年处理银杏外种皮1000t提取车间的设计1.doc

淮阴工学院毕业设计说明书（论文）第 28 页 共 27页 1 引言1.1 银杏资源及开发现状1.1.1 品种资源银杏是古老的孑遗植物，远在人类诞生之前就已经存在地球上，其曾经是北半球森林中的主角。第四纪冰川降临时，世界上大部分地区的银杏遭受了灭顶之灾，唯独在中国这块土地上，银杏幸免于难，历尽沧桑，成为举世闻名的“活化石”，植物界的“大熊猫”。我国银杏资源拥有量约占世界总量的70%。近10余年来，我国银杏种植业更是取得了令人瞩目的成就。全国结实的银杏树10多万株，年产银杏果1.2万吨，年产值4.8亿元人民币;干青叶年产量1.10-1.30万吨，年产值1.65-1.95亿元人民币。新外种皮与核的比例大约为3:1，据此估计，每年全国至少有3万吨新鲜外种皮，除去水分，干燥的外种皮约1.2万吨。事实上，我国的银杏资源远不止这些，当前银杏还正以每年20002500万株的速度递增，银杏种植业发展较快的省份为江苏省、广西省和山东省。江苏省现栽植银杏2000万株，建成生产基地1.4万公顷，年产种实3600吨，干青叶4500吨，产量居全国之首。山东省现已栽植银杏350万株，培育银杏苗木3.5亿株，年产干青叶2800吨。陕西、安徽、河南、湖北、贵州等省、区的银杏生产也出现了良好的发展势头，尤其在陕西秦巴山区银杏种植业更是取得了令人瞩目的进展，陕西省从1994年起，在陕南秦巴山区种植银杏面积陆续已达2000公倾以上，近300万株，年产种实540吨，干青叶650吨，外种皮180吨。国内外对银杏种仁、叶片的开发利用研究和生产已相当普遍，并取得多项成果，在人们的医疗、保健中发挥了很大作用；然而，人们对银杏外种皮的研究仅仅是刚刚起步，开发利用几乎还是空白。银杏外种皮占整个种子重量的75%左右，我国每年约有2.4万t银杏外种皮作为废物丢弃，既污染了环境，又造成极大的资源浪费。如果除去外种皮中60%的水分，可得干燥外种皮9600t，比银杏种核的年产量还高。因此，深入开展银杏外种皮的研究和开发利用，不但可做到废物利用，变废为宝，而且还可防止环境污染，充分利用资源，从而获得较大的经济效益和社会效益1-8。1.1.2 开发现状国内外之所以大力发展银杏种植业，是因为银杏是一种多功能的树种，其果仁、果壳、树叶、树皮及树根均有很好的药用、食用等价值及良好的经济效益。以银杏叶的开发为例，国内正逐步由出口原料到中间产品向部分终端产品方向发展，1吨干青叶价值在8000元10000元，而经深加工后则可增值45倍。我国银杏的规模性开发利用始于80年代末90年代初，虽起步较晚，但发展速度较快。据1999年统计，全国银杏制品的年销售额近4亿元人民币。目前，我国银杏资源开发主要以白果为主，其次为银杏叶、外种皮和盆景，国内外开发的产品主要在医药、食品以及化妆品领域。现在全国已有100多家银杏叶提取物生产厂家，以银杏叶为原料制成的上市药品主要有天宝宁、百路达、银可络、冠心宁等。我国用白果和银杏叶提取物开发出来的食品饮料主要有：(1)滚头类:如听装清水白果雄头；(2)饮料类：产品主要有银杏晶、银杏露、白果露、白果汁等；(3) 银杏叶茶；(4)酒类：如银杏啤酒、白果酒类等;另外还用白果和银杏叶的提取物生产糖果、口香搪和月饼等。国内外在对外种皮的开发上主要集中在化学成分的分离鉴定和药用两领域。1986年Kubo报道银杏酚酸类物质可减少和消除血吸虫病，可以通过消灭携带此病菌的蜗牛(snail vectors)而起到有效作用。1987年，Itokawa发现银杏中的活性成分对抗肿瘤有一定的作用。1990年，日本的松本武报道银杏叶中酚酸类物质对病毒有抑制作用。1991年，Grazzini报道了酚酸类物质可作为前列腺素生物合成的抑制剂。1993年，Hisae报道银杏酚酸类物质在抗S.mutans病毒等方面有显著的效果。1994年，Kubo等报道银杏酚酸类物质有抗痊疮的功效。1996年，Kubo则在其文章中又指出银杏酚酸类物质可对甘油三酯中的重要酶GPDH有抑制作用，因而可以预防人体许多因高脂血症而引起的疾病34。国内顾维戊、许爱华等人研究表明，银杏外种皮中的活性组分可提高免疫力、具有抗癌作用，同时还具有抗炎、抗过敏和抑制真菌作用，可消除自由基、具有抗衰老作用。例如，其中的多糖对小鼠体液、细胞免疫及IL-2活性均有增强作用；银杏外种皮多糖对小鼠肿瘤细胞生长也有抑制作用；对申克氏菌、着色霉菌等13种真菌有明显的抑制作用；银杏多糖可提高荷瘤小鼠血清SOD活性，并能降低MD含量，可延长小鼠游泳时间及缺氧时的存活能力，可延缓小鼠的衰老。此外许多研究表明，银杏中的黄酮类活性成分具有降低血清胆固醇、扩胀冠状血管、改善微循环等作用。