年处理100t中药车间设计.doc

江西科技师范大学药学院课程设计说明书专 业： 制药工程 班 级： 制药工程1班 姓 名： 杨德志 学 号： 20113428 指导教师： 程丹 设计时间：2014年9月1日 9月26日目 录1 设计任务书12 工艺概述22.1前言22.2工艺简介2 2.2.1中药的前处理工艺22.2.2中药提取工艺的选择32.3工艺流程3 2.3.1中药的提取流程框图32.3.2工艺流程说明42.4生产制度4三物料衡算53.1前处理车间的物料衡算53.2提取车间的物料衡算53.2.1提取工段的物料衡算63.2.2中药浓缩工段物料衡算63.2.3醇沉一步的物料衡算73.2.4喷雾干燥步的物料衡算73.3物料衡算总结84 能量衡算94.1中药提取工段能量衡算94.1.1的计算104.1.2提取加热蒸汽用量的计算114.1.3提取冷凝水用量的计算114.2中药浓缩工段能量衡算114.2.1进料比的计算124.2.2浓缩加热蒸汽用量的计算134.2.3浓缩冷凝水用量的计算144.3回收乙醇的热量衡算144.4能量衡算总结155 主要设备选型及说明175.1主要生产设备及型号175.2主要设备一览表205.3辅助设备说明216 三废处理226.1废水的处理226.2废气的处理226.3废渣的处理和利用227 车间平面布置和管道设计说明247.1车间组成247.2中药提取车间的布置247.3设备与管道的布置258 附图269 参考资料2710 设计感想2811 设计说明书评定2912 答辩过程评定29一.设计任务书设计题目：年处理100吨中药材提取生产车间设计设计内容和要求：1.确定工艺流程及洁净区域划分；2.物料衡算及设备选型；3.绘制生产工艺流程图；4.按GMP规范要求设计车间的工艺平面布置图；5.编写设计说明书。设计成果：1.设计说明书一份，包括工艺概述、工艺流程及净化区域划分说明、物料衡算、工艺设备选型说明、工艺主要设备一览表、车间工艺平面布置说明、车间技术要求；2.工艺流程图一张；3.工艺平面布置图一套（1:100）。2 工艺概述2.1前言 国内药品的现实消费市场是城市居民，农村是巨大的潜在市场，医药市场容量还将进一步扩大。中药包括中成药、中药材、中药饮片，其中中成药是最重要的组成部分。据2013-2017年中国中药行业深度调研与投资战略规划分析报告数据统计，我国有80%以上的城市居民自行购买过中成药。巨大的需求为国内中药行业的进一步发展提供了巨大的空间。 各省市医药、中药、生物医药“十二五”规划显示，大部分省市预计其中药产业增长率在20%-25%之间，部分省市预计在30%以上，少部分省市低于15%。在几大中药重点省市的规划预测中，中药行业的增长率均在20%以上，其中山东省年均增长率或达30%以上，四川、江西分别在25%、23%左右。预测，“十二五”期间中药工业将保持年均12%以上速度的增长，到2015年总产值超过5590亿，但综合各省市的具体规划，预计我国中药行业整体增速高于中医药事业展“十二五”规划的预测，年增长率或可达20%以上，到2015年中药行业工业总产值或将达到7000亿左右。2.2工艺简介 本次设计为年处理100吨中药材，工艺流程大致分为前处理，水煎煮提取，蒸发水浓缩，浓缩液加乙醇醇沉，再次浓缩回收乙醇，浸膏喷雾干燥，所得粉末进行简单包装等。2.2.1中药的前处理工艺1.中药的挑选：a.非药用部分的去除；b.杂质的去除。2.清洗：除去黏附在药材表面的杂质。3.烘干：中药在60条件下烘干。 