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一種直錐形雙螺旋中藥提取罐的優化設計

作者:第一論文網 更新時間:2015年10月30日 10:03:34

中藥是中國的傳統藥物,傳統意義上的中藥提取技術主要采用瓦罐煎煮。現代研究將傳統中藥優勢特色與現代科學技術相結合,開發出了一系列中藥提取罐,以滿足不斷發展的社會需求。目前提取罐存在的主要問題在于容積較小、轉臂式結構不大、排渣過濾面積小或者沒有有效的過濾裝置,容易堵塞;操作不靈活,不能實現自動化生產等問題。要改變傳統提取罐的現狀,需要提高整個生產過程的質量控制,將傳統生產工藝與現代設備完美結合。傳統中藥生產常采用提取、濃縮工藝,這部分設備向來是中藥生產企業控制的關鍵。為了解決上述問題,本設計優化了一種直錐形雙螺旋中藥提取罐,在傳統直錐型提取罐內增設雙螺旋攪拌槳,攪拌槳類似于鉆頭形,圍繞提取罐筒身轉動的同時能夠自轉,有效實現提取罐內部的動態提取,以解決傳統提取罐的缺陷,實現中藥提取過程的全自動控制。1 提取罐總體結構設計

本設計在直錐型提取罐上加設DSH型雙螺旋錐形混合攪拌槳,攪拌槳設有兩只非對稱螺旋槳,其自轉達可使得物料向上運動,轉臂緩慢公轉運動,從而使物料不同程度進入螺柱,物料全圓周方位不斷更新擴散。兩股物料在提升過程中向中心凹穴匯合,形成了向下的物料流,起到對流循環的三重混合效果。提取罐設計了梅花狀“錯位閥”,能夠與長螺旋底部緊密貼合,以有效減少混合死角。1.1 基本設計參數

設計壓力 內筒:0.05 MPa,夾套:0.35 MPa;

最高工作壓力內筒:<0.05 MPa,夾套:0.3 MPa;

設計溫度內筒:100℃,夾套:145℃;

容積

內筒:5 m3。1.2簡體設計

本提取罐由投料口、罐體、出渣門等組成。考慮到罐內要加設雙螺旋攪拌槳,所以封頭部分設計為圓弧形。根據工藝操作的要求,罐體上設置輔助裝置(如清洗、循環、出渣門啟閉緊鎖等裝置)和工藝接管等附件,如圖l。

選材主要考慮強度極限和屈服極限。提取設備材料除保證機械強度、剛度要求外,還考慮設備防漏、防爆、耐腐蝕等要求。本設計提取罐與物料接觸部位均采用奧氏體不銹鋼,其主加元素為Cr (Wc =17%—190/0)和Ni(WNi=8%~11%)。為了避免晶界區貧Cr而遭受電化學腐蝕添加Ti,使得晶界上優先形成TiC,防止晶間腐蝕;罐體上所有密封件均采用耐熱、無毒材料;外購配套設備的材料與整體設計要求一致,受壓零部件材料符合國家標準GB150(鋼制壓力容器)中有關規定【8]。1.4控制系統設計

中藥材投入提取罐時采用液位控制法控制溶劑加入量,且加入溶劑量為藥材的5—10倍。采用動態提取法進行提取,罐內藥液的溫度恒定、壓力為常壓[9j。提取主要溶劑為水和醇,不同提取溶劑采用不同的控制方法。當提取溶劑為水時,在提取過程中放空閥始終處于開啟狀態,保持罐壓為常壓,一旦發生意外(如排氣通道堵塞)設備做報警處理。提取溶劑為醇時,放空閥處于關閉狀態。本設計的中藥提取罐,在固定的設備和管線條件下,采用靈活的自控方式實現不同提取模式的全過程自動控制,以保證既可“水提”亦可“醇提”;既可“單罐提取”亦可“多罐提取”;既可。循環提取”亦可“非循環提取”。提取罐的加料補料、恒溫升溫、提取出料直到提取結束時或者再次提取的全過程,都可自動完成。提取部分的自動控制回路主要包括提取罐溫度控制、加液控制、出料自動控制、溫度自動檢測及儲液罐的液位自動檢測。2裝置性能實驗

通過工藝預研和企業調研,采用優化后的中藥提取罐提取山茱萸環烯醚萜類化合物,進行小試研究,驗證設備性能。實驗所用山茱萸采自陜西省商洛市丹鳳縣,先將干燥的山茱萸藥材凈制,除去果梗等其它雜質,再用粉碎機粉碎,過三號篩,備用。稱取粉碎過篩后的山茱萸,以甲醇為提取溶劑,料液比分別為1:5、1:10、1:15、1:20、1:25,提取溫度為70℃,提取時間為120 min。提取結束后,濃縮提取液,浸膏加水溶解,過濾得山茱萸環烯醚萜總苷提取液。同時,采用未經優化的提取罐,采用相同工藝對山茱萸環烯醚萜總苷進行提取,并對提取率進行比較,比較結果如圖3。

優選料液比為1:15,提取溫度為70℃,提取溶劑為甲醇,提取時間分別為60、80、100、120 min,分別采用普通提取罐和優化后的提取罐提取山茱萸中環烯醚萜總苷,對提取結果進行比較,比較結果如圖4。

由圖4可見,相同的料液比、提取時間和提取溫度下,優化后的提取罐提取率明顯高于普通提取罐,且當料液比為1:15,提取時間為120 min時,無論普通提取罐還是優化后的提取罐,山茱萸環烯醚萜總苷的提取率均為最高,且優化后的提取罐明顯提高了山茱萸環烯醚萜總苷提取率。優化后的提取罐增加了DSH型雙螺旋錐形混合機攪拌槳和自動控制系統,有效實現提取罐內部的動態提取,增加了溶劑和物料的接觸面積和濃度差,提高了中藥有效成分的提取率。

3結論

本設計優化了一種新型直錐形雙螺旋中藥提取罐,改善了傳統提取罐排渣難、提取效率不高等問題,在傳統直錐型提取罐內增設雙螺旋攪拌槳,攪拌槳類似于鉆頭形,圍繞提取罐筒身轉動的同時能夠自轉,有效實現提取罐內部的動態提取,從而達到提取設備優化。通過提取山茱萸環烯醚萜總苷驗證裝置性能,結果表明優化后的提取罐極大提高了中藥有效成分的提取率。通過優化設計,提取罐的設備性能更加符合行業發展需要,對提高我國制藥機械設備的科技含量,推動中藥產業的現代化發展,實現人力、物力的節約,具有重大的價值。

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