负压式中药自动排渣过滤器的设计与试验研究-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

 摘　要：中药提取液中含有大量动植物蛋白、多糖等胶体与胶状体渣质,这些药源固体在过滤过程中容易堵塞介质孔隙,液固过滤分离难度增大,过滤速度慢,生产效率低。在过滤分离过程中,只有不断地更新过滤介质表面,才能使得工艺过程维持较高的过滤速率。负压式中药自动排渣过滤器能够对过滤渣质进行实时、彻底地清除,在清渣时不必拆卸过滤系统,边清渣边过滤等特点,彻底解决了中药生产过程中的过滤分离问题。
    关　键　词：中药过滤;自动排渣;负压;提取液
    中图分类号：TN108. 5　　　文献标志码：A　　　文章编号：1005-2895(2010)06-0086-03
    0　引言
    中药是中华民族的宝贵财富,是我国医药工业的重要支柱产业,随着现代医药学的发展,人们越来越重视对中药材中有效成分的提取和利用[1]。中药生产过程主要包括萃取、过滤分离、浓缩等工序,首先将中药材进行煮煎、浸渍、醇提等方法得到一种液固混合的提取液,进而利用过滤技术将提取液中的液固混合物进行分离,最后进行浓缩、干燥。由于提取液含有很多泥砂、药渣碎片、微粒以及没有药效的大分子胶体等杂质,它们是影响药物制剂的体积、澄明度、口感等的主要因素[2-4]。因此,对提取液进行液固分离是中药制药工业中经常使用而又十分重要的过程与单元,其效果将直接影响产品的质量、回收率、成本以及安全和环境保护[5]。中药过滤必须采用物理分离技术去除提取液中的杂质,与其他过滤方法相比,分离的难度大,对产品的要求差别也很大,中药浸取后的药液与药源固体的分离呈以下特性[6]:①大多数中药是以动植物为药源,浸取液中含有动植物蛋白、多糖等胶体与胶状体物质,这些药源固体所形成滤饼比阻大,且具有较高的可压缩性,过滤分离难度大,过滤速度缓慢。②提取液粘度大,固相含量高,且液固两相密度差小,因而过滤介质容易堵塞,只有不断地更新过滤介质表面,才能使得工艺过程维持较高的过滤速率[7]。因此,聚积在滤饼上的渣质必须即时清除,否则降低了过滤速度,延长了生产周期,增加了生产成本,降低了生产效率[8],这已成为中药过滤的一道技术难题。针对该技术难题而研发的负压式自动排渣过滤器,能够对过滤渣质进行实时、彻底地清除,且具有在清渣时不必拆卸过滤系统,边清渣边过滤等特性。
    1　自动排渣过滤器的结构与工作原理
    负压式全自动排渣过滤器的结构如图1所示,它由桶体、驱动电机1、吸渣器4、负压器8、电磁阀11以及控制系统等组成,其中桶体被隔板或滤网隔分为上桶体3、中桶体6、下桶体9,各桶分别装盛过滤前的提取液、过滤后的提取液以及渣质液。正常工作时,含渣质的提取液从进液口2流入上桶体3,经滤网5过滤后流经中桶体6,再从出液口7流出,即可得到纯净的提取液。滤速的大小取决于滤饼的流阻,而滤饼的阻流又与聚积在滤网5上的渣质多少有关。因此,为了保证过滤的正常进行,必须及时清除滤饼上的渣质。负压式自动排渣过滤器具有实时、自动清除滤网上渣质的功能,排渣原理如下:
    设从进液口2流进的提取液速度为Q进,从滤网流过的提取液流速为Q滤。正常过滤时,Q进≤Q滤;但是随着过滤的深入,渣质聚积留在滤网5上越来越多,Q滤逐渐减小,当滤饼上聚积的渣质达到一定程度时,即有Q进>Q滤,此时上桶体3内的提取液液位升高,触发液位传感器,液位传感器将信号传输给控制系统的CPU,信号经CPU处理,将指令传输给电磁阀11和驱动电机1,排渣电磁阀11自动打开,储存在下桶体9的渣质液排出,延时10 s后驱动电机1开始工作,通过驱动轴10使吸渣器4和负压器8旋转,负压器8在旋转时将液体甩出,内部形成负压,由于负压器8与吸渣器4相互贯通,吸渣器4内部也产生等值的负压,它在旋转时将聚积在滤网5表面的渣质吸进吸渣器4内腔,经负压器8从电磁阀口排出。渣质被吸走后,滤饼的流阻减小,滤速增加,恢复到Q进<Q滤状态,上桶体3液位下降,在控制系统的作用下电磁阀11和驱动电机1停止工作,整个系统恢复正常的过滤状态。
             
    负压式自动排渣器具有如下特性:
    1)排渣的实时性　在清渣时,过滤系统并未停止工作,这是一般过滤装置无法比拟的。
    2)清渣的可控性　吸渣器的吸渣力、清渣时间、排渣效率、排渣程度等均取决于吸渣器的负压。因此,清渣器的负压特性对整个过滤系统来说是非常重要的。
    2　排渣过滤器的负压特性试验研究
            