药材经过挑选，水洗后，此时药材的含水量较高，为微生物的生长繁殖提供了有利的条件，且增加了药材的韧性。这给药材的质量保证及粉碎带来了不利，所以需要粉碎的药物必须先进行干燥。4.粉碎及过筛：中药粉碎后过24目筛，目的是：a.增加药物的表面积，促进药物的溶解与吸收，提高生物利用度；b便于调剂与服用；c加速药材中有效成分的浸出或溶出；d.为制备多种剂型奠定基础。2.2.2中药提取工艺的选择 中药材的传统提取方法包括水煎煮法、浸渍法、渗漉法、改良明胶法、回流法、溶剂提取法、水蒸气蒸馏法和升华法等。其中水煎煮法是最常用的方法。因此本设计采取水煎煮法作为本次中药提取法。2.3工艺流程2.3.1中药的提取流程框图空气自来水原药材前处理水提双效浓缩药渣醇沉回收乙醇 D级喷雾干燥待用纸盒塑料袋粉末 图2-12.3.2工艺流程说明.前处理工艺包括中药材挑选，洗药，切制，炮制，烘干，粉碎等工艺，目的是为了使中药材中的杂质变少，方便后处理；.提取工艺为水提煎煮法，并运用的是单级提取工艺，提取后去药渣；.提取液采用双效浓缩；.采用醇沉方法，去除浓缩液中的杂质沉淀；.回收乙醇工艺过程注意防爆；.喷雾干燥采用连续式及并流式干燥，注意粉尘问题；.收粉过程需在D级洁净区进行，采用塑料袋简易内包，纸盒简易外包。2.4生产制度 操作时间和批次确定生产制度： 提取车间：年工作日250天，一天一班制，每班8小时。 提取阶段：间歇式生产，一天一批，每批6小时，其余2小时为前处理阶段，工人清洗机器阶段时间等。三物料衡算3.1前处理车间的物料衡算 前处理车间，我们经过了中药材的挑选，清洗，烘干，粉碎和过筛，中药每天需要前处理的量为： 采购原材料时，挑选的杂物少，损耗少，忽略不计。 粉碎是中药前处理的损耗来源，设定损耗按原材料的，则每天需要前处理所得的量：3.2提取车间的物料衡算水提浓缩醇沉粉末.药材：水 浓缩后含水量达 乙醇：浓缩液（体积比）.水提过程提取率为 浓缩液密度为 混合后药液密度.水溶性的物质占整个药 有效成份损失率为 原醇密度物比例为 有效成份损失率为 回收喷雾干燥浸膏.回收乙醇（） 干燥损失率.浸膏密度中药有效成分为20%，日投料400kg/批图3-13.2.1提取工段的物料衡算 采用水提醇沉法的工艺流程，中药材年处理量为100吨，年工作日为250天，每天生产一批，每批生产6小时。 则每天处理量： 前处理所得量为396.8kg/批，损失忽略不计，按照400kg/批计算： 以每批物料为基准进行工艺计算，设放出药渣为，忽略提取工段过程中的物料损失，则： 每批处理量： 每批所加水的量： 每批所得提取液的量： 则根据质量守恒定律得： (3-1) 假设提取罐中液体沸腾蒸发回流的量为总加水量的，则提取罐中液体回流量： 3.2.2中药浓缩工段物料衡算 设提取液过程的损失率为，则所得提取液的重量： ，浓缩后的药液重量计算：设中药有效成分为，浓缩后含水量为，损失率为，则： 密度为: 因此蒸发水的重量： 。3.2.3醇沉一步的物料衡算 蒸出水后的浓缩液密度：，体积： 。 设加入原醇的体积：浓缩液=2:1 则加入原醇（）的体积： 因为醇沉过程含有少量沉淀，故设损失率为5%，所以原醇和浓缩液混合后的重量： 设混合后的密度： ，则混合后的体积： 接下来回收乙醇，最终需要得到中药浸膏，回收乙醇的浓度预计达到80%，中药浸膏的密度一般要求达到以上，则根据质量守恒定律： （3-2） （3-3） 由上述二个公式得： 代入得：3.2.4喷雾干燥步的物料衡算 综上所述，每批所得浸膏为：。 