外种皮在生物农药方面的研究可归纳如下：在产区，银杏外种皮水提液作土农药已有多年历史，有关文献提到其一定量的水提液对稻螟虫、桃蚜虫、菜青虫的杀虫率达100%，对桑摘、挤婚等害虫也有杀灭作用。赵宗方等人研究报道，5%银杏外种皮的水提液对黎黑星病、桃褐腐病、桃霉斑性穿孔病等病菌抱子萌发有抑制作用。赵肃清等人报道，银杏外种皮提取液对水稻纹枯病菌、番茄青枯病菌和黄瓜炭疽病菌均有明显的抑制作用。2 银杏外种皮活性成分和药理作用2.1 银杏外种皮中的主要成分9， 10银杏外种皮的主要成分与银杏果、叶所含的成分相似。经分离鉴定的成分主要有银杏酚(bilobal)、银杏酸(ginkgoic acid)、银杏黄酮(ginkgetin)、银杏内酯(ginkgolide)、白果酚(ginkgol)等五大类几十种有机化合物。银杏酚酸类成分按化学结构的不同，可分为白果酸(ginkgoicacid),氢化白果酸(hydroginkgoic acid),氢化白果亚(hydroginkgolinic acid)、银杏酚(bilobol),白果酚(ginkgol)等10余种，它们可看作是水杨酸分子在苯环C6位上连有较长侧链的系列化合物。主要化合物结构见：白果酸结构式：氢化白果酸结构式： 氢化白果亚酸结构式：银杏酸结构式（6a、6b、6c）： 银杏酚结构式（7a、7b、7c） 白果酚结构式：2.2 银杏外种皮的药理作用2.2.1 抗过敏作用银杏外种皮水溶性药用成分能抑制小鼠被动性皮肤过敏反应（PCA）和大鼠颅骨骨膜肥大细胞的脱颗粒释放作用，并能直接对抗抗原诱发的致敏豚鼠回肠平滑肌的收缩和肺灌量的减少。当银杏外种皮水溶性药用成分浓度为31022101时，能抑制组胺和SRS-A（慢反应物质）的释放，同时也能拮抗过敏介质组胺和SRS-A对豚鼠回肠的收缩，其抗过敏作用与地塞米松相似，这一作用在免疫抑制中也有类似之处，与现有的抗过敏药物皮质激素色甘酸钠相比较，具有毒性较小的优点。2.2.2 抗炎作用银杏外种皮中的白果酸含量达2040mg/kg时，能明显抑制二甲苯所致的小鼠耳廓肿胀，角叉菜胶所致大鼠足跖肿胀和酸所致小鼠腹腔毛细血管通透性增高，大鼠棉球肉芽组织增生和完全福氏佐剂所致大鼠足跖肿胀亦有明显的抑制作用，与阳性对照组地塞米松相似。对炎症早期的毛细血管渗透性增高，炎性渗出和水肿有很强的抑制作用，对慢性炎症和免疫性炎症同样有效。动物豚鼠的临床实验表明，可治疗支气管哮喘。2.2.3 抗菌作用从银杏外种皮中分离提取的白果酸类及黄酮类化合物，有较强的抑菌和杀菌作用，实验研究表明，对枯草菌、大肠杆菌、酵母菌、金黄色葡萄球菌、痢疾杆菌、绿脓杆菌等250种菌类均有明显的抑制生长的作用。这种作用不仅对浅部的真菌，而且对深部的真菌也有明显的抑制作用。0.1%的白果酸抑制真菌的有效率达92%，而0.5%的克霉唑抑制真菌的有效率仅为68%。同时对各种革兰氏阴性和阳性细菌也均有抑制作用。2.2.4 抗病毒和抗癌作用银杏外种皮酸性成分中的十七碳烯链水杨酸和白果黄素均有很强的抑制EB病毒的活性。对致癌启动因子有很强的抑制效果。银杏外种皮中的酸性成分对小鼠肉瘤S180表现出明显的抗肿瘤活性。2.2.5 抗衰老作用据测定，银杏外种皮中同样含有黄酮类化合物，它是抗人体衰老的拮抗剂。银杏外种皮水溶性成分有直接清除超氧离子的作用，可延长常压缺氧条件下小鼠存活时间及耗氧量等作用。在此基础上，进行的人体抗疲劳和抗衰老实验表明，银杏外种皮水溶性成分是致人体衰老最好的自由基清除剂，具有明显的拮抗血小板活化因子（PAF）的活性，抑制化学发光，能阻止皮肤组织老年色素颗粒的形成，并使已形成的色素颗粒变得分散，数量减少，从而使银杏外种皮水溶性成分达到抗衰老的作用。3 典型工艺流程介绍提取工艺流程的确定和进行设备配置是一个十分复杂的问题,影响因素较多。现介绍几种典型工艺流程11 。3.1.单罐间歇工艺流程单罐间歇生产工艺是指一套提取罐，一组提取液贮罐，一组溶媒罐，一组浓缩液罐，一套浓缩设备组成间歇生产线，分次提取出液，减压连续浓缩的生产过程。主要特点如下： （1）生产工艺简单，容易操作。（2）溶媒可回收较再利用可设计为循环式，提高药材的提取率。3.2 热回流提取工艺流程 热回流提取工艺是指在提取过程中使用一套提取罐，一套浓缩设备组成一套连续生产设备，常压提取，减压浓缩的生产过程。它改变了传统的静态生产方式。主要特点如下：（1）节能，提取浓缩生产过程是边提取边浓缩，可有效利用提取液的温度。（2）溶媒可回收利用（3）由静态生产变为动态生产模式，大大提高生产效率。（4）提取率较高3.3双罐双向逆流提取工艺流程双罐双向逆流提取工艺是在提取过程中使用两个提取罐作为一个提取罐组，它集浸泡、动态、逆流、热回流提取方式为一体。