浓缩工艺范文

浓缩工艺范文（精选8篇）

浓缩工艺 第1篇

1 仪器与试药

1.1 仪器

丸剂生产联动线(黑龙江迪尔制药机械有限责任公司);TCS电子计价台秤(永康市大阳衡器有限公司);FA2004N电子天平(上海天平仪器厂);LB-2D型崩解时限测定仪(上海黄海药检仪器厂);CH--200槽型混合机(常州市安泰制药机械有限公司);CT-C-Ⅱ热风循环烘箱(南京百奥干燥设备有限公司)。

1.2 试药

桃仁、白茅根水提后浓缩至药液与药材等重;其他诸药干燥粉碎后的药粉。

2 方法与结果

2.1 方法

该生产线为挤压式制丸,工艺流程如下:

2.1.1 粘合剂的选择

取100目的药粉四份,每份20 kg(加入浓缩药液4.5 kg),分别以纯化水,10%淀粉浆和20%淀粉浆各10 kg为粘合剂,记为(1),(2),(3)。充分搅拌后转入生产线,在推料速度Vt=15 r/min,切丸速度Vq=20 r/min的条件下考察生产过程中药条是否易断(易断表明生产过程不连贯,无法实现自动化生产)。结果表明以20%淀粉浆为粘合剂时药条韧性最好。但考虑到淀粉浆加入量过大会影响丸剂的溶散时限。最终选用10%淀粉浆作为粘合剂。见表1。

注:在Vt∶Vq=15∶20(r/min)的条件下,药条会承受一定的拉扯力,观察药条变化情况即可判定药条韧性大小

2.1.2 制丸参数的选择

取100目的药粉5份,每份20 kg(加入浓缩药液4.5 kg),加入10%淀粉浆10 kg充分搅拌,分别以Vt∶Vq=20∶20(r/min)、Vt∶Vq=20∶23(r/min)、Vt∶Vq=20∶25(r/min)、Vt∶Vq=25∶28(r/min)、Vt∶Vq=28∶30(r/min)进行生产试验,记为1,2,3,4,5。以考察生产过程是否连贯及生产能力。结果表明1,4,5号试验生产连贯性较好,5号试验生产能力最大。考虑到后续工序生产情况,最终采用Vt∶Vq=25∶28(r/min)。见表2。

2.1.3 出条片与切刀尺寸的选择

取100目的药粉3份,每份20 kg(加入浓缩药液4.5 kg,加入10%淀粉浆10 kg充分搅拌),分别选用不同尺寸的出条片和切刀搭配进行生产试验,记为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,考察丸粒是否圆整均匀。根据试验结果,最终选用真径为5.3 mm的出条片和真径为5.5 mm的切刀。见表3。

注:推料和切丸的最大速度均为30 r/min;“/”表示由于生产过程不连贯,无计算生产能力的必要

2.1.4 软材含水量的选择

取100目的药粉4份,每份20 kg(加入浓缩药液4.5 kg和淀粉浆10 kg),分别加入纯化水0,1、2、3 kg,充分搅拌,记为(1)、(2)、(3)、(4)。则4份软材的含水量分别约为37.68%、39.44%、41.10%和42.66%。将4份软材转入生产线,在Vt∶Vq=25∶28(r/min),出条片直径为5.3mm和切刀直径为5.5 mm的条件下进行试验,考察制丸情况。结果表明⑶号试验效果较好。见表4。

2.1.5 药粉细度的选择

按照《中国药典》2010年版的规定:“除另有规定外,供制丸剂用的药粉应为细分或最细粉”。因此,取100目和120目两种规格的药粉进行对比。取100目药粉和120目药粉各20 kg(加入浓缩药液4.5 kg),记为a,b。按照“2.1”、“2.2”、“2.3”和“2.4”项下最佳条件制软材进行生产试验,湿丸在75℃下干燥6.5 h[1,2],以性状、水分含量和溶散时限为考察指标进行测定[3]。由于结果相差不大,从经济方面考虑,最终选择a试验,即药粉粒度为100目。见表5。2.1.6清肾浓缩丸制备工艺根据上述试验结果,设计清肾浓缩丸制备工艺为:取100目的原料药粉20 kg、浓缩药液4.5 kg、10%淀粉浆10 kg和纯化水2 kg,倒入槽型混合机充分搅拌后转入自动生产线进行制丸生产。制丸时选择出条片直径尺寸为5.3 mm,切刀尺寸为5.5 mm,推料速度为25 r/min,切丸速度为28 r/min。