查阅相关文献得知中药浸膏经过干燥成粉末状产品的损失率为，因此每批所得的粉末产品： 设定塑料袋包装，每袋装16.6kg粉末，每天装10包。3.3物料衡算总结 以每批为基准：表3-1工段涉及衡算提取投料kg400提取液kg3720加水kg4000药渣kg280浓缩浓缩液kg108.5密度1.22蒸发水kg3425.5醇沉90%原醇0.176密度0.80780%乙醇0.88密度0.8345浸膏kg175密度1.25四能量衡算4.1中药提取工段热量衡算 根据能量守恒： （4-1） ：物料带入设备的能量kJ ：加热剂或冷却剂传给设备所处理的物料的热量kJ ：过程热效应kJ ：物料离开设备所带走的热量kJ ：加热或冷却设备所消耗的热量kJ ：设备内环境散失的热量kJ 中药的提取工段过程中，需要计算出加热水蒸气的用量 ，以及药液沸腾蒸发回流所需冷凝水的量 。 因为中药提取过程中无化学反应，仅发生物理变化，故 。水提.加热蒸汽用量: .回流冷凝水的量： . ： ：.95下水蒸气汽化潜热: 因为整个工艺均有能量损失，约为，因此为保证能量补给足够，均放大计算。4.1.1的计算 设基准温度，物料进料温度，出料温度 查资料得之间的平均温度下的定压比热容： 中药的比热容 水的比热容 按公式（4-2）计算: (4-2) 查资料得之间平均温度下的定压比热容：由于提取液浓度很稀接近于水，则比热容近似为水的比热容：，95下的水蒸气的汽化潜热： 则按公式（4-3）计算Q4: （4-3） 根据经验，中药提取工艺计算（）一般为（）的，即： （4-4） 由公式（4-1）得： 4.1.2提取加热蒸汽用量的计算 提取加热用蒸汽在，汽化潜热，按公式（4-5）计算加热蒸汽用量： (4-5)4.1.3提取冷凝水用量的计算 冷凝水进口温度，出口温度，则： 平均温度下的定压比热容为：，则提取罐中的药液沸腾蒸发回流所产生的热量等于冷凝水吸收的热量： （4-6） 由（4-6）得：4.2中药浓缩工段能量衡算 蒸发浓缩的依据是利用溶剂具有挥发性而溶质不挥发的特性使两者实现分离。浓缩.加热蒸汽用量： .回流冷凝水用量： . ： ：.75下水蒸气汽化潜热： 4.2.1进料比的计算 以一批为基准，忽略操作过程物料损失，物料以平行的方式进料，设进料比为，第一效蒸发量为，第二效蒸发量为，则： , 推出: , 同理可推出：第一效进料量: ,浓缩液出量： 第二效进料量： ，浓缩液出量： 对第二效进行热量衡算（第二效加热蒸汽为第一效产生的热量，过程中无热量补给）： 本操作属于纯物理操作，故，设基准温度，物料进料温 ，浓缩压力为，设定物料出料温度，由于提取液浓度很稀接近于水，025物料平均温度下的比热容近似于水的比热容： 其中： (4-7) 浓缩液浓度很稀接近于水，075物料的平均温度下的定压比热容近似于水的比热容： ，75时蒸汽的汽化热： 所以： （4-8） （4-9） 根据经验： 则： (4-10) 数据代入（4-10）得： 得： 第一效进料量： 第二效进料量： 第一效蒸发量： 第二效蒸发量： 第一效浓缩量： 第二效浓缩量：4.2.2浓缩加热蒸汽用量的计算 提取加热用蒸汽在下，汽化潜热， 第一效能量衡算式： 所以： 4.2.3浓缩冷凝用水量的计算 平均温度下的定压比热容为，则双效浓缩中蒸出水所产生的热量等于冷凝水吸收的热量： (4-11) 得： 4.3回收乙醇的热量衡算回收乙醇. ：.