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1、新型提取罐的结构设计与控制摘 要：传统提取罐普遍存在缺陷，已经难以满足现代化生产的需求，也不能满足新版 GMP 要求。针 对这些缺陷，设计出一种新型的提取罐，新的提取罐在结构上采用了高传热效率的蜂窝夹套，倒锥形式的 筒身，密封性能优异的 O 型圈，带有自锁功能的锁钩，设有底部加热和过滤的大直径排渣门，解决了传统 提取罐结构上的缺陷。在控制逻辑上，实现了现场和远程均能控制，且能采用中央控制室全自动控制的方 式，使得操作简单易懂，不需要任何操作技能，从而解决了传统提取罐必须由熟练工人操作的缺点。关键词：提取罐；蜂窝夹套；筒身； O 型圈；锁钩；排渣门提取是中草药生产中重要步骤之一， 提取罐是提取工
2、艺的核心设备。 传统的提取罐筒身主要有正锥形、 直筒形、斜锥形和蘑菇形，排渣门采用转臂式结构。传统的提取罐普遍存在如下缺点： (1)密封得不到保证，尤其是在停气时，排渣门处的密封易泄漏；(2)容积小，转臂式结构从工作原理上就决定了排渣门直径不易过大(一般不超过800 mm)； (3)药渣容易搭桥，不易排渣，需要人工辅助，降低生产效率； (4)排渣门过滤面积小，或者无过滤装置，出液和强制循环 时容易形成堵塞； (5) 排渣门底部无加热， 提取罐工作时， 心部温度与周边温差大， 提取的物料质量不稳定； (6)操作不灵活，转臂式排渣门开或关要求工人有较高操作技巧，不能实现自动化。新版 GMP 对制药
3、设备提出了更高的要求，传统的提取罐已难以满足新版GMP 的规定。同时，现代化生产要求生产线能实现数字化全自动控制，而传统提取罐无法实现。鉴于此，本文提出了一种新型提取罐 的设计，以攻克传统提取罐的缺陷，满足新版 GMP 对制药设备的规定，实现全自动控制。1结构设计提取罐总装图如图1所示。图1提取罐总转图1.1封头的设计罐顶采用椭圆封头或蝶形封头，按照标准GB/T25198-2010压力容器封头进行设计.封头上布苴投料 口、洁净水进口、CIP管口、挥发蒸汽出口、冷凝液回流口、视镜及视镜灯.根据用户需要，还可以设置温度 压力表接口、液位控制接等。根据罐內压力变化情况，还可以设苴安全阀接口，破真空阀
4、接口、溢流口等。 1.2筒身的设计筒身采用倒锥形结构，即：上端小，下端大，锥度可以设置为25视药材粗细长短而定。一般药材粗而长，松散状况的，锥度选取较大角度。对于细而碎的药材，锥度选取较小角度。筒身锥体下端大，上端小，排渣门打开后，药渣因自重往下掉，没有阻碍。因此，倒锥形式的筒身便宜排渣，解决了传统提 取罐排渣慢，药渣容易搭桥的问题。锥体设有加热夹套，整体空腔夹暮和半管式夹套加热效率较f氐新型的设计选用传热效率高的惮窝夹套. 蜂窝夹套按焊接芳式不同，分洵手工焊蜂窝夹套和激光焊蜂窝来套n蜂窝孔可以呈正芳形也可風呈正三 角形拄布，擁窝深度为58顾中心11距为60100 m.选择擇窝夹套有如下优点：
5、根据蜂窝夹喜的结椎 和蒸汽流动原理可知，蒸汽进入蜂窝夬碁后迅速分散，并不断的撞击到蜂窝上，使得蒸汽迅遠释敢出热童，X 而提高了提取罐的加热蝕率，（2）輕窝夹套的腔体很小，艮卩使压力较大的蒸汽，在空腔内形咸的压力乘以温度 值仍然较小.根据计算得到的夬葺壁厚较小，釣肉同等条件下整朋空脛夹套壁厚的1/3,节省了大墾材料，隔 低了提取罐的制造成本；2）提取罐内胆工作压力通常为常压或者徽小压力，而夹茸内的蕭气压力通常较大， 这就要求內胆筒壁能承受一定的外压.有些中药在提取过程中，需要只寸內胆抽真空.对于内胆来说，既要承戋 真空又要承受外压，按照标ffiGB150-199S钢制压力容器计算，得到的內胆壁厚
