中药提取液低温浓缩技术的研究

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冷凝器，被冷凝器加热成为高温低湿的空气，又进入浓缩塔。提取液和空气接触 后进入提取液储器 9， 经泵加压后进入液体分布器均布进入浓缩塔和空气进行传热 传质。如此反复循环，提取液中的溶媒逐渐减少而使提取液浓度逐渐提高，达到 工艺所要求的浓缩比后，工作完成[5,6]。 1.3 检验方法 本试验所研究的低温浓缩，其浓缩效果可用浓缩效率和脱水能耗来评价。浓 缩效率为单位时间内的脱水量， 单位 kg/h； 能耗指标可用脱水能耗比 SPC （Specific Power Consumption）来评价，SPC 为某工况下能耗与脱水量之比。一般来说，在
系统运行工况和湿空气湿度、温度、和流量等参数相同的情况下，SPC 值越小，系 统能耗越小，单位时间内的脱水量越多，浓缩效果越好[7]。
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结果与分析
Hale Waihona Puke Baidu
2.1 风量影响的试验结果与分析 风量的影响试验结果见表1、表2、表3。表1为填料层高度H=450 mm的试验结 果，表2为填料层高度H=120 mm的试验结果，表3为无填料层的试验结果。
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肖杰明 3 XIAO Jie-ming
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FANG De-ming
杭州，310018；2. 浙江工业大学化机所，浙江 杭州，
310032；3. 杭州春江自动化研究所，浙江 杭州，310004） (1.China JiLiang University, Hangzhou, Zhejiang 310018，China； 2.Institute of Process Equipment Control Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou, Zhejiang 310032，China；3.Hangzhou Chunjiang Automation Research Institute, Hangzhou, Zhejiang 310004，China) 摘要：针对当前浓缩方式存在的不足，研究了一种新的浓缩技术。该技术的浓缩 温度在 20～60 ℃的条件下。并主要研究液体温度、填料层高度、风量与浓缩效率 和脱水能耗比的关系。液体温度、填料层高度增加，浓缩效率提高，SPC 减小，当 填料层高度为 300 mm 时，达到一个优值，脱水能耗比达到最低，浓缩效率也达到 较高。出口空气湿度达到 70%以上情况下，风量增大，浓缩效率提高，SPC 减小， 本试验当塔出口空气湿度为 95.1%，空气温度为 37 ℃，风量为 1 200 m /h 时，浓 缩效率和 SPC 达到最佳状况，分别为 6.48 kg/h 和 0.54 kW/kg。 关键词：低温浓缩；湿度；浓缩效率；脱水能耗比 Abstract ： Aiming at the shortcomings in nowadays concentration, this article studies a new type of concentration technology, the concentration temperature is from 20～60 ℃. This article also studies the relationship between air flux, air condition, liquid temperature, padding height and concentration efficiency and specific power consumption. With the liquid temperature and padding height increasing, the concentration efficiency goes up and SPC falls down. Padding height arriving to 300 mm is an optimal value. When air humidity at outlet arrives to 70 percent, with the augment of air flux, the concentration efficiency goes up and SPC falls down. When air humidity and temperature at outlet arrives to 95.1 percent and 37 ℃,
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低温浓缩的试验研究
1.1 试验装置
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整套装置由作者自行研发，自行搭建，包括空气加热系统、气体循环系统和
图 1 试验装置示意图 液体循环系统组成，装置主要由电加热器、变频离心通风机、浓缩塔、冷冻除湿 机、液压泵、提取液储槽以及冷凝水收集罐组成，并配置有温度、湿度、风量、 液体流量、压力、功率等测试仪表，(见图 1)。 1.2 浓缩流程 本试验采用的是利用干空气具有容纳水蒸气的能力，且空气的温度越高，这 种能力越强的特点，用空气和溶液逆流接触，进行传热传质，使空气中的水蒸气 增多带走溶液中的部分水分达到浓缩的目的[4]。 湿含量低的空气通过风机 1 上安装的碟阀进入浓缩系统，经过风机加压，从 下往上流动，进入浓缩塔 3；而待浓缩的提取液经过液压泵 10 的加压后从上向下 喷射，两流体相向流过，在塔填料层内充分接触。气相由开始时的含湿量低的空 气变为含湿量高为 D１的湿空气，经过冷冻除湿机 5,被除湿机内的蒸发器吸热冷却 后，成为绝对含湿量较低的冷空气，原因是湿空气中的水蒸汽被冷凝成液态水， 冷凝水则通过集水盘进入冷凝液收集罐 7。 温湿度低的空气再经过冷冻除湿机内的
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T 塔出口空气温 度/℃ 37.2 36 35.6 33.7 31.3
表2 填料高度H=120 mm时风量影响的试验结果 G 风量/(m .h ) 1200 1000 900 800 600
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T 塔出口空气温 度/℃ 36.5 37 37.5 38.4 38.1