： 假设物料温度由升高到，因为中药：乙醇，所以此时中药的浓度近似等于乙醇的浓度，即：，则此温度对应乙醇的比热容分别为： 则： 所以： 设水蒸气进口温度为100，出口温度为80，对应的水蒸气的比热容分别为： 则： 所以需要水蒸气： 冷却阶段：水： 乙醇： 所以需要冷却水： 所以 。4.4能量衡算总结以每批为基准：表4-1工段涉及衡算提取物料进料温度25物料出料温度95kJkJkJkg冷水进料温度25冷水出料温度45kg浓缩物料进料温度25物料出料温度75 kJkJkJkg210.94冷水进料温度25冷水出料温度45kg附表4-1回收乙醇物料进料温度25物料出料温度75kg538.06冷水进料温度25冷水出料温度75kg10.14五主要设备选型及说明 设备的设计和选型应根据工艺需要二进行。选用投资少，能耗低，收得率高，操作灵便，安全可靠和外形美观的设备，以便于用更低的成本生产更优质的产品。其次，设备的选择需要满足GMP中关于设备选型，材料的选择的要求。5.1主要生产设备及型号提取罐 多功能提取罐汇集各种通用提取设备之优点，解决了提取工艺繁琐，蒸汽外溢，出渣困难等问题，能做到一次投料一机多能，即能按照工艺要求同机完成蒸馏，水提，渗滤，溶媒回收，加压，减压回流和强制循环提取等。 提取罐有机械出渣和气压出渣型号，对长茎叶类草药选用气压出渣较为顺利，但污染及噪音较机械出渣大。该设备的主要优点为：一，提取时间短，效率高并较完全；二，应用范围较广，一机多用，无论水提、醇提，回收溶媒均可应用；三，采用气压自动排渣及气压自动开启授料口，操作方便，劳动强度低；四，可用控制台控制各项操作，便于中药厂实现自动化，机械化。提取完毕，药渣的出走方式较多，可用轻轨槽车，电动翻斗车，滴灌排渣等。 一班情况下，多功能提取罐的罐内操作压力为0.15 MPa, 夹层压力为0.3 MPa ,属于压力容器，在使用前要检查安全阀，压力表，减压阀等附件是否有效。因为 取水的密度为：，则提取前实际体积为： 设提取罐的装填系数为0.7，则 ，所以选用型号为TQ-3200即容积为的提取罐2台比较合理。 查得TQ-3200的多功能提取罐的相关参数： 加热面积：6.8 m2 冷凝面积：1.5 m2 罐内压力：0.3 MPa 夹套压力：800 MPa 排渣门直径：800 mm 搅拌转速：32 ppm/min 双效浓缩罐 此处选用杭州惠合机械设备有限公司的DH-2000型号的双效浓缩罐。 此双效浓缩罐的特点有： 1、采用外加热自然循环与真空蒸发相结合的方式，蒸发速度快，浓缩比重可达1.25-1.4 。 2、料液在全封闭状态下真空浓缩，浓缩出来的物料无污染、药味浓、膏质均匀。 3、采用二次同时蒸发，二次蒸汽得以充分利用，节约能耗，耗能量与单效式相比可节约 43% ，同时可以回收溶煤。 4、加热器、蒸发室顶盖采用转臂结构，打开加热器上盖即可清洗，方便彻底，省时省力。 5、本设备与物料接触部位采用不锈钢制造，符合GMP要求。 6、本设备可自动排水，减轻劳动强度，有半自动化功能，定货时需注明是否需要自动排水。 此双效浓缩罐外观美观，加热器、蒸发器外面均设有保温层，保温层外用不锈钢薄板制作外壳，表面做镜面或亚光处理。 此双效浓缩罐的生产能力2000Kg/批，因此选用2台。醇沉罐 目前,大部分的重要生产企业使用的沉析设备，基本上市带有夹套的筒体，醇沉后杂质沉淀在锥底上，上清液通过出液管道吸出，罐底安装有球阀或者蝶阀作为出渣口，沉析罐的搅拌电机操作时开启搅拌桨，并在层析罐上加一个喷淋装置将乙醇直接均匀的加入到罐内。此处选用上海科劳机械设备有限公司的DH-3000型号的醇沉罐。 