【文章內(nèi)容簡介】 83。34四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第1章 緒論 提取罐的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢提取罐是醫(yī)藥化工中常用的浸出提取設(shè)備，特別適合于天然藥物的浸出提取。直錐型提取罐適用于中藥、食品、化工行業(yè)的常壓、微壓、水煎、溫浸、熱回流、強(qiáng)制循取罐的主要系列有直錐型、蘑菇型、直筒型、斜錐型等。直環(huán)滲漏作用，芳香油提取及有機(jī)溶媒回收等多種工藝操作，具有效率高、操作方便等優(yōu)點，罐內(nèi)配備CIP清洗操作系統(tǒng)，符合GMP標(biāo)準(zhǔn)。 配套設(shè)備有冷凝器、消沫器、過濾器、冷凝器、冷卻器、藥液泵、油水分離器等。 據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報道，中藥提取仍然是國內(nèi)中藥現(xiàn)代化的瓶頸之一。目前世界天然植物藥市場已達(dá)300億美元，且以每年20％的速度增長，很有可能在近幾年內(nèi)快速增長到1000億美元以上；%，成為我國中藥出口的第二大類商品。植物提取領(lǐng)域發(fā)展?jié)摿薮?，天然藥物的開發(fā)、提取在日常生活中越來越多，前景看好。投資少、生產(chǎn)成本低、安全程度高的提取方法、經(jīng)濟(jì)效益愈發(fā)顯著越來越為人們所重視。未來的幾年，植物提取品種和數(shù)量將大大增加，十年內(nèi)甚至更短的時間內(nèi)將有數(shù)量級的飛躍，探討采用連續(xù)提取工藝，提高加工能力和得率，減低生產(chǎn)成本，有著不同尋常的意義。傳統(tǒng)的中藥提取設(shè)備都不能滿足現(xiàn)代提取要求，傳統(tǒng)提取罐提取效率低，提取中藥成分不純，現(xiàn)代中藥提取罐在提取中藥成分效率上提高了很多，因此發(fā)展更先進(jìn)的提取設(shè)備是迫不及待的，發(fā)展提取罐是中藥行業(yè)的必經(jīng)之路，提取罐設(shè)計更向著智能化、自動化、一體化發(fā)展。 提取罐自動化系統(tǒng)的發(fā)展[1] 多功能提取罐系統(tǒng)其整個提取過程是在密閉的循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)完成，能夠?qū)崿F(xiàn)對常壓水提、醇提，等多種提取工藝和多種物料的提取，無論是水提、醇提，等方面的工藝要求，均由制藥廠根據(jù)制藥工藝要求、準(zhǔn)則自行擬定，多功能提取系統(tǒng)由多功能提取罐和回流，冷凝，強(qiáng)制循環(huán)等組成，配套設(shè)備包括消沫器，過濾器，冷凝器，油水分離器，藥液泵等組成，提取罐的加熱方式通常采用夾套蒸汽傳熱，罐內(nèi)保持常壓，提取運行溫度的設(shè)定和是否需要強(qiáng)制循環(huán)方式是根據(jù)提取工藝要求來確定，為了實現(xiàn)多種物料不同提取工藝的計算自動檢測和控制，經(jīng)過調(diào)研和論證以及實踐，確定了多功能提取能的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計必須要滿足以下要求： (1) 根據(jù)天然藥物提取工藝的共性，特點和實際需求出發(fā)，既要滿足現(xiàn)又工藝條件，又要適應(yīng)今后技術(shù)發(fā)展的需要，因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計必須充分考慮控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案的靈活性，可變性，適應(yīng)性，可操作性。 (2) 實現(xiàn)多種提取工藝的選擇性控制，根據(jù)不同的提取工藝分別調(diào)整配方加料數(shù)量，夾套間接加熱保溫時間，強(qiáng)制循環(huán)的次數(shù)，回流提取方式，控制順序等，對提取工藝的控制要求是在有限和固定的設(shè)備各管線的條件下，方便而靈活地實現(xiàn)不同提取模式各全自動控制。 (3) 充分采用計算機(jī)在線監(jiān)測和實時控制的方法，對天然藥物提取工藝進(jìn)行全過程自動控制或局部自動控制，實現(xiàn)生產(chǎn)過程畫面的動態(tài)監(jiān)視以及參數(shù)的實時顯示，對一些重要的工藝參數(shù)實現(xiàn)在線設(shè)定和修改生產(chǎn)過程參數(shù)，對已記錄下的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并能實現(xiàn)歷史曲線的顯示和報表的生成及打印。 (4)充分考慮控制系統(tǒng)設(shè)計的可靠性和實用性以及經(jīng)濟(jì)性，無論傳感器，變送器，執(zhí)行器的選型還是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案的設(shè)計，都必須充分考慮到其可靠性，實用性，防爆安全性，應(yīng)用的方便性，靈活性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性，實現(xiàn)自動報警及聯(lián)鎖保護(hù)，為系統(tǒng)的安全，高效，穩(wěn)定生產(chǎn)提供保證。 多功能提取罐的應(yīng)用，多功能提取罐目前已成為中成藥制劑廠的一種重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于重要醇提，水煎，芳香性成分提取等工藝操作，如何充分發(fā)揮多功能提取罐的“多能”作用，我們從生產(chǎn)實際出發(fā)，對多功能提取罐的應(yīng)用做了一些探索及研究。多功能提取罐在進(jìn)行中藥材醇提取操作時，由于醇度較高，醇提取結(jié)束后放出含醇藥汁后，留存在多功能提取罐中的藥材吸附有大量高濃度乙醇，過去，下一步操作往往是直接進(jìn)行水煎，這樣留存在中藥材中的乙醇就在水煎時與水蒸氣一起揮發(fā)到大氣中，白白浪費，考慮到溶劑價格較貴，可以進(jìn)行回收重復(fù)利用，即在水煎開始時，先用回收冷卻裝置回收乙醇，待回收乙醇濃度達(dá)30%左右時停止回收，進(jìn)行水煎，這樣能回收部分乙醇，但存在回收時間較長，回收乙醇濃度不高等問題，在實際操作中，還常常因加水量不一，冷卻器循環(huán)水控制等引起具體困難，改正后的操作方法如先下：在熱回流結(jié)束放出回流藥汁后，不立即放水水煎，而是開啟多功能提取罐底部的蒸汽沖管閥，應(yīng)用水蒸氣蒸餾原理。~，這樣將留存在中藥材內(nèi)的高濃度乙醇一起帶出來，用回收冷卻裝置回收，待回收乙醇濃度下降到30%左右時，再放水進(jìn)行水煎，采用這種方法，操作易掌握，回收時間短，回收溶劑濃度高，溶劑損耗降低。一般中成藥廠采用滲濾發(fā)生產(chǎn)中成藥酒劑，滲濾后藥渣，一般采用壓榨法回收白酒。由于這種操作方法勞動強(qiáng)度大，操作環(huán)境惡劣，白酒損耗大，現(xiàn)在工廠己很少采用，為了減少白酒的消耗，降低產(chǎn)品成本，一般利用多功能提取罐回收酒劑藥渣中的白酒，具體操作方法如下將滲透完畢后的藥渣倒入多功提取罐中，以罐容量1/2—2/3投料量為宜，先開啟夾套蒸汽加熱, —，待回收白酒適量濃度時一般掌握回收白酒含醇量下降到25%左右，停止回收，采用這種操作方法，可以利用現(xiàn)有設(shè)備而不增添新的回收裝置，降低勞動程度，減少白酒損耗。要對提取罐深入了解就必須通過對中藥提取物的認(rèn)知。中藥提取物產(chǎn)業(yè)是從中藥產(chǎn)業(yè)分離出來的，根據(jù)國際國內(nèi)市場需求發(fā)展起來的一個產(chǎn)業(yè)，一方面可以認(rèn)為中藥提取物產(chǎn)業(yè)是中藥現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是當(dāng)前中藥國際化的現(xiàn)實途徑之一，大力發(fā)展中藥提取物產(chǎn)業(yè)具有戰(zhàn)略意義。另一方面要把這個產(chǎn)業(yè)當(dāng)成一個獨立產(chǎn)業(yè)，一個具有巨大市場需求的新興產(chǎn)業(yè)，不能過多地把它與中藥現(xiàn)代化和國際化聯(lián)系在一起。