与30-60米长的逆流提取机相比,该折流式连续逆流提取机最大的优点在于:
1、将2-6根提取管并联,极大减少设备占地面积;
2、结构紧凑,减少冗余的支架和管道,减少设备制作成本;
3、各提取管包裹在真空蒸汽发生器中,保温效果显著,减少能耗;
一、研发背景
目前对天然动植物中有效成份进行提取主要采用多功能提取罐和连续逆流螺旋槽式提取机。但是在实际生产过程中,发现这两种提取方式还存在诸多的弊端。
提取罐单罐间歇提取的工艺已有数十年的使用历史,该工艺相对过时。该工艺具有设备容积效率低,蒸发浓缩能耗大,操作环境恶劣,以及提取效率差的缺点。
槽式提取机在提取罐的工艺基础上作了改进,虽然该设备使得提取技术有了质的改进,但是至少还存在三方面的不足:
(1)该提取机采用槽形结构,设备总长一般有10到20米,甚至更长,这给安置设备提出了较苛刻的空间要求;
(2)在提取槽水平中心线两侧存在固体物料积料死角,同时在螺旋推料器顶部存在提取液自由流动层。前者情况会引起液液和液固之间的返混,后者会产生跳跃流动使得局部提取失效(详细请见:沈善明,朱丰金.追求理想的连续逆流折流管式提取机[J].医药工程设计,2009,30(3):6;链接为: http://www.docin.com/p-1048904050.html);
(3)拆卸清洗时,需要拆卸推料螺旋槽法兰盖板上数以百计的螺丝,然后再装配,非常不方便;
二、研发成果
针对以上罐式和槽式提取工艺的不足,我们与科研院所合作,历时近10年,不断完善,提出了一种基于折流管式的新型连续逆流提取机的设计,并在工艺上进行制造和实现。
1.发表文章
(1)沈善明.折流式连续逆流提取机[J].医药工程设计,2004,25(2):1
(2)沈善明.易清洗操作的折流式连续逆流提取机[J].医药工程设计,2007,28(4):8
(3)沈善明,朱丰金.追求理想的连续逆流折流管式提取机[J].医药工程设计,2009,30(3):6
2.专利申请:200320122235.5、200620048081.3、200810202286.6,以及200910046851.9
三、设备结构
如图1,这种新型的提取机由几部分组件构成:(1)驱动轴、(2)左固定支撑板、(3)轴连接头、(4)低温蒸汽发生器、(5)提取管、(6)螺旋推料轴、(7)蒸汽加热盘管、(8)药材(物料)进口管、(9)沉降槽、(10)提取液出口管、(11)右固定支撑板、(12)可拆卸支撑板、(13)加热蒸汽进口、(14)废渣槽、(15)溶剂(提取液)进口、(16)螺旋排渣机。
图1 连续逆流折流管式提取机组结构图
图2 连续逆流折流管式(2-4根提取管)提取机样图.
四、逆流提取技术
逆流,即提取溶剂行进方向反向于提取物料推进的方向。用逆流的方式来进行提取,可以始终确保提取物和提取液之间的高浓度差。浓度差是浸出和提取作用发生的原动力,连续逆流采用的物料和溶剂持续逆向运动,增大了固、液间的浓度梯度,提高了浸出效率和浸出液浓度。
提取物料和提取液在提取管内连续不断接触, 液、固间在加热条件下进行扩散和渗透。在浓提取液出口端,即使提取液中有效成份的浓度再高,但仍低于刚加入的提取物料浓度。对即将从螺旋出口排出的提取物料,即使其所含有效成份浓度再低,但仍高于刚加入的提取液浓度。因此,在整个提取管内,高浓度差使得提取过程一直在有效地进行。
五、设备创新
与提取罐相比,本设备采用连续逆流提取方式。顾名思义,提取液的流向与物料推进的方向相反,这样始终可以确保提取管内,被提取物和提取液之间的高浓度差和扩散渗透性能,以达到有效成份回收率高、药材和提取液投加比小的效果。
与槽式连续逆流提取相比,该设备进行了以下的改进:
(1)将原来很长的槽式结构折成2-4段提取管,并将这几根提取管进行并联。与同等规模和处理能力的罐式和槽式提取设备相比,大大节约了占地面积,优化了设备安置所需要的场地条件;
(2)采用管式结构,使得提取操作在圆形提取管中进行,不存在槽式结构中出现的,在螺旋推送轴两侧和上部出现积液和物料囤积的现象,无物料反混现象,可进一步提高提取效率;
(3)只要拧开支撑板上的几个螺丝,螺旋推料轴可以方便地沿导轨从提取管中抽出,从根本上解决了槽式结构清洗不方便的缺点;
表1 连续逆流折流管式提取机与多功能提取罐、槽式逆流提取机的性能比对
多功能提取罐
槽式逆流提取机
连续逆流折流管式提取机
工作原理
搅拌、间歇
逆流提取
连续逆流提取
提取特征
液固间浓度差趋于零,浸提动力不强
逆流提取,保持液固间浓度差
逆流提取,保持液固间浓度差
操控方式
以人工操作为主
半自动化操作
进料、排渣、温控全部自动化
提取效率
非常低
比提取罐提高50%
比提取罐提高70%
有效成份提取率
较低
比提取罐提高20%
比提取罐提高20%以上
液固比
大于13:1
10:1左右
小于8:1
能耗
较大
节能80%
节能100%
温度控制
受热不均匀
均匀受热
均匀受热
物料堆积
需要人工搅拌
存在堆积
无堆积
设备占地
大
小
比槽式节省50%空间
拆卸清洗
不方便
需要拆卸大量螺丝、螺母,不方便
方便拆卸,清洗方便
自动化程度
低
较高
非常高
性价比
低
高
非常高
总体而言,本设备的主要特点在于:
(1)本提取机由2-4段提取管并联而成,各段提取管安置在低温(可在50-100℃之间设定)蒸汽发生器中。加入的提取液先经过同样悬置在低温蒸汽发生器中的溶剂预热管中预热,各段推送螺旋由驱动机带动旋转,将物料向下级提取管中推进,预热的提取液则沿着物料推进相反的方向行进;
(2)该设备配套有连续定量进料机,以及连续排渣机,方便进料和排渣;
(3)提取管下部设导轨和推料螺旋紧固配件,推料螺旋固定在紧固配件上。清洗时,只需要拧开推料螺旋和低温蒸发器端板上的法兰紧固螺帽,即能将各段推料螺旋从提取管中抽出;
(4)结构合理紧凑,占地面积小;
(5)物料采用低温饱和水蒸汽加热和保温,在设定的温度下进行连续逆流提取;
