年处理500吨玉竹提取车间初步设计毕业设.doc

齐 齐 哈 尔 大 学 毕业设计（论文） 题 目 年处理500吨玉竹提取车间初步设计 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 制药工程061班 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) i 摘 要 本次设计题目为“年处理 500 吨玉竹提取车间的初步设计” ，由于玉竹中的大多数 有效成分，如生物碱盐、苷、有机酸盐，氨基酸，多糖等易溶于水和醇的特性1，用水 提出，并将提取液浓缩，加入适当的乙醇反复数次沉淀，除去其不溶物质，得到澄明 液体。 本次设计采用的方法是水提醇沉法3，这次设计主要任务是选择一条科学，简便， 经济，创新的工艺路线来完成年处理量是 500 吨玉竹的提取。此外还包括相应的物料 计算，热量衡算，主要设备计算，公用工程计算，三废处理，厂址选择，车间设备布 置等等。还需要手绘一张带控制点的工艺流程图，车间布置图，主要设备图，其中车 间布置图、主要设备图需要 cad 绘图软件绘制。 关键词： 玉竹；提取；车间设计 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) ii abstract the topic of this design is “the preliminary design process of yearly produced 500 ton jade bamboo extraction workshop”, the most effective ingredients in jade bamboo，such as alkaloid glycosides, salt, salt and organic acids, amino acids, polysaccharide are easily desolved in water and alcohol,so in this design water extraction was used ,then concentrating the extract ,add proper ethanol for precipitating repeatedly to remove the insoluble substances,at last clear liguid was achieved from the experiment.,so water extract- alcohol method were adopted in this paper. the main task of this design is to choose a simple, economical, scientific, the innovated process which can complete annual capacity of 500 tons jade bamboo extraction . in addition materials and heat calculation, main equipments and public engineering calculation, “three wastes“ treatment, factory site selection and workshop equipment layout and so on. are included .that is all, hand-painted process flow chart with control points workshop layout ,main equipments figure are needed,and the last two chart need use cad to complete. key words：jade bamboo；extraction； workshop design 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) i 目 录 摘 要 i i abstractiiii 第 1 章 绪论 1 1.1 概述 .1 1.1.1 生产方法简介 .1 1.1.2 设计原则及要求 .1 1.1.3 设计依据 .2 1.1.4 车间概况 .2 1.2 厂址选择 .3 1.2.1 厂址选择原则 .3 1.2.2 建厂条件 .3 1.2.3 方案比较 .4 1.3 原材料、产品主要技术规格 .5 1.3.1 原材料技术规格 .5 1.3.2 产品技术规格 .5 1.4 原材料消耗定额及消耗量 .5 第 2 章 工艺流程设计 6 2.1 生产方法选择 .6 2.1.1 浸渍法提取工艺.6 2.1.2 渗漉法浸提工艺.7 2.1.3 煎煮法浸提工艺.7 2.1.4 回流提取法.7 2.2 工艺流程示意图 .7 2.3 工艺流程叙述 .8 2.3.1 提取工段.8 2.3.2 减压浓缩工段.8 2.3.3 醇沉工段.9 2.3.4 乙醇回收.9 第 3 章 化工计算 .10 3.1 物料计算 10 