年处理300吨甘草生产车间初步设计毕业设计说明书.doc

齐 齐 哈 尔 大 学 毕业设计（论文） 题 目 年处理300吨甘草生产车间初步设计 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 制药工程091班 学生姓名 林道宁 指导老师 张匀 成 绩 2013 年 6 月 17 日 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） i 摘要 本设计以年处理 300 吨甘草为主要途径，通过醇提水沉的方法来对甘草中的主要 药物成分甘草酸进行提取，设计的主要思路以每批处投料量为依据，根据所处理物料 量来确定多功能提取罐的体积，选取提取罐的类型为直锥形，提取罐的附属设备是依 据其公称直径来确定的，整个设备采用夹套蒸汽加热的方式。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 300 吨甘草的提取。包括相应的物 料计算，进而确定设备选型，热量衡算是为了公用工程计算当中所消耗的蒸汽，选取 多功能提取罐为主要设备计算，进而确定了提取罐的壁厚、直径、高度、加热面积。 此外还有三废处理，厂址选择，车间设备布置，防火安全卫生等等。绘制一张带控制 点的工艺流程图，车间布置图，主要设备图，其中车间布置图、主要设备图采用 cad 绘图软件绘制。 关键词：提取车间设计；工艺流程；甘草；醇提 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） ii abstract the design of processing 300 tons of licorice as the main route through the alcohol extraction method of water sink on the main pharmaceutical ingredient in licorice extract glycyrrhizin, the design of the main ideas in each batch at the feeding amount as the basis, according to the amount of material being processed multifunctional extraction tank to determine the volume, select the type of extraction tank straight tapered extraction tank ancillary equipment is based on its nominal diameter to determine, the entire device using steam heating jacket way. the main task is to choose a scientific, simple, economical, innovative process routes to complete processing capacity of 300 tons of licorice extract. including the calculation of the corresponding materials, and to determine the selection of equipment, heat balance calculations were considered for utilities consumed steam, select multifunctional extraction tank as the main computing device, and then determine the extraction tank wall thickness, diameter, height, heating area . in addition to waste treatment, site selection, workshop equipment layout, fire safety and health and so on. draw a flow chart with control points, workshop layout, major equipment diagram in which the workshop layout, major equipment drawing using cad drawing software. key word：extraction plant design; process; licorice; alcohol 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） i 目 录 摘要.i abstract.ii 第章 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.2 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.6 2.1.3 单罐间歇循环提取工艺.6 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 水沉工段.9 2.3.4 二次减压浓缩工段.9 2.3.5 乙醇回收塔工段.9 第第 3 3 章章 化工计算.11 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） ii 3.1 物料计算.11 3.1.1 醇提取罐的物料计算.11 3.1.2 浓缩工段物料衡算.13 3.1.3 水沉工段物料衡算.14 3.1.4 乙醇回收工段物料衡算.15 3.1.5 二次浓缩的物料计算.15 3.2 设备工艺计算.16 3.3 热量计算.20 3.3.1 多功能提取罐热量计算.20 3.3.2 双效浓缩器热量计算.21 3.3.3 乙醇回收塔热量计算.22 3.3.4 水沉段热量计算.23 3.3.5 二次浓缩热量计算.24 第 4 章 主要设备设计.26 4.1 基础数据.26 4.2 直径、高度计算.26 4.3 壁厚设计.27 4.3.1 筒体壁厚.27 4.3.2 标准椭圆封头壁厚.28 4.3.3 锥形封头壁厚：.29 4.4 夹套设计.31 4.5 附件的选择.31 4.5.1 视镜.31 4.5.2 管法兰.31 4.5.3 耳室支座.32 4.5.4 清洗球.32 4.5.5 椭圆形封头尺寸.32 4.5.6.