中藥是中華民族的瑰寶，我國已有數(shù)千年使用天然藥物的歷史，同時也具備豐富的自然資源，但我國中藥提取物產(chǎn)業(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐洲，面對全球迅速發(fā)展起來的天然藥物產(chǎn)業(yè)，天然健康品及天然日用化妝品市場，應(yīng)盡快制定明確的競爭戰(zhàn)略，便于適應(yīng)國際國內(nèi)市場的需求。一、中藥提取物的現(xiàn)代化發(fā)展： 提取物是國際天然醫(yī)藥保健品市場上的一種新的產(chǎn)品形態(tài)，是現(xiàn)代植物藥先進(jìn)技術(shù)的載體，該類產(chǎn)品在符合GAP、GMP要求下進(jìn)行生產(chǎn)，同時采用先進(jìn)的工藝和質(zhì)量檢測技術(shù)，如大孔吸附樹脂分離技術(shù)在國內(nèi)提取物生產(chǎn)企業(yè)中得到普及，而在中成藥生產(chǎn)中應(yīng)用甚少，HPLC、HPTLC、GC、GCMS、HPLCMS等分析儀器和技術(shù)在中藥提取物中得到應(yīng)用，它體現(xiàn)了中藥產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，體現(xiàn)了中藥現(xiàn)代化的要求。二、中藥提取物的產(chǎn)業(yè)化趨勢： 中藥提取物是對中藥材的深度加工，具有開發(fā)投入較少、技術(shù)含量高、產(chǎn)品附加值大、國際市場廣泛等優(yōu)勢和特點，是目前中藥進(jìn)入國際市場的一種理想方式；中藥提取物經(jīng)數(shù)年的發(fā)展，已具備一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，出口比例已超過中藥，并呈現(xiàn)上升趨勢。另一方面，提取物研制、生產(chǎn)、流通等各個環(huán)節(jié)，從宏觀到微觀尚缺乏必要的管理規(guī)范，產(chǎn)品品種多、規(guī)格雜、生產(chǎn)企業(yè)多而小、經(jīng)營渠道雜、經(jīng)營秩序混亂、產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，損害中藥出口產(chǎn)品的形象，致使中藥提取物平均出口價格大幅下降，%，惡性降價造成了企業(yè)效益下降和資源的嚴(yán)重浪費，中藥提取物需要產(chǎn)業(yè)化的調(diào)控和規(guī)范。絕大多數(shù)的植物提取物主要以外銷為主，這可能與中國中醫(yī)藥界對中藥提取物的看法仍然有很多分歧有關(guān)，很多人認(rèn)為中藥提取物與中藥飲片有很大的分別甚至不能稱之現(xiàn)代藥理學(xué)研究、中藥新劑型研制、提高中藥產(chǎn)品生產(chǎn)效率均有重要意義。隨著現(xiàn)代中藥提取技術(shù)的應(yīng)用, 中藥生產(chǎn)必將向過程可控、產(chǎn)物明確、質(zhì)量嚴(yán)格的方向發(fā)展, 從根本上提高中藥產(chǎn)品的科技含量, 使得傳統(tǒng)中藥領(lǐng)域向現(xiàn)代化、科學(xué)化、產(chǎn)業(yè)化、精細(xì)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向邁進(jìn)總的來說，目前中藥提取物的發(fā)展勢頭是好的，由逐漸替代中藥飲片的可能。但是由于歷史較短，發(fā)展過快，水平不一，利潤逐步調(diào)低，取法國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，中藥提取物已經(jīng)發(fā)展到了一個瓶頸階段，必須要大力投入在中藥標(biāo)準(zhǔn)方面的研究，掌握了標(biāo)準(zhǔn)的主動權(quán)也就掌握了中藥銷售的主動權(quán)。在不斷的經(jīng)營過程中借鑒的國外天然藥物的發(fā)展模式和方法，即可強(qiáng)化中藥產(chǎn)業(yè)的持續(xù)創(chuàng)新能力，又能為中藥產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨躍式發(fā)展提供技術(shù)保障。[3] 提取罐的結(jié)構(gòu)和提取原理 提取罐是中藥制取裝置機(jī)組中的核心設(shè)備。