改变常规的顺药材有效成分或平药材有效成分方向走向为逆药材有效成分进行提取；改变常规少次大量出液为小量短时间频出液的提取过程。主要特点如下：（1）节能（2）溶媒用量较少（3）缩短了生产时间，生产能力较大（4）提取效率较高（5）可解决循环、出液难的问题3.4 连续动态逆流提取工艺流程连续动态逆流提取工艺是近年来出现的一种提取新工艺。整套工艺是集预浸、逆流提取、挤压提取、排渣自动分离、浓缩回流等功能为一体的多功能提取方式。在提取过程中，体现出动态提取、热回流提取、逆流提取等工艺的优点。4.生产原理4.1 溶剂提取原理溶剂提取(浸取)也称为固液萃取，它是用溶剂将固体原料中的可溶组分相提取出来的操作。进行浸取的原料，多数情况下是由溶质与不溶性固体所组成的混合物。溶质是浸取所需的可溶性组分，而溶剂中不溶解的固体称为载体或惰性物质。一般情况下，浸取是简单的物理过程。如果可溶性组分(即溶质)含量较低，且均匀地分布在固体中，则当颗粒表面的溶质溶解后，溶剂必须先透过残渣层才能继续和里面的溶质接触，并将其溶解，愈到颗粒内部其浸取速度也愈低，此类浸取称为渗透浸取;反之，如果在固体物料中溶质所占的比例较大，则随着可溶性组分的溶解，剩下的多孔结构残渣就会崩解成很细的颗粒，溶剂就很容易与颗粒内部的新溶质接触，因而浸取速率始终很高，所以常被称为崩解浸取。银杏外种皮中的银杏酚酸类活性成分约占2.0%左右，显然它的提取属于渗透浸取，即认为浸取过程中固体颗粒的大小不发生变化。浸取溶剂的选择通常要遵循以下原则:首先，所选溶剂必须具有选择性溶解溶质的能力，以提高浸取液的质量，减少杂质含量;其次，溶剂对溶质的饱和溶解度要大，否则即使消耗大量溶剂，所得浸取液的溶质浓度也很低，这样在进行溶剂回收时就需消耗较多的能量;第三，是溶剂的物理性质，从溶剂回收角度考虑，沸点应该低一些，如果在常压下操作，则沸点会成为浸取温度的上限;第四，还要考虑溶液的粘度和密度，因为它们对扩散系数、固液分离、搅拌的动力消耗等均有影响;同时，还必须考虑溶剂的价格、毒性、安全性、腐蚀性等问题。天然有机物的提取，常选用以下三类溶剂:(1)酸、碱、盐溶液;(2)表面活性剂;(3)用水及有机溶剂等。4.2 传质原理银杏外种皮中的有效活性成分有机溶剂，实质上是固液传质过程。其传质理论很多，一般认为这一过程包括以下三个步骤：（1）溶剂到药材组织细胞内（2）细胞内的溶质解析、溶解于溶媒（溶剂）（3）溶质从细胞内部向外扩散4.3 工艺原理新鲜溶媒A出渣新鲜溶媒A CBCB投料浸出液浸出液本设计采用多罐逆流加热回流提取工艺，该工艺是以药材所含有效成分的浓度与药液中所含有效成分差及浓度梯度为提取动力。如图所示，在浸出过程中，新鲜溶媒由A单元向B单元流动，并自B单元得到浸出液。与后续单元相比，A单元与新鲜溶媒传质时间最长，浸出最充分，故先排渣，再次加入新料作为流程上的C罐，新鲜溶媒改由B罐加入，B罐作为原流程上的A罐，以次类推，每份溶媒都经历了3次浸取，浸出液浓度得到提高。虽然药材在各罐间并不移动，仍可在总体上实现逆流操作。5 工艺流程概述利用石油醚做溶媒来提取银杏酚酸，经浓缩后可得石油醚浸膏。其化工单元操作较简单，具体如下： （石油醚）银杏外种皮 干燥粉碎浸提过滤浓缩石油醚浸膏 本设计采用罐组式逆流间歇投料出渣提取，减压浓缩工艺，操作简单，设备投资少。整个工艺流程可分为两个部分，提取部分和浓缩部分。5.1 提取工艺（1）加入药材 启动闭气缸把出渣门关闭，用紧锁气缸把门紧锁，用保险气缸把门销住。从投料口加入经预处理的银杏外种皮，关闭投料口。（2）加入溶媒 开测压阀（检测管内压力，不要带压操作），使罐内和大气相通，开溶媒阀向罐内定量注入溶媒。1号罐开出液泵向2号罐底部输加药液，当两个罐均注满后停止加溶媒。（3）提取 保证每罐完全浸泡之后，加热回流提取4小时。（4）出液 1号罐先出液，开底部出液阀、过滤阀，将提取液通过管道过滤器输送至提取液贮罐。（5）出液完后，再从2号罐计量注入溶媒，按（2）操作，开2号罐出液泵向3号罐底部输加药液，当罐注满后停止加溶媒。（6）药渣中溶媒回收 出液完毕后，开冷凝水及冷却水阀，蒸汽凝水管道连接阀，开底部蒸汽进口阀，夹套蒸汽进汽阀。注意及时观察罐内的温度和压力。可将药渣中石油醚蒸出，经冷凝、冷却送入石油醚贮罐。（7）出渣 回收完成后，依次关闭各功能阀。渣料冷却后，由提取罐下面的放空阀将水放出，水放完后，操作气动阀，退出安全销，松开紧锁气缸，将渣门缓慢打开，使药渣下落。若药渣车装满，用启闭气缸把门关上，空车来时继续落渣。（8）1号罐出渣完可重新装料作为第3号罐。此时2号罐可出液。（9）二号罐出液完，经药渣处理后，重新装料，做装备。当3号罐达到提取时间后，3号罐即可出液。如此循环操作。