2.2 结果

按照上述制备工艺生产3批清肾浓缩丸,批号分别为110922、111009和111020,干燥时间为6.5 h。以半成品的直径、水分含量、溶散时限和重量差异为验证指标,进行工艺验证。见表6。

3 讨论

3.1 实验意义

相比较于传统手工泛丸[4,5,6],自动生产线有如下优点:(1)操作简单,生产效率高;(2)不需要对提取干燥过的中药干浸膏或具有较强吸湿性的药物进行特殊处理或添加其他辅料;(3)设备符合GPP要求;(4)丸粒外观圆整均匀,大小一致。本文的制备工艺方法简单,产品质量稳定,可为其他丸剂自动化生产工艺的制订提供参考。

3.2 关于出条片和切刀尺寸

本工艺中之所以出条片直径为5.3 mm和切刀直径为5.5 mm搭配生产出的丸粒较为圆整,是因为本处方中所含纤维性药材较多,故经制丸机挤压而出的药条会发生膨胀,致使药条直径变大,因此切刀尺寸需略大于出条片尺寸。如果处方中药材所含多糖类或淀粉类成分较多,则出条片和切刀的尺寸可以相一致。

3.3 关于软材含水量

软材含水量过低则出料速度慢,影响生产效率,同时会因使丸粒两端有孔隙而增加包衣工序的难度,甚至出现碎丸;软材含水量过高则药条韧性差,易断,同时会有湿丸粘连现象,甚至丸粒变形,致使烘干、分装工序难度增加。

3.4 关于粘合剂

由于处方、药材产地和采收时间的不同,药粉制成的软材性质亦有所不同(如软材黏性、药条膨胀率等)。因此在生产中要根据实际情况适当调整粘合剂配比,一般调整纯化水的量即可。另外出条片和切刀尺寸的搭配亦需考虑。

参考文献

[1]刘文惠,邓慧敏,曾会湘,等.正交法探讨影响药丸质量的因素[J].中药材,2001,24(7):515.

[2]赵家祥.解决水丸融散时限方法问题的探讨[J].山西医药杂志,2011,40(7):719-720.

[3]国家药典委员会.中国药典[S].一部.中国医药科技出版社,2010:附录5-6.

[4]程明,王琰.浅谈小米起模机械泛制水丸法[J].社区医学杂志,2011,12(9):84-85.

[5]何栋.水丸制作过程中存在的常见问题及解决方法[J].临床合理用药杂志,2010,3(13):13.

浓缩工艺 第2篇

实验材料。处于生长阶段的紫花苜蓿，取其顶部约10cm长新鲜嫩茎叶（采摘于河北科技师院牧场），盐酸、无水乙醇、硼酸、浓硫酸、氢氧化钠、邻苯二甲酸氢钾均为分析纯，721型分光光度计，自动凯氏定氮仪

方法。选择新鲜紫花苜蓿嫩茎叶，洗净沥干水分，料水比2：1打浆，时间9min，纱布过滤。调PH=4，80℃加热5min絮凝浓缩。离心10min，除去上清液，将沉淀物风干得浓缩液蛋白（LPC）。

实验过程

（1）液固比的选择。将乙醇与LPC粉液固质量比2：1、4：1、6：1、8：1、10：1在常温下浸提1h，取浸提液测其吸光度并计算叶绿素得率，对干燥物进行感官评定并测定蛋白质含量，选择较好的液固质量比。

（2）浸提温度的选择。按上步确定好的液固比配比，分别在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃条件下浸提1h，取浸提液测其吸光度并计算叶绿素得率，对干燥物进行感官评定并测定蛋白质含量，选择较好的浸提温度。

（3）浸提时间的选择。按上两步确定好的液固比和浸提温度条件下分别浸提1h、3h、5h、7h、9h，取浸提液测其吸光度并计算叶绿素得率，对干燥物进行感官评定并测定蛋白质含量，选择较好的浸提时间。

（4）正交试验的设计。实验因素为液固比、浸提温度、浸提时间、浸提级数，选用 正交表，正交试验设计见表1。

（5）叶绿素的率的测定。取浸提液用分光光度计在652nm波长下测其吸光度。

（6）蛋白质含量的测定。用凯氏定氮法测定蛋白质含量。

结果与分析

液固质量比对脱色效果的影响。叶绿素得率和蛋白质含量均随液固比的升高而升高，感官评定结果随液固比的升高颜色气味变淡。当液固比为6：1时叶绿素的率较高，脱色效果明显，风干物蛋白含量较高，一般来说固液质量比越大叶绿素得率越高，但考虑到浸提液的浪费问题最佳液固质量比为6：1。