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) ii 3.1.1 提取工段的物料计算 10 3.1.2 浓缩工段物料衡算 13 3.1.3 醇沉工段物料衡算 13 3.1.4 乙醇回收工段物料衡算 14 3.2 设备工艺计算 15 3.3 热量计算 17 3.3.1 多功能提取罐热量计算 18 3.3.2 双效浓缩器热量计算 19 3.3.3 醇沉段热量计算 .20 3.3.4 乙醇回收塔热量计算 .21 第 4 章 主要设备设计 .22 4.1 基础数据 22 4.2 计算 22 4.2.1 体积计算 .22 4.2.2 直径、高度计算 .23 4.2.3 壁厚设计 .24 4.2.4 搅拌器设计 .26 3.4.3 附件的选择 28 第 5 章 车间设备布置设计 .30 5.1 车间设备布置设计概述 .30 5.1.1 车间设备布置设计原则 .30 5.1.2 车间组成 .31 5.2 车间设备布置方案 31 第 6 章 公用工程 .32 6.1 动力（水、电、汽、气） 32 6.1.1.蒸汽用量计算 .32 6.1.2 电力用量计算33 6.1.3 水用量计算34 6.2 空调部分 .35 6.2.1 车间洁净级要求 .35 6.2.2 车间湿、温度要求 .35 第 7 章 环境保护 .36 7.1 三废产生 36 7.2 三废治理 37 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) iii 7.2.1 废水处理 .37 7.2.2 废渣处理 .37 7.2.3 废气处理 .37 7.2.4 噪声处理 .37 第 8 章 防火安全 .38 8.1 防火措施 38 8.2 劳动安全措施 38 结语 .39 参考文献 .40 附录 .41 致谢 .42 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 1 第 1 章 绪论 1.1 概述 1.1.1 生产方法简介 1.生产规模 年处理量 500 吨玉竹提取车间初步设计 2.生产方法 提取工艺是中药制剂生产中常用的单元操作之一。通过提取可以把有效成分或有 效部位与无效成分分离，降低药物服用量，有利于药物吸收，还可以消除原药材引起 的副作用4。 中药材所含的的成分十分复杂，概括起来可分为：有效成分，指其有主要药效 的物质，如生物碱、苷类、挥发油等；辅助成分，指本身没有特殊疗效，但能增强 或缓和有效成分作用的物质；无效成分，指本身无效甚至有害的成分，她们往往影 响溶剂的浸出效果及制剂的稳定性、外观及药效；组织物，使之构成药材的细胞或 其他不溶物质，如纤维素、石细胞、栓皮等2。 浸提是利用适当的溶剂和方法，将有效成分从原料药中提取出来的过程，通常也 称为浸出过程。在浸提过程中应根据临床治疗的需要，处方中有关药物成分提取的工 艺特性，拟制备的剂型，并结合生产的设备条件等，选用合适的浸提工艺，将有效成 分及辅助成分尽可能的提取出来，而使无效成分及组织物尽量少混入或不混入浸提物 中。影响浸提的因素有粉碎度，浸提温度，浸提时间，浓度差，浸提压力，浸提成分， 原料的干燥程度和浸提溶剂5。 常用的浸提方法有：浸渍法，渗漉法，煎煮法，回流提取法；相应常用的浸出设 备有：渗漉器，多级逆流渗漉器，连续浸取器，多功能提取罐。中药现代提取新技术 有：超临界流体萃取，超声提取技术，微波提取技术，生物酶解技术，半仿生提取法。 通过上述方法所得的中药材的提取液往往是混合物，需要加以分离纯化以除去所 含的各种杂质，工业生产中长用的分离纯化技术有水提醇沉，醇提水沉，离心分离， 膜分离等技术6。 1.1.2 设计原则及要求 本次设计总的原则：流程简便可行，方法最优，适合生产。最重要的是能节省开 支，具有很高的经济效益。在车间设计时确保尽可能的不铺张，不浪费，安全。 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 2 本次设计的要求：确保年处理量 500 吨的玉竹提取任务的顺利完成，其次要保证 设计的工艺流程简便，经济，可行。设备的选择与安置能满足特殊的维护要求，满足 工艺一般要求。最重要的是设备投资要少。 1.1.3 设计依据 1.设计依据： （1） 齐齐哈尔大学毕业设计任务书 （2）2008 年齐齐哈尔大学本科生毕业设计（论文）工作手册 （3） 过程设备机械基础 （国防工业出版社出版） （4） 中药提取工艺与设备 （化学工业出版社出版） （5） 化工工艺设计手册 （上海医药设国家医药管理局设计院编著） （6） 化工原理 （天津大学出版社出版） （7） 制药工程工艺设计 （化学工业出版社出版） （8） 化学工程 cad 技术应用及实例 （化学工业出版社出版） （9） 中药制药工艺与设备 （化学工业出版社出版） 2.设计范围： 本次设计的范围从处理好的净药材开始，通过水体醇沉直至精馏出膏的工艺流程 设计，物料计算，热量衡算，车间布置，设备选型，主要设备计算。本次设计的重点 是：工艺流程的设计选择，带控制点的流程图的绘制。 1.1.4 车间概况 1.车间概况 提取车间共分四个工段，分别是提取工段、浓缩工段、醇沉工段、乙醇回收工段。 