年處理500噸玉竹提取車間初步設計畢業(yè)設

齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）PAGE2齊齊哈爾大學畢業(yè)設計（論文）題目年處理500噸玉竹提取車間初步設計學院化學與化學工程學院專業(yè)班級制藥工程061班PAGE齊齊哈爾大學畢業(yè)設計(論文)PAGEPAGE43摘要本次設計題目為“年處理500噸玉竹提取車間的初步設計”，由于玉竹中的大多數(shù)有效成分，如生物堿鹽、苷、有機酸鹽，氨基酸，多糖等易溶于水和醇的特性[1]，用水提出，并將提取液濃縮，加入適當?shù)囊掖挤磸蛿?shù)次沉淀，除去其不溶物質(zhì)，得到澄明液體。本次設計采用的方法是水提醇沉法[3]，這次設計主要任務是選擇一條科學，簡便，經(jīng)濟，創(chuàng)新的工藝路線來完成年處理量是500噸玉竹的提取。此外還包括相應的物料計算，熱量衡算，主要設備計算，公用工程計算，三廢處理，廠址選擇，車間設備布置等等。還需要手繪一張帶控制點的工藝流程圖，車間布置圖，主要設備圖，其中車間布置圖、主要設備圖需要CAD繪圖軟件繪制。關鍵詞：玉竹；提取；車間設計

AbstractThetopicofthisdesignis“thepreliminarydesignprocessofyearlyproduced500tonjadebambooextractionworkshop”,Themosteffectiveingredientsinjadebamboo，suchasalkaloidglycosides,salt,saltandorganicacids,aminoacids,polysaccharideareeasilydesolvedinwaterandalcohol,sointhisdesignwaterextractionwasused,thenconcentratingtheextract,addproperethanolforprecipitatingrepeatedlytoremovetheinsolublesubstances,atlastclearliguidwasachievedfromtheexperiment.,sowaterextract-alcoholmethodwereadoptedinthispaper.Themaintaskofthisdesignistochooseasimple,economical,scientific,theinnovatedprocesswhichcancompleteannualcapacityof500tonsjadebambooextraction.Inadditionmaterialsandheatcalculation,mainequipmentsandpublicengineeringcalculation,"threewastes"treatment,factorysiteselectionandworkshopequipmentlayoutandsoon.areincluded.Thatisall,hand-paintedprocessflowchartwithcontrolpointsworkshoplayout,mainequipmentsfigureareneeded,andthelasttwochartneeduseCADtocomplete.Keywords：JadeBamboo；Extraction；WorkshopDesign目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1概述 11.1.1生產(chǎn)方法簡介 11.1.2設計原則及要求 11.1.3設計依據(jù) 21.1.4車間概況 21.2廠址選擇 31.2.1廠址選擇原則 31.2.2建廠條件 31.2.3方案比較 41.3原材料、產(chǎn)品主要技術規(guī)格 51.3.1原材料技術規(guī)格 51.3.2產(chǎn)品技術規(guī)格 51.4原材料消耗定額及消耗量 5第2章工藝流程設計 62.1生產(chǎn)方法選擇 62.1.1浸漬法提取工藝 62.1.2滲漉法浸提工藝 72.1.3煎煮法浸提工藝 72.1.4回流提取法 72.2工藝流程示意圖 72.3工藝流程敘述 82.3.1提取工段 82.3.2減壓濃縮工段 82.3.3醇沉工段 92.3.4乙醇回收 9第3章化工計算 103.1物料計算 103.1.1提取工段的物料計算 103.1.2濃縮工段物料衡算 133.1.3醇沉工段物料衡算 133.1.4乙醇回收工段物料衡算 143.2設備工藝計算 153.3熱量計算 173.3.1多功能提取罐熱量計算 183.3.2雙效濃縮器熱量計算 193.3.3醇沉段熱量計算 203.3.4乙醇回收塔熱量計算 21第4章主要設備設計 224.1基礎數(shù)據(jù) 224.2計算 224.2.1體積計算 224.2.2直徑、高度計算 234.2.3壁厚設計 244.2.4攪拌器設計 263.4.3附件的選擇 28第5章車間設備布置設計 305.1車間設備布置設計概述 305.1.1車間設備布置設計原則 305.1.2車間組成 315.2車間設備布置方案 31第6章公用工程 326.1動力（水、電、汽、氣） 326.1.1.