提取罐是通過在罐體內(nèi)對中藥材等組分在適宜溫度和壓力下進(jìn)行加熱、攪拌等操作，并通過過濾最終得到所需成品或半成品（主要是湯藥制劑）的中藥提取設(shè)備。提取罐提取原理：(1)水提：水和中藥裝入提取罐內(nèi)，開始給夾層熱源(如蒸汽)，罐內(nèi)沸騰后減少供給熱源，保持罐內(nèi)沸騰即可，維持時間根據(jù)提取藥理工藝而定，如密閉提取需給冷卻水，使蒸汽氣體冷卻后回到提取罐內(nèi)，保持循環(huán)和溫度。[4](2)醇提：先將藥和酒精加入罐內(nèi)必須密閉，給夾層熱源蒸汽，打開冷卻水使罐內(nèi)達(dá)到需要溫度時(根據(jù)提取藥理工藝而定)減少供給熱源，使上升汽態(tài)酒精經(jīng)過冷凝器后成液態(tài)酒精回流即可，為了提高效率，可用泵強(qiáng)制循環(huán)，使藥液從罐下部通過泵吸出，再從上部進(jìn)口回流至罐內(nèi)，解除局部溝流。(3)提油：先把含有揮發(fā)油的中藥和水加入提取罐內(nèi),打開油分離器的循環(huán)閥門,調(diào)整旁通回流閥門,開供給熱源閥門達(dá)到揮發(fā)溫度時打開冷卻水進(jìn)行冷卻,經(jīng)冷卻的藥液應(yīng)在分離器內(nèi)保持一定高度使之分離,再過油水分離器輪換使用。(4)回收油精： 將酒精加入缸內(nèi)，給蒸汽打開冷卻水，再打開回收閥門即可。主要由攪拌容器、攪拌裝置、傳動裝置軸封裝置、支座、人孔、工藝接管和一些附件組成。作為中藥提取設(shè)備之一，提取罐技術(shù)參數(shù)的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，將直接影響到整個中藥生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。從而影響到生產(chǎn)能力的大小和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的好壞。中藥藥液提取罐屬浸出設(shè)備，其結(jié)構(gòu)形式與反應(yīng)釜相類似，設(shè)計時參考化學(xué)反應(yīng)釜相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算。[5] 1. 熟悉畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的內(nèi)容和要求 2. 查閱文獻(xiàn)資料，了解提取罐的現(xiàn)狀及發(fā)展情況 3. 確定設(shè)計計劃，調(diào)查研究及方案分析比較 4. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ：根據(jù)工藝要求并考慮制造、安裝和維護(hù)檢修的方便，確定各部分結(jié) 構(gòu)型式，如封頭形式、傳熱面、筒體和夾套的結(jié)構(gòu)型式。 5. 選材 ：主要考慮壓力溫度、腐蝕因素但也不要忽略容器的材料對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。 6. 強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核計算 ：主要指罐體封頭、夾套、等的強(qiáng)度計算及受外壓零件的穩(wěn)定性核算。 7. 罐體附件：（如支座、接管、儀表）選型。 8. 專題討論 ： 討論設(shè)計的合理性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和適用性。 9. 繪圖 ：包括裝配圖和零件圖 10. 編制技術(shù)要求 ：提出制造、裝配、檢驗和試車等方面的要求。 11. 整理設(shè)計說明書。 5四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計第2章 罐體設(shè)計 罐體結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)設(shè)計題目內(nèi)容，初步確定提取罐結(jié)構(gòu)形式，該提取罐主要由筒體，封頭，夾套，氣動排渣裝置及相應(yīng)附件組成。