6、会日瞞大.如呆采用蜂窝 夹奪，每一个强窝都焊接在内胆外壁上，內胆承受外压时.1S窝对內胆壁有加强作用，降低了內胆壁厚，也剧 昵IK 了提取罐制造成本1-3拄渣门的设计排渣门采用夬钳式结构如圏2所示.排渣门是提取罐的核心部分*也是与转轴式提取罐的主妾区别.EJ2枠渣门示意图1.缶1密封面菇封面为法兰结构，采用0型密封圈.密封槽开在上侧法兰上，密封圈躍嵌在密封槽內，法兰为整体锻造 材料，密封面容易加工，抗变形能力强，密封面无磨损，密封性能好.0型圈采用硅胶或EPDM材料，耐高温、 抗疲劳性好、弹性好、无毒，符合GMP对密封材料的规走，1.3.2大气缸排渣门的开合是由大气缸伸缩来执行的，采用两个参数
7、完全一样的气缸。气缸杆同时伸岀，排渣门打开；气缸杆同时缩回，排渣门闭合。类似人的双手同时端起或放下某些物品。气缸为双作用强力型，气缸可以选用费斯托公司生产的 DNG-直径-行程-PPV-A，气缸支耳选用LNG型与LSN型配合，气缸杆上配SGS 型关节轴承。关于气缸及配件的选型，也可选择其他厂家生产的同种功能的产品。排渣门法兰上设置支承轴，气缸拉动排渣门运动，是靠关节轴承把力传递给支承轴来实现的。采用双气缸开合排渣门的优点是: 直接拉动排渣门的气缸，比起转轴式提取罐的气缸，双气缸侧的力臂大，根据杆杆原理，需要双气缸提供 的力小。因此，双气缸可以开合较大直径的排渣门，排渣门直径越大，提取罐的容积就
8、越大。比如排渣门直径为1.8 m，提取罐容积可以达到10 m上，这是转轴式提取罐无法达到的L 3. 3锁詢锁钩（如图引的解锁和闭锁由压缩空气驱动，结构为4杆机构，具有自锁功能円当锁钩处于阴锁状态时, 即康停气了，锁钩也处于锁紧状态确保排楂门在停气时不会因为自重向 下开启.锁钩钩子上的螺栓与拄渣门底部接触，调解蟆栓可以让挑渣：闭 合得更加严实，密封面完全贴合从而解决了传统提取罐密封易泄漏和停 气时捧酒门泄漏的缺陷。1.3-4底部加热夬套图3锁钧三维圏挂渣门底部封头采用球融封头球半径是排渣门直径的2倍.球缺封头 上附有蜂窝夹套，释窝孔与筒身蜂窝夬套蜂窝孔一致.对于直接较大册提 取廳 如果只在侧壁设
9、直加热夹套，提取罐工作时，罐内物料周边热，心 部冷，物料加热不均匀，捉取罐液质量不稳定，央渣多，无用成分多，药 材有用成分標取不彻底尊缺陷.拄渣门底部设置了加热夹套后，即可解决 上述缺陷，因为底部加热致沸腾后，罐內物料呈现確场式循环翻滚，物料 受热览匀的同时，也使得药材石液体充分擔触，大大提高了药液的提取誠 率.底部加热夹套选用幫窝夹套，加热敢率高.在物料赴于沸腾状态时， 关闭简身夹套加热，仅使用底部夹套保持沸腾状态即可，这样的设计节省 蒸汽.1. 3, 5过德网內韶设貫过痣网，过滤翩设计为三七分，用合页连接，大半圆固定在法兰上，小半圆可以进行开 关.目的在于过滤厨下而积药渣时，可凶丁开小半圆
10、过涛网进行洁理.过滤剧分上下两层.上层起过滤作用， 网孔为长圆孔形，长10叭 宽0*6皿 网板厚0.6呱选用不锈钢316L材料.下层起支撑作用，网孔为直径1 nm的I孔，孔中心（S距15 mni!可UA呈正方形或正三角形扫E列，厕板厚5 nun.扫E渣门直径越大，过滤面和就越 大.采用长圆孔的过滤网，药业过痣越彻底，挫渣门越不容易堵塞.2控制逻辑设计2.1线路元件的配置开关门控制逻辑线路如图4所示，虚线框外的气动元件设苴在提取罐上，虚线框內的气动元件设苴在柜子 里.线路图中各个元件的连接及其作用如下：（1）IA1和IA2表示开关大气缸，并联连接.（2）功6表示锁钩（夹具），芥联连接。（3）IF
11、1和IF2是机械阀，也可称为接近开关，安装在扫E渣门上，串联连接.当排渣门闭合时，机械阀通 气；当挂渣门打开，机械阀断气.（4）IP1IP6是机械阀，安装在锁钩上，串联连接。当锁钩打开到位时，触碰到机械阀，机械阀通气； 锁钩锁紧排渣门时，机械阀断开气路.（5）m为主控阀，控制大气缸伸缩，从而打开或关闭排渣门。主控阀为三位五通阀，气动控制，弹簧复 位.当主控阀两侧的控制气路同时有压力或同时无压力时，阀芯处于中间位置，截止气流，底盖不动作；当三 控阀左侧控制气路有压力而右侧无压力时，大气缸活塞杆侧有压力，拉动挂渣门执行关闭动作；当主控阀右狈 控制气路有压力而左侧无压力时，大气缸无活塞杆侧有压力，从