蒸汽用量計算 326.1.2電力用量計算 336.1.3水用量計算 346.2空調(diào)部分 356.2.1車間潔凈級要求 356.2.2車間濕、溫度要求 35第7章環(huán)境保護 367.1三廢產(chǎn)生 367.2三廢治理 377.2.1廢水處理 377.2.2廢渣處理 377.2.3廢氣處理 377.2.4噪聲處理 37第8章防火安全 388.1防火措施 388.2勞動安全措施 38結語 39參考文獻 40附錄 41致謝 42第1章緒論1.1概述1.1.1生產(chǎn)方法簡介1.生產(chǎn)規(guī)模年處理量500噸玉竹提取車間初步設計2.生產(chǎn)方法提取工藝是中藥制劑生產(chǎn)中常用的單元操作之一。通過提取可以把有效成分或有效部位與無效成分分離，降低藥物服用量，有利于藥物吸收，還可以消除原藥材引起的副作用[4]。中藥材所含的的成分十分復雜，概括起來可分為：①有效成分，指其有主要藥效的物質(zhì)，如生物堿、苷類、揮發(fā)油等；②輔助成分，指本身沒有特殊療效，但能增強或緩和有效成分作用的物質(zhì)；③無效成分，指本身無效甚至有害的成分，她們往往影響溶劑的浸出效果及制劑的穩(wěn)定性、外觀及藥效；④組織物，使之構成藥材的細胞或其他不溶物質(zhì)，如纖維素、石細胞、栓皮等[2]。浸提是利用適當?shù)娜軇┖头椒ǎ瑢⒂行С煞謴脑纤幹刑崛〕鰜淼倪^程，通常也稱為浸出過程。在浸提過程中應根據(jù)臨床治療的需要，處方中有關藥物成分提取的工藝特性，擬制備的劑型，并結合生產(chǎn)的設備條件等，選用合適的浸提工藝，將有效成分及輔助成分盡可能的提取出來，而使無效成分及組織物盡量少混入或不混入浸提物中。影響浸提的因素有粉碎度，浸提溫度，浸提時間，濃度差，浸提壓力，浸提成分，原料的干燥程度和浸提溶劑[5]。常用的浸提方法有：浸漬法，滲漉法，煎煮法，回流提取法；相應常用的浸出設備有：滲漉器，多級逆流滲漉器，連續(xù)浸取器，多功能提取罐。中藥現(xiàn)代提取新技術有：超臨界流體萃取，超聲提取技術，微波提取技術，生物酶解技術，半仿生提取法。通過上述方法所得的中藥材的提取液往往是混合物，需要加以分離純化以除去所含的各種雜質(zhì)，工業(yè)生產(chǎn)中長用的分離純化技術有水提醇沉，醇提水沉，離心分離，膜分離等技術[6]。1.1.2設計原則及要求本次設計總的原則：流程簡便可行，方法最優(yōu)，適合生產(chǎn)。最重要的是能節(jié)省開支，具有很高的經(jīng)濟效益。在車間設計時確保盡可能的不鋪張，不浪費，安全。本次設計的要求：確保年處理量500噸的玉竹提取任務的順利完成，其次要保證設計的工藝流程簡便，經(jīng)濟，可行。設備的選擇與安置能滿足特殊的維護要求，滿足工藝一般要求。最重要的是設備投資要少。1.1.3設計依據(jù)1.設計依據(jù)：（1）《齊齊哈爾大學畢業(yè)設計任務書》（2）2008年《齊齊哈爾大學本科生畢業(yè)設計（論文）工作手冊》（3）《過程設備機械基礎》（國防工業(yè)出版社出版）（4）《中藥提取工藝與設備》（化學工業(yè)出版社出版）（5）《化工工藝設計手冊》（上海醫(yī)藥設國家醫(yī)藥管理局設計院編著）（6）《化工原理》（天津大學出版社出版）（7）《制藥工程工藝設計》（化學工業(yè)出版社出版）（8）《化學工程CAD技術應用及實例》（化學工業(yè)出版社出版）（9）《中藥制藥工藝與設備》（化學工業(yè)出版社出版）2.設計范圍：本次設計的范圍從處理好的凈藥材開始，通過水體醇沉直至精餾出膏的工藝流程設計，物料計算，熱量衡算，車間布置，設備選型，主要設備計算。本次設計的重點是：工藝流程的設計選擇，帶控制點的流程圖的繪制。1.1.4車間概況1.車間概況提取車間共分四個工段，分別是提取工段、濃縮工段、醇沉工段、乙醇回收工段。為了操作的方便把每一個工段的設備盡量安置于相對集中的區(qū)域，由于本次設計任務是年處理500噸玉竹浸膏的提取車間初步設計，流程相對來說比較簡單，設備也較少。針對合理化布局要求，我設計的車間采用單層敞開式設計，單程樓高考慮到本次設計車間的是年產(chǎn)200噸的葛根浸膏提取車間的初步設計，生產(chǎn)規(guī)模屬于中小等規(guī)模，生產(chǎn)車間采用單層敞開式設計，單層樓高10m，操作臺高4m，總跨度為18m，寬12m，柱距為6m。柱網(wǎng)采用6m×2.工作制度及人員安排提取車間工作時間為300d，崗位實行三班倒的工作制度，按一天24小時，每班工作時間為法定工作日8小時。因此設備年運轉7200h，按各工段操作情況人員設置見表1-1。表1-1車間定員表序號工序名稱每班定員管理人員操作人員輪休人員合計備注1提取412472濃縮412473醇沉412474回收412471.2廠址選擇1.2.1廠址選擇原則廠址選擇的好壞對工程的進度、建設投資、產(chǎn)品生產(chǎn)、經(jīng)濟效益以及環(huán)境保護等方面具有重大影響。因此進行廠址選擇時應遵循以下基本原則：水資源豐富，電力發(fā)達，原料運輸方便且遠離鬧市區(qū)，并且還要考慮到廠區(qū)所在地的氣候特征、地質(zhì)地貌、土壤的土質(zhì)及植被等系列因素，地勢要有利于防洪防澇。