年处理t中药车间设计

1、江 西 科 技 师 范 大 学 药 学 院 课程设计说明书专班姓业：级：名：制药工程制药工程 1 班杨德志学号： 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.22.2.1 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.32.3.1 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

2、.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.8四能量衡算 . 94.1 中药提取工段能量衡算.94.1.1q2的计算 .104.1.2 提取加热蒸汽用量 w 的计算 . 11蒸4.1.3 提取冷凝水用量 w 的计算 . 11c4.2 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d蒸的计算 .134.2.3 浓缩冷凝水用量 m 的计算 .14c4.3 回收乙醇的热量衡算.144.4 能量衡算总结.15五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

3、备说明.21六三废处理 . 226.1 废水的处理.226.2 废气的处理.226.3 废渣的处理和利用.22七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 . 27十设计感想 . 28十一设计说明书评定 . 29十二答辩过程评定 . 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.

4、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）。二工艺概述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

5、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

6、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

7、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原药材前处理水提双效浓缩自来水药渣醇沉回收乙醇喷雾干燥d 级待用纸盒粉末塑料袋图 2-12.3.2 工艺流程说明1. 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；2. 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

8、；3. 提取液采用双效浓缩；4. 采用醇沉方法，去除浓缩液中的杂质沉淀；5. 回收乙醇工艺过程注意防爆；6. 喷雾干燥采用连续式及并流式干燥，注意粉尘问题；7. 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：m =100t250d=0.4t / d

9、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 得的量：m =0.4t （1- 0.8%）=0.396t3.2 提取车间的物料衡算，则每天需要前处理所水提浓缩醇沉1 药材：水=1:10浓缩后含水量达30%乙醇：浓缩液=2 :1（体积比）2 水提过程提取率为50%浓缩液密度为1.22g / cm3混合后药液密度r混=1.10g / cm33 水溶性的物质占整个药有效成份损失率为5%原醇 (90%) 密度 r原=0.807g / cm3物比例为60%有效成份损失率为5 %回收浸膏喷雾干燥1 回收乙醇（80%）r回收=0.8345g / cm3干燥损失

10、率5%2 浸膏密度r浸=1.25g / cm3粉末中药有效成分为 20%，日投料 400kg/批图 3-1623.2.1 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：10010 3w = =400kg / 批250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 w ，忽略提取工段过程中的物料4损失，则：每批处理量：w =14001=400kg每批所加水的量：w =40010 =4000kg 2每批所得提取液的量： f =

11、w =400 50% 60% (400 - 280) =3720kg3则根据质量守恒定律得：w +w =w +w1 2 3 4400 +4000 =3720 +w4w =280kg4(3-1)假设提取罐中液体沸腾蒸发回流的量为总加水量的14，则提取罐中液体回流量：1 1w = w = 4000 =1000kg 4 43.2.2 中药浓缩工段物料衡算设提取液过程的损失率为 5%，则所得提取液的重量： 372095% =3534kg ，浓缩后的药液重量计算：设中药有效成分为 20% ，浓缩后含水量为30% ，损失率为 5% ，则：l =400 20%95%70%=108.5kg密度为:1.22g

12、/ cm3因此蒸发水的重量： m =3534 -108.5 =3425.5kg 。3.2.3 醇沉一步的物料衡算蒸出水后的浓缩液密度： r浓=1.22g/cm 3 ，体积： v =浓m浓r浓=108.51220=0.088m3 。设加入原醇的体积：浓缩液=2:1 则加入原醇（ 90% ）的体积： v原醇=0.176m3m原醇=r原醇v原醇=807 0.176 =142.032kg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：（142.032 +108.5）95% =237.5kg设混合后的密度： r混合=1.10g / cm3，则混合后的体积：v混合=m混合r混

13、合237.5= =0.22m11003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 1.25g / cm3以上，则根据质量守恒定律：r浸膏v浸膏+r回收乙醇v回收乙醇=r混合v混合（3-2）v浸膏+v回收乙醇=v混合（3-3）由上述二个公式得：v浸膏=v混合- v回收乙醇=0.22 - v回收乙醇代入得：1250 （0.22 - v ）+8.345 v回收乙醇 回收乙醇=1100 0.22v回收乙醇=0.88m3m回收乙醇=66.8kgv浸膏=0.14m3m浸膏=0.14 1250 =175kg3.2.4 喷雾干燥步的物料衡算综上所述，每批所

14、得浸膏为： m浸膏=175kg 。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 5% ，因此每批所得 的粉末产品：17595% =166.25kg 166kg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工段投料 kg涉及衡算400提取液 kg3720提取加水 kg浓缩液 kg4000108.5药渣 kg密度g / cm32801.22浓缩蒸发水 kg3425.590%原醇0.176密度g / cm30.807m3醇沉80%乙醇0.88密度g / cm30.8345m3浸膏 kg 175密度g / cm31.254：2四能量

