一種節(jié)能高效中藥材提取系統(tǒng)的應用

馮玉田，路朋飛

［1.華潤三九（棗莊）藥業(yè)有限公司，山東 棗莊 277800；2.浙江大學藥學院，浙江 杭州 310058］

1 引言

中藥提取是中藥制藥的關鍵過程。目前，我國對于制藥提取新技術的研究取得了一定成果。有研究［1-2］介紹了幾種先進提取工藝及其應用。胡道德等［3］提出了提取實驗的設計與優(yōu)化方法。有研究［4-5］介紹了控制、測量系統(tǒng)等在中藥提取過程中的應用。但大多數(shù)僅局限于基礎研究或實驗室研究上，研究成果向制藥企業(yè)的應用轉化嚴重不足，建立高效提取系統(tǒng)的制藥企業(yè)少之又少，未能從根本上改變傳統(tǒng)提取方法為主導的生產現(xiàn)狀［6］。

傳統(tǒng)的中藥提取系統(tǒng)為多環(huán)節(jié)傳遞的平面布局設計，其傳遞環(huán)節(jié)多，易污染，占地面積大，且料液需經自然沉降后進行濃縮，造成沉淀時間長、料液易酸敗；加之常用的真空系統(tǒng)蒸發(fā)效率低，冷凝過程耗能嚴重，中藥提取效率低。因此，研制節(jié)能高效中藥材提取系統(tǒng)是中藥提取發(fā)展的趨勢。

本文介紹了華潤三九（棗莊）藥業(yè)有限公司研制的一種節(jié)能高效中藥材提取系統(tǒng)，該系統(tǒng)已投入生產，經企業(yè)生產驗證，該系統(tǒng)大大提高了企業(yè)的生產效率。

2 系統(tǒng)簡介

本提取系統(tǒng)立面流程圖見圖1。

圖1 提取系統(tǒng)立面流程圖

系統(tǒng)主要由提取罐、儲液罐、雙效濃縮器、醇沉罐、分離機、真空減壓濃縮器幾部分組成。

其工作過程和步驟為：中藥材挑選清洗后，在四樓投料區(qū)進行投料，根據(jù)工藝要求進行煎煮，煎煮結束后，藥液通過管道自流到一樓的儲液罐中，在二樓進行出渣，一樓儲液罐中的藥液通過泵將提取液轉移到三層儲液罐中。通過重力的作用自流到二樓的雙效濃縮器中，藥液在濃縮器中濃縮到規(guī)定的密度自流到一樓的儲液罐中，再進入醇沉、離心等工藝步驟。

3 系統(tǒng)創(chuàng)新及實施方式

3.1 新型一泵傳輸立體流轉系統(tǒng)的應用

本系統(tǒng)根據(jù)工藝流程對設備自上而下進行立體布局。料液由二層平面自流至一層平面料液儲罐，由料液泵將料液輸送至三層料液儲罐，料液在負壓的作用下被吸入雙效濃縮器，濃縮液通過重力作用自流至二層平面濃縮液儲罐，經高速分離后被吸入一效濃縮器，產出的浸膏在重力作用下自流至一層凈化收膏間儲罐，再根據(jù)工藝進入醇沉、離心等步驟。

3.2 高速離心分離系統(tǒng)的應用

中成藥傳統(tǒng)的固液分離工藝為：提取藥材后藥材提取液先自然沉淀，將料液中的部分雜質沉淀出來，提取藥液自然沉降24 h左右（與外界溫度有關），再此過程中提取液溫度下降到30～40℃。

本系統(tǒng)增加高速分離技術后，先對料液進行濃縮，再對濃縮液進行分離，可以達到與自然沉淀相同的效果，同時減少了中間自然沉淀的時間，大大縮短了生產周期。減少生產過程中的能量損耗。此過程中充分利用了提取液剛從提取罐放出后所帶的熱量，大大減少了濃縮升溫過程中的熱量損耗并且縮短了生產周期。

