年处理500吨槐花米的中药提取车间工艺设计样本.doc
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1、制药工程课程设计设计题目:年处理500吨槐花米中药提取车间工艺设计专业班级:制药工程09-1班指导老师:$ $ $ #姓 名: # *设计组员:*李*设计时间:.06.25-.07.13目录制药工程专业课程设计任务书(第七组)4设计题目一:年处理500吨槐花米中药提取车间工艺设计4设计内容和要求:4设计结果:4 工艺概述51.1 序言51.2 工艺简述61.2.1槐花米前处理工艺61.2.2槐花米提取工艺选择61.3 工艺步骤91.3.1槐花米提取步骤框图:91.3.2工艺步骤说明91.4设计思想:102 操作时间和批次确实定生产制度12生产制度123 物料衡算133.1 前处理车间物料衡算1
2、33.2 提取车间物料衡算133.2.1芦丁粗提取物料衡算133.2.2芦丁精制物料衡算154 能量衡算174.1碱溶罐能量衡算174.2酸沉罐能量衡算195 关键设备选型及说明205.1 前处理车间设备选型205.1.1挑选设备205.1.2清洗设备205.1.3干燥设备215.1.4粉碎筛分设备225.2 中药提取车间设备选型245.2.1碱溶罐245.2.2过滤设备265.2.2.1碱溶后过滤设备265.2.2.2酸沉后过滤设备275.2.3酸沉罐285.2.4聚酰胺树脂295.2.4.1聚酰胺树脂介绍295.2.4.2层析机理305.2.4.3洗脱机理305.2.4.4聚酰胺树脂参数3
3、05.2.4.5树脂使用方法315.2.5球形浓缩罐325.2.5JH系列酒精回收塔335.3泵345.3.1碱溶泵(CPN型无堵塞碱泵)345.3.2酸沉泵(FB型耐腐蚀泵)355.3.3CD-300高品质真空泵365.4储罐365.5工艺关键设备一览表376 关键管材及管径选择396.1 管材选择396.2 关键管径计算396.2.1蒸汽出口管径计算396.2.2提取罐夹套进蒸汽管径计算396.2.3提取罐夹套出蒸汽管径计算406.2.4饱和石灰水进料总管406.2.5水输入总管406.2.6碱溶罐进出料口管径406.2.7盐酸进料口管径406.2.8酸沉罐进料口管径417 芦丁纯度检验4
4、27.1方法:427.2仪器和试剂:427.3操作步骤:428 三废处理448.1 废水处理448.1.1基础步骤介绍448.1.2具体步骤458.2 废渣处理468.2.1药渣处理468.2.2药渣生物发酵工艺478.2.3焚烧478.3 废气处理479 投资估算和经济效益分析489.1投资估算489.1.1工程费用489.1.2专题费用489.1.3预备费用499.1.4其它费用499.2经济效益分析499.2.1总成本和其它各项成本计算499.2.2 利润499.3年处理500吨槐花米中药提取车间工艺经济分析509.3.1基础数据509.3.1.1 实施进度519.3.1.2总投资估算及
5、资金起源519.3.1.3.工资及福利费估算529.3.2产品成本估算529.3.2.1 成本估算529.3.2.2 利润总额及分配529.3.2.3 财务盈利能力分析539.3.2.4 不确定性分析549.3.3 综合效益分析549.3.3.1 间接经济效益549.3.3.2 社会效益及环境效益549.3.4 评价结论5410 车间工艺平面部署说明5611 车间技术要求5811.1 前处理车间技术要求5811.2 提取车间技术要求5812 附图5912.1工艺平面部署图(1:100)5912.2提取罐安装图(1:50)5912.3工艺管道仪表步骤图5913 设计感想6014 万能粉碎机综述6