當廠址靠近江河、湖泊或水庫地段時，廠區(qū)場地的最低設計標高應高于計算最高洪水水位0.5m。1.2.2建廠條件基于以上選場原則的考慮，結合周圍現(xiàn)實環(huán)境的考慮以下幾點：1、因為藥品的生產(chǎn)要求一定的潔凈度，故此不能將藥廠建立在一些重工業(yè)或化工廠附近。2、廠址選擇還必須考慮原料藥材，水源，電力等方面客觀條件。水在藥品生產(chǎn)中是保證藥品質(zhì)量的關鍵因素，因此，在選擇廠址時應考慮建在水質(zhì)良好、水量充沛、電力和燃料供應充足、原料地近的地區(qū)，有利于降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本，確保生產(chǎn)正常運行。3、廠址的選擇應考慮到交通運輸，制藥廠運輸較頻繁，廠區(qū)附近應有已建成或即將建成的市政道路設施，能提供便捷的公路、鐵路或水路等運輸條件。4、廠址選擇還應考慮到占地面積和土地質(zhì)量，由于中國人多地少這一現(xiàn)狀，因此在選擇廠址時還必須考慮到遠離耕地，且又不能地處偏遠，而且盡量減少場地面積。5、應符合在建城市或地區(qū)的近遠期發(fā)展規(guī)劃。由于制藥生產(chǎn)企業(yè)品種多、更新?lián)Q代較頻繁，在總體規(guī)劃時應留有發(fā)展的余地并合理利用土地資源。6、廠址選擇最重要的要考慮到三廢和噪聲的妥善處理，綜合利用。廠房不能建在鬧市區(qū)，應建在人流稀少的郊區(qū)或城鎮(zhèn)。卻又不能過于偏遠。（由文獻[9]可知）1.2.3方案比較綜合上述因素的考慮我確定了以下四個廠址：（1）是位于齊齊哈爾市嫩江畔。這里相對水源充足，空氣清新，居民居住相對稀疏，風向，空氣溫度，濕度等都適宜，最重要的是交通便利，因為齊齊哈爾鐵路運輸相對發(fā)達。況且還遠離鬧市區(qū)，更為重要的是齊齊哈爾大學坐落于齊市建華區(qū)，相對來說算是人才濟濟，人力資源頗為豐富。齊齊哈爾的一些重工業(yè)區(qū)，例如一些具有污染性的也有段距離。綜合來說齊齊哈爾市嫩江畔是最佳選擇廠址。（2）是位于齊齊哈爾市富拉爾基區(qū)，富拉爾基也位于嫩江畔，且是工業(yè)區(qū)相對聚集的地方，在電力，運輸，原料供應方面相對便捷。唯一不足的是這里重工業(yè)區(qū)聚集，空氣清潔度無法保證。（3）綏化下屬的肇東市，這里相對來說，人少地多，而且可以有大量的中藥材供應，這里緊鄰哈爾濱，大慶等繁華城市，交通也很便利。美中不足之處是水源缺乏。（4）選擇在哈爾濱市的江北地區(qū)，這里緊鄰松花江，水資源豐富，而且水路業(yè)發(fā)達，運輸也方便。但是這里地價較高，處于經(jīng)濟因素不予考慮。綜合以上因素列出了表1-2。表1-2方案比較表項目方案1方案2方案3方案4地理位置齊齊哈爾市富拉爾基肇東哈爾濱江北地形平原平原平原平原水利條件良好良好一般良好交通運輸一般便利便利便利人才密度良好一般良好較好地價較高一般一般高1.3原材料、產(chǎn)品主要技術規(guī)格1.3.1原材料技術規(guī)格原材料技術規(guī)格見表1-3：表1-3原材料技術規(guī)格序號名稱規(guī)格標準備注1玉竹根莖凈藥材5000002乙醇溶液濃度為95%611442kg可循環(huán)利用1.3.2產(chǎn)品技術規(guī)格表1-4產(chǎn)品技術規(guī)格序號名稱規(guī)格標準備注1提取藥液密度1.0×1032濃縮浸膏密度1.25×1033醇沉藥液密度1.10×1034回收乙醇密度0.8×1031.4原材料消耗定額及消耗量 表1-5原材料消耗序號名稱規(guī)格單位消耗定額消耗量備注每年每批1玉竹凈藥材kg5000001111.112乙醇溶液95%kg6114421755.60第2章工藝流程設計2.1生產(chǎn)方法選擇浸提是指利用適當?shù)娜軇┖头椒?，將有效成分從原料藥中提取出來的過程，通常也稱為浸出過程。在浸提過程中應根據(jù)臨床治療的需要，處方中有關藥物成分提取的工藝特性，擬制備的制劑，并結合生產(chǎn)的設備條件等，選用合適的浸提工藝，將有效成分及輔助成分盡可能的提取出來。而使無效成分及組織物盡量少混入或不混入浸提物種。浸提方法有浸漬法，滲漉法，煎煮法，回流提取法。對提取出來的混合物需要加以分離純化以除去所含的各種雜質(zhì)，工業(yè)生產(chǎn)中常用的分離純化技術有水體醇沉，醇提水沉，大孔吸附樹脂，離心分離，膜分離等工藝技術。本次設計采用水煮醇沉工藝，及水體醇沉工藝。其依據(jù)為，利用中藥中的大多數(shù)成分，如生物堿鹽，、苷、有機酸鹽，氨基酸，多糖等易溶于水和醇的特性，用水提出，并將提取液濃縮，加入適當?shù)囊掖挤磸蛿?shù)次沉淀，除去其不溶物質(zhì)，最后得到澄明的液體。加入乙醇時，應使藥液含醇量逐步提高，防止一次加入過量的乙醇，使其有效成分一起沉出。通常當含醇量達到50%-60%時即可除去淀粉等雜質(zhì)，含醇量達75%時，可除去蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，當含醇量達80%時，幾乎可除去全部蛋白質(zhì)、多糖、無機鹽類等雜質(zhì)，從而保留了既溶于水，又溶于醇的生物堿、苷、氨基酸、有機酸等有效成分。