锥形封头尺寸.32 4.5.7 人孔.32 4.5.8 温度计压力表接管.33 第 5 章 车间设备布置设计.34 5.1 车间设备布置设计概述.34 5.1.1 车间设备布置设计原则.34 5.2 车间设备布置方案.35 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） iii 5.2.1 车间组成.36 第 6 章 公用工程.37 6.1 动力（水、电、汽、气）.37 6.1.1 蒸汽用量计算.37 6.1.2 电力用量计算.37 6.1.3 水用量计算.38 6.2 空调部分.39 6.2.1 车间洁净级要求.39 6.2.2 车间湿、温度要求.39 第 7 章 环境保护.40 7.1 三废产生.40 7.2 治理方法.40 7.2.1 废水的处理.41 7.2.2 废气的处理.41 7.2.3 废渣的处理.41 7.2.4 噪声处理.41 第 8 章 防火安全卫生.42 8.1 防火措施.42 8.2 生产安全措施.42 8.3 车间卫生管理.43 结语.44 参考文献.45 附录.46 致谢.47 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 1 第章 绪论 1.1 概述 1.1.1 生产方法简介 1.生产规模 年处理 300 吨甘草生产车间初步设计 2.生产方法 广义的中药提取也称为分离，是指从中药材原料开始，经过一道或多道操作工序， 最终得到所需要的药物或其半成品的全过程。包括从原料前处理、溶质分离、浓缩到 得到某一物质的整个生产过程，可以分成很多个工序或单元操作过程，包括前处理、 溶质分离、澄清、过滤、蒸发和干燥等。狭义的提取仅指溶质分离操作，即从固体药 材中分离出有效成分的操作过程1。即将溶质由固相转移到液相中，从而得到含有溶质 的提取过程。因此，提取过程实质上是溶质由固相传递到液相的传质过程。 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。影响甘草提取的因素有粉碎度，乙醇的浓度，提取时间，溶剂的倍量，提取次数， 浸提温度，浸提时间，浸提压力，浸提成分，原料的干燥程度和浸提溶剂3。 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 等技术。 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， 蒸馏技术，大孔树脂吸附分离技术，膜分离等技术4。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 2 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降低生产成本，要求安全可靠， 操作稳定弹性好，无事故隐患，对工艺和建筑、地基、厂房等无苛刻要求。 本次设计的要求：确保年处理 300 吨的甘草生产任务的顺利完成，其次要保证设 计的工艺流程简便，设备的选择与安置能满足特殊的维护要求，尽量满足自控水平、 生产能力、转化率、收率、效率要尽可能达到先进水平。最重要的是设备投资省，易 于加工、维修、更新，没有特殊的维护要求，运行费用减少。 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）2013 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： 本次设计是先从处理好的净药材，通过醇提水沉直至二次浓缩出产品的工艺的选 择与方框流程图的确定；物料计算，热量衡算，设备选型，主要设备计算，生产工艺 流程设计，工艺管路的设计，主要设备绘制，车间平面布置。本次设计的重点是：工 艺流程的设计选择，车间设备布置，带控制点的流程图的绘制。 1.1.4 车间概况 1.车间概况 提取车间共分五个工段，分别是提取工段、浓缩工段、水沉工段、乙醇回收工段， 二次浓缩工段。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 300 吨甘草的生产车间初步设计，流程相对来说比较简单， 设备不多。针对合理化布局要求，设计的车间采用单层敞开式设计，生产车间采用单 层敞开式设计，单层楼高 12 m，操作台为钢板，操作台高 6 m，总跨度为 30 m，宽 12 m，柱距为 6 m。柱网采用 6 m 6 m，建筑面积 360 m25 。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 3 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。 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 2 3 4 5 提取 浓缩 水沉 精馏 二次浓缩 4 4 4 4 4 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 4 4 4 4 4 8 8 8 8 8 1.2 厂址选择 1.2.1 厂址选择原则 厂址选择是指在一定范围内，选择和确定拟建项目的地点和区域，并在该区域内 具体地选定项目建设的坐落位置。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。厂址选择时应严格按国家的有关规 定、规范执行，并结合建厂的实际情况，进行调查、分析、比较、论证，最终得出理 想的厂址。