为了操作的方便把每一个工段的设备尽量安置于相对集中的区域，由于本次设计任务 是年处理 500 吨玉竹浸膏的提取车间初步设计，流程相对来说比较简单，设备也较少。 针对合理化布局要求，我设计的车间采用单层敞开式设计，单程楼高考虑到本次设计 车间的是年产 200 吨的葛根浸膏提取车间的初步设计，生产规模属于中小等规模，生 产车间采用单层敞开式设计，单层楼高 10 m，操作台高 4 m，总跨度为 18 m，宽 12 m，柱距为 6 m。柱网采用 6 m 6 m，建筑面积 216 m2。(由文献7,8可知) 2.工作制度及人员安排 提取车间工作时间为 300 d，岗位实行三班倒的工作制度，按一天 24 小时，每班 工作时间为法定工作日 8 小时。因此设备年运转 7 200 h，按各工段操作情况人员设置 见表 1-1。 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 3 表 1-1 车间定员表 序号 工序名称 每班定员 管理人员 操作人员 轮休人员 合计 备注 1 提取 4 1 2 4 7 2 浓缩 4 1 2 4 7 3 醇沉 4 1 2 4 7 4 回收 4 1 2 4 7 1.2 厂址选择 1.2.1 厂址选择原则 厂址选择的好坏对工程的进度、建设投资、产品生产、经济效益以及环境保护等 方面具有重大影响。因此进行厂址选择时应遵循以下基本原则：水资源丰富，电力发 达，原料运输方便且远离闹市区，并且还要考虑到厂区所在地的气候特征、地质地貌、 土壤的土质及植被等系列因素，地势要有利于防洪防涝。当厂址靠近江河、湖泊或水 库地段时，厂区场地的最低设计标高应高于计算最高洪水水位 0.5m。 1.2.2 建厂条件 基于以上选场原则的考虑，结合周围现实环境的考虑以下几点： 1、因为药品的生产要求一定的洁净度，故此不能将药厂建立在一些重工业或化工 厂附近。 2、厂址选择还必须考虑原料药材，水源，电力等方面客观条件。水在药品生产中 是保证药品质量的关键因素，因此，在选择厂址时应考虑建在水质良好、水量充沛、 电力和燃料供应充足、原料地近的地区，有利于降低产品生产成本，确保生产正常运 行。 3、厂址的选择应考虑到交通运输，制药厂运输较频繁，厂区附近应有已建成或即 将建成的市政道路设施，能提供便捷的公路、铁路或水路等运输条件。 4、厂址选择还应考虑到占地面积和土地质量，由于中国人多地少这一现状，因此 在选择厂址时还必须考虑到远离耕地，且又不能地处偏远，而且尽量减少场地面积。 5、应符合在建城市或地区的近远期发展规划。由于制药生产企业品种多、更新换 代较频繁，在总体规划时应留有发展的余地并合理利用土地资源。 6、厂址选择最重要的要考虑到三废和噪声的妥善处理，综合利用。厂房不能建在 闹市区，应建在人流稀少的郊区或城镇。却又不能过于偏远。 （由文献9可知） 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 4 1.2.3 方案比较 综合上述因素的考虑我确定了以下四个厂址：（1）是位于齐齐哈尔市嫩江畔。这 里相对水源充足，空气清新，居民居住相对稀疏，风向，空气温度，湿度等都适宜， 最重要的是交通便利，因为齐齐哈尔铁路运输相对发达。况且还远离闹市区，更为重 要的是齐齐哈尔大学坐落于齐市建华区，相对来说算是人才济济，人力资源颇为丰富。 齐齐哈尔的一些重工业区，例如一些具有污染性的也有段距离。综合来说齐齐哈尔市 嫩江畔是最佳选择厂址。 （2）是位于齐齐哈尔市富拉尔基区，富拉尔基也位于嫩江畔， 且是工业区相对聚集的地方，在电力，运输，原料供应方面相对便捷。唯一不足的是 这里重工业区聚集，空气清洁度无法保证。 （3）绥化下属的肇东市，这里相对来说， 人少地多，而且可以有大量的中药材供应，这里紧邻哈尔滨，大庆等繁华城市，交通 也很便利。美中不足之处是水源缺乏。 （4）选择在哈尔滨市的江北地区，这里紧邻松 花江，水资源丰富，而且水路业发达，运输也方便。但是这里地价较高，处于经济因 素不予考虑。综合以上因素列出了表 1-2。 表 1-2 方案比较表 项 目方案 1方案 2方案 3方案 4 地理位置齐齐哈尔市富拉尔基肇东哈尔滨江北 地 形 平原平原平原 平原 水利条件良好良好一般良好 交通运输一般便利便利便利 人才密度良好一般良好较好 地价较高一般一般高 1.3 原材料、产品主要技术规格 1.3.1 原材料技术规格 原材料技术规格见表 1-3： 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 5 表 1-3 原材料技术规格 序号 名称 规格 标准 备注 1 玉竹根茎 净药材 500 000 kg 2 乙醇溶液 浓度为 95% 611 442 kg 可循环利用 1.3.2 产品技术规格 表 1-4 产品技术规格 序号 名称 规格 标准 备注 1 提取药液 密度 1.0103 kg/m3 2 浓缩浸膏 密度 1.25103 kg/m3 3 醇沉药液 密度 1.10103 kg/m3 4 回收乙醇 密度 0.8103 kg/m3 1.4 原材料消耗定额及消耗量 表 1-5 原材料消耗 序号 名称 规格 单位 消耗定额 消 耗 量 备注 每 年 每 批 1 玉竹 净药材 kg 500 000 1 111.11 2 乙醇溶液 95% kg 611 442 1 755.60 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 6 第 2 章 工艺流程设计 2.1 生产方法选择 浸提是指利用适当的溶剂和方法，将有效成分从原料药中提取出来的过程，通常 也称为浸出过程。