括以下步骤： [0018] S1.咖啡渣预处理：预热咖啡渣并散化至粉末状态； [0019] S2.对油液、牛奶进行预热，并将两者进行混合； [0020] S3.将预处理后的咖啡渣倒入步骤S2混合所得的油状液体中，将三者的混合液加热至一定温度后，进行搅拌； [0021] S4.向步骤S3获得的混合液中加入碱液，保持温度继续搅拌至混合均匀； [0022] S5冷却出模：将混合物倒入模具中，自然冷却。 [0023] 作为优选，步骤S1中，预热咖啡渣的温度控制在40‑50℃，步骤S2中，预热油液至40‑55℃；预热牛奶至40‑55℃。 [0024] 作为优选，所述油液采用大豆油、山茶油中的一种或两者混合。 [0025] 作为优选，步骤S3中，将混合液加热至65‑85℃左右开始搅拌，搅拌速率为400‑600rpm，保持同一方向进行搅拌。 [0026] 作为优选，步骤S4中加入碱液后保持65‑85℃，搅拌10‑12分钟至稳定状态。 [0027] 作为优选，油液：碱液：咖啡渣：牛奶的质量比为25～35：3～5：6～8：1～3。 [0028] 作为优选，步骤S4中在搅拌的过程中还加入有适量起泡剂，每20g咖啡渣对应起泡剂计量为2ml。 [0029] 本发明的有益效果： [0030] 1.通过控制器模块集中控制，可以选择不同的原料配方或者比例，成就多样性制皂。 [0031] 2.温度传感器与重量传感器的加入，使得对咖啡皂的制作原料的处理精度更高，能够有效提高制作的咖啡皂的质量，实现大范围推广。 [0032] 3.混合反应器采用硅胶电热膜多段加热技术，通过电磁使内胆的容纳层自发热，同时热源从四周同时发热，升温速度快，相比于传统底部加热方式使得加热更加均匀，并通过多点测温网有效实现精准控温。 [0034] 5.冷却室增加制冷模块，加速成皂速度，更加符合实际咖啡店应用场景。 [0035] 6.可以根据需要选择系统内置的多种制皂预设，根据不同需求选择不同配方，满足用户的多样需求。 [0036] 7.采用控制器模块集中控制，并接入各种传感器模块，通过增设警报单元，可以在出现温度异常或者用料异常会自动发出警报，集中把控制皂过程，安全可控。 [0038] 图1是本发明一种用于处理咖啡渣的制皂装置的内部结构示意图； [0039] 图2是本发明一种用于处理咖啡渣的制皂装置的内部模块的结构框图； [0040] 图3是本发明一种用于处理咖啡渣的制皂装置的印花模块的仰视图； [0041] 图4是本发明一种用于处理咖啡渣的制皂装置的进料盒的盖子打开状态的示意图。 [0042] 图中：制皂装置‑10，壳体‑11，进料盒‑12，出料管‑13，混合反应器‑14，外壁层‑141，容纳层‑142，搅拌机构‑15，加热搅拌台‑16，控制器模块‑17，温控变频模块‑18，预热模块‑19，加热模块‑20，环境温度检测传感器‑21，预热温度检测传感器‑22，加热温度检测传感器‑23，温度传感器‑24，重量传感器‑25，控制阀‑26，控制触摸屏‑27，有源蜂鸣器‑28，接口模块‑29，插口模块‑30，管道‑31，印花模块‑32，滑座‑33，出液阀‑34，冷却室‑35，挡盖‑ 36，混合液出料斗‑37。 【具体实施方式】 [0043] 实施例1 [0044] 参阅图1至图2，本发明一种用于处理咖啡渣的制皂装置，制皂装置10包括壳体11、进料盒12、混合反应器14、冷却室35，以及与所述进料盒12、混合反应器14、冷却室35通讯连接的控制器模块17，用于根据设置的运行参数控制所述制皂装置10运行；所述壳体11的进料口处设有若干个进料盒12，所述进料盒12上配设有预热模块19，用于对所述进料盒12内储存的原料进行预处理，在本实施例中，所述预热模块19为采用电磁加热模块，直接按照设定的温度进行加热；所述进料盒12的出口端配设有控制阀26，所述控制阀26的出口与所述混合反应器14连通，所述混合反应器14上配设有加热模块20和搅拌机构15，所述混合反应器14的出液口配设有出液阀34，所述混合反应器14的出液口接入所述冷却室35，所述冷却室35内设有可容置皂液的模具。在本实施例中，壳体11内可设置5个进料盒12，该5个进料盒12可分别用于放入不同制作原料，例如分别放置大豆油和山茶油的混合液、一定浓度的碱液、肥皂起泡剂、牛奶和废弃的咖啡渣。进料盒12外侧的预热模块19能够对进料盒12内的原料进行加热预处理，例如：对需要融化的原料或者需要进行预热的原料预先进行热处理，从而保证制作程序的顺畅性。混合反应器14用于供不同原料进行混合反应，从而形成皂液。等皂液形成后，将皂液输出至模具中冷却定型即可。 [0045] 进一步地，所述混合反应器14包括加热搅拌台16，以及安装于所述加热搅拌台16上方的搅拌筒，所述加热搅拌台16与所述加热模块20、搅拌机构15电性连接，所述搅拌筒包括自外至内依次设置的外壁层141、用于容纳原料的容纳层142，所述加热模块20设置于所述外壁层141与所述容纳层142之间，在通电时可对容纳层142内的原料进行热处理，从而为混合反应提供适当的温度，所述搅拌机构15伸入所述容纳层142的内腔中。 [0046] 进一步地，所述容纳层142外壁的周侧均匀布置有多段所述加热模块20，所述加热模块20为硅胶电热膜，所述硅胶电热膜由两个硅胶层之间的电阻丝或蚀刻电阻轨道制成，经过压制和热处理，在电流流过的时候使温度升高。通过电子线路板组成部分(硅胶电热膜)产生交变磁场，利用电磁感应直接作用于内壁进行加热，避免了传统发热盘加热的热损耗，热量传导更快，使得热量能够均匀分布于侧壁，升温速度快，加热更加均匀，可以有效实现精准控温，使得反应液受热立体均匀。更进一步地，所述容纳层142的外壁还设有多点测温网，所述多点测温网上分布有多个用于检测所述容纳层142的局部温度的温度传感器24，多个所述温度传感器24通讯连接至所述控制器模块17。咖啡皂的混合反应对温度稳定性以及均匀性要求较高，采用多段加热技术，通过判断不同位置的电磁段频率不同，做到更加精准控温。 [0047] 进一步地，所述外壁层141和所述容纳层142均由金属原料制成，从而保证其结构的稳定性，使用寿命长。外壁层141和容纳层142之间形成的密封空间内注入有二氧化碳气体。利用双层隔温以及气体保温技术能够更好的实现保温，减少热量损失，进一步保证节能。同时，这样的结构能够隔热防烫，提高生产过程安全性，使内部温度相对稳定，保障成皂反应稳定。外壁层141和容纳层142可以选用导热系数低于0.14W/(m·K)的隔热原料，减少不必要的热量损失，达到节约能源的目的。 [0048] 进一步地，所述搅拌机构15采用磁力搅拌棒，所述搅拌筒的底部设有用于驱动所述搅拌机构15的磁力驱动器，所述混合反应器14上设有转动座，所述磁力搅拌棒可拆卸地插接于所述转动座上。在本实施例中，所述搅拌机构15的磁力驱动器电性连接至所述加热搅拌台16，且通讯连接至所述控制器模块17。该磁力驱动器在通电后，驱使搅拌机构15对混合原料进行搅拌，提高混合原料的反应效率。磁力搅拌设备更加方便稳定，通过控制搅拌速度，能够避免混合反应液粘稠固结以及反应缓慢。 [0049] 进一步地，所述加热搅拌台16上配设有插口模块30，所述搅拌筒的上设有接口模块29，所述搅拌筒的加热模块20通过接口模块29与插口模块30电连接。 [0050] 进一步地，所述制皂装置10还包括与所述控制器模块17电性连接的温控变频模块18、环境温度检测传感器21、预热温度检测传感器22、加热温度检测传感器23；所述控制器模块17用于根据设置的运行参数控制制皂装置运行，所述温控变频模块18与所述加热模块 20和所述预热模块19电性连接，用于进行温度控制调节；所述环境温度检测传感器21用于检测外部环境温度；所述预热温度检测传感器22安装在所述进料盒12上，用于检测其内部的预热温度；所述加热温度检测传感器23配设在所述混合反应器14上用于检测其容纳层 142反应温度；所述温控变频模块18根据所述环境温度检测传感器21、所述预热温度检测传感器22和所述加热温度检测传感器23所检测的温度数据进行温控调节。也就是说，环境温度检测传感器21、预热温度检测传感器22和加热温度检测传感器23将检测后的温度发送至控制器模块17，控制器模块17根据检测信息进行计算处理，得出温控指令信息，然后将温控指令信息发送至温控变频模块18，从而控制温控变频模块18进行温度调节，通过环境温度检测传感器21对环境温度自动采样及监控，当环境温度高于设定值时控制电路启动，合理分配加热用电，减少电能损耗，延长设备使用寿命。制皂时，通过预热温度检测传感器22和加热温度检测传感器23能够严格监控混合反应的温度，控制反应进程平稳进行，进而保证皂液质量。 [0051] 进一步地，所述壳体11上还设有用于供用户输入操作指令以控制制皂装置10运行的控制触摸屏27，所述控制触摸屏27电性连接至所述控制器模块17，以用于供用户输入操作指令以控制制皂装置运行。用户还可以通过控制触摸屏27来输入各种运行参数。 [0052] 进一步地，所述进料盒12的底部设有用于对其内部原料进行称重的重量传感器25，所述进料盒12的出料口连接有出料管13，所述出料管13的出口端设有用于控制其出料量的控制阀26，所述重量传感器25、控制阀26通讯连接至所述控制器模块17，从而可将进料盒12内的原料的重量信息实时发送至控制器模块17，以实现控制阀26的投料以及结束投料，投料量参数可以预设值好，重量传感器25能够实时监控投料量，从而保证投料的精准性。