藥液經(jīng)上述步驟處理后，大部分蛋白質(zhì)、糊化淀粉、粘液質(zhì)、油脂、脂溶性色素、樹脂等雜質(zhì)均被除去，同時某些水中難溶性的成分，如多種苷，香豆精，內(nèi)酯，黃酮，芳香酯等在水提液中的含量本來就不高，經(jīng)幾次處理后，絕大部分會沉淀而濾除。（有文獻[10]可知）2.1.1浸漬法提取工藝浸漬法是簡單且最常用的一種浸出方法，除特別規(guī)定外，浸漬法一般在常溫下進行。浸漬法提取液的澄明度一般比煎煮液好，適用于粘性藥材、無組織結構藥材及易膨脹藥材的浸出，尤其適用于有效成分遇熱易揮發(fā)和易破壞的藥材，但該法浸出時間較長，且往往不宜完全浸出有效成分，不宜用于貴重或有效成分含量低的藥材的浸提。2.1.2滲漉法浸提工藝滲漉法是往容器中藥物粗粉上方不斷地添加浸提溶劑，使其滲過藥粉而自容器下部流出浸提液的操作方法。在滲漉時，浸提溶劑滲入藥材細胞中溶解大量可溶性成分后，濃度增高，向外擴散，浸提液的密度增大，向下移動。滲漉法對藥材的粒度及工藝技術要求較高，操作不當，會影響滲漉的正常進行。2.1.3煎煮法浸提工藝煎煮法是應用最早，使用最普遍的浸提方法。適用于有效成分能溶于水，且對濕熱較穩(wěn)定的藥材。除用于制備湯劑外，還用于制備中藥片劑、丸劑、散劑、沖劑及注射劑等。該法操作簡便易行，能浸提出大部分所需成分，但煎出液的雜質(zhì)多，容易霉變和腐敗變質(zhì)，含有不耐熱或揮發(fā)性有效成分的藥物，在煎煮過程中易被破壞或損失。2.1.4回流提取法回流提取方法可分為：①回流熱提取法，在應用乙醇等易揮發(fā)的有機溶劑進行有效成分提取時，為了減少溶劑的消耗，提高進出效率而采用回流熱浸法；②循環(huán)回流冷浸法，采用少量溶劑，通過連續(xù)循環(huán)回流進行提取，使藥物有效成分充分提出的浸出方法。2.2工藝流程示意圖工藝流程示意圖：凈藥材凈藥材水提藥渣中貯濃縮中貯粗浸膏醇沉藥渣中貯乙醇回收乙醇濃度調(diào)配最終浸膏2.3工藝流程敘述本設計任務為年處理量500噸玉竹提取車間的初步設計，本提取車間共分四個工段：提取、濃縮、醇沉、乙醇回收。2.3.1提取工段打開壓縮空氣閥，按排渣門關門按鈕，關閉排渣門，然后按排渣門鎖緊按鈕，鎖緊排渣門，關掉壓縮空氣閥。用純化水沖洗罐內(nèi)壁、底蓋，然后放掉。把經(jīng)篩選，清洗，切割好的一次進料量的玉竹干、凈藥材從投料口依此投入多功能提取罐中，并加入6倍量的水，按照工藝要求的浸漬溫度浸漬5個小時后，開始向夾套里通入低壓蒸汽開始進行第一次的提取，待溫度達到90oC后，達到了微沸之后減慢通蒸汽量，在此操作的同時打開通冷凝器循環(huán)水使藥液蒸氣先后通過泡沫捕集器再進入冷凝器，冷卻器之后再進入相分離器將一些不凝氣體排出，剩余藥液返回到提取罐中，同時打開罐底出液閥使藥液通過管道過濾器后，再被管道泵打回到提取罐中形成反復回流確保藥液被煮的均勻，充分。在此期間不斷觀察罐中動態(tài)，防止爆沸沖料。保持該溫度3小時關閉回流閥，并關閉蒸汽閥門，開啟放料閥門打入儲罐進行儲存。然后再向罐中通入四倍量的純化水重復上述操作，煎煮2小時后一并打入儲罐中。提取結束后，將出渣車開至使用罐下面，打開壓縮空氣閥，按排渣門脫鉤按鈕、打開出渣門按鈕，開門放藥渣。最后用純化水清潔提取罐及其管道。提取工段主要設備有：升降機、純化水計量罐、多能提取罐、過濾器、藥液儲罐、管道泵。多功能提取罐上配有：泡沫捕集器、冷卻器、冷凝器、相分離器。提取操作周期：16h2.3.2減壓濃縮工段首先用純化水清洗濃縮器，之后開啟真空泵、視鏡照明燈，開啟真空閥門，使蒸發(fā)器真空度達-0.03MPa上。其次，打開進料閥，將上工段的藥液打入濃縮罐中，當藥業(yè)上升到兩個蒸發(fā)器下屬第二個視鏡的2/3處時，關閉進料閥門。然后開啟蒸汽閥門，升溫加熱，調(diào)節(jié)真空度，使兩個個蒸發(fā)器真空度保持在-0.03MPa—0.09MPa之間，要求第二個蒸發(fā)器的真空度大于第一個蒸發(fā)器，控制蒸汽表表壓不高于0.1MPa，使藥液正常蒸發(fā)，控制溫度達80oC，當藥液受熱蒸發(fā)、數(shù)量減少至蒸發(fā)器下數(shù)第二個視鏡1/3處時，可進行補加藥液至蒸發(fā)器的下數(shù)第二個視鏡2/3處。當冷凝水儲罐水位達到玻璃視鏡2/3處時，關閉冷凝水分離閥門，開啟排氣閥，使空氣進入冷凝水儲罐，當罐內(nèi)壓力與外界相等時，開啟冷凝水儲罐底出水閥門，排空冷凝水閥門，排放冷凝水至純化水計量罐中，用以提取工段的提取用水。最后，當藥液濃縮至工藝要求的相對密度，關閉蒸汽閥，真空泵，打開排空閥回復常壓。清潔放料口，打開雙效減壓濃縮器閥門，將浸膏放入清潔桶內(nèi)。本工段主要設備有：雙效減壓濃縮器、射流真空泵、冷凝水貯罐、濃縮液周轉桶。濃縮操作周期：8h2.3.3醇沉工段清洗醇沉罐,關閉醇沉罐出藥口，將濃縮膏轉入醇沉罐中，并從乙醇計量罐向醇沉罐中加含量為95%的乙醇。并向夾套內(nèi)通入低壓蒸汽進行間接加熱，當溫度達到80oC后，調(diào)節(jié)蒸汽閥減少通氣量。