6、114.1 工作原理6114.2 结构6114.3 中国外发展现实状况6214.4 展望62参考文件64制药工程专业课程设计任务书(第七组)组员:专业:制药工程 班级:09-1班 姓名:设计题目一:年处理500吨槐花米中药提取车间工艺设计设计内容和要求:1按制药工程专业试验所得工艺进行设计,考虑提取前处理;2确定并绘制中药提取工艺管道步骤及环境区域划分;3物料衡算、能量衡算和设备选型;结合工艺对选择设备,如中药材粉碎设备、提取罐、冷却结晶釜、离心机或板框压滤机、真空(或冷却)干燥设备等进行工程分析,另外,每人具体叙述其中一类或一台设备工作原理、结构组成及相关此设备中国外现实状况、研究前沿。4年
7、处理500吨槐花米车间工艺平面部署(包含精烘包区域)和侧立面部署(给出标高);5紧紧围绕GMP规范要求;6编写设计说明书。设计结果:1设计说明书一份,包含工艺概述、物料衡算、能量衡算、工艺设备选型说明、工艺关键设备一览表、车间工艺平面部署说明、车间技术要求,和安全、环境保护、技术经济分析;每位同学设备具体综述。2工艺平面部署图一套(1:100);3水提罐安装图(向视图1:50);4带控制点工艺管道步骤图。5车间、工艺系统三维设计和漫游展示。 工艺概述1.1 序言槐花米广义是为豆科植物槐干燥花蕾及花。中国各地域产,以黄土高原和华北平原为多。夏季花未开放时采收其花蕾,称为“槐花米”;花蕾卵形或椭圆
8、形,长26mm,直径约2mm。花萼黄绿色,下部有数条纵纹。萼上方为黄白色未开放花瓣。花梗细小。体轻,手捻即碎。无臭,味微苦涩。采收后除去花序枝、梗及杂质,立即干燥,生用、炒用或炒炭用。含有凉血止血,清肝泻火功效。用于诊疗便血、痔血、血痢、崩漏、吐血、衄血、肝热目赤、头痛眩晕。槐花米所含关键成份为芦丁,又称为芸香苷,即槲皮素3-O-芸香糖苷,槲皮素为5,7,3,4-四羟基黄酮。其结构式以下:芦丁为浅黄色粉末或极细针状结晶,含有3分子结晶水,熔点为174178,无水物188190。芦丁溶解度在冷水中1:10000,沸水中1:200,沸乙醇中1:60,沸甲醇中1:7,可溶于乙醇、吡啶、甲酰胺、甘油、
9、丙酮、冰乙酸、乙酸乙酯中,不溶于苯、乙醚、氯仿、石油醚。芦丁分子中含有较多酚羟基,显弱酸性,易溶于碱液中,酸化后又析出,所以能够用碱溶酸沉方法提取芦丁。芦丁分子中因含有邻二酚羟基,性质不太稳定;暴露在空气中能缓缓氧化变为暗褐色,在碱性条件下更轻易被氧化分解。硼酸盐能和邻二酚羟基结合,达成保护目标,故在碱性溶液中加热提取芦丁时,往往加入少许硼砂。有7-OH、4-OH,酸性强,可用于提取。芦丁可溶于沸水(1:200),微溶于冷水(1:10000)此性质可用于提取和精制。芦丁含有维生素P样作用。能维持血管正常通透性,减低血管脆性,缩短流血时间,可作为高血压病辅助诊疗剂。亦可用于防治因缺乏芦丁所致其它
10、出血症。1.2 工艺简述1.2.1槐花米前处理工艺1. 槐米挑选:a. 非药用部分去除;b. 杂质去除;2. 清洗:除去粘附在药材表面杂质;3. 烘干:槐米在60C条件下烘干。药材经过挑选、水洗后,此时药材含水量较高,为微生物生长繁殖提供了有利条件,且增加了药材韧性。这给药品质量确保及粉碎带来了不利,所以需要粉碎药品必需优异行干燥;4. 粉碎过筛:槐米粉碎后过24目筛。目标是a. 增加药品表面积,促进药品溶解于吸收,提升生物利用度。b. 便于调剂和服用c. 加速药材中有效成份浸出或溶出d. 为制备多个剂型奠定基础;5. 紫外线处理:粉末状槐米在紫外灯下照射24h(粉末不厚于5mm),灭活水解酶