在浸提过程中应根据临床治疗的需要，处方中有关药物成分提取的 工艺特性，拟制备的制剂，并结合生产的设备条件等，选用合适的浸提工艺，将有效 成分及辅助成分尽可能的提取出来。而使无效成分及组织物尽量少混入或不混入浸提 物种。浸提方法有浸渍法，渗漉法，煎煮法，回流提取法。对提取出来的混合物需要 加以分离纯化以除去所含的各种杂质，工业生产中常用的分离纯化技术有水体醇沉， 醇提水沉，大孔吸附树脂，离心分离，膜分离等工艺技术。 本次设计采用水煮醇沉工艺，及水体醇沉工艺。其依据为，利用中药中的大多数 成分，如生物碱盐， 、苷、有机酸盐，氨基酸，多糖等易溶于水和醇的特性，用水提出， 并将提取液浓缩，加入适当的乙醇反复数次沉淀，除去其不溶物质，最后得到澄明的 液体。加入乙醇时，应使药液含醇量逐步提高，防止一次加入过量的乙醇，使其有效 成分一起沉出。通常当含醇量达到 50%-60%时即可除去淀粉等杂质，含醇量达 75%时， 可除去蛋白质等杂质，当含醇量达 80%时，几乎可除去全部蛋白质、多糖、无机盐类 等杂质，从而保留了既溶于水，又溶于醇的生物碱、苷、氨基酸、有机酸等有效成分。 药液经上述步骤处理后，大部分蛋白质、糊化淀粉、粘液质、油脂、脂溶性色素、树 脂等杂质均被除去，同时某些水中难溶性的成分，如多种苷，香豆精，内酯，黄酮， 芳香酯等在水提液中的含量本来就不高，经几次处理后，绝大部分会沉淀而滤除。 （有 文献10可知） 2.1.1 浸渍法提取工艺 浸渍法是简单且最常用的一种浸出方法，除特别规定外，浸渍法一般在常温下进 行。浸渍法提取液的澄明度一般比煎煮液好，适用于粘性药材、无组织结构药材及易 膨胀药材的浸出，尤其适用于有效成分遇热易挥发和易破坏的药材，但该法浸出时间 较长，且往往不宜完全浸出有效成分，不宜用于贵重或有效成分含量低的药材的浸提。 2.1.2 渗漉法浸提工艺 渗漉法是往容器中药物粗粉上方不断地添加浸提溶剂，使其渗过药粉而自容器下 部流出浸提液的操作方法。在渗漉时，浸提溶剂渗入药材细胞中溶解大量可溶性成分 后，浓度增高，向外扩散，浸提液的密度增大，向下移动。渗漉法对药材的粒度及工 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 7 艺技术要求较高，操作不当，会影响渗漉的正常进行。 2.1.3 煎煮法浸提工艺 煎煮法是应用最早，使用最普遍的浸提方法。适用于有效成分能溶于水，且对湿 热较稳定的药材。除用于制备汤剂外，还用于制备中药片剂、丸剂、散剂、冲剂及注 射剂等。该法操作简便易行，能浸提出大部分所需成分，但煎出液的杂质多，容易霉 变和腐败变质，含有不耐热或挥发性有效成分的药物，在煎煮过程中易被破坏或损失。 2.1.4 回流提取法 回流提取方法可分为：回流热提取法，在应用乙醇等易挥发的有机溶剂进行有 效成分提取时，为了减少溶剂的消耗，提高进出效率而采用回流热浸法；循环回流 冷浸法，采用少量溶剂，通过连续循环回流进行提取，使药物有效成分充分提出的浸 出方法。 2.2 工艺流程示意图 工艺流程示意图： 净药材水 提 药 渣 中 贮浓 缩中 贮 粗浸膏醇 沉 药 渣 中 贮乙醇回收 乙醇浓度调配 最终浸膏 2.3 工艺流程叙述 本设计任务为年处理量 500 吨玉竹提取车间的初步设计，本提取车间共分四个工 段：提取、浓缩、醇沉、乙醇回收。 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 8 2.3.1 提取工段 打开压缩空气阀，按排渣门关门按钮，关闭排渣门，然后按排渣门锁紧按钮，锁 紧排渣门，关掉压缩空气阀。用纯化水冲洗罐内壁、底盖，然后放掉。把经筛选，清 洗，切割好的一次进料量的玉竹干、净药材从投料口依此投入多功能提取罐中，并加 入 6 倍量的水，按照工艺要求的浸渍温度浸渍 5 个小时后，开始向夹套里通入低压蒸 汽开始进行第一次的提取，待温度达到 90c 后，达到了微沸之后减慢通蒸汽量，在此 操作的同时打开通冷凝器循环水使药液蒸气先后通过泡沫捕集器再进入冷凝器，冷却 器之后再进入相分离器将一些不凝气体排出，剩余药液返回到提取罐中，同时打开罐 底出液阀使药液通过管道过滤器后，再被管道泵打回到提取罐中形成反复回流确保药 液被煮的均匀，充分。在此期间不断观察罐中动态，防止爆沸冲料。保持该温度 3 小 时关闭回流阀，并关闭蒸汽阀门，开启放料阀门打入储罐进行储存。然后再向罐中通 入四倍量的纯化水重复上述操作，煎煮 2 小时后一并打入储罐中。提取结束后，将出 渣车开至使用罐下面，打开压缩空气阀，按排渣门脱钩按钮、打开出渣门按钮，开门 放药渣。最后用纯化水清洁提取罐及其管道。 提取工段主要设备有：升降机、纯化水计量罐、多能提取罐、过滤器、药液储罐、 管道泵。多功能提取罐上配有：泡沫捕集器、冷却器、冷凝器、相分离器。 