3.3 預升溫系統(tǒng)的應用

傳統(tǒng)提取用水溫度為20℃，本系統(tǒng)通過換熱裝置，利用生產過程中排放的熱量，將提取用水由20℃預先升溫至60℃，可使后續(xù)提取過程省時約30 min，實現(xiàn)了節(jié)能，提高提取罐生產效率約10%。

3.4 新型真空濃縮系統(tǒng)的應用

系統(tǒng)采用本公司研制的一種新型中藥藥液用濃縮系統(tǒng)專利產品（ZL 201420867206.X），其運用罐內水噴淋進行氣體冷卻，水從罐上端向下噴灑，蒸汽從底部向上運動，通過對流使氣體和水充分換熱、冷卻，形成冷凝水進行回收利用；同時罐的底端架在10 m以上的高空，水在下落過程中會形成真空，從而保證好的真空效果；罐頂部連接水環(huán)真空泵以維持整個系統(tǒng)的真空，水環(huán)真空泵耗能低，真空效果好。

同傳統(tǒng)使用換熱器對蒸汽進行冷凝的真空濃縮系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)真空度高達50%以上，濃縮效率提高一倍以上；同時，在不增加蒸汽耗量的前提下，本系統(tǒng)每蒸發(fā)1 m3水耗電僅為3 kw，同傳統(tǒng)每蒸發(fā)1 m3水耗電12 kw相比，耗能降低75%。

4 系統(tǒng)應用效果

本系統(tǒng)共配置42臺提取罐，投入使用后，一次性減少設備和廠房投資2729萬元，每年節(jié)約電費2 084.53萬元。

4.1 新型一泵傳輸立體流轉系統(tǒng)的應用

本系統(tǒng)使用后，由于重力的作用減少了周轉泵的使用次數(shù)4次，每年節(jié)電費約5萬元，在42臺提取罐的配置下，減少周轉泵71臺，節(jié)約設備使用資金80萬元。

4.2 高速離心分離系統(tǒng)的應用

料液吸收的熱量Q定義：

式中：C是水的比熱，取為C＝4.18×103J·kg-1℃-1；ρ是水的密度，取為ρ＝1000 kg·m-3；V是料液的體積，每罐料液為12 m3，3.5輪／罐／天，每年運行300 d；△t是料液升高的溫度，本系統(tǒng)中料液溫度由傳統(tǒng)的35℃升至75℃。

所需蒸汽量q定義：

式中：Q是料液吸收的熱量，由（1）式計算得到；h是水的比焓，本系統(tǒng)工作壓力為0.3 Mpa，蒸汽焓值取為 h＝2 728.5 KJ·kg-1。

企業(yè)每年節(jié)約費用A定義為

式中：a是生產每噸蒸汽所需費用，取為a＝220元／噸；q是蒸汽量，由（2）式計算得到。

綜上所述，經計算得到：

料液吸收的熱量為Q＝88 482 240×103KJ；

需要的蒸汽量為：q＝32 428.9 t；

每年節(jié)約費用為：A＝713.44萬元。

4.3 預升溫系統(tǒng)的應用

4.3.1 節(jié)約蒸汽費用 料液吸收的熱量Q、所需蒸汽量q、企業(yè)每年節(jié)約費用A的定義同（1）、（2）、（3）式。其中，料液吸收熱量的溫升△t為20℃升至60℃，其余參數(shù)值的選取同4.2。

經計算得到：

料液吸收的熱量為Q＝88 482 240×103KJ；

需要的蒸汽量為：q＝32 428.9 t；

每年節(jié)約費用為：A＝713.44萬元。

4.3.2 節(jié)約設備投資費用 減少了系統(tǒng)核心設備提取罐的等待時間，使傳統(tǒng)的出投比由2.6輪／罐／天，提高至3.5輪／罐／天，使原來提取罐的使用效率提高了約35%，節(jié)省提取罐15個，每個提取罐單價為30萬元，減少設備投資450萬元。

