酒精回收塔在中药提取车间的设计探讨

       中药是中国的文化和瑰宝，有着悠久的历史，如传统的汤剂和酒剂等。现代中药制剂包括口服的颗粒剂、片剂、胶囊、大蜜丸、水丸、浓缩丸等，也包括注射剂、气雾剂和搽剂等。中药的成份十分复杂，既含有多种有效成份，又含有无效成份及有毒成份。

中药提取就是利用技术最大限度提取其中的有效成份，并进一步加以分离、纯化，以提高中药制剂的内在质量和临床治疗效果，使中药的效果得以最大限度地发挥。中药提取是中药生产过程中的重要操作，其工艺流程、提取方法的选择、提取及其它生产岗位设备的配置都将直接关系到中药的质量和治疗效果。而工业生产中的中药提取车间就是通过选用特定的溶媒(多是水或者乙醇)、提取设备，通过提取、渗漉、浓缩、收膏、干燥等工序，并依照 GMP 及国家相关规范的要求，取得中药材中的有效成分(一般为中药浸膏、干燥后的中药浸膏或者中药粉)，为最终的制剂车间生产提供原料。

02厂址选择与总图布置

1厂址选择

中药提取车间是中药生产的前端车间，一般不会单独设立厂址，通常与后续生产的制剂车间和其他的药品生产车间共同建设成为药厂。根据《医药工业洁净厂房设计标准》和《药品生产质量管理规范》(GMP)的规定，药厂的选址要符合以下要求：厂址周边无污染、自然环境良好;远离码头、铁路及机场等重要交通要道以及污染源;当不能远离以上污染源时，应位于这些污染源全年最小频率风向的下风侧[1]。

2总图布置

厂区总平面布局时要考虑：厂区的四大功能区域分布合理;厂区的人流、物流组织合理，避免交叉污染[2];考虑到提取车间的特性，中药材的运输量较大，应将中药材库与提取车间就近布置，方便中药材运输，条件允许时，可以考虑连廊设计，将两座建筑物相连。

对于以酒精作为溶媒进行提取的，还需考虑布置酒精储罐。因酒精为甲类液体，车间内仅布置中间储罐，原酒精应储存在厂区的储罐区。酒精罐区可以露天布置，当溶媒用量较少时，也可以采用地埋。设计地埋酒精储罐时，采用液下泵输送，可以减少防火间距，还可以减少泵房设施。

最后，考虑到中药提取车间生产的特点，以及大量药渣的产生及运输，包括有机溶媒的使用等，污染相对较大，决定其应布置在厂区年最小频率风向的上风侧。在满足防火间距的前提下，与提取车间配套的酒精储罐应靠近车间布置，以缩短输送距离。

03中药提取车间设计中的一些要点

1泄爆

提取车间在醇提岗位、醇沉岗位、浓缩以及酒精回收等岗位都会使用到乙醇，这些岗位被定义为甲类岗位，且这些岗位面积一旦超过整层面积或所属防火分区面积的 5%，则整个车间的生产类别为甲类。这些甲类岗位需要按照规范要求进行泄爆的设计。

泄爆区域的设置需确保泄爆面的面积大小满足规范要求，通常选择布置在车间拐角处，可选择拐角的两个面作为泄爆面，以增大泄爆面。另外，泄爆区域需设计可燃气体浓度检测报警系统，并与事故排风系统联锁，以确保甲类生产岗位出现异常时的安全。

2安全疏散

多层甲类车间内任意一点至最近安全出口的直线距离不可超过 25m，因此，甲类车间的宽度要控制在 22m 左右，疏散楼梯的位置与数量也要精确计算，确保合规且经济。当疏散楼梯间布置在车间的中间位置时，需在建筑物的第一层考虑从该楼梯间疏散至室外的通道，并按照避难通道设计。

3防火分区的划分

《精细化工企业工程设计防火标准》GB51283-2020 中8.1.7条说明：“非危险介质的设备与管道穿越防火分区的楼板、防火墙，视为防火分区已被贯通，当采用与楼板、防火墙相同耐火极限的防火材料封堵时可视为不同的防火分区。”通常设计中，会按楼层划分不同的防火分区，对于甲、乙、丙类液体的设备，穿越防火分区时应采用与楼板、防火墙相同耐火极限的防火材料进行封堵，而实际工程施工中，洞口封堵的严密性往往不足，因此，在进行提取车间的防火分区划分时，应将设备贯通区域划分为一个防火分区。