11、。因为芦丁和芸香酶共存和槐米中芦丁在槐米晾晒、洗涤、粉碎、提取等过程中易受芸香酶催化而水解,本步骤关键是因为芦丁邻二酚羟基在酸性或碱性条件下全部不稳定,此法可使芸香酶灭活或活性降低来预防芦丁母核被氧化;1.2.2槐花米提取工艺选择槐花米中芦丁提取方法常见可分为三种:水提法、碱提酸沉法、有机溶剂回流法。查资料文件知,用15g槐花米作为原料,在试验室中最好操作条件下对比以下:水提法:芦丁提取方法可采取沸水提取法,即取15g槐米粗粉加10倍热水煮沸2030分钟,过滤,再加水煮12次,合并几次煮提液,冷却放置数小时后即可析出芦丁粗品,过滤,用水重结晶一次,可得水精制品芦丁,再用甲醇重结晶一次,可得纯度
12、更高芦丁。碱提法:碱提酸沉法为常见芦丁提取方法,可用于生产。取15g槐花米于研钵中研成粉状物,置于250mL烧杯中,加入150mL饱和石灰水溶液,于石棉网上加热至沸,并不停搅拌,煮沸15min后,抽滤,滤渣再用100mL饱和石灰水溶液煮沸10min,抽滤。合并两次滤液,然后用15盐酸(约5mI)中和,调整pH为34。放置1h2h,使沉淀完全,抽滤,沉淀用水洗涤2次3次,得芦丁粗品。将粗品芦丁置于250mL烧杯中,加水150mI。于石棉网上加热至沸,不停搅拌并慢慢加入约50mI。饱和石灰水溶液,调整溶液pH为89,待沉淀溶解后,趁热过滤。滤液置于250mL烧杯中,用15盐酸调整溶液pH值为45,
13、静置30min,芦丁以浅黄色结晶析出。抽滤,产品用水洗涤1次2次,烘干后约重1.5g,熔点183C190(不含结晶水)。碱水提取是利用芦丁在碱水中成盐而增大溶解,能力、加酸酸化后可析出结晶原理进行。需注意是碱提时,碱性一定不可太强(pH89),如pH太高,则结构有可能降解,而使收率降低,甚至结构完全破坏。另外,芦丁经碱提酸沉后制得粗品,可配成乙醇溶液,用聚酰胺树脂进行吸附,然后再用高浓度乙醇洗脱,洗脱液经挥发后可得纯度较高芦丁产品。有机溶剂法:将15g粉状槐花米和碳酸氢钠、酒精于回流装置中,加热至沸,待芦丁全溶后,取出过滤,进行蒸馏浓缩,至粘稠状时,加入蒸馏水及2活性炭,调整pH为7.58,加
14、热煮沸20rain,趁热过滤,滤液调pH一7,自然冷却,结晶析出,烘干,称重得产品。3种方法收率比较:方法水提法碱提法乙醇法收率5.39.610.1酸度和产品质量关系pH10987产品质量/g1.251.511.461.10综合考虑,用水提法即使操作简单,但产率太低,不适合于工业化生产;有机溶剂乙醇回流法,产率较高,但用乙醇回流时需要五个多小时,时间长,工业化时单位时间生产批次少,经济效益不显著。相对而言,考虑到生产成本和最终产品纯度等原因,本设计中,对芦丁粗提取采取碱提酸沉方法,关键原因是该方法所需原料成本较低,易于获取,且最终产生废渣,废液对环境污染小,方便处理。而且23小时就能进行一批生
15、产,经济效益显著。而且精制选择聚酰胺树脂先吸附,再洗脱方法关键有以下优点:第一、聚酰胺树脂吸附率和洗脱率全部较高,最终可取得纯度很高芦丁产品。第二、吸附洗脱过程中用到乙醇能够回收利用,降低生产成本。故,本设计槐花米提取步骤为:1. 碱溶:向槐米中加入8倍量(质量)水煮沸,用硼砂缓冲液饱和石灰水调pH至89,在90C下提取30min,反复提取3次,滤液合并放冷;5549kg2. 过滤:将碱溶后物质过滤,滤渣反复碱溶3次,滤液合并。3. 酸沉:滤液用盐酸调pH至4,6070C保持10min,加入0.25OP一10,沉淀60min。4. 静置、过滤:结晶用盐酸洗涤1次,用冷水洗涤23次得芦丁。5.