4.3.3 節(jié)約廠房及消防設施費用 提取罐設計面積為193 m2／臺，15臺提取罐需設計廠房面積2895 m2，含消防設施每平方米按2000元計，可節(jié)約579萬元。

4.4 新型真空濃縮系統(tǒng)的應用

根據(jù)提取罐的投料量和濃縮器容量參數(shù)，在使用新型真空系統(tǒng)情況下，本系統(tǒng)共配置27臺雙效濃縮器。

式中：n是設備數(shù)量；W是設備功率；t是設備使用時間，按每天24 h，每年300 d使用計算。

使用新型真空濃縮系統(tǒng)節(jié)約耗電量B定義：

式中：N1是傳統(tǒng)射流濃縮系統(tǒng)耗電量；N2是新型真空濃縮系統(tǒng)耗電量。

傳統(tǒng)濃縮系統(tǒng)與新型濃縮系統(tǒng)參數(shù)見表1。

表1 傳統(tǒng)濃縮系統(tǒng)與新型濃縮系統(tǒng)參數(shù)對比

節(jié)約電費D定義為：

式中：d是電費單價，取為d＝0.85元／度；B是使用新型真空濃縮系統(tǒng)節(jié)約的耗電量，由（5）式計算得到。

綜上所述，經計算得到：

使用新型真空濃縮系統(tǒng)節(jié)約耗電量為：B＝4 896 000度；

節(jié)約電費為：D＝416.16萬元。

4.4.2 節(jié)約設備投資費用 在此系統(tǒng)使用后，蒸發(fā)效率提高了一倍，使原來54個雙效濃縮器減少為27臺，每臺雙效濃縮器約40萬元，減少設備投資1080萬元。

4.4.3 節(jié)約廠房及消防設施費用 雙效濃縮器設計廠房面積為100 m2／臺，27臺共需設計廠房面積2700 m2，含消防設施每平方米按2000元計，減少廠房投資540萬元。

4.5 節(jié)約人力成本

該系統(tǒng)42臺提取罐投入運行，共減少提取工序操作人員40人，設備維護人員3人，按人力成本5.5萬元／人年計，每年可節(jié)約人力成本236.5萬元。

5 結論

本系統(tǒng)的應用優(yōu)化了中藥生產工藝流程，減少了制藥過程傳遞環(huán)節(jié)及污染，設備易清潔；減少了固定資產投資，縮短生產周期，提高設備利用率、生產效率及產品內在質量，節(jié)約能源，降低人力成本。

本系統(tǒng)提供了科學可行的規(guī)范化中藥提取生產工藝，在中藥提取行業(yè)具有廣泛的推廣性和復制性。除華潤三九外，合肥神鹿、本溪三藥、淮北金蟾、臨清華威等制藥企業(yè)也在推廣使用。實踐證明，本系統(tǒng)顯著增加了企業(yè)效益和社會效益，在促進中藥事業(yè)發(fā)展的同時，更好地為人民健康服務。

［1］ 廖華軍.中藥提取新技術研究進展［J］.福建分析測試，2008，17（1）：25-30.

［2］ 晏蕓，黃小梅，肖國民，等.新技術在中藥提取中的應用研究［J］.化工時刊，2012，26（1）：49-53.

［3］ 胡道德，顧磊，姚慧娟，等.中藥提取及優(yōu)化的研究進展［J］.藥學進展，2009，28（1）：80-83.

［4］ 劉慶閣，唐曉彬，高斌，等.中藥提取數(shù)字化控制系統(tǒng)［C］.／／中國儀器儀表學會東北過程自動化設計專業(yè)委員會第二十次年會暨2010年學術會議論文集.哈爾濱：中國船舶重工集團703研究所，2010.

［5］ 齊巖磊，陳娟，楊洋.中藥提取軟測量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.北京化工大學學報，2011，38（5）：130-135.

［6］ 王賽君，伍振峰，楊明，等.中藥提取新技術及其在國內的轉化應用研究［J］.中國中藥雜志，2014，39（8）：1360-1366.