    自动清渣是排渣过滤器的核心,主要由负压器和吸渣器来完成。负压器关键部件是具有7个后弯叶片的叶轮,如图2所示,叶轮紧固于驱动轴上,并随驱动轴一起旋转。叶轮是直接对液体做功的部件,中央的吸入口与吸渣器相连接,当叶轮旋转时,叶轮槽道中的渣液在离心力的作用下甩向外围并进入下桶体,此时,叶轮中心形成负压区,致使渣液被吸进叶轮中心进而被甩出。依靠叶轮的不断运转,渣液便连续地被吸入和排出。因此,自动排渣过滤器的性能取决于负压[9],该参数对排渣过滤器来说是非常重要的。
    2.1　试验装置和仪表
             
    图3为试验装置示意图,为了测得叶轮中心的负压,在滤网底部设置一个测压点,利用压力传感器、负压仪和计算机的数据采集程序,采集吸渣器进口处的负压大小,由于叶轮中心与吸渣器进口相贯通,吸渣器进口处的负压与叶轮中心的负压大小相等。传感器将感受到的负压以电流的形式传递给负压仪,负压仪将其转换为数字形式并传送给计算机,计算机的数据采集程序记录测得的负压值和时间。利用多功能大气压力计,测量试验中的即时大气压力。测量仪表及其精度如下:①压力传感器　测量范围为-100~+100kPa,精度为±0. 25%;②负压仪　精度为±0. 2%;③多功能大气压力计　大气压测量精度为±100 Pa。
    2.2　负压特性试验分析
            
    图4是一次完整的清渣过程中叶轮中心负压随时间变化的规律曲线。可以看出,一次清渣过程大致包括3个阶段,即启动阶段、正常清渣阶段和停止阶段。当驱动电机启动后,随着转速的提高,叶轮中心负压相应地下降,经过一个短暂的时间阶段后,负压又开始略有回升,最后基本维持一恒定值。这是因为在启动阶段,随着叶轮转速的提高,叶轮中心的渣液被甩出,甩出的渣液随转速的提升而增多。但在开始的瞬间,叶轮中心的渣液被甩出,而滤网上的渣液尚未吸入叶轮中心或只有少部分被吸入,造成叶轮中心负压迅速下降。当负压下降到一定值后,被吸入叶轮中心的渣液迅速增多,负压呈波浪式回升,最终趋向一个恒定值,进入下一阶段。在正常清渣阶段,随着渣质逐步被清除,过滤介质上的入流面与出流面被疏通,此时,中桶体上腔的部分空气被倒吸进入吸渣器,与渣液掺混在一起共同向前运动,产生强烈的紊动,增强了清渣效果。从负压曲线上看到,在清渣后期,负压呈微小波浪式上升。清渣任务完成后,电磁阀关闭,下桶体水位上升,叶轮转速下降,被甩出渣液减少,清渣结束,负压回升明显。
    3　结语
    过滤分离是中药制药工业中十分重要的过程与单元,其效果将直接影响产品的质量、回收率、成本以及安全和环境保护。由于提取液中含有动植物蛋白、多糖等胶体与胶状体物质,这些药源固体容易堵塞介质孔隙,利用传统过滤设备和方法,存在分离难度大,过滤速度慢,生产周期长,生产效率低等缺陷。因此,中药过滤只有不断地更新过滤介质表面,才能使得工艺过程维持较高的过滤速率。负压式中药自动排渣过滤器能够对过滤渣质进行实时、彻底地清除,且具在清渣时不必拆卸过滤系统,边清渣边过滤等特性,彻底解决了中药生产过程中的过滤分离。
参考文献
[1]　章宇宁,吕阳成,骆广生.根类中药材孔隙结构及其分形特征[J].高校化学工程学报, 2009, 23(2): 199-204.
[2]　马雪松,谭蔚,朱企新.过滤分离技术应用于中药提取液的实验研究[J].过滤与分离, 2005, 15(4): 10-12.
[3]　吕阳成.中药提取工艺研究进展[J].中国医药工业, 2000, 32(5): 232-235.
[4]　丁启圣,王唯一.新型现代过滤技术[M].北京:冶金工业出版社,2000.
[5]　曾振祥.旋转压滤机排渣浓度与功率消耗的研究[J].过滤与分离, 2004, 14(2): 25-27.
[6]　柴常谦,贤英剑,尚加峰.离心泵叶片的双圆弧法设计分析[J].黄河水利职业技术学院学报, 2008, 20(3): 29-30.
[7]　元英进,刘明言,董岸杰,等.中药现代化生产关键技术[M].北京:化学工业出版社, 2002.
[8]　刘飞,刘焕芳,宗全利,等.基于网式过滤器过滤装置和驱动装置的探讨[J].过滤与分离, 2010, 20(1): 4-7.
[9]　赵庆国,张明贤.水力旋流器分离技术[M].北京:化学工业出版社, 2003.

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