16、大孔吸附树脂:将芦丁粗品转移至大孔吸附树脂中,先用水洗脱,后用50%乙醇洗脱。中药提取纯化是改变中药制剂“大、粗、黑”和服用剂量过大关键,大孔吸附树脂为其中一个良好操作技术。6. 蒸干:将精制芦丁在80C下恒温蒸干,乙醇回收利用。1.3 工艺步骤1.3.1槐花米提取步骤框图: 表示D级洁净区1.3.2工艺步骤说明本工艺采取槐花米提取和制备芦丁。先将购置槐花米进行挑选,以除去非药用部分,再经清洗,清洗后槐花米用干燥设备进行干燥,干燥完全后,将其放入粉碎机中进行粉碎,同时用24目筛过筛,得到槐花米细粉。槐花米前处理完成以后,将槐花米细粉放入提取罐中,并加入10倍药材量石灰水,和5%药材量硼砂,在加
17、热煮沸、pH为89条件下搅拌30分钟,该步骤反复3次,以达成充足提取有效成份目标,然后进行过滤,搜集滤液,滤液进入酸沉罐,加HCl调整pH至34;静置1.5小时后,晶体充足析出,过滤即得粗提物,粗提物中有效成份占53%。将粗提物溶于30%乙醇,经过聚酰胺交换树脂进行吸附,再用70%乙醇进行洗脱,搜集洗脱液,乙醇蒸发回收后,取得精制芦丁。最终提取率可达89.3%。本工艺选择依据:1) 能确保产品达成预定质量和要求。2) 充足利用原料,以取得较高收率。3) 主动采取成熟新技术、新工艺、新设备,结合具体条件优化生产线。对还未连续化生产品种,其工艺步骤尽可能按流水线排布,使产品在生产过程中停留时间最短
18、,以避免产品变色、变质。4) 主动慎重地采取优异可靠工艺指标,在能达成该工艺指标条件下,尽可能降低工艺步骤往返过程,以降低输送。5) 充足估量到生产中可能发生故障,设计工艺步骤时考虑到调整可能性,使生产能正常进行。6) 降低环境污染和有利于综合利用。7) 有利于确保药品卫生,避免药品在生产过程中受到污染。8) 能确保操作人员安全生产和向操作人员提供很好操作条件。1.4设计思想:洋葱头模型:(1)选择确定每个独立工序;(2)选择各独立工序对应设备和装置;(3)连接各独立工序组成符合要求完整系统,绘制工艺步骤图;作为工艺设计,其基础程序是依据(生产)设计任务选择并设计技术方案,然后进行物料能量衡算
19、,再进行设备选型和条件设计,最终绘制工艺步骤图和厂区及车间部署图,并编制设计说明书。当工艺步骤图比较牢靠地确定以后,才能开始具体工艺设计、设备设计、净化分区和建筑等设施设计。这时必需添加控制系统,并进行具体危险性可操作分析,然后完成其它设计任务,最终形成优化总体设计。总体设计关键任务:一定、二平衡、三统一、四协调和五确定。依据开发技术选择适宜工艺路线边设计边进行工艺工程方案优化完成工艺设计。2 操作时间和批次确实定生产制度生产制度前处理车间:年工作日250天,一天一班制,每班8h。提取车间:年工作日250天,一天两班制,每班8h。根据文件中提到时间,在前处理阶段,经过挑选,洗药,烘干,粉碎过筛
20、,在一天一班,每班8h,能满足提取车间工作进度。在提取阶段,3次碱溶,每次0.5h;酸沉需1.5h;大孔树脂吸附洗脱,经计算需历时1.25h;因为是工业化连续生产,取操作中最长时间并加上时间余量为生产一批时间。所以,我们设定时间余量为0.5h,供加料卸料和部分时间花费,故单批生产时间为2h。故在提取车间,一天两班,一班四批,每批2h。3 物料衡算3.1 前处理车间物料衡算年处理量槐花米为280吨,即280000kg,年工作时间为280天,天天工作周期为8小时,天天处理3批,则天天处理量为:每批处理量为: 因为槐花米本身比较小,在采购原材料时,里面供挑选杂物少,损耗少,忽略不计;粉碎是槐花米前处
21、理损耗关键起源,我们设定损耗按原材料0.8%;3.2 提取车间物料衡算3.2.1芦丁粗提取物料衡算由天天前处理量知:提取车间天天处理8批,每批处理量;依据文件数据,槐花米中芦丁有效成份占14%16%,考虑粗提取过程中物料损失,每批250kg槐花米可取得70.8kg芦丁粗品,粗品中有效成份含量占53%。每一批次处理槐花米250kg,需要药材量10倍石灰水,故石灰水用量石灰水中各组分含量以下:水质量:饱和石灰水含量:第一次碱溶时需加入硼砂,依据文件数据,硼砂用量为药材质量5%,故所需硼砂用量:以上为第一次碱溶时所需多种物料量,第一次碱溶后滤渣要再进行第二次碱溶,第二次碱溶滤渣再进行第三次碱溶。第二
22、、三次碱溶不需加入硼砂,故其所需各物料用量以下:第二次碱溶:石灰水用量;第三次碱溶:石灰水用量;最终滤渣剩下量为179.2kg。将三次碱溶滤液搜集,共5170L,依据文件数据,酸沉过程需使溶液pH维持34,故需要体积分数15%盐酸溶液。经静置,结晶,过滤等步骤,可获粗品,废液为5270L。整体物料衡算框图和物料衡算图以下所表示:3.2.2芦丁精制物料衡算将70.8kg粗品溶于30%乙醇,依据文件数据,所需乙醇体积。将所得溶液经过聚酰胺交换树脂。吸附完成后,改用70%乙醇进行洗脱,洗脱需用乙醇体积,将洗脱液搜集后,乙醇挥发,回收,最终得到精制芦丁33.5kg。按槐花米中芦丁含量为15%计算,25
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