浸提温度对脱色效果的影响。叶绿素得率和蛋白质含量均随浸提温度升高而升高，浸提液颜色越深，风干物感官色泽越浅，气味残留越低。当温度为80℃时风干物蛋白含量达到最大，随温度升高，叶绿素浸出越多。理论上温度越高脱色效果越好，但乙醇蒸发呈沸腾状态下不慎泄露可能会发生爆炸，综合考虑80℃效果较好。

浸提时间对脱色效果的影响。叶绿素得率和蛋白质含量均随浸提时间升高而升高但3h后趋势平缓，风干物色泽气味也相差不大，烤炉到3h后脱色效果不太显著，且延长时间会增大成本，故选用3h较好。

最佳工艺参数的确定。通过正交试验，得到最佳工艺条件是液固质量比为6：1，浸提温度为80℃，浸提时间4h，浸提级数3级。R值愈大表明该因素水平对试验指标的影响也越大，这个因素愈重要。反之，R值愈小，这个因素就愈不重要。各因素的主次顺序为：D>B>A>C，即浸提级数>浸提温度>液固质量比>浸提时间。

利用上述最佳工艺参数得到的脱色浓缩叶蛋白的颜色为灰白色，有很淡的草腥味，蛋白含量味57.01%。

影响苜蓿浓缩叶蛋白用无水乙醇浸提脱色的因素：浸提时间、浸提温度、液固质量比、浸提级数，对苜蓿叶蛋白浸提脱色效果的影响顺序为：浸提级数>浸提温度>液固质量比>浸提时间。

苜蓿叶蛋白用无水乙醇浸提脱色的最佳工艺条件为：液固质量比为6：1，浸提温度为80℃，浸提时间4h，浸提级数3级。

（作者单位：北京味食源食品科技有限责任公司）

超滤法浓缩鳀加工蒸煮液的工艺研究 第3篇

目前, 已有研究采用真空浓缩工艺对鳀蒸煮液进行浓缩[5], 但是膜技术的采用尚未在该领域展开, 未见相关的报道。该试验以鳀蒸煮液为原料, 采取超滤技术浓缩回收蛋白质和氨基酸, 主要研究了聚醚砜膜浓缩蛋白质和氨基酸的工艺条件, 包括膜孔径的大小、压力、流速和样品pH, 为工业化生产提供设计参数。

1 材料与方法

1.1试验材料

原料为浙江瑞安市华盛水产品加工厂提供的鳀蒸煮液。膜超滤装置为美国密理博中国有限公司生产的Labscale研发型切向流系统, 及其Pellicon盒式膜包, 包括5、10、30、50和100 kDa 5种孔径的聚醚砜膜。

1.2测定方法

蛋白质质量浓度测定用凯式定氮法, 采用瑞士福斯的蛋白质测定仪, 参照GB/T 5009.39-2003;氨基酸质量浓度测定用酸碱滴定法, 采用瑞士万通的自动电位滴定仪, 参照GB/T 5009.39-2003方法;氯化钠质量浓度的测定用沉淀滴定法, 采用瑞士万通的自动电位滴定仪, 参照GB/T 12457-2008方法;不溶性固形物质量浓度的测定用重量法, 参照GB/T 12296-1990方法。

1.3试验方法

该试验采用切向流过滤 (TFF) 技术, 与常规的垂直过滤 (NFF) 不同, 在切向流过滤中, 液体切向流过膜表面, 流体产生的跨膜压力将部分溶液压过滤膜, 截留部分则在系统中循环过滤。整个过程中液体以一定的速度连续流过膜表面, 过滤的同时也对滤膜表面进行冲刷, 使膜表面保持干净不易形成凝胶层, 从而保持稳定且较高的过滤速度。

1.3.1 样品预处理方法的选择

该试验的样品是含有大量颗粒杂质的鳀蒸煮液, 为降低样品对超滤膜的污染、保持超滤膜良好的分离特性和通量、克服浓差极化, 因此, 在超滤前必须对样品进行预处理, 除去不溶性固形物。离心分离虽然能很好地分离其中的不溶性杂质, 但是其能耗较大, 不适合大规模生产, 故该试验采用滤纸抽滤和0.2 μm微滤膜过滤2种方法处理, 以确定最佳预处理方法。

1.3.2 膜孔径的确定

膜孔径的大小不仅影响膜分离的效果, 而且还影响膜分离的效率, 因此, 首先要选择合适孔径的超滤膜。该试验选取膜孔径为5、10、30、50和100 kDa的5种聚醚砜膜, 温度30 ℃, 样品pH 8.5, 进样流速1.56 mLs-1, 压力206.85 kPa, 对200 mL样品进行浓缩, 浓缩倍数为1, 分别测定浓缩液和滤出液的各参数, 以确定最佳膜孔径。