因此进行厂址选择时应遵循以下基本原则：环境卫生，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。同时，从总体布局看， 也应有发展的余地，综合考虑到地理位置、地质状况、常年主导风向，少占耕地等因 素，应注意到周围几公里以内无污染排放源，水源未受污染、大气降尘量少，特别是 避开大气中二氧化硫、飘尘和降尘浓度大的化工区，生产厂房及周围应无污染源。 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 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 4 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。 1.2.3 方案比较 综合上述因素的考虑我确定了以下三个厂址：（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）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，大庆等城市，交通也很较便。美中不足之 处是水源缺乏。 （3）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 地理位置 哈尔滨市江北地区 肇东市 齐齐哈尔市 地 形 平 原 平 原 平 原 占地面积获取度 难 较 易 易 水利条件 优 越 一 般 优 越 资源条件 较 好 较 好 较 好 气候条件 良 良 良 交 通 方 便 较 便 方 便 人力资源 丰 富 良 好 良 好 产品销售情况 很 好 很 好 较 好 综合评价 中 等 良 优 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 5 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： 表 1-3 原材料技术规格 序号 名称 规格 标准 备注 1 甘 草 净药材 符合药品生产标准 2 乙醇溶液 浓度为 60% 符合药品生产标准 可循环利用 3 水沉用水 纯化水 符合药品生产标准 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 0.95103 kg/m3 2 浓缩浸膏 密度 1.10103 kg/m3 3 水沉药液 密度 1.00103 kg/m3 4 浸 提 液 密度 0.89103 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 甘 草 净药材 kg 300 000 666.667 2 乙醇溶液 60%乙醇 kg 2 401 351.2 5 336.336 3 水沉用水 纯化水 kg 1 920 000.6 4 266.668 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）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 浸取是指利用适当的溶剂和方式把药材中的有效成分提取出来的过程，也称为浸 出或浸提，所得到的液体称为浸出液。由于中药材的药性、有效成分的不同，所适用 的浸取方式也不同，选择适宜浸取方法与工艺对浸出生产时保持中药有效成分的生物 活性非常重要。目前浸取生产的传统方法按固液接触状态可分为静态方式和动态方式， 具体有浸渍法，渗漉法，煎煮法，回流提取法等，具体的设备流程又分为单级间歇式、 多级半连续式和连续式操作。下面介绍目前常用提取工艺的操作方法与特点。 2.1.1 浸渍法提取工艺 浸渍法属于静态提取方法，浸渍法一般在常温或在加热的条件下浸泡药材，使其 所含的有效成分被浸出的方法，是一种简单且最常用的出方法。浸渍法所得到的的浸 出液在不低于浸渍温度下能较好的保持其澄清度；操作简单易行，但所需的时间长， 溶剂用量大，出液系数较高，有效成分浸出率低。另外，浸渍状态下固液通常呈静止 状态，溶剂利用率低，有效成分浸出不完全。适用于粘性药材、无纤维组织结构药材、 新鲜及易于膨胀药材、价格低廉的芳香性药材的提取，如尤其适用于有效成分遇热易 挥发和易破坏的药材，不适于贵重药材、毒性药材及制备高浓度的制剂。 2.1.2 渗漉法浸提工艺 将药材粉碎后装入特制得渗漉罐中，往容器中药物粗粉上方不断地添加浸提溶剂， 使其渗过罐内药材积层，发生固液传质的作用，从而浸出的有效成分，自罐体下部出 口排出浸出液，这种浸出的方法称为渗漉法，所得的浸出液称为渗漉液。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。渗漉法不需加热，可常温操作；溶剂用量少，过滤要求较低；但 对药材的粒度及工艺技术要求较高，操作不当，会影响提取效率。适用于热敏性、易 挥发性或剧毒类中药物料；适用于提取有效成分含量低或要求浸出浓度较高的中药药 物；对于一些粘性的提取物、不易流动的物料，不宜使用本法。 2.1.3 单罐间歇循环提取工艺 单罐间歇循环提取工艺流程由多功能提取罐、泡沫捕集器、冷凝器、冷却器、油 水分离器和过滤器等组成。多功能提取罐的特点是能在全封闭的条件下进行常温常压 提取，也可用于高温高压提取或真空度低温提取，也可进行不同溶剂的提取，且保持 齐齐哈尔大学毕业设计（论文）齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 7 着传统煎煮工艺的特点。在操作组合方面，多功能提取罐可进行强制循环提取、回流 提取、及提取挥发油等操作，因此多功能提取罐比传统的中药煎煮锅和中药提取罐操 作方便、安全可靠、提取时间短、效率高。生产时在提取罐夹套通入蒸汽加热，浸出 液中的蒸汽经冷凝、冷却，进入油水分离器分离出挥发油或直接回流入罐，在过滤器 过滤后用泵将浸出液泵回原罐可进行循环提取6。 2.1.4 回流提取法 回流提取方法可分为：回流热浸法，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。 回流法是一种热浸渍法，但因为溶剂的循环使用，回流法较渗漉法的溶媒用量少，浸 提