保持該溫度，并開啟攪拌器攪拌，再向醇沉罐內(nèi)繼續(xù)加乙醇并不斷用酒精計測量藥液含醇量，直至醇沉罐中藥液含醇量至65%，當濃度達到工藝要求后停止加醇，繼續(xù)攪拌待藥膏完全溶解澄清后，關閉蒸汽閥。停止通入蒸汽，靜置8小時，開啟醇沉罐側面藥液出口閥使上清液經(jīng)醇沉泵打入到醇沉液儲罐中。打完之后，關閉出液閥，打開醇沉罐底部出渣口，將藥渣及部分藥液打入板框過濾器進行過濾，將濾液經(jīng)泵一并打入醇沉液貯罐。最后用純化水清洗醇沉罐。本工段的設備有：醇沉罐、轉液泵、不銹鋼板框過濾器。醇沉操作周期：16h2.3.4乙醇回收先用純化水清洗乙醇回收塔，之后打開乙醇回收塔進液口，將醇沉液轉移至塔內(nèi)進行間歇精餾，開啟蒸汽閥，進行加熱，溫度控制在80℃左右。打開通往冷凝器的閥門，當藥液中的乙醇加熱到沸點后就會進入精餾塔，部分蒸汽進入冷凝器，平衡器，在平衡器中觀察乙醇是否符合規(guī)格，符合的話繼續(xù)進入冷卻器，回到乙醇儲罐中。如果不符合標準，將會被繼續(xù)打回到精餾塔中繼續(xù)回流。而另一部分上升蒸汽與部分冷凝后的回流液相遇之后，部分冷凝也又會返回到再沸器中，然后再次沸騰的乙醇蒸汽又會繼續(xù)上升，經(jīng)過不斷的反復，直至藥膏中不再有乙醇的味道，并且達到了所需乙醇濃度時，停止加熱。關閉冷凝水進出的水閥門，并在再沸器本工段的設備有：乙醇回收塔、乙醇貯罐、乙醇配液罐。乙醇回收操作周期：16h第3章化工計算3.1物料計算物料衡算是物料的平衡計算，是進行藥物生產(chǎn)工藝設計、物料查定，過程經(jīng)濟評估以及過程控制、過程優(yōu)化的基礎。它以質(zhì)量守恒定律和化學計量關系為基礎。簡單地講，它是指“在一個特定的物系中，進入物系的全部物料質(zhì)量加上所有生成量之和必定等于離開該系統(tǒng)的全部產(chǎn)物質(zhì)量加上消耗掉的和積累起來的物料質(zhì)量之和”，用式子表示為：∑G進料+∑G生成=∑G出料+∑G累積+∑G消耗式中∑G進料——所有進入物系質(zhì)量之和；∑G生成——物系中所有生成質(zhì)量之和；∑G出料——所有離開物系質(zhì)量之和；∑G消耗——物系中所有消耗質(zhì)量之和（包括損失）；∑G累積——物系中所有積累質(zhì)量之和。物料衡算是所有工藝計算的基礎，通過物料衡算可確定設備容積、臺數(shù)、主要尺寸，同時可進行熱量衡算、管路尺寸計算等。物料衡算的基準(1)對于間歇式操作的過程，常采用一批原料為基準進行計算。(2)對于連續(xù)式操作的過程，可以采用單位時間產(chǎn)品數(shù)量或原料量為基準進行計算。3.1.1提取工段的物料計算1基礎數(shù)據(jù)(1)計算基準：以每批投料量計算(2)生產(chǎn)規(guī)模：年處理500噸玉竹凈藥材提取(3)批操作周期年生產(chǎn)時間：300天批操作周期=16h，具體時間如下：清洗50min加凈藥40min第一次加6倍量純化水40min浸泡藥材300min加熱升溫40min第一次提取180min浸提液抽至儲罐40min第二次加4倍量純化水40min加熱升溫30min第二次提取120min浸提液抽至儲罐20min冷卻、出渣70min(4)工藝參數(shù)水提工藝：提取工段分兩次煎煮，每次凈藥材與純化水質(zhì)量比如下：第1次提取投料比為凈藥材m：純化水m=1：6第2次提取投料比為凈藥材m：純化水m=1：4排除藥渣含水量20%合并兩次提取液進入提取液貯罐，藥材提取液中有效成分含量75%浸出有效成分90%水提過程中損失總藥液量為2%(5)物性參數(shù)浸提液密度1000kg凈藥材密度1000kg/m32確定計算任務提取罐中物料損失可忽略不計，提取罐各物料關系見圖3-1提取罐提取罐凈藥材量提取液量第一次加水用量藥渣量第二次加水用量損失量圖3-1提取罐各物料關系根據(jù)質(zhì)量定律：凈藥材量+2次提取純化水用量=藥渣量+提取藥液量＋損失量其中凈藥材量m用處理量求出，2次提取水溶液總量，根據(jù)投料比為10m設提取液量x，則損失量為2%x；因為藥材提取液中有效成分含量75%，0.75x，所以藥渣量為m/80%提取液量x可求出。3具體計算（1）加入到提取罐中的凈藥材質(zhì)量m，可由生產(chǎn)規(guī)模求出已知：生產(chǎn)規(guī)模：年處理量500噸年生產(chǎn)時間300天，300×24＝7200h批操作周期=16h年操作批數(shù)：年生產(chǎn)時間÷批操作周期=批數(shù)／a=7200÷16=450；批投料凈藥材質(zhì)量為m=年處理量÷年操作批數(shù)＝500000kg÷450＝(2)提取用水溶液量，可由投料比計算求出1111.11×10＝11111.1(3)提取藥液量x，由等式計算：凈藥材量+2次提取水溶液量=藥渣量+提取藥液量＋損失量m+10m=(m×25%+m×75%×10%)/80%+x+x/0.98×x＝11700.83(4)藥渣量(m×25%+m×75%×10%)/80%=451.39（5）損失量2%x=2%×11700.83=237.224提取罐平衡表見表3-1表3-1提取罐物料平衡表物料名稱進料m/kg出料m/kg凈藥材純化水提取藥液量藥渣量雜質(zhì)量合計1111.1111111.11——————12222.22————11463.61451.39237.2212濃縮工段物料衡算1基礎數(shù)據(jù)濃縮周期：8h粗浸膏得率：1.25損失率：4%2具體計算浸膏量：W=1.25m=1.25×1111.11=損失量：4%W=4%×1388.89=55.56打入下工段浸膏量：1388.89-55.56=1333.33根據(jù)質(zhì)量守恒定律：提取藥液量=浸膏量+水蒸發(fā)量+損失量蒸發(fā)水液量：11533.61-1388.89=10144.723濃縮液平衡表見表3-2表3-2濃縮物料平衡表物料名稱進料m/kg出料m/kg提取液量11533.61——浸膏量——1333.33水蒸發(fā)量——10144.72損失量 ——55.56合計11533.6111533.613.1.3醇沉工段物料衡算1基礎數(shù)據(jù)醇沉周期：16h濃縮液密度：ρ=1.25×103kg/進料量：W加醇濃度：C1=95％達到濃度：C2=65％95%醇的密度為0.768×103kg/m醇沉時的排污系數(shù)為6%板框過濾濾液比：40%2具體計算加醇體積：VC1V=（W/ρ+V）×C2V=W/ρ=1333.33/1250=1.07V=1.07×65％/（95％-65％）=2.31加醇量：2.31×760=1755.60加入總量：濃縮液量+加醇量=1333.33+1755.60=3088.93排污量：3088.93×6%=185.34醇沉液量：3088.93-185.34=2903.板框過濾濾液量：185.34×0.4=74.14濾渣量：185.34-74.14=111.20打入醇沉儲罐的藥液量：2903.59+74.14=2977.623醇沉段物料平衡表見表3-3表3-3醇沉物料平衡表物料名稱進料m/kg出料m/kg濃縮液量1333.33——加醇量1755.60——雜質(zhì)——111.20醇沉液——2977.73合計3088.933088.933.1.4乙醇回收工段物料衡算1基礎數(shù)據(jù)乙醇回收周期：16h浸膏比重：1.20浸膏損失率：1%2具體計算醇沉液–損失量=乙醇回收量+成品浸膏量浸膏量：1.20m=1.20×1111.11=1損失量：1%×1333.33=13.33最終成品膏量：1333.33-13.33=1320.00乙醇回收量：2977.73-13.33-1320=1644.403乙醇回收工段物料平衡表見表3-4表3-4乙醇回收工段物料平衡表物料名稱進料m/kg出料m/kg醇沉液量2977.73——成品浸膏量——1320.00浸膏損失量——13.33乙醇回收量——1644.40合計2977.732977.733.2設備工藝計算3.2.1多功能提取罐投料量：1111.11kg假設藥材密度1000提取加水10倍量(第一次6倍量第二次4倍量)。ρ水=1000kg/m3裝料總體積V總=1111.11/1000+1111.11×6/1000=7.778提取罐體積V設=V總/0.7=11所以型號選擇為蘑菇式提取罐：TQ-6.0容積：60蘑菇段直徑（φ1）：1600加熱段直徑（φ2）：1200設備總高H：48603.2.2提取液儲罐提取藥液量：11463.61藥液密度：1000kg儲罐裝料系數(shù)：0.8提取液總體積V總=11.46儲罐總體積V罐=11.46/0.8=14.42所以選用兩個型號為：ZG-8000L的儲罐容積：8000L設備重量：2600kg外形尺寸：φ18003.2.3雙效濃縮器水蒸發(fā)量：10144.72kg周期：8所以每小時蒸發(fā)量為10144.72/8=1268.09kg所以選擇型號DZWN2-1500蒸發(fā)量：1500kg/h蒸汽壓力<0.09Mpa3.2.4醇沉罐濃縮液量1333.33kg密度1250kg/m3醇密度760kg/m3投料系數(shù)0.75濃縮液體積1333.33/1250=1.07加醇體積1755.60/760=2.31總體積V總1.07+2.31=3.38設備體積V罐3.38/0.75=4.51可選型號為JC-5000的醇沉罐換熱面積：8.5m3公稱容積/m3：5.0直徑φ1：1夾套φ2：1700mm總高H：4650mm3.2.5醇沉液貯罐打入醇沉罐的醇沉液量：2977.62kg設貯罐投料系數(shù)為：乙醇藥液密度為：1100kg/m3V總=2977.62/1100=2.V總/0.75=3.可選ZG-4000尺寸（φ1600×2500）3.2.6乙醇回收塔周期：16h回收量：1644.40乙醇回收能力:1644.40/16=102.75kg可選型號為：JH-400塔容積（L）：1450回收能力（kg/h）：150-160外形尺寸（mm）（2500×1000×9000）3.2.7純化水計量罐每批加入提取罐中的純化水量是：6666.67+4444.44=11111.11選用型號為：ZG-3000外形尺寸：φ1500×2200容積：3000L表3-5設備一覽表序號設備位號設備名稱技術規(guī)格材料數(shù)量備注1101過濾器DN500×3501Cr18Ni9Ti2管道式2102純化水計量罐Φ1200×20001Cr18Ni9Ti23103泡沫捕集器DN2001Cr18Ni9Ti24104多功能提取罐Φ1600×46501Cr18Ni9Ti2蘑菇式5105泵DN500×3501Cr18Ni9Ti26106相分離器1Cr18Ni9Ti17107冷凝器DN500×15001Cr18Ni9Ti28108冷卻器DN500×15001Cr18Ni9Ti19109提取液儲罐Φ1800×28001Cr18Ni9Ti110111雙效濃縮器6000×3500×55001Cr18Ni9Ti1夾套式11113醇沉罐Φ1600×25001Cr18Ni9Ti112114板框過濾器500×500×7201Cr18Ni9Ti113117醇沉液儲罐Φ1600×25001Cr18Ni9Ti114119乙醇回收塔2500×1000×90001Cr18Ni9Ti115 