因此可见，第一次加料时，二号罐提取时间稍长，其余各罐提取时间为四小时。平均每罐操作时间约为6小时，每天可生产6罐。（10）冲洗 灌顶冲洗口，可冲洗罐体。（11）对于设备检修时，可改为普通的单罐提取工艺。5.2 浓缩工艺考虑到石油醚沸点较低，热焓较少，且石油醚需回收不宜作二次蒸汽，因此不采用多效蒸发操作。综合设备费用等考虑可采用升膜式蒸发器。减压浓缩。（1）预热 初提取液温度较低，需经预热器预热至沸点（6090），蒸汽凝水管道连接阀，开蒸汽进汽阀，将提取液预热至90由底部送入升膜式蒸发器。（2）浓缩 开减压阀，打开冷凝水及冷却水阀，蒸汽凝水管道连接阀，加热蒸汽阀，将石油醚汽化，汽化后，管内气泡逐渐增多，最终液体被上升的蒸汽拉成环状薄膜，沿壁向上运动，汽液混合物由管口高速冲出，被浓缩的液体经汽液分离后，石油醚蒸汽经冷凝器，冷却器，进入石油醚贮罐。浓缩液由下部排出，进入浓缩液贮罐。（3）如果浓缩液未达到浓缩要求，可循环回蒸发器，继续蒸发，直到达到浓缩要求。5.3 设计的特点对于药材提取浓缩，有很多先进的工艺。但受原料、溶媒的性质，工艺操作技术，设备投资等诸多因素影响，适用范围大大减小。采用本工艺流程，可适用于大多数药材的间歇及半连续提取浓缩工艺，且设备投资，工程建设费用较低。能基本满足溶媒回收及药膏的质量。药渣中溶媒回收较干净，对环境造成的污染小。工艺上实现了浸泡，动态，逆流等方式，操作容易。6 提取工段6.1总体物料衡算根据设计任务，本设计为三套提取设备，间歇操作，以每年 300 天计，日处理量为 =1000300=10/3 吨 ，每台设备每天处理2罐，每 6 小时操作1 罐，每罐 =1018=59=0.556 吨 固液比 1 ：5 （W(g)/v(ml)），则平均每罐加入石油醚为 =259=2.778 m3设银杏外种皮和石油醚具有加合性，加入每千克外种皮体积增加1.2m3/吨（以水为标准测定）,总体积=259+0.5561.2=2.778+0.667=3.445m3 因此每罐操作容积V=3.445m3经提取，过滤后药渣中石油醚约为加入量的20%（实验测定）=0.22.778=0.5556m36.2 提取罐釜体主要设计计算6.2.1选用提取罐 安全考虑，装料体积不宜超过罐体的 2/3 ，故可用装填系数 =0.667 。则釜体容积可按下式估算：Vi=3.4450.667=5.165 m3参照多功能提取罐标准，可选用直筒型多功能提取罐，容积6000L，Di=1.2 m ，加热面积7.5m2,冷凝面积40m2,加料口直径580mm。6.2.2封头尺寸 标准椭圆封头公称直径DN与筒体的相同。由表可得DN=1.2 m 的标准椭圆封头直边高度可取 h0=40 mm 。表1 封头公称直径与直边高度关系 公称直径/mm20040050026002800320034004000直边高度/mm2525,4025,40,5040,50606.2.3 筒体高度 当 DN=1.2 m ， h0=40 mm时，得标准椭圆封头容积 Vt=0.271 m3 ，筒体每一米高的容积 Vm=1.13 m3, 可按下试计算筒高Ht=(V-Vt)/ Vm=(6-0.271)/1.13=5.07 m 取筒体高度 Ht=5.1 m 。6.2.4 夹套计算6.2.4.1 物料衡算回收药渣中的石油醚时，设夹套通蒸汽将釜液加热到90 可将石油醚蒸出，由物料衡算知，回收药渣中石油醚约为加入石油醚的 20%（由实验数据所得） ， 含量为M= （ 25/9 ） 0.2=0.5556 m3=0.5556660=366.7 公斤/罐6.2.4.2热量衡算设操作时间为 1 小时， 90 时的主要参数12：比热 C 水 =4.171 KJ/(公斤* ) 比热 Cp=2.49 KJ/(公斤* ) 水 =998 公斤/m3 ， =660 公斤/m3水的蒸发潜热 R=579 kcal/公斤 =2324.2 kj/kg 石油醚蒸发潜热 r=29.614 kj/mol=344.3 kj/kg 将提取罐中石油醚加热到由25加热到90所需热量Q1=2.77786602.49（90-25）=296748.75KJ6.3附属设备计算 6.3.1冷凝器6.3.1.1物料衡算在加热提取过程中，有大量蒸汽被蒸出，因此需将其冷凝回流，过程变化大，不易计算。