提取操作周期：16 h 2.3.2 减压浓缩工段 首先用纯化水清洗浓缩器，之后开启真空泵、视镜照明灯，开启真空阀门，使蒸 发器真空度达-0.03mpa 上。其次，打开进料阀，将上工段的药液打入浓缩罐中，当药 业上升到两个蒸发器下属第二个视镜的 2/3 处时，关闭进料阀门。然后开启蒸汽阀门， 升温加热，调节真空度，使两个个蒸发器真空度保持在-0.03mpa0.09mpa 之间，要 求第二个蒸发器的真空度大于第一个蒸发器，控制蒸汽表表压不高于 0.1mpa，使药液 正常蒸发，控制温度达 80c，当药液受热蒸发、数量减少至蒸发器下数第二个视镜 1/3 处时，可进行补加药液至蒸发器的下数第二个视镜 2/3 处。当冷凝水储罐水位达到 玻璃视镜 2/3 处时，关闭冷凝水分离阀门，开启排气阀，使空气进入冷凝水储罐，当罐 内压力与外界相等时，开启冷凝水储罐底出水阀门，排空冷凝水阀门，排放冷凝水至 纯化水计量罐中，用以提取工段的提取用水。最后，当药液浓缩至工艺要求的相对密 度，关闭蒸汽阀，真空泵，打开排空阀回复常压。清洁放料口，打开双效减压浓缩器 阀门，将浸膏放入清洁桶内。 本工段主要设备有：双效减压浓缩器、射流真空泵、冷凝水贮罐、浓缩液周转桶。 浓缩操作周期：8 h 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 9 2.3.3 醇沉工段 清洗醇沉罐, 关闭醇沉罐出药口，将浓缩膏转入醇沉罐中，并从乙醇计量罐向醇沉 罐中加含量为 95%的乙醇。并向夹套内通入低压蒸汽进行间接加热，当温度达到 80c 后，调节蒸汽阀减少通气量。保持该温度，并开启搅拌器搅拌，再向醇沉罐内继续加 乙醇并不断用酒精计测量药液含醇量，直至醇沉罐中药液含醇量至 65%，当浓度达到 工艺要求后停止加醇，继续搅拌待药膏完全溶解澄清后，关闭蒸汽阀。停止通入蒸汽， 静置 8 小时，开启醇沉罐侧面药液出口阀使上清液经醇沉泵打入到醇沉液储罐中。打 完之后，关闭出液阀，打开醇沉罐底部出渣口，将药渣及部分药液打入板框过滤器进 行过滤，将滤液经泵一并打入醇沉液贮罐。最后用纯化水清洗醇沉罐。 本工段的设备有：醇沉罐、转液泵、不锈钢板框过滤器。 醇沉操作周期：16 h 2.3.4 乙醇回收 先用纯化水清洗乙醇回收塔，之后打开乙醇回收塔进液口，将醇沉液转移至塔内 进行间歇精馏，开启蒸汽阀，进行加热，温度控制在 80左右。打开通往冷凝器的阀 门，当药液中的乙醇加热到沸点后就会进入精馏塔，部分蒸汽进入冷凝器，平衡器， 在平衡器中观察乙醇是否符合规格，符合的话继续进入冷却器，回到乙醇储罐中。如 果不符合标准，将会被继续打回到精馏塔中继续回流。而另一部分上升蒸汽与部分冷 凝后的回流液相遇之后，部分冷凝也又会返回到再沸器中，然后再次沸腾的乙醇蒸汽 又会继续上升，经过不断的反复，直至药膏中不再有乙醇的味道，并且达到了所需乙 醇浓度时，停止加热。关闭冷凝水进出的水阀门，并在再沸器底部回收浸膏。对乙醇 回收塔进行清洗。 本工段的设备有：乙醇回收塔、乙醇贮罐、乙醇配液罐。 乙醇回收操作周期：16 h 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 10 第 3 章 化工计算 3.1 物料计算 物料衡算是物料的平衡计算，是进行药物生产工艺设计、物料查定，过程经济评 估以及过程控制、过程优化的基础。它以质量守恒定律和化学计量关系为基础。简单 地讲，它是指“在一个特定的物系中，进入物系的全部物料质量加上所有生成量之和 必定等于离开该系统的全部产物质量加上消耗掉的和积累起来的物料质量之和” ，用式 子表示为：g进料+g生成=g出料+g累积+g消耗 式中 g进料所有进入物系质量之和； g生成物系中所有生成质量之和； g出料所有离开物系质量之和； g消耗物系中所有消耗质量之和（包括损失） ； g累积物系中所有积累质量之和。 物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺 寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。 物料衡算的基准 (1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。 (2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。 3.1.1 提取工段的物料计算 1 基础数据 (1) 计算基准：以每批投料量计算 (2) 生产规模：年处理 500 吨玉竹净药材提取 (3) 批操作周期 年生产时间：300 天 批操作周期=16 h，具体时间如下： 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 11 清洗 50 min 加净药 40 min 第一次加 6 倍量纯化水 40 min 浸泡药材 300 min 加热升温 40 min 第一次提取 180 min 浸提液抽至储罐 40 min 第二次加 4 倍量纯化水 40 min 加热升温 30 min 第二次提取 120 min 浸提液抽至储罐 20 min 冷却、出渣 70 min (4) 