d 塔出口空气相对 湿度/% 79 78.1 75.9 74.2 74.6
浓缩效率/ -1 （kg.h ） 5.05 4.95 4.87 4.74 3.93
SPC/（kW.kg ） 0.693 0.707 0.718 0.738 0.891
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表3 G 风量/(m .h ) 400 600 800 900 1000 1200
3 -1
填料高度H=0 mm时风量影响的试验结果 d 塔出口空气相对 湿度/% 37.9 37.3 38.9 39.1 39.1 39.5 浓缩效率/ （kg.h-1） 1.38 1.47 1.68 1.54 1.43 1.38 SPC/（kW.kg ） 2.536 2.381 2.083 2.273 2.456 2.536
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T 塔出口空气温 度/℃ 37.5 38.3 38.6 39.5 41.5 42.1
根据表1、表2的试验结果知，当填料塔内装有一定量的填料时，气液接触充 分，塔出口的空气相对湿度较大，在塔出口空气相对湿度大于70%情况下，风量减 小，浓缩效率降低，脱水能耗比SPC增大。当出口空气相对湿度大于90%，随着风 量进一步减小，浓缩效率下降明显，而SPC增加明显。根据式 Q G (i1 i2 ) Gi 可 知，在系统制冷量一定的条件下，风量增大，单位空气焓差Δi减小，温降ΔT减 小 ， 空 气 经 过蒸 发 器 后 显 热 变化 减 小 ，用于 除 湿 的潜 热相 应 增大 ，根据 式
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air flux arriving to 1 200 m /h is an optimal value , concentration efficiency is 6.48 kg/h and SPC is 0.54 kW/kg Keywords: Low-temperature concentration；Humidification；Concentration efficiency；Specific power consumption —————————— 作者简介：饶宾期（1980-） ，男，中国计量学院助教。 E-mail: raobinqi@cjlu.edu.cn 收稿日期：2007-06-15 浓缩是影响中成药产品质量的重要环节之一 ， 中药提取液在浓缩操作过程中 通常要求高的浓缩比、高相对密度、高浓缩效率，又不能损失中药的有效成分， 这就对所采用的浓缩工艺和设备提出了更高的要求。降低浓缩温度，缩短浓缩时 间是中药提取液浓缩单元操作的首推原则和要求[2]。 当前的浓缩方式主要有：常压蒸发浓缩，如一次浓缩、二次浓缩、真空蒸发 浓缩、薄膜蒸发浓缩、多效蒸发浓缩、热回流提取浓缩、冷冻浓缩、膜蒸馏浓缩。 这些浓缩方式存在着一些不合理之处，主要有蒸发时间长、加热温度高、消耗能 量大，药物中的有效成分易被破坏、炭化而影响药品质量[3]。 针对上述浓缩工艺所存在的不合理之处，本文进行了一种新的中药提取液浓 缩技术研究，浓缩温度在 20～60 ℃，相对于 100 ℃下的常压蒸发浓缩，可称低 温浓缩，在这样的温度下，不易结垢，不损失也不破坏药物的有效成分；用于浓 缩的空气循环使用，满足中药浓缩液的卫生要求和 GMP 标准；整套装置的热量、 冷量和动能消耗达到一个大体上的平衡，使能量得到最充分的利用。
中药提取液低温浓缩技术的研究
The study on low-temperature concentration technology of the extraction of chinese traditional medicine 饶宾期 1 RAO Bin-qi （1.中国计量学院，浙江
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方德明 2
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2.2 液体温度的影响试验结果与分析 液体温度的影响见表 4，试验结果是在液体流量为 1 m /h，填料层高度为 150 mm 条件下得到的。
表4 G风量 3 -1 /(m .h ) 1200 1000 900 800 600 38 ℃时浓缩效率/ -1 （kg.h ） 5.05 4.92 4.87 4.74 3.93 液体温度影响的试验结果 8 ℃时SPC/ -1 （kg.h ） 0.693 0.711 0.719 0.738 0.891 28 ℃时SPC/ -1 （kg.h ） 0.778 0.893 0.972 0.994 1.061
表1 G 风量/(m .h ) 1200 1100 1000 800 600
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填料高度H=450 mm时风量影响的试验结果 d 塔出口空气相对 湿度/% 95.1 96.3 95.6 96.8 98.1 浓缩效率/ -1 （kg.h ） 6.48 6.32 6.20 5.62 4.70 SPC/（kW.kg ） 0.54 0.554 0.565 0.623 0.744
i c p.da t d (2500 c p.q t ) / 1000 知析湿系数增大，脱水量增加 。当风量过小，不能
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将冷凝器处的制冷工质完全冷凝，制冷工质形成较大的干度进入蒸发器，引起制 冷系统的制冷量的减小，使脱水量急剧下降。 根据表3的试验结果知，在浓缩塔出口空气相对湿度介于37%～40%情况下，随 着风量增大，浓缩效率提高，SPC降低，当风量增大某一值时，浓缩效率达到最高， SPC最小；随着风量继续增大，浓缩效率开始下降，SPC升高。故存在某一风量， 使得浓缩效率最高，SPC最小，本试验结果为相对湿度介于37%～40%情况下，风量 为800 m3/h时，浓缩效率最高，SPC最小。因为空气的含湿量较低，从不饱和状态 至饱和状态（开始析水状态）所需要的焓值较大，这部分焓值对脱水没有贡献。 当风量增大，单位质量空气焓差Δi减小，而从不饱和状态至开始析水状态所需要 的焓值较大，用于除湿的潜热相应减小，脱水量减少；当风量过小时，虽然单位 质量空气焓差Δi增大。但是风量过小使得温降过大，显热变化增大，用于除湿的 潜热相应减小，风量过小同时引起制冷量减小，两个因素使得脱水量大幅度下降。 故风量不宜过大，也不宜过小，存在一个最佳值，使得浓缩效果最佳。