回收药渣中石油醚含量为M= （ 25/9 ）0.2=0.5556 m3 = 0.5556*660 =366.7公斤/罐 设夹套蒸发0.5小时后开始有大量石油醚蒸汽蒸出，则冷凝操作时间设为 0.5 小时，则冷凝量W=366.7/1800=0.204 kg/s 6.3.1.2 能量衡算 石油醚的沸点为 6090 ，设 60 可将其冷凝,60 时石油醚主要参数12：比热 Cp=2.49 KJ/(公斤*) 蒸发潜热r=29.614 kjmol-1=344.3 kj/公斤 =660 公斤/m3 石 =0.28 mPa*s 石 =114.48 mW/(m*K) 设冷凝水进出口温度为25 ， 30 ，则有效温差- 的 TM= （ 60-25）- （60-30）/ln(60-25)/(60-30)=32.4 水进出口平均温度 t=(25+30)/2=27.5 下，水的主要参数：比热 C 水 =4.186 KJ/(kg* ) 水 =998 kg/m3 水 =0.84 mPa*s 水 =0.6 w/(m*K) 冷凝器热负荷 Q= 石油醚带出的热= W*i 石 =366.7344.3 =126254.81kj6.3.1.3 换热器的选型参照资料，由所选提取罐冷凝面积A=40m2 ，冷却水走管间，冷凝液走管内。参照换热器系列标准，卧式换热器，有关参数见下表：表2 换热器有关参数外壳直径 D/mm500管子尺寸/mm25*2.5计算面积/m239.6管长 l/m3管程数 NP1管数NT174排列方式三角形管中心距 t/mm32实际传热面积A= NT dl=1743.140.0253=40.977 m2 实际传热面积较大，考虑热损失及裕度的要求，设计基本符合要求 6.3.2 冷却器6.3.2.1 冷却器热量衡算回收的石油醚需经冷凝冷却后进入贮罐，经冷却器使冷凝液由 60 降到 38 ，冷凝水进出口温度为 25 ， 30 ，逆流冷却，总传热量Q=0.55566602.49(60-38)=20087.61KJ6.4.2.2 冷却水耗量冷却水耗量为 W=20087.61/(4.186 5)=959.75公斤/罐6.3.2.3 换热器的选型 TM= （ 60-30 ）- （38-25）/ln(60-30)/(38-25)=20.33 设石油醚比热变化不大 Cp=2.49 KJ/(公斤* )比热 C 水 =4.186 KJ/(公斤* )设K=100w/(m2* )冷却面积A= Q/(K* TM)=0.2042.491000(60-38)/(10020.33) = 5.5m2 参照换热器系列标准，可选用下卧式冷却器，表3 卧式冷却器有关参数公称直径 D/mm325管子尺寸/mm25*2.5计算面积/m26.2管长 l/m1.5管程数 NP2管数NT56排列方式正方形管中心距 t/mm32管程流动面积A1=0.785*d2NT/NP=0.785 0.022 56/2=0.0088 m2 U 水= w/（ A1* 水）=0.68/ （ 0.0088 998 ） =0.077m/s Rei= du 水水/ 水 =(0.02 0.077 998/0.84) 1000=1830管程给热系数 i=0.023* 水Rei0.8Pr0.4/d=0.0230.618300.8(4.1860.84/0.6)0.4 /0.02 = 570w/(m2) 取折流挡板间距 B=0.2 m 管程按正方形排列 A2=BD （1-d/ t） =0.2 0.325（1-0.025/0.032）=0.014m2 U石=W/(A2)=0.204/(0.014 660)=0.0221 m/sRe= DeU 石/ 石 =0.027 0.0221 660 (0.28 10-3)=1407Pr= Cp 石/ 石 =2.49 0.28/0.11448=6.09取（/ W ） =1 ，可由下式求得a2=0.36* 石 R0.55ePr1/3( / W ）0.14/ De =0.36 0.11448 14070.55 6.091/3 1/0.027 =150 w/(m2)根据文献资料总垢层热阻 R=0.00088(m2)/w ，管道材料为黄铜导热系数为 100 w/(m)总传热系数 K=1/（ 1/ i+R+ d/100+1/ 0 ） =1/(1/570+0.00088+0.0025/100+1/150) =107.2w/(m2)与初步估算总传热系数 K=100 w/(m2) 相近 冷却面积A= Q/(K* TM)=0.2042.491000(60-38)/(107.220.33) = 5.13m2 计算面积=6.2m2 所以设计基本符合要求 6.3.3 过滤提取罐滤网目数应大于原药材粉碎的目数，可将绝大部分药材渣过滤，提取罐过滤面积为0.5m2,一些细微的药粉随提取液经管道过滤器可完全过滤。加水回收完药渣中石油醚后，冷却后再次过滤，取出药渣，过滤完成。