在本实施例中，所述出料管13包括固定管和调节管，所述固定管固定至所述壳体11，所述调节管通过螺纹连接的方式可上下调节连接至所述固定管的下端。更进一步地，所述进料盒12的咖啡渣进料口还设有咖啡渣处理模块，并与所述控制器模块17电性连接，所述咖啡渣处理模块采用小型叶片涡轮机构对咖啡渣块进行散化。 [0053] 实施例2 [0054] 在本实施例中，所述冷却室35配置有与所述控制器模块17通讯连接的制冷模块，所述混合反应器14的出液口通过管道31接入混合液出料斗37，所述混合液出料斗37的下方设有冷却室35，所述冷却室35的一端设有可供混合液出料斗37伸入的入口，另一端配设有可开启或关闭的挡盖36，所述冷却室35内设有可沿滑轨移动的滑座33，以及用于控制所述滑座33沿滑轨移动的驱动模块，所述滑座33上可拆卸地安装有模具，所述滑轨的一端位于混合液出料斗37的正下方，另一端位于挡盖36的下方，当模具内的皂液冷却后，由滑座33将载有咖啡皂的模具输出至挡盖36下方，打开挡盖36后即可取出。 [0055] 实施例3 [0056] 在本实施例中，所述壳体11内还安装有用于在反应温度或搅拌速度发生异常时发出警报的警报单元，在本实施例中警报单元采用有源蜂鸣器28，并通讯连接至所述控制器模块17。在制皂装置运行时，控制器模块17控制各个分模块进行动态适应与调整，一旦温度或者搅拌速率不合理或者发生其他故障，有源蜂鸣器28就会发出警告。例如，反应温度超过60摄氏度或者搅拌速度超过250rpm时，会有源蜂鸣器28发出警报信息，有源蜂鸣器28进行报警。 [0057] 实施例4 [0058] 在本实施例中，所述冷却室35内还设有印花模块32，待成皂冷却完毕，用户还可以通过操控触控屏，自主绘制图案，原理如下，可以在显示屏上绘制自己喜欢的像素图案，印花模块32中被选中的像素对应的方块感知后下压，待混合液冷却之后，印制板下压，可以压制出用户绘制的图案。具体地，显示屏的印花页面的像素块可对应印花模块的一块块方块，在显示屏中选择相应的像素块，则对应的印花模块的方块会接收传感信息下压，从而显示不同的像素风的图案。 [0059] 以实施例1为例，制皂装置10的使用流程如下： [0060] 1.投放原料：打开壳体11上方进料盒12的盖子，向对应的进料盒12注入原料； [0061] 2.参数设置：通过控制触摸屏27设置原料投放比、温度和搅拌速率(设置参数如下表1所示)，根据不同的制作方法和用量配比，制皂装置10将会自动设置好原料投放量，根据所选模式来确定最佳加热温度和搅拌速率。 [0062] 表1 [0063] [0064] 3.启动制作：点击启动按钮，原料从对应的出料管13流出至混合反应器14内，加热模块20和搅拌机构15将对混合原料进行充分加热和搅拌。 [0065] 4.入模冷却：待所有步骤完成，可以将混合皂液输出至模具，冷却之后即可取出模具中的咖啡皂。 [0066] 实施例5 [0067] 本发明还提供了一种用于处理咖啡渣的制皂方法，包括以下步骤： [0068] S1.咖啡渣预处理：预热咖啡渣并散化至咖啡渣完全成为松散的粉末状态，其中，预热咖啡渣的温度控制在40‑50℃； [0069] S2.对油液、牛奶进行预热，并将两者进行混合，其中，预热油液至40‑55℃；预热牛奶至40‑55℃，加入适量牛奶增强皂体的湿润性和润滑度； [0070] S3.将预处理后的咖啡渣倒入步骤S2混合所得的油状液体中，将三者的将混合液加热至65‑85℃℃开始搅拌，搅拌速率为400‑600rpm，保持同一方向进行搅拌(顺时针或者逆时针方向，持续搅拌10分钟)； [0071] S4.向步骤S3获得的混合液中加入碱液，保持65‑85℃继续搅拌10‑12分钟至稳定状态； [0072] S5冷却出模：将混合物倒入模具中，自然冷却4‑5个小时。 [0073] 进一步地，油液：碱液：咖啡渣：牛奶的质量比为25～35：3～5：6～8：1～3。在本实施例中，油液采用大豆油，碱液采用氢氧化钠，大豆油：氢氧化钠质量为15：2，水的质量依据氢氧化钠饱和溶液计算，咖啡渣和牛奶的质量依据实际情况可以动态调整，步骤S4中在搅拌的过程中还加入有适量起泡，每20g咖啡渣对应起泡剂计量为2ml，使得肥皂使用时手感体验更好。 [0074] 该方法中不同实施例的配方比例如下表2所示。 [0075] 表2 [0076] [0077] [0078] 上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。 |
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