筒體，封頭材料：0Cr18Ni9，夾套材料：Q235B[4]容器夾套有如圖21所示的常用結(jié)構(gòu)形式。由于需從罐體下不排渣，所以本設(shè)計選擇圖21(a)圓筒型夾套。 圖21 容器夾套的常用結(jié)構(gòu) 提取罐主體結(jié)構(gòu)形式如圖22所示。為方便除渣，筒體下部設(shè)計為圓錐形[4]。然后逐步確定各結(jié)構(gòu)計算數(shù)據(jù)。圖22 提取罐主體結(jié)構(gòu)形式 罐體幾何尺寸計算 罐體直徑和高度的計算根據(jù)設(shè)計題目要求，設(shè)計容器主體為圓形筒體。在知道提氣罐操作時盛裝物料的容積首先要選擇適宜的長徑比(H/Di)和裝料量，確定筒體的直徑和高度。由于本設(shè)計提氣罐結(jié)構(gòu)與反應(yīng)釜類似，所以可參考釜體的長徑比選擇方法[4]。（一） 釜體的長徑比工藝設(shè)計給定的容積，對直立式攪拌容器通常是指筒體和封頭兩部分容積之和；對臥式攪拌容器則指筒體和左右封頭容積之和。根據(jù)使用經(jīng)驗，攪拌容器中筒體的高徑比可按表21選取。設(shè)計時，根據(jù)攪拌容器的容積、所選用的筒體高徑比，就可確定筒體直徑和高度。[6]根據(jù)實踐經(jīng)驗，幾種反應(yīng)釜的長徑比大致如表 21所示[3]:表21 幾種攪拌設(shè)備的H/Di值種類設(shè)備內(nèi)物料類型H/Di一般攪拌罐液固或液液相物料1～氣液相物料1～2發(fā)酵罐類～根據(jù)2－1，其高徑比取為：K=,即：=。已知設(shè)備容積V=6m3, 根據(jù)公式： (2—1)式中： V———設(shè)備容積，； ———筒體內(nèi)徑，； ———筒體高度，；則 (2—2) 以選定的值及V值代入上式，即初步算出筒體內(nèi)徑1853將的估算值圓整到公稱直徑系列[5]故取Di=1900mm。封頭內(nèi)徑采用筒體的內(nèi)徑值，封頭型式采用橢圓型封頭，由化工機(jī)械手冊可以查出公稱直徑為1900mm時，直邊高度h0初選h0=40mm。（二）確定筒體的高度=2116mm (2—3) 取H1=,于是H1/Di=2200/1900=。因為=~，滿足題目條件。 錐殼部分尺寸計算本設(shè)計中，為滿足工藝需求，將筒體下部取體積制成平截正錐形筒體。令小端直徑為1000mm，錐頂半角為30176。則有： h==780mm (2—4) h: 錐殼的高度， D： 錐殼大端直徑， d： 錐殼小端直徑。圖23 軸對稱錐殼 根據(jù)上述數(shù)據(jù)可知道：罐體直圓筒部分高=2200mm 內(nèi)徑=1900mm 錐殼部分筒體高=780mm 小端內(nèi)徑d=1000mm 筒體總高=+=2980mm 錐殼內(nèi)濾板尺寸計算：過濾面積為2㎡，濾板緊貼錐殼內(nèi)表面，其a邊按錐殼斜邊長度計算，其長度L=780/sin30176。=1560㎜，所以濾板b邊長度L′=2000000/1560=1282mm。 提取罐設(shè)計壓力：；設(shè)計溫度100℃；。根據(jù)工藝條件選用0Cr18Ni9不銹鋼板作為罐體和封頭的材料，選用Q235B為夾套的材料。 罐體壁厚的計算 筒體的設(shè)計溫度100℃，由GB1502011表45查得其許用應(yīng)力為=137MPa，設(shè)計壓力P1=，液柱靜壓力P1H為： (2—5) =1000=28000Pa=式中 ρ——水溶液的密度，ρ=1000㎏／m3； h——筒體高度,h=2980mm； g——重力加速度，g=；因為液柱靜壓力大于設(shè)計壓力的5%，故應(yīng)計入計算壓力中。筒體的計算壓力P1c為： (2—6) =+=式中 P1——筒體內(nèi)的設(shè)計壓力，P1=； P1H——液柱靜壓力，P1H=；直圓筒部分筒體的計算厚度按下式計算 (2—7) ==1mm式中 P1c——筒體的計算壓力，P1c=； Di——筒體的公稱直徑，Di=1900mm； ——材料在100℃時的許用應(yīng)力，=137MPa； φ——鋼制壓力容器的焊接接頭系數(shù)，φ=[6]；設(shè)計厚度按下式計算 (2—8) =1+0=1 mm式中 ——筒體的計算厚度，=1mm； ——材料腐蝕裕量，=0mm[6]；因為不銹鋼容器不包括腐蝕裕量的最小厚度=2mm,所以取為：=2mm。名義厚度按下式計算 (2—9)