1.3.3 超滤压力的确定

选用30 kDa孔径的聚醚砜膜, 测定不同压力下的膜通量和超滤压力的关系。在30 ℃下, 样品pH 8.5, 进水流速1.56 mLs-1, 超滤30 min, 测定滤出液的体积, 以确定最佳操作压力。

1.3.4 进样流速的确定

选用30 kDa孔径的聚醚砜膜, 测定不同进样流速下的膜通量和流速的关系。在30 ℃下, 样品pH 8.5, 压力137.90 kPa, 超滤30 min, 测定滤出液的体积, 以确定最佳进样流速。

1.3.5 样品pH的确定

在30 ℃、最佳的操作压力和进样流速条件下, 测定不同pH条件下膜通量的变化, 以确定合适的pH。

2 结果与分析

2.1超滤前样品的预处理

样品预处理的主要目的是去除其中的固体颗粒, 降低对超滤膜的污染, 减少对膜通量的影响, 使超滤膜保持良好的分离特性。采用常规的抽滤和微滤法过滤, 样品中不溶性固形物的质量浓度从原来的2.26 gL-1分别降至0.05和0.03 gL-1, 基本可以除去样品中的固体颗粒, 达到预期的目的 (表1) 。将处理完的样品放于4 ℃冰箱保存, 过一段时间后观察, 微滤处理的样品比较清澈, 而抽滤处理的样品出现轻微的浑浊现象。由于氨基酸的分子量较小, 因此, 2种方法对氨基酸基本上无截留, 与原液中的质量浓度基本一致。微滤法可以更好地保留蛋白质, 而且对盐分有较好的去除能力。而滤纸抽滤不仅去除盐分不明显, 而且对蛋白质的保留能力不足。综上所述, 选用微滤技术作为样品的预处理方法。

注:同一列中具不同字母标记的数值表示差异显著 (P<0.05) , 后表同此

Note:Values with different letters in the same column are significantly different from each other (P<0.05) ; the same case in the following table.

2.2膜孔径对膜浓缩过程的影响

对膜孔径为5、10、30、50和100 kDa的5种聚醚砜膜进行对比试验, 研究膜孔径对浓缩效果和膜通量的影响。样品在pH 8.5、进样流速1.56 mLs-1、操作压力206.85 kPa、浓缩1倍的条件下, 随着分子截留量的增大膜通量也增大, 当膜孔径增至30 kDa时, 膜通量为76.3 L (m2h) -1, 增幅较明显, 但当膜孔径继续增大时, 膜通量的增幅变缓慢 (图1) 。蛋白质和氨基酸态氮的截留量也随着分子截留量的减小而提高, 其中对蛋白质的截留量相对较高, 最高分别为5.33和0.58 gL-1, 质量浓度分别为处理前的1.63和1.18倍;但是, 5种膜对氯化钠的分离作用都不显著且相差较少, 浓缩液中氯化钠的质量浓度都在21.1 gL-1左右, 过滤液中氯化钠质量浓度都在20.6 gL-1左右, 与原料液中的22.24 gL-1相差较小 (表2) 。综合各方面因素, 孔径为30 kDa的膜具有较高的蛋白质等物质的截留量, 膜通量也较高, 所以该试验选取孔径为30 kDa的聚醚砜膜进行下步研究。

2.3操作压力对膜通量的影响

在操作压力小于68.95 kPa时, 随着压力的增大膜通量也随之增大, 并且呈一定的线性关系;当压力从68.95 kPa上升至172.38 kPa时, 膜通量随着压力的增大缓慢增加, 且在172.38 kPa时达到最大值69.5 L (m2h) -1;当压力超过172.38 kPa时, 膜通量开始下降, 之后达到平衡 (图2) 。由此可见, 操作压力过高也是导致膜污染的原因之一。因此, 综合膜通量和保护膜的考虑, 选取低于临界压力的137.90 kPa为最佳的操作压力 (由于该仪器压力计的最大量程为413.70 kPa, 出于对仪器的保护, 当压力达到344.75 kPa时不再加压) 。

2.4进样流速对膜通量的影响

随着进样流速的增大, 膜通量也增大, 且增幅较大。当进样流速达3.33 mLs-1时, 再增加进样流速, 膜通量趋于平衡 (图3) 。虽然流速从2.50 mLs-1升至3.33 mLs-1时, 膜通量由60.8 L (m2h) -1上升至80.0 L (m2h) -1, 但是为了保护仪器, 延长仪器的使用寿命, 同时减少能耗, 选取最佳的进样流速为2.50 mLs-1。

