一种节能高效中药材提取系统的应用

冯玉田，路朋飞

［1.华润三九（枣庄）药业有限公司，山东 枣庄 277800；2.浙江大学药学院，浙江 杭州 310058］

1 引言

中药提取是中药制药的关键过程。目前，我国对于制药提取新技术的研究取得了一定成果。有研究［1-2］介绍了几种先进提取工艺及其应用。胡道德等［3］提出了提取实验的设计与优化方法。有研究［4-5］介绍了控制、测量系统等在中药提取过程中的应用。但大多数仅局限于基础研究或实验室研究上，研究成果向制药企业的应用转化严重不足，建立高效提取系统的制药企业少之又少，未能从根本上改变传统提取方法为主导的生产现状［6］。

传统的中药提取系统为多环节传递的平面布局设计，其传递环节多，易污染，占地面积大，且料液需经自然沉降后进行浓缩，造成沉淀时间长、料液易酸败；加之常用的真空系统蒸发效率低，冷凝过程耗能严重，中药提取效率低。因此，研制节能高效中药材提取系统是中药提取发展的趋势。

本文介绍了华润三九（枣庄）药业有限公司研制的一种节能高效中药材提取系统，该系统已投入生产，经企业生产验证，该系统大大提高了企业的生产效率。

2 系统简介

本提取系统立面流程图见图1。

图1 提取系统立面流程图

系统主要由提取罐、储液罐、双效浓缩器、醇沉罐、分离机、真空减压浓缩器几部分组成。

其工作过程和步骤为：中药材挑选清洗后，在四楼投料区进行投料，根据工艺要求进行煎煮，煎煮结束后，药液通过管道自流到一楼的储液罐中，在二楼进行出渣，一楼储液罐中的药液通过泵将提取液转移到三层储液罐中。通过重力的作用自流到二楼的双效浓缩器中，药液在浓缩器中浓缩到规定的密度自流到一楼的储液罐中，再进入醇沉、离心等工艺步骤。

3 系统创新及实施方式

3.1 新型一泵传输立体流转系统的应用

本系统根据工艺流程对设备自上而下进行立体布局。料液由二层平面自流至一层平面料液储罐，由料液泵将料液输送至三层料液储罐，料液在负压的作用下被吸入双效浓缩器，浓缩液通过重力作用自流至二层平面浓缩液储罐，经高速分离后被吸入一效浓缩器，产出的浸膏在重力作用下自流至一层净化收膏间储罐，再根据工艺进入醇沉、离心等步骤。

3.2 高速离心分离系统的应用

中成药传统的固液分离工艺为：提取药材后药材提取液先自然沉淀，将料液中的部分杂质沉淀出来，提取药液自然沉降24 h左右（与外界温度有关），再此过程中提取液温度下降到30～40℃。

本系统增加高速分离技术后，先对料液进行浓缩，再对浓缩液进行分离，可以达到与自然沉淀相同的效果，同时减少了中间自然沉淀的时间，大大缩短了生产周期。减少生产过程中的能量损耗。此过程中充分利用了提取液刚从提取罐放出后所带的热量，大大减少了浓缩升温过程中的热量损耗并且缩短了生产周期。

3.3 预升温系统的应用

传统提取用水温度为20℃，本系统通过换热装置，利用生产过程中排放的热量，将提取用水由20℃预先升温至60℃，可使后续提取过程省时约30 min，实现了节能，提高提取罐生产效率约10%。

3.4 新型真空浓缩系统的应用

系统采用本公司研制的一种新型中药药液用浓缩系统专利产品（ZL 201420867206.X），其运用罐内水喷淋进行气体冷却，水从罐上端向下喷洒，蒸汽从底部向上运动，通过对流使气体和水充分换热、冷却，形成冷凝水进行回收利用；同时罐的底端架在10 m以上的高空，水在下落过程中会形成真空，从而保证好的真空效果；罐顶部连接水环真空泵以维持整个系统的真空，水环真空泵耗能低，真空效果好。

同传统使用换热器对蒸汽进行冷凝的真空浓缩系统相比，本系统真空度高达50%以上，浓缩效率提高一倍以上；同时，在不增加蒸汽耗量的前提下，本系统每蒸发1 m3水耗电仅为3 kw，同传统每蒸发1 m3水耗电12 kw相比，耗能降低75%。

4 系统应用效果

本系统共配置42台提取罐，投入使用后，一次性减少设备和厂房投资2729万元，每年节约电费2 084.53万元。

4.1 新型一泵传输立体流转系统的应用

本系统使用后，由于重力的作用减少了周转泵的使用次数4次，每年节电费约5万元，在42台提取罐的配置下，减少周转泵71台，节约设备使用资金80万元。

4.2 高速离心分离系统的应用

料液吸收的热量Q定义：

式中：C是水的比热，取为C＝4.18×103J·kg-1℃-1；ρ是水的密度，取为ρ＝1000 kg·m-3；V是料液的体积，每罐料液为12 m3，3.5轮／罐／天，每年运行300 d；△t是料液升高的温度，本系统中料液温度由传统的35℃升至75℃。