123乙醇儲罐Φ1400×22001Cr18Ni9Ti13.3熱量計算熱量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，實際生產(chǎn)中傳熱設備的熱量衡算可由下式表示：式中：—物料帶入設備的熱量，kJ；—加熱劑或冷卻劑傳給設備或所處理物料的熱量，kJ；—過程熱效應，kJ；（放熱為正，吸熱為負）—物料離開設備所帶走的熱量，kJ；—加熱或冷卻設備所消耗的熱量，kJ；—設備向環(huán)境散失的熱量，kJ；設車間最低溫度在10℃以0℃為基準溫度設備損失熱量為10%的通入蒸汽量即：=10%壓強：1.013×103Pa式中：—物料質(zhì)量，kg；—定壓比熱容，kJ·kg-1·℃-1；△t—溫度變化量，℃。3.3.1多功能提取罐熱量計算1基礎數(shù)據(jù)C藥=1.5kJ·kg-1·℃-1進料量1111.11kgC渣=2.9kJ·kg-1C水=4.2kJ·kg-1·℃-1加水量11111.11kgC液=3.4kJ·kg-1C設備=0.45kJ·kg-1·℃-1設備質(zhì)量26002具體計算Q1藥=1111.11×1.5×（10-0）=16666.65kJQ1水=11111.11×4.2×（10-0）=466666.62kJQ3=0Q4渣=2.9×90×451.39=117812.79kJQ4液=11463.61×3.4×90＝3507864.66kJQ5=2600×0.45×(90-0)=105300.00kJQ6=10%Q2則Q2=7520024.03kJQ6=752002.40kJ熱量平衡表如下表3-8表3-8多功能提取罐熱量平衡表物料名稱輸入熱量/kJ輸出熱量/kJ藥材16666.65——水466666.62——蒸汽加熱3608493.53——帶出設備熱——3625677.45設備升溫熱——105300.00損失熱——360849.35總熱量4091826.804091826.803.3.2雙效濃縮器熱量計算1.基礎數(shù)據(jù)基準溫度取0℃，C藥=3.4kJ·kg-1·℃-1濃縮液進料量11533.61C水=4.2kJ·kg-1·℃-1水蒸發(fā)量10144.72kgC膏=2.5kJ·kg-1·℃C設備=0.45kJ·kg-1·℃-1設備質(zhì)量2600kg2具體計算設備向環(huán)境散失的熱量為10%Q2Q=WCp△TQ1=11533.61×3.4×10＝392142.74kJQ3=0Q4水=10144.72×4.2×80=3408625.92kJQ4藥=1388.89×2.5×80=277778.00kJQ5=2600×0.45×(80-0)=93600.00kJQ6=10%Q2Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6則Q2=3764290.20kJQ6=376429.02kJ熱量平衡表如下表3-9表3-9雙效濃縮器熱量平衡表物料名稱輸入熱量/kJ輸出熱量/kJ提取液熱量392142.74——外加熱3764290.2——水蒸發(fā)量——3408625.92設備升溫熱——93600.00濃縮液帶出——277778.00熱損失——376429.02總熱量4156432.944156432.943.3.3醇沉段熱量計算1.基礎數(shù)據(jù)C醇沉液=2.30kJ·kg-1·℃-1醇沉液量2977.73C醇=2.10kJ·kg-1·℃-1乙醇加入量1755.60C浸膏=2.50kJ·kg-1·℃-1浸膏加入量1333.33C設備=0.45kJ·kg-1·℃-1設備質(zhì)量2800C藥渣=3.20kJ·kg-1·℃-1雜質(zhì)重量111.202具體計算基準溫度取0℃，設備向環(huán)境散失的熱量為10%Q2Q1膏=1333.33×2.50×(10-0)=33333.25kJQ1醇=1755.60×2.10×(10-0)=36867.60kJQ3=0Q4藥液=2977.73×2.30×80=547902.32kJQ4浸膏=111.20×3.2×80=28467.20kJQ5=2800×0.45×(80-0)=100800.00kJQ6=10%Q2Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6則Q2=674409.63kJQ6=67440.96kJ熱量平衡表如下表3-10表3-10乙醇回收塔熱量平衡表物料名稱輸入熱量/kJ輸出熱量/kJ加入浸膏熱量33333.25——乙醇加入熱量36867.60——外加入熱量674409.63——醇液升溫熱——547902.32藥渣升溫熱——28467.20設備升溫熱——100800.00熱損失——67440.96總熱量744610.48744610.483.3.4乙醇回收塔熱量計算1.