探讨中药提取车间工艺设计中物料衡算的作用

刘娟红，白春平，郭文一，位晓宇，王 鸿

(辽宁科技学院 生物医药与化学工程学院，辽宁 本溪 117004)

中药提取是从中药材中分离有效成分的单元操作，是通过选用提取溶剂和提取设备，通过浸提中药材、固液分离、浓缩提取液、干燥等工序操作，将有效成分从中药材中分离出来，其提取、干燥后的中药浸膏或中药粉作为后续中药制剂的原料。文章以年处理药材2 000吨的产能规模，按照预定药材提取生产工艺要求及GMP要求进行相应各岗位的物料衡算，包括提取、固液分离、纯化、浓缩、干燥等工艺过程进行详细工艺物料衡算分析及论述，为设计节约技术型中药提取生产车间提供思路。

1 衡算基础资料

设计规模：药材年处理量2 000吨。

生产制度：年工作日250天，生产班次为三班、8小时/班，为间歇式生产。

衡算基准：批产量4 000千克

2 提取工艺流程

药材经提取、固液分离、微滤、超滤、浓缩及干燥得到药材提取物再包装后入库检验。各岗位工艺参数及物料损耗情况见下述衡算过程。

3 衡算过程

本次药材提取车间所属的衡算类型为物理过程的物料衡算，即在生产系统中，物料无化学反应的过程，它所发生的只是相态和浓度的变化。根据药材提取车间设计规模，药材年处理量为2 000吨，工作日为250天，每天2批，物料衡算以批产量为基准。按提取、固液分离、微滤、超滤、浓缩及干燥岗位进行衡算。

3.1 基础数据的计算

=8 000千克

=4 000千克

3.2 提取工序

提取工序提取收率(提取液质量/提取溶剂质量)为93.8%。相关计算数据如表1、表2所示：

表1 提取工序工艺数据表

表2 提取过程物料损耗表

第一次提取：提取溶剂乙醇的量M1=药材投入量×6=4 000×6=24 000千克

提取液质量M1′1×提取液收率=24 000×93.8%=22 512千克

第二次提取：提取溶剂乙醇的量M2=药材投入量×5=4 000×5=20 000千克

提取液质量M2′=M2×提取液收率=20 000×93.8%=18 760千克

根据表1可知，第三次提取与第二次提取所需提取溶剂乙醇的量以及提取液质量相同。即M3=20 000 kg，M3′=18 760千克。

总投入提取溶剂乙醇的质量M=M1+M2+M3=24 000+20 000+20 000=64 000千克

三次总提取液的质量M′=M1′+M2′+M3′=22 512+18 760+18 760=60 032千克

吸附溶剂量=药材投料量×损耗率=4 000×100%=4 000千克

残留提取液量=提取溶剂量×损耗率=64 000×1%=640千克

提取总输出质量=总提取液质量+残留液质量+吸附溶剂质量+干药渣的质量

干药渣质量=68 000-60 023-640-4 000=3 328千克

因此药材中有效成分转移到提取液中的溶质的质量=4 000-3 328=672千克

3.3 固液分离工序

固液分离工序物料衡算计算依据如表3所示：

表3 固液分离工序物料损耗表

离心机进料量M=提取液总量-残留提取液量

=60 032-640=59 392千克

渣液量M1=M×损耗率=59 392×1%=593.9千克

含固量M2=M1×10%=593.92×10%=59.4千克

含醇量M3=M1×30%=593.92×30%=178.2千克

溶质的质量=672-59.392=612.6千克

离心后的药液质量=进料量-渣液量=59 392-593.9=58 798.1千克

3.4 精制工序

物料衡算计算依据如表4所示：

表4 精制工序物料损耗表

3.4.1 精制工序1

截留溶质量=最小循环量=截留率×进料液溶质质量=4.6%×612.6=28.2千克

设定顶洗醇量为1.5倍最小循环量。

顶洗醇量=3×1.5×最小循环量=3×1.5×28.2=126.9千克

药液量=进料量-截留溶质量=58 798.1-28.2=58 769.9千克

顶洗液量=顶洗醇量+截留溶质量=126.9+28.2=155.1千克

合并液量=药液量+顶洗液量=58 769.9+155.1=58 925千克

溶质=612.6-28.2=584.4千克

3.4.2 精制工序2

截留溶质量=最小循环量=进料溶质量×截留率=584.4×3.5%=20.5千克

设定顶洗液量为1.5倍最小循环量。

顶洗醇量=3×1.5×最小循环量=3×1.5×20.5=92.3千克

药液量=进料量-截留溶质量=58 925-20.5=58 904.5千克

顶洗液=顶洗醇量+截留溶质量=92.3+20.5=112.8千克

合并液量=药液量+顶洗液量=58 904.5+112.8=59 017.3千克

溶质=584.4-20.5=563.9千克

3.5 浓缩工序

浓缩工序物料衡算时计算依据，如表5所示：

表5 浓缩工序过程物料损耗表

浓缩液质量=进液质量×收率=59 017.3×

3.0%=1 770.6千克

残留液量=进液量×损耗率=59 017.3×

0.5%=295.1千克

含固量=残留液×0.6%=295.1×0.6%=1.8千克

溶质=563.9-1.8=562.1千克

3.6 干燥、包装工序

收得干粉含水量5%，干粉收率97.5%。

干粉总量=562.1千克×97.5%=548.1千克

袋数=干粉总量÷25=548.1÷25=22袋

4 衡算结果

按每批处理药材量4 000千克为基准，绘制批生产物料衡算结果见表6。

表6 批生产物料衡算结果

5 总结

(1)本次物料衡算是以每批处理量4 000千克为基准，提取各生产工序的物料消耗率为主要依据，针对提取、固液分离、微滤、超滤、浓缩及干燥进行各岗位的物料输入量和输出量的计算，得到批生产物料衡算结果，见表6。

(2)依据批物料衡算结果，可进一步对全年所用的原辅料包括药材投入量、水和乙醇的用量进行核算，本次衡算还可以进一步开展乙醇回收部分的输入和输出量的衡算，初步进行原辅料的成本核算。

(3)各岗位物料衡算结果是车间工艺设计中设备选型设计的主要依据，如提取岗位第一次提取的输入量和输出量要确定提取工段主要提取罐体积，提取液总量的计算是固液分离工段离心设备型号和产能的基础数据等，还包括对精制工段、浓缩工段和干燥工段的设备选型提供重要产能参数，使整个中药提取工艺设计由定性转向定量。