工艺参数 水提工艺： 提取工段分两次煎煮，每次净药材与纯化水质量比如下： 第 1 次提取投料比为净药材 m：纯化水 m=1：6 第 2 次提取投料比为净药材 m：纯化水 m=1：4 排除药渣含水量 20% 合并两次提取液进入提取液贮罐，药材提取液中有效成分含量 75% 浸出有效成分 90% 水提过程中损失总药液量为 2% (5) 物性参数 浸提液密度 1 000 kg/m3 净药材密度 1 000 kg/m3 2 确定计算任务 提取罐中物料损失可忽略不计，提取罐各物料关系见图 3-1 净药材量 提取液量 第一次加水用量 药渣量 第二次加水用量 损失量 图 3-1 提取罐各物料关系 根据质量定律： 提 取 罐 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 12 净药材量+2 次提取纯化水用量=药渣量+提取药液量损失量 其中净药材量m用处理量求出，2 次提取水溶液总量，根据投料比为 10m； 设提取液量x，则损失量为 2%x； 因为药材提取液中有效成分含量 75%，0.75x， 所以药渣量为m/80% 提取液量x可求出。 3 具体计算 （1）加入到提取罐中的净药材质量m，可由生产规模求出 已知： 生产规模：年处理量 500 吨 年生产时间 300 天，300247 200 h 批操作周期=16 h 年操作批数：年生产时间批操作周期=批数a = 7 20016 = 450； 批投料净药材质量为m= 年处理量年操作批数500000 kg4501111.11 kg (2) 提取用水溶液量，可由投料比计算求出 1111.11 1011111.1 kg (3) 提取药液量x， 由等式计算： 净药材量+2 次提取水溶液量=药渣量+提取药液量损失量 m +10m = (m25%+m75%10%)/80%+x+x/0.980.02 x 11700.83 kg (4) 药渣量 (m25%+m75%10%)/80%=451.39 kg （5）损失量 2%x=2%11700.83=237.22 kg 4 提取罐平衡表 见表 3-1 表 3-1 提取罐物料平衡表 物料名称进料 m/kg出料 m/kg 净药材 纯化水 提取药液量 药渣量 1 111.11 11 111.11 11 463.61 451.39 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 13 杂质量 合计 12 222.22 237.22 12 222.22 3.1.2 浓缩工段物料衡算 1 基础数据 浓缩周期：8 h 粗浸膏得率：1.25 损失率：4% 2 具体计算 浸膏量： w = 1.25m = 1.251111.11 =1 388.89 kg 损失量： 4%w=4%1 388.89=55.56 kg 打入下工段浸膏量：1 388.89-55.56=1 333.33 kg 根据质量守恒定律： 提取药液量 = 浸膏量 + 水蒸发量+损失量 蒸发水液量： 11 533.61-1 388.89=10 144.72 kg 3 浓缩液平衡表 见表 3-2 表 3-2 浓缩物料平衡表 物料名称 进料m / kg 出料m / kg 提取液量 11 533.61 浸膏量 1 333.33 水蒸发量 10 144.72 损失量 55.56 合计 11 533.61 11 533.61 3.1.3 醇沉工段物料衡算 1 基础数据 醇沉周期：16 h 浓缩液密度： = 1.25103 kg / m3 进料量：w 加醇浓度：c1 = 95 达到浓度：c2 = 65 95%醇的密度为 0.768103 kg / m3 醇沉时的排污系数为 6% 板框过滤滤液比：40% 2 具体计算 加醇体积：v c1v=（w/+v）c2 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 14 v = w/ = 1 333.33 / 1 250 = 1.07 m3 v = 1.07 65 /（95 -65）= 2.31 m3 加醇量： 2.31 760 = 1 755.60 kg 加入总量： 浓缩液量 + 加醇量 = 1 333.33 + 1 755.60 = 3 088.93 kg 排污量： 3 088.936%= 185.34 kg 醇沉液量： 3 088.93-185.34 = 2 903.59 kg 板框过滤滤液量： 185.340.4=74.14 kg 滤渣量： 185.34-74.14=111.20 kg 打入醇沉储罐的药液量： 2 903.59+74.14=2 977.62 kg 3 醇沉段物料平衡表 见表 3-3 表 3-3 醇沉物料平衡表 物料名称 进料m / kg 出料m / kg 浓缩液量 1 333.33 加醇量 1 755.60 杂质 111.20 醇沉液 2 977.73 合计 3 088.93 3 088.93 3.1.4 乙醇回收工段物料衡算 1 基础数据 乙醇回收周期：16 h 浸膏比重：1.20 浸膏损失率：1% 2 具体计算 醇沉液 损失量 = 乙醇回收量 + 成品浸膏量 浸膏量： 1.20m=1.20 1111.11 = 1 333.33 kg 损失量： 