基礎數(shù)據(jù)C醇沉液=2.30kJ·kg-1·℃-1醇沉液量2977.73C醇=2.00kJ·kg-1·℃-1乙醇回收量1644.60C浸膏=2.50kJ·kg-1·℃-1浸膏量1333.33C設備=0.45kJ·kg-1·℃-1設備質(zhì)量30基準溫度取0℃，2具體計算設備向環(huán)境散失的熱量為10%Q2Q1醇沉液=2977.73×2.30×(10-0)=68487.79kJQ3=0Q4乙醇=1644.60×2.00×80=263136.00kJQ4浸膏=1333.33×2.50×80=266666.00kJQ5=3000×0.45×(80-0)=108000.00kJQ6=10%Q2Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6則Q2=632571.34kJQ6=63257.13kJ熱量平衡表如下表3-10表3-10乙醇回收塔熱量平衡表物料名稱輸入熱量/kJ輸出熱量/kJ醇沉液熱量68487.79——外加熱632571.34——醇液升溫熱——263136.00浸膏升溫熱——266666.00設備升溫熱——108000.00熱損失——63257.13總熱量701059.13701059.13第4章主要設備設計4.1基礎數(shù)據(jù)醇沉加熱罐的工作壓力：常壓101.325KPa工作溫度：常溫25計算壓力Pc=0.3MPa設計溫度T=100℃選材：不銹鋼0Cr18Ni9Ti查表[σ]t=137Mpa取焊縫系數(shù)φ=0.85(φ≤1.0)ρ浸膏=1250kgρ乙醇=760kg/m4.2計算4.2.1體積計算物料體積：V物=V浸膏+V乙醇=1.07+2.31=3380取裝料系數(shù)Φ=0.75水沉加熱罐所需體積應為：V需=V物/Φ=3380/0.75=4506.67出于實際考慮，可取直徑、高度計算封頭形式為無折邊錐形底、標準橢圓形蓋錐形封頭h錐=V錐=底面積×高==0.131D3橢圓封頭h橢=V橢=0.131D3設備總高度為：H=h筒體+h錐+h橢=h筒體+設備容積為：V總=V筒體+V錐+V橢=+2×0.131D3取H/D=2.0H=2.0D=h筒體+h=1.25D則V總=+2×0.131D3=1.243D3=5.00D=1按工程尺寸，根據(jù)體積為5.00m3，設備直徑取1600mm則設備總高度H=h筒體+=2000+×1600=3200mm核算：設備實際體積：V實=+2×0.131D3V實=3.14×0.7952×2+2×0.131×1.593=5.022實際高徑比：H/D=3200/1600=2.0Φ=V物/V總=3450/5022=0.694.2.3壁厚設計1筒體壁厚=2.06由于設計壓力較低時，由內(nèi)壓強度計算公式算出的計算厚度較小，往往不能滿足制造、運輸和吊裝等方面的要求，因而對容器的筒體規(guī)定了最小壁厚，我國設計規(guī)范筒體的最小壁厚不銹鋼δmin=2mm。取腐蝕裕量C2=2mm設計厚度=+C2=2+2=4mm查表得C1=0.189名義厚度=+C1+Δ=4+0.189+1.811=6mm有效厚度=-C1-C2=6–0..189–2=3.811mm最大允許工作壓力：MPa2標準橢圓封頭壁厚m=mm當m>2時，橢球殼體赤道圓上出現(xiàn)很大的環(huán)向壓應力，其絕對值將大于橢球殼頂部的應力。為此引入橢圓封頭形狀系數(shù)K來替代Di/(4h1)項，故可得：查表得標準型封頭k=1.00===2.0mm同筒體壁厚一樣，封頭也規(guī)定了最小壁厚，標準橢圓形封頭最小壁厚為封頭內(nèi)直徑的0.15%，即=Di0.15%=1600×0.15%=2.40取腐蝕裕量C2=2mm設計厚度=+C2=2.0+2=4.0mm查表得C1=0.189名義厚度=+C1+Δ=4.0+0.189+1.811=6mm有效厚度=-C1-C2=6-0.189–2=3.811mm最大允許工作壓力：MPa3錐形封頭壁厚（無折邊錐形封頭）：①封頭大端（需要加強厚度） Q=2.0 r=(Q為形狀系數(shù))與過渡段相接處錐殼厚度為：=＝0.90mm錐形封頭大端最小壁厚亦取4.12取腐蝕裕量C2=2mm設計厚度=+C2=4.12+2=6.12mm查表得C1=0.189名義厚度=+C1+Δ=6.12+0.189+0.691=7mm有效厚度=-C1-C2=7-0.189-2=4.811mm最大允許工作壓力：MPa②封頭小端封頭小端的聯(lián)接是需要加強，應在錐殼和筒體之間設置加強段，二者加強段的厚度應相同，其計算式為：Q=3.1,Dis=350mm則r=錐形封頭小端最小壁厚亦取2.93取腐蝕裕量C2=2mm設計厚度=+C2=2.93+2=4.93mm查表得C1=0.189名義厚度=+C1+Δ=4.93+0.189+1.881=7mm有效厚度=-C1-C2=7-0.189-2=4.811mm最大允許工作壓力：MPa封頭尺寸查表可得4.2.4攪拌器設計根據(jù)醇沉罐內(nèi)