2.5pH对膜通量的影响

使用30 kDa的膜对样品进行超滤, 样品pH的变化对膜通量具有较显著的影响。样品在酸性条件下超滤的膜通量较低, 当pH由4升至7时, 膜通量几乎呈线性增长, pH继续上升, 膜通量的变化不明显 (图4) 。由于样品本身的pH为8.5, 此时的膜通量94.4 L (m2h) -1, 稍低于pH为10时的96.0 L (m2h) -1。鉴于样品处理量大和调节样品pH需要消耗大量的试剂, 选择最佳的pH为8.5。在最佳的超滤条件操作下, 样品体积浓缩倍数为1时, 蛋白质浓缩倍数为1.61, 蛋白质的截留率为80.6%, 对氨基酸和氯化钠的截留效果不显著。

3 讨论

3.1样品预处理的探讨

超滤膜对样品的要求较高, 样品中不能含有不溶性固形物等可见颗粒, 防止超滤过程中对膜孔造成不可逆的污染, 影响膜分离性能和膜通量。超滤前需对样品进行预处理, 常用的方法是离心和过滤。对比了程坷伟等[6]和陈寿鹏[7]的离心预处理发现, 由于样品的性质不同以及离心的转速等因素对预处理的效果有很大的影响, 需进行进一步研究。鉴于样品处理量较大, 采用离心处理能耗较大, 且不能进行连续的处理, 该试验将样品静置后, 分别进行抽滤和微滤处理, 结果显示微滤对样品中固体颗粒的去除效果更显著。高红宁等[8]的试验也证明微滤处理能有效除去悬浮杂物, 而且微滤处理后样品中蛋白质的保留量较高, 此结果与左勇等[9]的试验结果一致, 并且微滤处理的脱盐效果也较好, 故研究选用微滤法对样品进行预处理。

3.2超滤膜孔径的选择

超滤膜根据膜材料及膜孔径的不同, 对超滤过程的分离能力和性能都有较大的影响。最优的超滤膜应该具有蛋白质截留率高、氨基酸截留率高、氯化物截留率低以及平均膜通量大的特点。分子截留量较大时, 超滤的平均膜通量较大, 但是对蛋白质、氨基酸的截留效果不理想;分子截留量较小时, 虽然对于蛋白质、氨基酸的截留效果较好, 但是平均膜通量小, 耗时且能耗较大, 并且可能截留较多的氯化物。文章研究了5种不同孔径的聚醚砜膜 (100、50、30、10和5 kDa) 对样品的浓缩效果, 以确定最佳的分子截留孔径。分子截留量为50和100 kDa的膜平均滤通量较大, 但对蛋白质等的截留效果不好;而10和5 kDa的膜对蛋白质等的截留效果好, 但通量太低;只有分子截留量为30 kDa的膜, 在膜通量和截留率间取得很好的平衡, 在5种膜中其超滤性能最佳, 故选择截留孔径为30 kDa的膜进行超滤工艺的相关试验。

3.3孔径为30 kDa膜最佳超滤工艺条件的确定

影响超滤效果的因素有很多, 主要包括操作的压力、进样流速、样品pH和操作温度4个方面, 为了达到较好的超滤效果, 需对不同的超滤条件进行分析, 以确定最优的工艺方案。

随着温度的升高, 蛋白质的粘度降低, 溶液扩散增强, 浓差极化现象减弱, 超滤膜的滤速必然增大, 但过高的温度会造成蛋白质凝胶化[10,11], 且聚醚砜超滤膜的允许温度应低于50 ℃;同时, 考虑到改变样品温度的能耗和保持样品温度的复杂操作, 该试验选择30 ℃ (室温) [12]为最佳的操作温度, 仅对其余3个方面进行研究。

3.3.1 膜通量与操作压力的关系

从试验结果可见, 操作压力对膜通量的影响很显著, 随着操作压力的增大, 膜通量也增大, 但是当操作压力达一定程度后, 再增大压力, 膜通量反而下降。该结果与程坷伟等[6]的研究结果类似。这是因为当压力较小时, 在膜表面及膜孔内只形成少量的吸附和凝胶层, 这时候物料中压向凝胶层内的溶质和由物料切线流动和扩散带走的溶质基本能够保持动态平衡, 增大压力产生的压差会使膜通量增大;而在压力达到一定程度后, 吸附和凝胶层迅速加大, 增大压力只会使凝胶层变厚压实, 所以通量不再随着压力的增大而增大, 这时的压力称为临界压力[13]。而且如果继续增加压力, 会将与膜孔大小相近的分子压进膜孔, 造成膜的污染、膜通量下降, 严重者会使膜造成不可逆的破坏。KISHIHARA等[14]的研究还表明, 操作压力较大时, 膜的初始通量也较大, 但是衰减也相对较快, 这是因为通量越大, 膜表面截留的物质浓度增大较快, 更容易形成凝胶层, 当凝胶层稳定后, 膜通量主要受到凝胶层的控制, 导致膜通量的变化与压力变化无关[15]。该试验在此方面的研究尚不足, 以后需对工艺的研究进行完善。