12、而推动扫E渣门执行开启动作.（6）IY2是优先气动控制阀，用于向锁钩提供气源及切换气流方向.阀芯的左端横截面积大于右端；当曝 芯两段均有气压时，阀芯移向右侧，锁钩打开。仅在右端有气压而左端无气压时，锁钩锁紧.（7）IY4和IY5为气控换向阀，弹簧复位.（8）IS1为控制线路载断阀，IS2为关门按钮，IS3次开门按钮.（9）IJ1和IJ2为调压阀（或减压阀），用于控制开关门气路压力。（10）IHls IH2和IH3为气动压力指示灯.（11）IE1和IE2为压力开关，压力开启，弹簧复位。可用于气电信号转换，当IF1和IF2同时通气时，IE2 闭合，电路通电传谨信号，表示扫E渣门处于关闭到位状态，反
13、之，表示扫E渣门处于打开状态.IE1传谨的信号 是锁钩状态。IA1IY:IJ2IB1IEZIE3IS4IB5IK育 严 rr9舂IJ1.IY11I ?1图4线路连接图2.2控制迸辑2.2.1初始状态初始状态时，挂渣门处于关闭状态，机械阀1F1和IF2处于闭合状态，机械iSlPriPG于断开状态.气流 通过IF1和IF2, 部分气流推动优先控制阀IY2的阀芯左移，并保持阀芯处于左侧，从而康气源与锁钩气缸无 活塞杆侧连通，维持气压因此，锁钩处帀贞紧状态.通过IF1和站2的另一部分气潦，经过气控换向阀IY5进 入到主控阀左慣，推动井维持阀茜处于右侧，使气源与丸气缸活寒杆侧连通，从而使擁渣门处于关闭状
14、态. 2. 2, 2开启排渣门媳住搜钮曲，控制气盍通过I閃进入S优先控制阀左测，推动阀芯右移，并保持阀茜处于右侧，使得气器 与锁钩气缸活塞杆侧连通，锁钩打开.当锁钩打开到位后，触碰到机械阀IP1-IP6-控制气流通过IP1IP乩 推动气控raiY4阀芯换向*从伽出来前另一路吒流通过询后进入到主控推动主控阀阀芯左移，并離 持稠芯处于左侧，使气源通过主控阀后与大气缸无活塞杆侧连通，气缸杆伸出，推动從渣门向下开启.当胆陀 门开启后，机械阀茁丄和TF2复位，断开该路控制气流.继续想住开门按钮，直到排渣门全部打开即挂渣门繚 梭號旋转妙，松开开门按钮.主控阀夏位，阀芯处于中间位買，载止了气源淪动.223关
15、闭排渣门摁住按钮IS2，控制气流通过IS2进入主控阀IY1，推动阀芯右移，并维持阀芯处于右侧，使气源通过主控阀后与大气缸活塞杆侧连通，气缸杆缩回，拉动排渣门向上关闭。当排渣门关闭大为后，触碰到机械阀IF1和IF2，使之闭合。控制气流通过机械阀IF1和IF2后，一部分气流进入优先气动控制阀IY2，推动阀芯左移，并保持阀芯处于左侧，使得气源与锁钩气缸无活塞杆侧连通，拖动活塞使锁钩锁紧排渣门。当锁钩锁紧后，安装在锁钩上的机械阀 IP1IP6断开气流，气动阀IY5在弹簧推动下复位。从机械阀 IF1和IF2岀来的另一部分控制气流通过 IY5后进入到主控阀IY1左侧，维持主控阀阀芯处于右侧。此时送开关盖按
16、钮后，底盖还原到初始状态。从上面的控制逻辑可以看出，在排渣门开启（或关闭）的过程中，松开按钮IS2 （或IS3），主控阀阀芯立即复位到中间位置，截止了气源的流动，保持大气缸侧的压力不变，此时排渣门在重力和大气缸活塞杆拉力下，处于平衡状态，也即：排渣门暂停动作。无论排渣门处于开启或者关闭状态，若由于外界原因，停电停气了，排渣门任然处于之前的状态，不执行任何动作。尤其是提取罐内有物料时，此时排渣门处于关闭状态，即使长时间停电停气，排渣门都不会开启，也不会泄露，因为锁钩始终处于锁紧状态。如果将开关门按钮IS1和IS2改为电磁阀，即可实现远程自动控制，从而实现提取罐的自动控制3 结语夹钳式排渣门结构，密封有保障，3）控制逻辑实现了自动化控（ 1）倒锥形式的筒身，便于排渣，便于设计大直径的排渣门；（2）生产安全。排渣门底部设置过滤网和加热夹套，药液提取彻底，质量稳定；（制，满足现代化生产。参考文献彭健.一种新型提取罐的设计中国制药装备J.总86期.2012（10）作者介绍：彭健，中国电子系统工程第四建设有限公司北京分公司，北京（中国电子系统工程第四建设有限公司，北京100000）