一种保健品用多功能倒锥形提取罐的设计

胡瑞君　温平

摘要：目前，在实际生产中使用的提取罐存在着各种缺陷。鉴于此，本文设计出一种新型的倒锥形提取罐。采用了传热效果佳的蜂窝夹套，倒锥形的筒身，密封性能好的密封圈，带有自锁功能的锁钩，设有底部加热和过滤的大直径排渣口，改善了提取罐结构。

关键词：倒锥形提取罐；蜂窝夹套；锁钩；排渣口

1前言

多功能提取罐是功能性食品、中药生产中常规提取工艺用的最多的关键设备，其性能的好坏。不仅关系到物料的提取率、提取时间、成品的质量，还关系到加工的产量和成本。目前，国内厂家生产的多功能提取罐的外形有直筒形、正锥形、斜锥形、蘑菇形几种。不论哪一种，其基本结构均相同，即提取罐内简装物料，夹套通热媒。对于大直径、长度长的多功能提取罐，在提取过程中，提取液在径向存在着由外向里，在轴向存在由上向下温度逐渐降低的梯度。由于温度梯度的存在，使罐内各个部位的提取不均匀。为了使罐内各处的温度和浓度。在提取的过程中。尽快达到均匀，本文设计了一种新颖的倒锥形提取罐，解决了旧式提取罐的弊端。

2提取罐的研究现状和发展趋势

2.1提取罐的研究现状

提取罐是功能食品生产中中常用的设备，适宜功能因子的浸出与提取。当前使用的直锥型提取罐广泛应用于中药、食品等行业。此提取罐操作效率高且方便，另因提取罐配备CIP清系统，符合各个行业的现实需要。

2.2提取罐实现高效提取应具备的要求

功能因子在提取罐中的提取是一个严格密闭的环境，在此环境下，提取罐可实现在常压下对原料进行多种方式、多种功能因子的提取，提取罐一般由过滤器、分离器、冷凝器以及消沫器组成，一般由夹套实现加热过程，而提取罐内部则维持常压，良好的多功能提取罐在设计过程中，必考虑和满足以下几点基本要求：

（1）根据功能因子提取的方法和工艺的特点。在设计过程中需要满足当前功能因子的工艺条件，也要考虑提取罐色使用潜力，尽量满足多个功能因子的提取工艺，故在设计中要充分当前和未来的需要。

（2）提取罐在设计中根据不同工艺需求，应当尽量实现，加料、加热、冷凝、回流、时间控制的自动化，并实现工艺的连续化，在有限和固定的设备各管线的条件下，方便而灵活地实现不同提取模式各全自动控制。

（3）自动化设计应贯穿整个提取罐的设计过程，实现计算机在提取过程中宏观的在线控制与监测，对于局部的提取过程，达到画面的动态时时监视、参数的时时显示。

（4）充分考虑控制系统设计的可靠性和实用性以及经济性，无论传感器，变送器，执行器的选型还是控制系统结构和控制方案的设计，都必须充分考虑到其可靠性，实用性，防爆安全性，应用的方便性，灵活性和技术经济的合理性，实现自动报警及联锁保护，为系统的安全，高效，稳定生产提供保证。

3传统提取罐普遍存在的缺陷

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。提取是中草药生产中重要步骤之一，提取罐是提取工艺的核心设备。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。

4提取罐结构

4.1封头

罐顶采用椭圆型封头，上面布有投料口、进水口、CIP管口、蒸汽出口、回流口、视镜及视镜灯、安全阀接口。

4.2筒身

筒身采用倒锥形结构（见图1），锥度为2～5°。一般粗长、松散的原料，锥度较大。而细碎的原料，锥度则较小。倒锥形的筒身方便排渣，避免了药渣易搭桥、排渣慢的现象发生。提取罐筒身附有传热效果佳的蜂窝夹套，呈正三角形排布的蜂窝焊接在内胆外壁上。

4.3排渣口

排渣口是罐的重要部分，其采用夹钳式结构。

4.3.1密封面

密封面为法兰结构，采用密封圈，密封槽设在上侧法兰上，密封圈镶嵌在密封槽内。法兰为整体锻造材料。密封面抗变形能力强、密封性能好。密封圈采用耐高温硅胶材料，抗疲劳性好，弹性好，无毒。

4.3.2锁钩

锁钩的解锁及闭锁由压缩空气驱动，结构为四杆机构，具有自锁功能。当锁钩处于闭锁状态时，即使停气了也处于锁紧状态，确保排渣口不会因自重向下开启。锁钩钩子上的螺栓与排渣口底部接触，调整螺栓可以让排渣口严实闭合，密封面完全贴合。

4.3.3大气缸

排渣口通过两个同等规格的大气缸伸缩来执行的，气缸杆伸出，排渣口打开；气缸杆缩回，排渣口闭合。排渣口法兰上设置支承轴，气缸拉动排渣口运动。是靠关节轴承把力传递给支承轴来实现的。双气缸可开合大直径的排渣口，排渣口直径越大，提取罐的容积就越大。

4.3.4过滤网

排渣口内部设置过滤网，过滤网设计为一大一小两部分，用合页连接，大半圆固定，小半圆可开关进行清理操作。过滤网分上下两层。上层起过滤作用。下层起支撑作用。

4.3.5底部加热夹套

若大直径的提取罐仅罐身设热夹套，工作时罐内温度梯度会比较大，导致物料受热不均匀，提取液品质不稳定，提取效果不高。通过在排渣口底部设置加热蜂窝夹套后，即可解决上述缺陷。在物料处于沸腾状态时，关闭筒身夹套加热，仅使用底部夹套保持沸腾状态即可。摁住按钮，控制气流通过并进入主控阀，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，使之闭合。控制气流通过机械阀后，一部分气流进入优先气动控制阀，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断开气流，气动阀在弹簧推动下复位。从机械阀和出来的另一部分控制气流通过后进入到主控阀左侧，维持主控阀阀芯处于右侧。此时送开关盖按钮后，底盖还原到初始状态。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，排渣门仍然处于之前的状态，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。

5结论

（1）倒锥形筒身方便出渣，便于设计大直径的排渣口。

（2）夹钳式排渣口密封性好，排渣口底部设置过滤网和加热夹套，药液提取彻底，质量稳定。