此醇沉罐的特点有： 1、该设备采用不锈钢制作，配有高压水自动喷淋清洗系统，夹套中可通低温冷却水，传动部位采用机械密封，并采用防爆电机确保生产过程安全与符合GMP质量标准。 2、内装自动浮球出液器可减轻工人劳动强度，自动完成出液过程 3、确保上清液抽净，而不使沉淀物被抽出 4、锥形底部装有切线蒸汽管道，通入蒸汽可使沉淀物软化，有利于沉淀物排出 5、 罐的底部装有切线通气管道，可通过真空或过滤压缩气进行气动搅拌 此双效浓缩罐的生产能力4000Kg/批，因此选用1台。回收乙醇设备 此处选用无锡市南泉化工JH300型号的回收乙醇设备。乙醇回收塔由塔釜、塔身、冷凝器、冷却器、缓冲罐、高位贮罐六个部分组成，本设备与物料部分均采用Cr18Ni9不锈钢制造，具有良好的耐腐蚀性能，经久耐用。酒精回收塔主要用于酒精的回收。当酒精作为渗漉和回流浓缩的溶剂之后，其浓度必然大大下降，并含有大量药渣和其它杂物，为了减小消耗，降低成本，使这种酒精及时复用，不但要清除母液中的药渣和其它杂质，并且必须要把酒精含量提高到一定的程度。酒精回收塔就能同时完成这一工业过程。要求是稀母液的酒精浓度为百分之四十左右，如稀母液酒精浓度高，则其回收量也相应增大。 酒精回收塔特点：酒精回收塔采用高效的金属不锈钢填料。蒸馏塔采用不锈钢制，从面防止了铁屑堵塔填料的现象，延长了装置的使用期限。酒精回收塔中凡接触酒精设备部分如冷凝器，稳压罐，冷却蛇管等均采用不锈钢，以确保成品酒精不被污 染。蒸馏釜采用可拆式U型加热管，在检修时可将U型加热管拉出釜外，便于对加热管外壁及蒸馏釜壁进行清洗。 酒精回收塔可间歇生产，也可半连续，连续生产。标准要求JH300塔容积(L)1220塔身高度(mm)10000高位罐容积(L)400冷凝面积(m2)9冷却面积(m2)1.5换热面积(m2)6回收能力(kg/h)90-100设备重量(kg)1900外形尺寸(长宽高)(mm) 260080012500 此回收乙醇设备的生产能力90Kg/批，因此选用1台。喷雾干燥机 此处选用锡市大峰喷雾干燥设备有限公司的DFR-200型号的喷雾干燥机。此喷雾干燥机为高速离心喷雾干燥机，是采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体干燥雾滴而获得产品的一种干燥方法。原料液可以是溶液、悬浮液，也可以是溶融液或膏糊液。干燥产品根据需要可制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。其工作原理为空气经过滤和加热，进入干燥器顶部空气分配器，热空气呈螺旋状均匀地进入干燥室，料液经塔体顶部的高速离心高速雾化器，（旋转）喷雾成极细微的雾状液珠，与热空气并流接触在极短的时间内可干燥为成品。成品连续地由干燥塔底部和旋风分离器中输出，废气由风机排出。 高速离心喷雾干燥特点： 1、干燥速度快，料液经雾化后表面积大大增加， 在热风气流中， 瞬间就可蒸发9598的水份，完成干燥时间仅需数秒，特别适用于热敏性物料的干燥。 2、产品具有良好的均匀度，流动性和溶解性，产品纯度高，质量好。 3、生产过程简化，操作控制方便。对于含湿量4060（特殊物料可达90）的液体能一次干燥成粉粒产品，干燥后不需粉碎和筛选，减少生产工序，提高产品纯度，对产品粒径、松密度、水份、在一定范围内可通过改变操作条件进行调整，控制和管理都很方便。 此高速离心喷雾干燥机的生产能力200Kg/批，因此选用1台。