所需蒸汽量q定义：

式中：Q是料液吸收的热量，由（1）式计算得到；h是水的比焓，本系统工作压力为0.3 Mpa，蒸汽焓值取为 h＝2 728.5 KJ·kg-1。

企业每年节约费用A定义为

式中：a是生产每吨蒸汽所需费用，取为a＝220元／吨；q是蒸汽量，由（2）式计算得到。

综上所述，经计算得到：

料液吸收的热量为Q＝88 482 240×103KJ；

需要的蒸汽量为：q＝32 428.9 t；

每年节约费用为：A＝713.44万元。

4.3 预升温系统的应用

4.3.1 节约蒸汽费用 料液吸收的热量Q、所需蒸汽量q、企业每年节约费用A的定义同（1）、（2）、（3）式。其中，料液吸收热量的温升△t为20℃升至60℃，其余参数值的选取同4.2。

经计算得到：

料液吸收的热量为Q＝88 482 240×103KJ；

需要的蒸汽量为：q＝32 428.9 t；

每年节约费用为：A＝713.44万元。

4.3.2 节约设备投资费用 减少了系统核心设备提取罐的等待时间，使传统的出投比由2.6轮／罐／天，提高至3.5轮／罐／天，使原来提取罐的使用效率提高了约35%，节省提取罐15个，每个提取罐单价为30万元，减少设备投资450万元。

4.3.3 节约厂房及消防设施费用 提取罐设计面积为193 m2／台，15台提取罐需设计厂房面积2895 m2，含消防设施每平方米按2000元计，可节约579万元。

4.4 新型真空浓缩系统的应用

根据提取罐的投料量和浓缩器容量参数，在使用新型真空系统情况下，本系统共配置27台双效浓缩器。

式中：n是设备数量；W是设备功率；t是设备使用时间，按每天24 h，每年300 d使用计算。

使用新型真空浓缩系统节约耗电量B定义：

式中：N1是传统射流浓缩系统耗电量；N2是新型真空浓缩系统耗电量。

传统浓缩系统与新型浓缩系统参数见表1。

表1 传统浓缩系统与新型浓缩系统参数对比

节约电费D定义为：

式中：d是电费单价，取为d＝0.85元／度；B是使用新型真空浓缩系统节约的耗电量，由（5）式计算得到。

综上所述，经计算得到：

使用新型真空浓缩系统节约耗电量为：B＝4 896 000度；

节约电费为：D＝416.16万元。

4.4.2 节约设备投资费用 在此系统使用后，蒸发效率提高了一倍，使原来54个双效浓缩器减少为27台，每台双效浓缩器约40万元，减少设备投资1080万元。

4.4.3 节约厂房及消防设施费用 双效浓缩器设计厂房面积为100 m2／台，27台共需设计厂房面积2700 m2，含消防设施每平方米按2000元计，减少厂房投资540万元。

4.5 节约人力成本

该系统42台提取罐投入运行，共减少提取工序操作人员40人，设备维护人员3人，按人力成本5.5万元／人年计，每年可节约人力成本236.5万元。

5 结论

本系统的应用优化了中药生产工艺流程，减少了制药过程传递环节及污染，设备易清洁；减少了固定资产投资，缩短生产周期，提高设备利用率、生产效率及产品内在质量，节约能源，降低人力成本。

本系统提供了科学可行的规范化中药提取生产工艺，在中药提取行业具有广泛的推广性和复制性。除华润三九外，合肥神鹿、本溪三药、淮北金蟾、临清华威等制药企业也在推广使用。实践证明，本系统显著增加了企业效益和社会效益，在促进中药事业发展的同时，更好地为人民健康服务。

［1］ 廖华军.中药提取新技术研究进展［J］.福建分析测试，2008，17（1）：25-30.

［2］ 晏芸，黄小梅，肖国民，等.新技术在中药提取中的应用研究［J］.化工时刊，2012，26（1）：49-53.

［3］ 胡道德，顾磊，姚慧娟，等.中药提取及优化的研究进展［J］.药学进展，2009，28（1）：80-83.

［4］ 刘庆阁，唐晓彬，高斌，等.中药提取数字化控制系统［C］.／／中国仪器仪表学会东北过程自动化设计专业委员会第二十次年会暨2010年学术会议论文集.哈尔滨：中国船舶重工集团703研究所，2010.

［5］ 齐岩磊，陈娟，杨洋.中药提取软测量系统的设计与实现［J］.北京化工大学学报，2011，38（5）：130-135.

［6］ 王赛君，伍振峰，杨明，等.中药提取新技术及其在国内的转化应用研究［J］.中国中药杂志，2014，39（8）：1360-1366.