1%1 333.33=13.33 kg 最终成品膏量： 1 333.33-13.33=1 320.00 kg 乙醇回收量： 2 977.73-13.33-1 320=1 644.40 kg 3 乙醇回收工段物料平衡表 见表 3-4 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 15 表 3-4 乙醇回收工段物料平衡表 物料名称 进料m / kg 出料m / kg 醇沉液量 2 977.73 成品浸膏量 1 320.00 浸膏损失量 13.33 乙醇回收量 1 644.40 合计 2 977.73 2 977.73 3.2 设备工艺计算 3.2.1 多功能提取罐 投料量：1111.11 kg 假设药材密度 1 000 kg/m3 提取加水 10 倍量(第一次 6 倍量 第二次 4 倍量) 。 水 = 1000 kg/m3 装料系数 0.7 总体积 v总 = 1111.11 / 1 000 + 1111.11 6 / 1 000 = 7.778 m3 提取罐体积 v设 = v总 / 0.7 = 11.111 m3 所以型号选择为蘑菇式提取罐：tq-6.0 容积： 6 000 l 蘑菇段直径（1）：1 600 mm 加热段直径（2）：1 200 mm 设备总高 h：4 860 mm 3.2.2 提取液储罐 提取药液量：11 463.61 kg 药液密度：1 000 kg/m3 储罐装料系数：0.8 提取液总体积 v总=11.46 m3 储罐总体积 v罐=11.46 /0. 8 = 14.42 m3 所以选用两个型号为：zg-8000l 的储罐 容积：8 000 l 设备重量：2 600 kg 外形尺寸：1 8003 000（mm） 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 16 3.2.3 双效浓缩器 水蒸发量 ： 10 144.72 kg 周期：8 h 所以每小时蒸发量为 10 144.72 / 8 =1268.09 kg/h 所以选择型号 dzwn2-1500 蒸发量：1 500 kg/h 蒸汽压力2 时，椭球壳体赤道圆上出现很大的环向压应力，其绝对值将大于椭球壳顶 部的应力。为此引入椭圆封头形状系数 k 来替代 di/(4h1)项，故可得： 查表得标准型封头 k = 1.00 = = = 2.0mm c t ic p dkp 5 . 02 1.00 0.3 1600 2 137 0.850.5 0.3 同筒体壁厚一样，封头也规定了最小壁厚，标准椭圆形封头最小壁厚为封头 min 内直径的 0.15%，即 = di0.15% = 1 600 0.15% = 2.40mm min 取腐蚀裕量 c2 = 2 mm 设计厚度 = + c2 = 2.0 + 2 = 4.0 mm d min 查表得 c1 = 0.189 名义厚度 = + c1 + = 4.0 + 0.189 + 1.811 = 6 mm n d 有效厚度 = - c1 - c2 = 6 - 0.189 2 = 3.811 mm e n 最大允许工作压力： mpa 22 3.811 137 0.850.55 16003.811 t e w ie p d 3 锥形封头壁厚（无折边锥形封头）： 封头大端 （需要加强厚度） 0.3 0.0026 137 0.85 c t p 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 26 q=2.0r = (q 为形状系数) 4.12 2 ci t c qpd p 与过渡段相接处锥壳厚度为： = 0.90 mm c t ic p dfp 5 . 0 锥形封头大端最小壁厚亦取 4.12 mm 取腐蚀裕量 c2 = 2 mm 设计厚度 = + c2 = 4.12 + 2 = 6.12 mm d min 查表得 c1 = 0.189 名义厚度 = + c1 + = 6.12 + 0.189 + 0.691 = 7 mm n d 有效厚度 = - c1 - c2 = 7- 0.189 - 2 = 4.811 mm e n 最大允许工作压力： mpa 22 4.811 137 0.850.70 16004.811 t e w ie p d 封头小端 封头小端的联接是需要加强，应在锥壳和筒体之间设置加强段，二者加强段的厚 度应相同，其计算式为： q=3.1, dis=350mm 则r = 22.93 2 cis t c qpd c p 锥形封头小端最小壁厚亦取 2.93 mm 取腐蚀裕量 c2 = 2 mm 设计厚度 = + c2 = 2.93 + 2 = 4.93 mm d min 查表得 c1 = 0.189 名义厚度 = + c1 + = 4.93 + 0.189 +1.881 = 7 mm n d 有效厚度 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 27 = - c1 - c2 =7- 0.189 - 2 = 4.811 mm e n 最大允许工作压力： mpa 22 4.811 137 0.850.70 16004.811 t e w ie p d 封头尺寸查表可得 4.2.4 搅拌器设计 根据醇沉罐内径为 1 600 mm 及罐内液体黏度相对较高，选用桨式搅拌器，利于对 流循环，高粘度液混合、传热、溶解、结晶，材料可采用不锈钢制，桨叶形式为平直 叶。 