5.2主要生产设备及型号一览表序号设备名称设备型号生产能力数量1多功能提取罐TQ-32003200Kg/批22双效浓缩罐DH-20002000Kg/批23醇沉罐DH-30004000Kg/批14回收乙醇设备JH30090Kg/批15高速离心喷雾干燥机DFR-200200Kg/批15.3辅助设备说明1.中药材前处理设备，包括洗药机，烘干机，粉碎机；2.真空泵大约需要4-5台；3.过滤设备1-2台；4.真空浓缩罐一台，目的是用于加热浓缩液与乙醇混合液，使乙醇蒸发除去，从而进入回收乙醇设备；5.储罐两台，一台是装90%乙醇，一台是装回收的80%乙醇；6.干粉回收箱一台，为了收集干燥所得的粉末；7.简易塑料袋封装机一台；8.纸盒包装为人工分装。六三废处理 随着现代工业的高度发展，废气、废水、废渣即所谓的“三废”问题已引起 了人们的极大关注。“三废”防治工作，是随着社会主义工业的发展从无到有地 开展起来的，并取得了一定的成绩。但是由于人口的增长，工业生产的发展，资源消耗的加快， 以及人们对环境污染严重性认识的不足，致使我们面临着环境污染蔓延和生态环境恶化等一系列问题，因此环境治理迫在眉睫，而环境治理最重要的则是“三废”的治理。6.1废水的处理 制药厂“三废”中，废水的数量最大，种类最多，危害最严重，对生产的持续 发展影响最大，因此它是制药厂“三废”无害化处理的主要对象。制药工厂生产废水主要来源于从原材料中提取有效成分剩余的残液，其有机浓度较高，成分复杂，主要成分为碳水化合物、蛋白质、类酯物。另外还有一部分冲洗废水，这部分废水浓度较低，主要成分为部分辅料残留。在废水处理中，先通过厌氧处理去除废水中大部分污染物，而且可使废水中大分子、难降解的有机物分解为小分子有机物，同时可降低废水中有毒有害成分的浓度，改善废水的生化性能，为下一步好氧处理提供条件。再采用好氧处理，进一步降低废水中有机物浓度。最后根据废液的特性，按其化学性质呈酸性或呈碱性，进行中和后处理。使PH维持在69之间后排放。 处理流程如下所示： 废水 厌氧处理 好氧处理 中和后处理 排放 6.2 废气的处理 制药厂排出的废气主要包括含悬浮物废气，含无机物废气，含有机物废气三 类。对于高浓度的废气，一般均应在本岗位设法回收或无害化处理；对于低浓度废气，则通过管道集中后进行洗涤、吸收等处理或高空排放。洗涤、吸收等处理，产生的废水，应按废水处理方法进行无害化处理。6.3废渣的处理和利用 中药厂废渣污染问题与废气、废水相比，一般小得多，废渣的种类和数量也比较少。针对各种废渣的成分不同，处理方法可分为综合利用法、焚烧法、填土 法、抛海法等多种方法。 提取车间产生的废渣主要来源是从中药饮片中提取有效成分后剩余的残渣。因为残留物一般没有毒性，且易于降解。在设计中可以采取综合利用法、 焚烧法或者填土法销毁。 焚烧法所产生的废气可采用上述废气处理办法处理，但成本较高。填土法对土地需求较大，不太符合批量生产要求。因此，在本设计中选择综合利用法，将废渣采用类似于沼气池发酵的方法进行生物降解。所得沼气可以用做燃料，废液可以作为有机肥料使用。废渣沼气池发酵有机肥料处理。七车间平面布置和管道设计说明 车间布置设计的任务：第一是确定车间的火灾危险类别，爆炸与火灾危险性场所等级及卫生标准；第二是确定车间建筑（构筑）物和露天场所得主要尺寸，并对车间的生产、辅助生产和行政-生活区域位置做出安排；第三是确定全部工艺设备的空间位置。7.1车间组成 车间一般由生产部分、辅助生产部分和行政-生活部分组成。生产部分包括生产部分和精烘包工序、控制室、贮罐区等。辅助生产部分包括动力室（真空