6.3.4 贮罐根据物料衡算可知，每罐操作约有提取液 V=2.77880=2.23m3 送入贮罐，设有3个贮罐 v=2.23m3 ，贮罐填充系数取 0.9 ，所需每个贮罐容积 v=2.23/0.9=2.48 m3 参照容器公称直径选用 Di=1200 mm，封头选用标准椭圆封头，直边高度 h2=40 mm则封头容积 Vh=3.14 1.23/24+3.14 1.2 2 0.04/4=0.271 m3 筒体长度 L0=4 （ V-2 Vh ）/ Di2=4 (2.48-2 0.271)/3.141.22=1.71 m取 L0=1800 mm 材料：1cr18Ni9Ti或用A3F。6.3.5 输送设备由于石油醚属易燃液体,在输送过程中应注意安全,使用防爆泵进行输送。6.4管路设计6.4.1料液输送管 对易燃易爆液体流速1(m/s)，取0.6(m/s), 由于该装置是间歇排料，设每罐排料时间为20分钟，则每罐料液流量V=2.7780.8/2060=0.00185m3/s 管径：d(0.001854/3.140.6)1/20.0627(mm) 规格：693 材料：1Cr18Ni9Ti6.4.2冷凝器用水输送管流速范围1.53.5(m/s)，冷凝器用水量较大，整个提取过程都须通冷凝水，选用:规格：403材料：1Cr18Ni9Ti6.4.3冷却用水输送管流速范围1.53.5(m/s)，取u=3(m/s)冷却器用水的流量w/水959.75/1800998=0.00054（m3/s）管径：d(0.000544/3.143)1/215(mm)规格：192材料：1Cr18Ni9Ti6.5提取工段主要设备参数一览表表4 提取工段主要设备数量流程号设备规格提取罐3T201公称直径 DN=1.2 m ，筒体高度 Ht=3.2 m ，封头直边高度 h0=40mm ，釜体容积 =6 m3 ，厚度 t=8毫米以上提取罐夹套3夹套内径 D 为 1300 毫米，夹套高度 Hj=2 m ，厚度 t=6毫米以上加热面积 =7.5 m2冷凝器3T202外壳直径 D=500 毫米, 管子尺寸25*2.5 ，管长 l=3 m, 管数NT =174,计算面积 =39.6 m2,管程数 NP=1, 管中心距 t=32 毫米，排列方式为三角形, 水平管冷凝冷却器3T203公称直径D=325毫米,管子尺寸25*2.5，管长l=1.5 m, 管数NT =56,计算面积 =6.2 m2，管程数 NP=2, 管中心距t=32 毫米，排列方式为正方形,水平管冷却提取液贮罐3T103公称直径选用 Di=1200 毫米，封头直边高度 h2=40 毫米，筒体长度 L0=1800 毫米, 卧式管道过滤器1T101防爆泵2T1027浓缩工段 7.1浓缩任务浓缩目的：经浓缩工段基本将石油醚全部蒸出7.2总体物料衡算采用升膜式蒸发器，20kpa减压蒸发，由于药液蒸发潜热比较小，容易蒸发，设可以一次浓缩3罐药液，操作时间设为1小时，则经物料衡算，每台提取罐提取一次可得提取液约为V=80%25/9=2.2224m3总蒸发量W = 3（25/9）0.8660=32.2224660=4401.6kg/3600=1.23kg/s 将料液加热到90可将石油醚蒸出，则料液温度：25 经预热器沸点进料蒸汽压力：0.2MPa比热Cp=2.49KJ/(Kg*) 蒸发潜热r=29.614kjmol-1=344.3kj/kg =660 公斤/m3 石 =0.28 mPa*s 石 =114.48 mW/(m*K) 7.3设计计算7.3.1蒸发器热量衡算沸点进料热损失可以忽略，则：传热量Q2=W*r=1.23344.3=423.489KW7.3.2蒸发器蒸气耗量D2=Q2/R=423.489/2258=0.188kg/s7.3.3蒸发器的选型初算传热面积根据经验，总传热系数K=400W/(m2)，石油醚沸点60-90，取90T=120-90=30S=Q2/（KT）=423489（40030）=35.3m2采用252.5mm,长为3m的黄铜管，黄铜导热系数为 100 w/(m* )参照换热器系列标准，可选用下换热器，表5 换热器系列标准公称直径 D/mm500管子尺寸/mm25*2.5计算面积/m237.3管长 l/m3管程数 NP2管数NT164排列方式三角形管中心距 t/毫米32复核总传热系数:M/石=W/nd石=1.23（3.141640.020.2810-3 ）=426.5管内沸腾传热系数 2 2=0.705(石3g2/ 石2)1/3 (M/石) -0.22 =0.705(0.1144839.816602/(0.2810-3)2)1/3(426.5)-0.22 =807W/(m2)平均膜温（120+90）/2=105时，冷凝液的有关物性参数：水 =0.286 mPa*s 水=682mW/(m*K) =586.52cal/m*h*水的蒸发潜热R=2258kj/kg 