b/dj = 0.10.25 桨叶数 zj 2 dj / di 0.350.80 取 0.5 di 1 600 mm dj 750 mm 取 800 mm 表 4-1 零件明细表 件号名称数量材料备注 1 2 3 4 5 桨叶 螺栓 螺母 垫圈 螺钉 2 2 2 2 1 a3f 扁钢 a4f a3f a0 a5 gb18-66 gb45-66 jb29-59 gb82-58 表 4-2 零件尺寸表 单位：mm djdb 质量p/n不大于 800509012.110.075 p/n 为搅拌器桨叶强度所允许的数值，其计算温度 200 。 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 28 p计算功率（kw） n搅拌器每分钟转数 由于水沉加热罐中需加热搅拌的物料稀于粥状液体，即黏度较低密度较小，且根 据搅拌容积 2.5 m3查诺漠图可选择搅拌功率为 3.0 kw，转速为 70 r/min。 4.2.4 附件的选择 1.法兰(法兰-p 1 600-1.0 hg20 635-97) 由于反应器压力等级较小，筒体直径较小，所以选用甲型平焊法兰。 可由反应器压力 pn = 0.25 mpa, 筒体直径为 1 600 mm，按压力容器法兰标准（hg20 635-1 997）对法兰尺寸进行 选型： 表 4-3 法兰尺寸表 单位：mm 公称通径 dn法兰盘厚度理论质量/kg螺柱规格螺柱数量 1 60076166.8m2440 垫片选择使用压力容器法兰用非金属垫片 jb4704-92,材料为耐油石棉橡胶板。此 材料耐高温、耐化学腐蚀，且价格低廉，耐高压。 故选用垫片标准：1 600-1.0 jb4704-92 2.视镜 视镜选取普通不带颈视镜，结构简单，不易结料，有比较广阔的观察范围。视镜 玻璃选用钢化硼硅玻璃（hgj501-86） 。 表 4-4 视镜尺寸表 单位：mm 公称直径dg公称压力pg dd1 螺柱数量n 螺柱直径d质量/ 1500.98 mpa25021512m1617.6 3.管法兰 根据管子规格选择使用板式平焊钢制管法兰（标准号 hg20593） 。 公称压力 pn 选用 0.25mpa，管法兰尺寸表如下： 表 4-5 管法兰尺寸表 单位：mm 名称 公称通 径dn 钢管 外径a1 法兰 外径 d 法兰内 径b1 螺孔 数量 n 螺纹th法兰 厚度 c 法兰 质量/kg 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 29 进料口 管法兰 3242.412043.54m12161.19 出料口 管法兰 3242.412043.54m12161.19 4.传动装置 桨式搅拌器 500-40 凸缘法兰：选择 r 型凸面凸缘法兰。公称直径：d1 = 200 mm。螺栓数量：8。螺 纹：m20。不锈钢衬里材料质量：21 kg。 安装底盖：安装底盖、机架、传动轴(hg21 565-1 995)轴径组配。传动轴轴径为 40 mm，故安装底盖公称直径 dn = 200 mm 机架：选用单支点机架。机架公称直径：dn = 200 mm。轴承型号：46 210 传动轴：根据单支点机架形式选择采用 axf 型传动轴。 轴封：根据介质性质选择使用不带内置轴承的 2 001 型机械密封。 减速器：根据机架的公称直径选择 lc75 型减速器。 电动机：搅拌转速 70 r/min 功率为 3.0 kw 电动机。 5.支座 选择使用标准悬挂式支座（jb1/65-81） ，选用 a 型耳式支座,支座数目为 4 个。 根据容器公称直径为 1 600mm, 选择支座尺寸如下表。 表 4-6 支座尺寸表 单位：mm 适用容器公 称直径 dn 底板 l1 底板 1 筋板 l2 筋板 2 垫板 l3 垫板 3 螺栓 d 螺纹 规格 支座质量/kg 1 300-2 600 2501620010101030m24 21.6 6.手孔 选择标准号为 hg21529-1995 手孔，具体尺寸如下。 由于容器开孔直径越大，则应力集中系数也越大。因此容器上开孔直径受到一定 限制，要求开孔的最大直径 d 不超过以下数值： 当dg1 500mm 时，d1/3dg，故选择公称直径为 150mm 的手孔。 齐齐哈尔大学毕业设计(论文) 30 表 4-7 手孔尺寸表 单位：mm 公称压力 pn（mpa） 公称直 径 dg 法 兰 盖 筒节 dws 螺栓 直径 手孔高度 h1支座质量/kg 0.981502802401595m2016040.9 第 5 章 车间设备布置设计 5.1 车间设备布置设计概述 5.1.1 车间设备布置设计原则 提取车间设备布置的基本要求可归纳为以下几个方面： 一、满足 gmp 的要求列出有关规范、原则及要求。 设备的设计、选型、安装应符合生产要求，易于清洗、消毒或灭菌，便于生产 操作和维修、保养，并能防止差错或减少污染。 与设备连接的主要固定管道应标明管内物料名称、流向。