3.3.2 膜通量与进样流速的关系

从图3可以看出, 随着进样流速的增大, 膜通量也增大, 这是因为流速增大导致物料在膜表面形成凝胶层以及凝胶层上的边界层的能力下降, 从而减弱了浓差极化和边界层的阻力, 导致膜通量增大。但是继续增加流速, 膜通量的变化不明显。BALAKRISHNAN等[16]曾在糖蔗汁超滤过程中发现同样的现象, 并把其分为2部分:1) 对应于浓差极化的加重和凝胶层的不断形成, 膜表面切向流速的增加更有利于切割掉膜表面的沉积层, 以及减轻浓差极化和程度;2) 对应于凝胶层稳定后的过滤, 此时进样的切割力不足以减轻渗透阻力, 所以滤速由凝胶层控制而不再受到流速的影响。虽然高的进样流速会增大膜通量, 但是较高的流速对泵的损伤较大, 故该试验选择最佳的进样流速为2.50 mLs-1。

3.3.3 膜通量与pH的关系

pH的变化会改变蛋白质分子表面所带电荷的极性和蛋白质分子间的静电作用[17], 进而影响蛋白质分子的存在状态以及蛋白质与膜之间吸附作用的强弱, 相应地对超滤膜通量产生影响。吕斯濠[18]认为, 从分离蛋白质的角度考虑, 蛋白质在pH 4.5其溶解度低, 易于形成较大的蛋白颗粒而被超滤膜截留, 且不易堵塞在膜孔中, 并且此时蛋白质的粘度最低, 在切向流的条件下, 膜表面的剪切力更易于把膜表面沉积的物质剪切掉, 从而减薄了沉积层的厚度, 有利于保持较高的膜通量, 但此结论与试验结果存在差异。该试验结果表明, pH越高, 超滤通量越大, 但在pH大于7时, 增幅不明显。当把pH调到7以下时, 可用肉眼观察到原来澄清的料液逐渐出现乳白色混浊, 且随pH的下降, 混浊度越来越高。这是由于在低pH时, 蛋白质颗粒带正电荷;在中等pH时, 蛋白质颗粒不带电荷, 以两性离子形成存在;在高pH时, 其带负电荷。聚醚砜膜表面带负电荷, 当pH较高时, 蛋白质颗粒和膜表面相互之间的静电斥力将会减轻吸附污染的影响, 所以, 采用中性或者弱碱性pH进行过滤时, 膜通量更大[19]。

由于样品pH大于7时, 膜通量的变化不显著, 且保持在较高的水平, 而样品本身的pH为8.5, 此时的膜通量为94.4 L (m2h) -1, 较理想, 因此保持样品原来的pH为最佳。

4 小结

浓缩工艺 第4篇

近几年来, 中国南方离子稀土矿的品位逐渐降低, 且浸出液中的稀土浓度也相对较低, 含有大量杂质的离子, 例如:二价铜离子、三价铝离子、二价钙离子、二甲镁离子、三价铁离子等。就萃取工艺而言, 浸出液中稀土浓度过低, 有机相与水相之比会变大。目前大部分杂质离子会使萃取的条件逐渐恶化, 从而出现乳化的现象, 导致分相比较困难, 加之, 一些杂质离子在被萃入到有机相的过程中, 会使产品纯度受到影响。因此, 在萃取之间要对浸出液除杂与浓缩。

近几年来, 主要使用沉淀法来除杂与浓缩, 其中草酸盐的沉淀法主要是将浸出液中杂质、富集稀分离开来, 但草酸有毒性, 会影响到相关操作人员健康, 一些过量草酸需要实施无害处理, 这在很大程度上加大了废水处理难度。而碳酸盐的沉淀法优势是成本较低, 溶度积与草酸稀土相比较小, 容易沉淀, 而且稀土沉淀率比较高、无毒。但是碳酸氢铵容易和浸出液中杂质发生反应, 生成难溶盐, 从而影响到稀土产品质量。因此, 为解决以上沉淀法中的问题, 急需开发出可以解决离子稀土矿浸出母液浓缩和除杂的工艺。其中工信华鑫科技集团通过大量试验, 终于开发了以GX稀土料为基础的吸附交换型技术, 这种技术能够解决离子矿浸出母液浓缩与除杂难题[1]。

