TQ-1.0多功能提取罐優(yōu)化改進設(shè)計

張孟琴,文小藝

(銅仁學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院，貴州 銅仁 554300)

傳統(tǒng)的多功能提取罐有多種類型和形狀，目前市場上較為常見的用于中藥材活性成分提取的多功能提取罐的形狀有斜椎形、直椎形和蘑菇型等[1-2]。這些提取罐不僅符合GMP標準，其提取效率較高，而且提取罐內(nèi)有現(xiàn)代化的CIP清洗系統(tǒng)[2-4]。但是，當(dāng)罐體直徑過大時，物料會沉積在罐底，從而導(dǎo)致物料受熱不均勻。另外，過濾系統(tǒng)位于罐底，容易導(dǎo)致物料碎片將濾網(wǎng)堵塞，加上濾網(wǎng)面積又小，出液速度很慢。

1 TQ-1.0多功能提取罐的結(jié)構(gòu)及存在的缺點

1.1 TQ-1.0多功能提取罐的結(jié)構(gòu)

TQ-1.0多功能提取罐的結(jié)構(gòu)是目前制藥行業(yè)用來提取中藥的常用設(shè)備，可用于常壓、微壓、水煎、溫浸、熱回流、強制循環(huán)滲漉作用、芳香油提取及有機溶媒回收等多種工藝的操作中。配有冷凝器、泡沫消除器、過濾器、冷卻器、藥液泵、油水分離器等較為完善的配套設(shè)施[2-6]。

TQ-1.0多功能提取罐的結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。其主罐分為內(nèi)、中、外三層，內(nèi)罐投中藥材與溶媒，夾層通氣加溫，外層起保溫作用；泡沫捕集器連接罐體，主要用來消除煎煮中藥材過程中所產(chǎn)生的泡沫，還有一個作用就是防止藥流蒸汽中的藥渣被帶入冷凝器；冷凝器主要起到藥液蒸汽冷凝和酒精回收的作用；冷卻器主要進行冷凝藥液和溶媒的冷卻；油水分離器在提油時，將冷卻后的回收液進行油水分離，以獲取芳香油；氣液分離器為了分離氣體與液體，防止氣體放空時液體被帶出罐外[2，4]。

1.2 TQ-1.0多功能提取罐存在的不足

TQ-1.0多功能提取罐作為中藥提取行業(yè)中最常用的提取設(shè)備，具有耗能少、提取效率高，且對于工作人員的操作水平要求不高等眾多優(yōu)點。 本文主要對其存在的不足和可能出現(xiàn)的問題進行分析。

1.罐體；2.泡沫捕集器；3.氣液分離器4.冷卻器；5.冷凝器；6.油水分離器；7.水泵；8.管道過濾器

圖1 多功能提取罐的結(jié)構(gòu)示意圖

(1)由于罐體依靠四面的蒸汽夾層加熱，當(dāng)罐體直徑過大時固體物質(zhì)會阻礙傳熱效率，中藥材難以充分煮透，直接導(dǎo)致提取效率下降。且當(dāng)罐體直徑過大時，出渣口也要相應(yīng)地加大，此時沉積在罐底的藥材不能及時進行加熱，造成藥材加熱不完全，影響其藥液的產(chǎn)率。

(2)多功能提取罐的過濾系統(tǒng)位于罐體的底部，當(dāng)提取流程完成后，中藥材就會全部積壓在過濾網(wǎng)表面，從而導(dǎo)致藥液出料速度慢、出料不完全，間接影響生產(chǎn)速度。

(3)進汽及出液口的橡膠軟管長期處于高強度的生產(chǎn)工作中易老化受損，從而發(fā)生藥液泄露現(xiàn)象。、

1.3 設(shè)計改進的意義

針對以上出現(xiàn)的問題，考慮對TQ-1.0多功能提取罐進行添加攪拌器的設(shè)計改進，并對過濾系統(tǒng)及進汽及出液口軟管進行優(yōu)化，來實現(xiàn)中藥提取的高效、高質(zhì)量，滿足企業(yè)的需求，設(shè)計的基本要求符合GMP標準。

2 改進設(shè)計內(nèi)容

2.1 攪拌器的選擇

提取罐內(nèi)的物料借助攪拌器的攪拌，能夠達到物料充分混合均勻，保證位于底部的物料能夠保持較好的傳熱效果且溫度穩(wěn)定，所以在TQ-1.0多功能提取罐的內(nèi)層增加合適的攪拌器是提高生產(chǎn)能力的重要手段。