水=965.1kg/m3管外传热系数1当量管数ns=2.08NT 0.459 =2.081640.495 =26冷凝负荷=w/Lns=0.188/(326)=0.0024kg/m*sRE=4/水=40.0024/(0.28610-3)=33.6管外传热系数161=1.47（RE)-1/3(2水/3水2水g )-1/3 =14784W/(m2)垢层热阻R=0.00088W/(m2)传热系数K=1/（1/1+R+ d/100+1/2 ）=1/（1/14784+0.00088+0.0025/100+1/807） =452W/(m2)与假定的总传热系数K值相差不大计算总传热面积-S=Q2/（K T）=423489（45230）=31m2计算面积=37.3m2符合裕度的要求所以设计基本符合要求7.4筒体设计计算7.4.1筒体材料筒体Di=0.5m材料选用 Q235- A，强度系数取0.8，选用的材料：Q235-A厚度在4.516 mm，许用压力【】113MPa腐蚀裕度 c2=2 mm,钢板负偏差 c1=0.8 mm7.4.2 筒体, 夹套壁厚计算 设筒体能承受的最大压力为2 Mpa,筒体设计厚度t=PD/(2 【】-P)+c1+ c2=500 0.2/ （ 2 113 0.8-0.2 ）+0.8+2=3.3mm综合考虑强度和刚度要求取整 t=6 mm7.4.3 封头选择下封头选用内径500mm,厚度6mm,半锥角为30的无折边锥形封头；上封头选用Dg=500mm的平面法兰盖作端盖7.4.4 接管的选取石油醚蒸汽Vs=0.785d2u d为管口直径，u为蒸汽速度由资料得，减压时，二次蒸汽速度为80200m/s,取u=120m/s,20kPa下，=0.55kg/m3则VS=W/=1.23/0.55=2.236m3/sd1=(Vs/0.785u)1/2=(2.236/(0.785120)1/2=154mm进料管 取u=0.51m/s，取u=0.8m/sd2=(V/0.785u)1/2=（32.223/36000.7850.8）1/2=0.054m7.5加热室的设计加热室的设计可按列管式换热器进行,取加热室直径为500mm，加热管按三角形排列。折流板:折流板的作用是引导壳程流体反复改变方向作错流流动，而且可以支撑管子。选用弓形折流板，弓高h=3D/4=3325/4=243.75mm,折流板间距取600mm，厚度取6mm。7.6分离室的设计物料经蒸发器进入分离室，汽液分离，浓缩液由下部排出，可循环浓缩直到达到浓缩要求。分离室的内径DZ:取分离室高度H=2M减压蒸发，当压强为20KPa时，二次蒸汽密度=0.55kg/m3,(由化工物性算图手则P20，估算得)14，则二次蒸汽的体积流量为VS=W/=1.23/0.55=2.236m3/s允许的蒸发体积强度VS，Y=1.11.5m3/(m3*s), 取1.5m3/(m3*s)VS=DZ2HVS，Y/4可得分离室内径DZ=（4VS/HVS，Y）1/2=（42.236/3.1421.5）1/2=0.97m取DZ=1m7.7附属设备计算 7.7.1预热器7.7.1.1能量衡算经预热器将提取液由25加热到沸点取90,加热蒸汽压力2MPa,冷凝温度120平均膜温（120+90）/2=105时，冷凝液的有关物性参数： 水 =0.286 mPa*s 水=682mW/(mK) =586.52cal/mh水的蒸发潜热R=2258kj/kg 水=965.1kg/m3工艺物料取：热容 Cp=2.49 KJ/(kg) 蒸发潜热 r=29.614 kj.mol-1=344.3 kj/kg =660 公斤/m3 石 =0.28 mPa*s 石 =114.48 mW/(m*K) 传热量Q1=WCP （T2-T1）=1.232.49(90-25)=199.1KW7.7.1.2 加热蒸气耗量D1=Q1/R=199.1/2258=0.088kg/s7.7.1.3 换热器的选择 T=（120-25）-（120-90）/ln（120-25）/（120-90）=56.4传热面积S=Q1/K T=199100/（10056.4）=35.3m2参照换热器系列标准，换热器有关参数见下表：表6 换热器有关参数外壳直径 D/mm600管子尺寸/mm25*2.5计算面积/m234.6管长 l/m2管程数 NP2管数NT232排列方式三角形管中心距 t/mm32工艺物料走管程，加热蒸汽走壳程管程流动面积A1=0.785*d2NT/NP=0.785 0.022 232/2=0.0364 m2 U 石= w/（ A1 石）=1.23/（0.0364660）=0.0512m/s Rei= du 石石/ 石 =(0.02 0.0512660/0.28) 