1 GX稀土的专用材料

GX稀土的专用材料一般指硅胶经过酸洗→水合→烷基化→接枝后获得的无机或是有机复合的材料, 主要以Si O为骨架、-CH2NHCH2PO (OH) 2为官能团的鳌合树脂类, 会和金属离子反应成多配位的络合物[2]。和传统有机离子的交换树脂比起来, 这种螯合树脂结合金属离子的能力比较强、选择性比较高。而GX稀土的专用材料主要有以下几个特点:对于稀土离子的吸附力比较强;1 g吸附材料可以吸附0.1 g稀土;对于镁、铝与钙等杂质的离子分离效果比较好;硫酸稀土的溶解度比较小, 目前萃取分离基本是在盐酸中操作, 当材料将稀土吸附后, 使用盐酸来解吸, 从而转成氯化类稀土;解吸酸度比较低, 解吸液p H值可以达到3~5, 同时应用酸度低特点, 可进行循环的解吸, 确保解吸液稀土质量浓度上升到100 g/L;专用材料在转型的过程中, 一般不会应用氨水, 工艺全过程没有排放出氨氮。

2 工艺路线

新型离子型稀土矿浸出母液的浓缩工艺主路线如下:让离子稀土浸出液从装有GX的稀土材料吸附柱中穿过, 以便对稀土的浸出液中铝铁等杂质进行优先吸附, 当吸附结束后浸出液不再含有铝、铁, 而硅、稀土、镁与钙等会保留在稀土浸出液。再经过稀土的专用材料吸附, 硅、稀土、镁与钙等杂质就可以被彻底吸附, 实现稀土富集与分离, 获取纯净稀土的浓缩液。但是GX稀土的专用料对于金属离子的吸附顺序存在差异, 尤其对稀土吸附能力比较强, 能有效分离出杂质与稀土。同时应用新设备、新材料与新技术实现目标金属提纯、定靶吸附与分离等作业, 可以克服传统离子的解吸、吸附与冲洗三个环节中的难题, 彻底实现环保冶金的效果。

3 试验分析

3.1 杂质分离的试验

串联三个试验的吸附柱来模拟仿真连续吸附的交换床, 在吸附柱中填装GX稀土的专用材料实施预处理, 然后配置饱和的草酸溶液, 主要用来检验稀土的穿漏, 从而获取穿漏的数据。

3.2 浸出

模拟离子型稀土矿的矿山原地浸出柱浸, 其中填装的稀土矿为5 kg, 配制的质量分数是2%的硫酸铵, 并以0.5 L/h的流量对稀土矿进行淋洗, 淋洗时间为4 h, 可获取大约2 L稀土的浸出液, 浸出液Re O质量浓度为0.48 g/L, Al质量浓度为0.17 g/L, Fe的质量浓度小于0.001 g/L, p H值为4.5。这种离子型稀土矿是低品位的稀土矿, 其浸出液的稀土浓度比较低, 铝含量比较高。

3.3 吸附交换

应用蠕动泵以18 m/h的流速对稀土浸出液进行吸附, 且吸附出的水体积是1.815升, 水中的Fe、Re O与Al质量浓度均比0.001 g/L小, 而吸附率均达到l00%。完成吸附后应用1 mol/L盐酸来解吸, 其解吸流速是2 m/h, 可获得0.6 L的解吸液, 然后分析检测铁、稀土与铝含量, 除杂的试验结果从表1中可以看出, 18、28、38是三个串联吸附柱。从表1中可知, 解吸率都达到了100%。且铝会优先吸附在第一吸附柱上, 后续的吸附柱是较纯净稀土, 同时获得富集, 再结合连续床工作模式实行循环的解吸可获取浓度、纯度较高的浓缩液。

3.4 稀土富集的试验

应用十八柱连续吸附的设备, 并调整好吸附柱制式, 按照制式来管道, 然后在吸附柱中填入GX稀土的专用材料实施预处理, 使用3 mol/L的盐酸溶液进行解吸。应用蠕动泵以18 m/h的流速对稀土浸出液进行吸附, 且吸附出水的稀土不会穿漏, 水体积是40 L。再用加酸后的解吸液循环解吸稀土, 获得富集, 其流速为0.5 m/h, 一共获得150 m L的稀土解吸液。并对解吸液和吸附出水中的铁、稀土与铝含量进行检测, 吸附解吸的试验结果从表2中可以看出。