15、衡算4.1 中药提取工段热量衡算根据能量守恒： q +q +q =q +q +q1 2 3 4 56（4-1）q1：物料带入设备的能量 kjqqqqq23456：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 w蒸，以及药液沸腾蒸发回流所需冷凝水的量 wc。因为中药提取过程中无化学反应，仅发生物理变化，故 q =0 。3水提1 加热蒸汽用量w:蒸p =0.475mpar =2119.3kj / kg 12 回流冷凝水的量wc：dt =

16、（t =25 t =45）1 2t =35 c =4.174kj （/ kg ）p3t +t12：c =4.195kj （/ kg ）c =1.5kj （/ kg ） p p水 中药t +t0 2 c =c =4.17kj /(kg )p p水 中药.95下水蒸气汽化潜热:r =2270.9kj / kg 汽44因为整个工艺均有能量损失，约为 5% ，因此为保证能量补给足够，均放大 5% 计 算。4.1.1q2的计算设基准温度 t =0 ，物料进料温度 t =25 ，出料温度 t =950 1 2查资料得 t t 之间的平均温度下的定压比热容：0 1中药的比热容 c =1.5kj /(kg )

17、p1水的比热容 c =4.195kj /(kg )p2按公式（4-2）计算 q :1q =w c （ t - t ）+w c （ t - t ）105%11 p 1 0 2 p 1 011=4001.5 (25 - 0) +4000 4.195（25 - 0）105%=456225kj / 批(4-2)查资料得 t t 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， 0 2则比热容近似为水的比热容： c =4.17kj /(kg )， c =c =4.17kj /(kg )，p p p3 4 395下的水蒸气的汽化潜热： r =2270 . 9kj / kg则按公式（4-3）计算 q

18、 :q =w c （ t - t ）+w c （ t - t ）+w c （ t - t ）+w r105% 4 1 p 2 0 5 p 2 0 3 p 2 0 61 4 3（4-3）=400 1.5 95 +280 4.17 95 +3720 4.17 95 +1000 2270.9 105%=4108125 kj根据经验，中药提取工艺计算（ ）一般为（ ）的 10% ，即：q +q =（q +q +q ）10% 5 6 4 5 6（4-4）q +q =5 6由公式（4-1）得：0.1 0.1 q = 4108125 =456458.33kj/批 0.9 0.9pq +q +q =q +q

19、+q 1 2 3 4 56q =q +q +q - q2 4 5 61=4108125 +456458.33 -456225 =4108358 .33 kj / 批4.1.2提取加热蒸汽用量w的计算蒸提取加热用蒸汽在 p =0.475mpa ，汽化潜热 r =2119.3kj /(kg )，按公式（4-5）1计算加热蒸汽用量 w ： q =w r蒸 2 蒸4108358.33w =蒸2119.3=1938.55kg / 批(4-5)4.1.3提取冷凝水用量wc的计算冷凝水进口温度 25 ，出口温度 45 ，则：45 +25平均温度下 t = =35 的定压比热容为：4.174kj /(kg )

20、，则提取罐中的药2液沸腾蒸发回流所产生的热量等于冷凝水吸收的热量：w r =w c（t - t ） 6 c p 2 1（4-6）由（4-6）得：w =c1000 2270.9=27229.02kg / 批4.174（45 - 25）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 d ： p =0.475mpa蒸r =2119.3kj / kg 1.回流冷凝水用量mc：(25 45)c水=4.174kj （/ kg ）.t =00dt =（t =25 t =75 ） 1 2t +t12t +t0 22：c =c =4.195k

21、j /(kg ) p p水 中药c =c =4.174kj /(kg ) p p水 中药.75下水蒸气汽化潜热： 4.2.1 进料比的计算r =2312.2kj / kg 汽以一批为基准，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 c ， 第一效蒸发量为 m ，第二效蒸发量为 m ，则：1 2mm1 =c , m +m =m1 22推出:m =1cm1 +c,m =2m1 +c同理可推出：第一效进料量: f =1cf1 +c,浓缩液出量： l =1cl1 +c第二效进料量： f =2f1 +c，浓缩液出量： l =2l1 +c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，

22、过程中无热量补 给）：q +q +q =q +q +q 1 2 3 4 56本操作属于纯物理操作，故 q =0 ，3设基准温度 t =0 ，物料进料温 t =25 ，0 1浓缩压力为 0.475mpa ，设定物料出料温度 t =75 ，由于提取液浓度很稀接近于水，2025物料平均温度下的比热容近似于水的比热容： c =4.195kj （/ kg ）1其中：q =f c（t - t ）105% 1 2 1 1 0(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： c =4.174kj /(kg ) ，75时蒸汽的汽化热： r =2312.2kj / kg2