4岗位的工作环境

提取车间的提取、醇沉、浓缩等岗位易产生湿热，良好的的通风措施对于改善这些岗位的工作环境极为重要，还可以考虑通过空调送风来提高车间的舒适度。对于甲类岗位，除了要独立设置排风系统外，还要考虑事故通风的设计，以确保该岗位出现异常时的安全。

5浓缩设备的选择

在传统的提取车间，浓缩主要采用单效和双效两种，耗能较高。随着浓缩设备的研究与发展，各种新型浓缩设备也在各个领域的工业生产中广泛应用，例如：MVR 蒸发器。MVR 蒸发器是利用被蒸发的料液产生的二次蒸汽，经压缩机再压缩,提高温度和压力，再作为蒸发器中的加热蒸汽使用，使料液维持沸腾和蒸发状态，完成热转换后冷凝成水排出。此过程不需要补充新鲜蒸汽，只需供电就能长时间高效率运作，持续蒸发料液，排出浓缩物和蒸馏水，不需要外部的加热和冷却设备，能耗低，不产生二次污染。

当中药提取的品种单一、生产规模大、能够连续进行浓缩生产时，可以考虑使用 MVR 蒸发器替代传统的单效、双效或三效浓缩器，利用 MVR 的蒸发、浓缩技术，可以极大地降低生产能耗，节省成本。

6真空系统的设计

中药提取液采用单效、双效浓缩时，往往使用真空技术，以降低药液沸点，减少蒸汽用量，同时，可确保热敏物质的稳定性。真空系统设计合理与否关系到产品质量的稳定性、浓缩的效率和节能的效果。

对于醇提液的浓缩，其真空抽出的气体中含有大量酒精，需经冷凝器对其进行冷凝，得到乙醇液体，以确保真空效果并减轻有机废气处理的压力。

7循环水系统的设计

循环水系统设计的合理性关系到冷却效果，进而关系到真空的效果。受中药提取工艺生产的间断性的影响，中药提取车间的循环水冷却系统一般采用开式循环。循环水池的大小、上塔的循环水泵的流量、凉水塔的处理能力等均影响循环水的温度，从而影响到循环水的冷却效果。循环水池的大小一般约为循环水量的 30%。考虑到循环水经过某些冷凝器后的温升可能到达 8℃左右，而凉水塔的温降一般为 5℃，所以选择凉水塔时，其处理能力应适当放大，以确保循环水的凉水效果。当然，还要考虑当地的气候条件，如湿球温度等。

04工艺流程与车间布局

1前处理及提取工艺流程

中药提取之前就需要对中药材进行前处理，前处理工艺包括净制、清洗、润制、切制、干燥、炮炙、粉碎过筛等。经过不同工序后即得提取所需的净药材。

不同的中药提取工艺有所不同，但大同小异，原理一致。前处理所得净药材进行提取、过滤、浓缩、醇沉、收膏、干燥、粉碎、混合、包装等，得到提取产物，以供制剂车间使用。提取的工艺框图见图 1.

2提取车间布局

1车间的外形设计

提取车间在醇提岗位、醇沉岗位、浓缩以及酒精回收等岗位都使用到乙醇，且其岗位面积也较大，通常整个车间的生产类别为甲类。考虑到甲类岗位的泄爆，还有多层甲类车间安全疏散距离只有25m 的问题，车间一般为细长的矩形、L 型、U 型或者 E 型。为减少疏散楼梯的数量，合理安排车间布局，一般甲类车间的宽度最大约 22m，可考虑 7.5m的跨距，3 跨。

细长矩形、L 型、U 型或者 E 型的布局各有优缺点：(1)细长矩形布局结构简单，外观整齐，通风采光效果良好，适合中小型规模车间，其公辅设施经常布置到车间外侧，总图布置时需多加考虑。(2)L 型和 U 型布局避免了细长矩形车间的一些不足，但是公辅设施往往距离使用点相对较远，输送管线较长。(3)E 型布局在一定程度上拥有 L 型和 U 型布局的特点，大型车间通常采用此布局，但需要注意消防车的有效施救半径，通常考虑在两翼设计疏散通道以满足消防要求[3]。

总之，在规划厂房整体外形布局时，既要考虑生产工艺的要求，又要考虑地形条件、施工的可行性以及经济性和合理性等。工艺、总图专业与甲方要深入交流、综合分析，对比不同方案，最终选定性价比高的方案。

2车间各层的布局及层高考虑

从提取的生产流程来看，目前的设计大都采用垂直流设计理念，物料的走向根据流程自上而下，实现生产的垂直化，减少物料的周转运输，减少人力，提高效率。以某中药厂的设计为例进行介绍，该车间设计为四层：