由于攪拌器與物料直接接觸，承受物料對其反作用力，因此攪拌器葉片必須具有一定的硬度和強度。目前攪拌器的型式按葉片的不同可分為框式、漿式、推進式、渦輪式、螺桿式及螺帶式[5]。攪拌器可以按照HG/T 3796.3-2006來進行選取，參照罐的內(nèi)徑來確定攪拌器的外徑及攪拌器的轉(zhuǎn)速。因物料易沉于底部，因此需在TQ-1.0多功能提取罐的內(nèi)層增加槳式攪拌器。槳式攪拌器有平槳和斜槳兩種，平槳攪拌器由兩片平直槳葉構(gòu)成，所產(chǎn)生的徑向液流速度較小，斜槳攪拌器產(chǎn)生軸向液流[2，5]。在TQ-1.0多功能提取罐的優(yōu)化設(shè)計改進中，采用平槳型奧氏體不銹鋼制造的攪拌器。

2.2 過濾系統(tǒng)的改進

2.2.1 濾網(wǎng)存在的問題

TQ-1.0多功能提取罐的過濾系統(tǒng)位于罐體的底部，濾網(wǎng)面積小，過濾速度慢，當(dāng)提取工藝流程完成后，中藥材就會全部積壓在過濾網(wǎng)表面，從而導(dǎo)致藥液出料的速度很慢，并且出料不完全，間接影響整個藥企的生產(chǎn)速度。并且由于濾網(wǎng)位于罐底，物料碎片、纖維較多，下沉將濾網(wǎng)堵塞，使過濾速度緩慢，由于出料不完全，導(dǎo)致浸出率減低。

2.2.2 濾網(wǎng)的選擇及改進

濾網(wǎng)的選擇：可選擇金屬橡膠過濾網(wǎng)，采用不銹鋼絲制成。其原材料是不銹鋼絲，不含有任何天然橡膠，但卻具有毛細疏松結(jié)構(gòu) ，特別適合于解決高低溫、大溫差、高壓、高真空、強輻射、劇烈振動及腐蝕等環(huán)境下的氣、液體過濾。金屬橡膠過濾網(wǎng)具備金屬的一些特性，比如耐腐蝕、強度大、抗沖擊[7]。

圖2 過濾系統(tǒng)的改進

濾網(wǎng)的改進：為了解決濾網(wǎng)面積小、易堵塞的問題，必須增加過濾面積，通過在提取罐罐壁上增加過濾網(wǎng)從而增加過濾面積來進行提取罐的改進。由于濾網(wǎng)位置高，不易堵塞，會使過濾速度加快，提取效果顯著[8]。本設(shè)計改進后的過濾系統(tǒng)如圖2所示。

2.3 進汽及出液口軟管的改進

2.3.1 進汽及出液口軟管存在的問題

進汽口及出液口上所套的軟管為橡膠制品，在生產(chǎn)過程中高溫度、高時長的工作后其容易老化變質(zhì)，需要經(jīng)常更換，若更換不及時還會導(dǎo)致藥液泄露，而且高溫條件下的藥液泄露，往往對操作人員的安全也會造成一定威脅，同時軟管的維修與更換還將會增加生產(chǎn)成本。

2.3.5 進汽及出液口軟管的改進

為了解決軟管易老化損壞的問題，可直接去掉軟管，改為持久耐用且對藥液無害的奧氏體不銹鋼管。奧氏體不銹鋼具有防銹、耐腐蝕性能，又有極佳的可塑性和韌性，方便沖壓成型，耐高溫，加工性能好，廣泛使用于食品醫(yī)療行業(yè)[9-10]。這樣可使設(shè)備的耐用程度提高，也能避免軟管老化后對藥液有效成分產(chǎn)生影響，而且不會有泄露事件的發(fā)生，其安全性更加可靠且節(jié)省了制造及維修成本。

3 討論及結(jié)論

優(yōu)化設(shè)計實施后，將使TQ-1.0多功能提取罐在之前提取過程中存在的問題得到很好的改善。設(shè)計中通過在TQ-1.0多功能提取罐內(nèi)添加攪拌器，在保證了物料受熱的均勻性的同時，又提高了物料提取效率；為了提高出液率，本設(shè)計中在罐壁又添加了過濾網(wǎng)來增加過濾面積從而提高藥材的出液率；另外將進汽及出液口橡膠軟管換為奧氏體不銹鋼管的改進，不僅節(jié)約了設(shè)備的生產(chǎn)成本而且也降低了維修幾率，使多功能提取罐能夠進行更高強、更高時長工作，提高了生產(chǎn)效率。在保證藥液質(zhì)量的同時，也使其符合藥品GMP規(guī)范要求。