1000= 2413.7 管程给热系数 i=0.023*石 Rei0.8 Pr0.4/d=0.0230.114482413.70.8 (2.49 0.28/0.11448)0.4 / 0.02 = 137.86w/(m2) 管外传热系数1当量管数ns=2.08NT 0.495 =2.082320.495 =30.83冷凝负荷=w/Lns=0.088/(230.83)=0.00143kg/m*sRE=4/水=40.00143/(0.28610-3)=20管外传热系数1=1.47（Re)-1/3(2水/3水2水g )-1/3 =1.4720-1/3 （0.28610-3）2 /（0.6823965.129.81）-1/3 =17787W/(m2*) 根据文献资料总垢层热阻 R=0.00088(m2* )/w ，管道材料为黄铜导热系数为 100 w/(m)总传热系数K=1/（1/1+R+ d/100+1/i ）=1/（1/ 137.86+0.00088+0.0025/100+1/17787） =121.7W/(m2*)S=Q1/（ K* T ）=199100（121.756.4）=29.0m基本符合要求7.7.2冷凝器7.7.2.1冷凝器热量衡算设蒸发到冷凝整个过程热损失较小，则传热量Q2=W*r=1.23344.3=423.489KW石油醚的沸点为 6090 ，设 60 可将其冷凝比热 Cp=2.49 KJ/(公斤* ) 蒸发潜热 r=29.614 kjmol-1=344.3 kj/公斤 =660 公斤/m3 石 =0.28 mPa*s 石 =114.48 mW/(m*K) 设冷凝水进出口温度为 25 ， 30 ，则有效温差- TM= （ 60-25 ）- （ 60-30 ）/ln(60-25)/(60-30)=32.4 水进出口平均温度 t=(25+30)/2=27.5 下，水的主要参数：比热 C 水 =4.186 KJ/(公斤* ) 水 =998 公斤/m3 水 =0.84 mPa*s 水 =0.6 w/(m*K) 7.7.2.2 冷凝水耗量冷凝水耗量w=Q/( C 水*(t2-t1)=423.489/(4.186 5)=20.23 公斤/s 7.7.2.3 换热器的选择 K暂取400w/(m2* )传热面积S=Q2/（ K* T ）=423489（40032.4）=32.7m2参照换热器系列标准，换热器有关参数见下表：表7 换热器有关参数外壳直径 D/mm450管子尺寸/毫米25*2.5计算面积/m228.7管长 l/m3管程数 NP2管数NT126排列方式三角形管中心距 t/毫米32管程流动面积A1=0.785*d2NT/NP=0.785 0.022 126/2=0.0198 m2 U 水= w/（ A1* 水）=20.23/ （ 0.0198 998 ） =1.02m/s Rei= du 水水/ 水 =(0.02 1.02 998/0.84) 1000= 24237 管程给热系数 i=0.023* 水 Rei0.8* Pr0.4/d=0.023 0.6 242370.8 (4.186 0.84/0.6)0.4 / 0.02 = 4505w/(m2) 取折流挡板间距 B=0.2 m 管程按三角形形排列 管外给热系数0蒸汽走壳程，比热 Cp=2.49 KJ/(公斤* ) 蒸发潜热 r=29.614 kj mol-1=344.3 kj/公斤 =660 公斤/m3 石 =0.28 mPa*s 石 =114.48 mW/(m*K) 管外传热系数0 可按下式计算：0= 2.02 石（2LNT/石W石）1/3 (见化工设备的选择与工艺设计)15取 =0.60= 2.020.60.11448 （66023164/0.000281.23）1/3 =1184.6w/(m2* ) 根据文献资料总垢层热阻 R=0.00088(m2* )/w ，管道材料为黄铜导热系数为 100 w/(m2)总传热系数K=1/（1/0+R+ d/100+1/i ）=1/（1/1184.6+0.00088+0.0025/100+1/4505） =507.3W/(m2) 与400W/(m2*)基本接近 计算总传热面积一S=Q2/（ K* T ）=423489（507.332.7）=25.53m2计算面积=28.7m2设计基本符合要求7.7.3 冷却器可按前面提取工段的设计进行设计石油醚经冷却器，可冷至38，冷却水由25升为30设石油醚比热 Cp=2.49 KJ/(公斤* )，比热 C 水 =4.186 KJ/(公斤* )总传热量=cpw（60-38）=2.491.2322=67.38kw冷却水耗量为 W=1.23 2.49(60-38)/(4.