23、2所以：q =m r 105%2 1 2q =l c（ t - t ）+m r 105%4 2 2 2 0 2 2根据经验：q +q =（q +q +q ）10% 5 6 4 5 6则： f c (t -t ) +m r =l c（t - t ）+m r （1 + 2 1 1 0 1 2 2 2 2 0 2 20.10.9）（4-8）（4-9）(4-10)数据代入（4-10）得：3720 3425.5 c 108.5 3425.5 1 4.195 25 + 2312.2 =( 4.174 75 + 2312.2) 1 +c 1 +c 1 +c 1 +c 0.9得： c=1.067第一效进料量：

24、 f =1cf 1.067 3720= =1920.29kg 1 +c 1 +1.067第二效进料量： f =f - f =3720 -1920.29 =1799.71kg2 1第一效蒸发量： m =1cm 1.067 3425.5= =1768.27kg 1 +c 1 +1.067第二效蒸发量： m =m - m =3425.5 -1768.27 =1657.23kg2 1第一效浓缩量： l =1cl 1.067 108.5= =56.00kg 1 +c 1 +1.067第二效浓缩量： l =l - l =108.5 - 56.00 =52.5kg2 14.2.2 浓缩加热蒸汽用量d的计算蒸

25、提取加热用蒸汽在 0.475mpa 下，汽化潜热 r =2119.3kj / kg ，1第一效能量衡算式：q +q +q =q +q +q 1 2 3 4 5q =f c（t - t ）105% 1 2 1 1 06所以：q =l c（ t - t ）+m r 105%4 2 2 2 0 2 2q +q =（q +q +q ）10%5 6 4 5 6q =1920.29 4.195 25105% =211459.93kj1q =56.00 4.174 75 +1657.23 2312.2105% =4041846.9kj 4q +q =449094.1kj5 611q =427981.07kj

26、2q =d r2 蒸d =201.94kg蒸4.2.3 浓缩冷凝用水量 m 的计算c平均温度下 t =45 +252=35 的定压比热容为 4.174kj （/ kg ），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：m r =m c（t - t ） 2 2 c p 2 1(4-11)得：m =c1657.23 2312.2=4.174（75 - 25）18360.55kg4.3 回收乙醇的热量衡算 回收乙醇.dt =（25 75） cp乙醇=cp中药25 ：cp乙醇=2.47kj （/ kg ）75 ： cp乙醇=2.95kj （/ kg ）.dt =（100 80）100 ：80 ：

27、ccpp水水=2.47kj （/ kg ）=3.14kj （/ kg ）假设物料温度由 25 升高到 75 ，因为中药：乙醇 =1: 2 ，所以此时中药的浓度近似等于乙醇的浓度，即： cp乙醇=cp中药，则此温度 (25 75) 对应乙醇的比热容分别为： c =2.47kj （/ kg ） p1c =2.95kj /(kg ) p2则：c =p1c +cp2p2=2.47 +2.952=2.71kj /(kg )所以： q =c mdt105% 1 p=105% 237.5（75 - 25） 2.71 =33790.31kjp33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

28、容分别为：c =2.1kj （/ kg ） 3c =4.18kj （/ kg ） 则： p4c =p2c +cp2p4=2.1 +4.182=3.14kj /(kg )q所以需要水蒸气： m = 1dtcp2=33790.31203.14=538.06kg冷却阶段：水：2575乙醇： 7545q =mc dt105% =66.8（75 - 45）2.81105% =5912.80kj 2 pq所以需要冷却水： m = 2dtc所以 d =1884.49kg 。 蒸4.4 能量衡算总结以每批为基准：工段p35912.80= =70.14kg30 2.81表 4-1涉及衡算物料进料温度25物料出料

29、温度95提取q1kj4.5 105q2kj4.1106q4kj4.1106 w kg蒸1.9103冷水进料温度25冷水出料温度45wckg2.7104物料进料温度25物料出料温度75浓缩q1kj2.1105q2kj4.2105q4kj4106d kg 210.94蒸冷水进料冷水出料温度25温度45mckg1.8104附表 4-1回收物料进料25物料出料75m蒸kg538.06乙醇温度冷水进料温度冷水出料温度25温度75m水kg10.14五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

30、。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

31、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 m =400kg 药m =4400kg总m =4000kg水取水的密度为： r = 1000kg / m3，则提取前实际体积为： v =4.4m3设提取罐的装填系数为 0.7，则 v =总4.40.7=6.28m3，所以选用型号为 tq-3200 即容积为 3.2m 3 的提取罐 2 台比较合理。 查得 tq-3200

32、 的多功能提取罐的相关参数：加热面积：6.8 m2 罐内压力：0.3 mpa 排渣门直径：800 mm冷凝面积：1.5 m2 夹套压力：800 mpa 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，

33、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

34、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