(1)中药材通过货梯送至第四层，该层布置了中药饮片的前处理车间，处理好的净药材暂存，供提取使用。此外，还布置了提取的投料岗位以及一些辅助岗位。

(2)第三层布置水提罐、醇提罐、提取液储罐、醇沉岗位、浓缩岗位以及中药材的中间库。醇沉罐布置在该层的钢操作台上。

(3)第二层则布置提取后中药材的出渣区;提取液浓缩后的收膏、干燥、包装区;浸膏的冷藏存放区以及一些公辅设施。

(4)考虑到中药饮片的粉碎过筛和混合等岗位振动比较大，所以将中药饮片的粉碎车间设置于提取车间的第一层。同时，因粉碎的中药材量比较大，粉碎车间设置于第一层也方便中药材的运输。

另外，中药饮片提取后的出渣系统、整个车间人员的换鞋更衣系统以及车间的动力辅助岗位如泵房、制冷系统、真空系统、循环水系统等也适合布置在第一层。

提取设备以及酒精回收塔的竖向布置见图 2.

确定提取车间每一层的层高时，需要考虑工艺设备本身的高度，安装、维修所需高度以及仪表、阀门、管道等的影响。同时，在设计过程中，要将建筑物高度控制在 24m 内，以确保低于高层建筑的标准，从而降低项目造价。因此，依照上述各层布置，各层的高度设计规划如下：一层约 6~6.3m，二层约7~7.5m，三层约 6~6.5m，四层约 3.6~3.9m。总高控制不超 24m，约为 23.8m[4]。提取车间每一层的布置及标高示例见图 3~图 6.

3垂直流设计布置的优点

将中药饮片车间、净药材的存放区以及投料口设置在提取车间的第四层，药材可水平运输，同高度完成投料，降低了操作人员的劳动强度。区别于原来直接在提取罐口的投料，将投料岗位与其他岗位分开，并在投料口配套除尘装置，极大地改善了操作环境，解决了粉尘污染问题。另外，第二层布置出渣车的设计，使得出渣车沿着轨道收集各提取罐的药渣，并在挤压药渣中的药液后通过排渣口将药渣排至第一层顶部的收渣仓中，最后通过运输车辆运走药渣，解决了传统出渣方式下的药渣四溅，药液无序流淌、随运输车轨迹到处滴漏的污染问题。

使用垂直流的设计理念，实现了从传统的平面物流向竖向物流的转变，利用物料本身的重力输送，无需使用真空泵或者输送泵，减少了动力设备的购买、管道的安装以及运行费用。同时，使用垂直流的设计理念，从高度上充分利用车间空间，提高了厂区容积率，节省了土地资源，减少了购买土地的成本，达到了既节能又经济的目的。

04提取车间自动化设计的考虑

随着自动化技术的进步以及在医药领域的推广，中药提取车间的自动化设计也成为一些企业的选择。相比人工控制，实现中药提取车间的自动化控制存在诸多难点：

①很多中药的有效成分不明确，难以将其作为控制参数;

②中药品种多，形状不一;

③中药材特性复杂，有的粘性高，有的气泡多，影响数据测量的稳定性;

④中药提取生产工序较多，工艺复杂，多为间歇生产，难以实现自控。当然，这些都可以通过进一步研究中药材性状、研究产品工艺，找出实现工艺的关键步骤，摸清关键参数，来获取正确方法，以最终实现中药提取的自动化[5]。

中药提取车间要实现自动化，首先，需要弄清楚自动化的要求，要以生产工艺为核心，合理进行工艺布局，梳理清楚每个岗位的自动化要求。其次，要协调好各个技术单位之间的合作，做好厂家、设计院、施工单位、监理单位等的协调工作，保证默契配合共同完成。最后，自动化的实现还要考虑车间的定位，即法规的符合性、产品质量目标、行业技术水平、公司的形象以及资金的投入等。提取车间的自动化是一项复杂的集成工作，每个企业需根据自身的具体情况，酌情选择。

05结语

随着中药提取车间生产工艺的不断改进，国家相关规范的不断更新，提取设备推陈出新以及自动化智能控制的不断完善，对中药提取车间的设计提出更新、更高的技术要求。本文在 2010 版GMP 要求的基础上，结合设计案例，总结经验教训，提出在设计时需要考虑的问题、设计方案、遇到的实际问题及具体的解决办法，以供同行参考和探讨。