从表2中可知, 吸附后出水中稀土比检测限要低, 可以保证稀土资源回收率, 而解吸液中的稀土含量超过了100 g/L, 富集大约是200倍, 其中稀土与铝比值大约是176.4∶1, 稀土与铁比值大约是568.3∶1。按照试验过程进行计算, 得出GX稀土的专用材料吸附稀土容量大约是0.85 mmol/g, 也就是1 g GX稀土专用的材料可以吸附0.1 g稀土。

4 结语

GX稀土的专用吸附材料主要结合了连续性的交换技术与装备, 尽可能有效分离富集稀土与杂质, 这样不仅可以提高离子稀土资源回收率, 而且便于连续、经济地获得富集稀土, 真正实现无污染的离子型稀土提取, 进而提高稀土浓缩质量。

参考文献

[1]邱廷省, 方夕辉, 伍红强.离子型稀土矿中铝铁杂质的浸出与抑制规律[J].中国有色金属学报 (英文版) , 2014, 23 (9) :2 986-2 990.

浓缩工艺 第5篇

吸附树脂是一种化学惰性、多孔和球形状体, 具有很好的吸附和再生性能。用于果汁吸附的树脂是一种专用树脂, 果汁中的疏水性化合物多酚物质及色素化合物, 被物理吸附并保持在树脂的骨架上, 由此去除果汁中的多酚物质, 提高色值。

本文在浓缩苹果汁生产工艺的基础上, 采用响应面法优化浓缩苹果汁树脂吸附工艺, 从而能更好地除去浓缩苹果汁中的多酚, 提高浓缩苹果清汁的初始色值并在贮藏过程中保持其色值稳定。

1 试验材料与方法

1.1 试剂与材料

大孔树脂:LSA-900B、LSA-900C、LSA-900D, 西安蓝晓;一水合没食子酸, sigma公司;浓缩苹果汁, 自制。

1.2 主要设备

分光光度计 (725E) 、折光仪 (PAL-1) 、酸度计 (FE20) 、超滤试验机 (GCG-1) 和蠕动泵 (BT00-300M) 。

1.3 方法

1.3.1 检测指标

色值 (T440) :按GB/T 18963-2003规定方法检测。

总酚:福林-酚法, 精确称取0.110g一水合没食子酸标准样品, 蒸馏水溶解并定容至100mL, 浓度为1mg/m L。分别准确量取上述溶液0、1.0、2.0、3.0、4.0和5.0mL至100mL容量瓶中, 用蒸馏水定容至刻度, 所得一水合没食子酸标准溶液的质量浓度分别为0、0.01、0.02、0.03、0.04和0.05mg/mL, 分别吸取上述一水合没食子酸标准溶液1mL, 加1mL福林酚, 加3mL 7.5%碳酸钠溶液, 定容至10mL, 混匀, 至室温下显色2h, 于765nm波长下比色, 测定吸光度, 建立标准曲线。

1.3.2 试验方法

取30g混合比例树脂 (LSA-900B、LSA-900C、LSA-900D) , 湿法装柱, 超滤后的苹果汁 (色值在60左右, 糖度在13°Brix左右) 过柱, 每组试验用500mL苹果汁, 检测树脂吸附前后苹果汁的色值及总酚。

1.3.3 响应面试验设计

根据单因素试验确定的范围, 将树脂比例、pH值和流速作为动态吸附的3个因素, 每个因素3个水平。以色值 (吸附前后色值之差) 及总酚 (树脂吸附总酚的量) 为响应值, 采用三因素三水平的响应面分析方法确定树脂吸附最佳的组合条件。

2 结果与分析

2.1 浓缩苹果汁总酚含量的测定

一水合没食子酸标准曲线:以吸光度A765nm对一水合没食子酸含量进行直线回归, 得回归方程Y=0.1569X-0.1445, R2=0.9992, 说明线性关系良好, 线形范围在0~8mg/L。标准曲线如图1所示。

2.2 响应面法优化浓缩苹果汁树脂吸附工艺条件

2.2.1 以色值为响应值进行响应面优化试验

按照试验方案进行三因素三水平试验, 研究影响因素对苹果汁色值的影响, 试验结果和方差分析结果见表2和表3。对试验数据进行回归分析, 得到的回归方程为:

用F检验判定回归方程中各变量对响应值影响的显著性, 概率越小, 则相应变量的显著程度越高。

由表3可知:该回归模型F检验极显著 (P<0.01) , 其失拟项在α=0.05水平上不显著 (P>0.05) , 其决定系数R2=0.9950, 表明此模型拟合程度较好, 其响应值的变化有99.50%与所选变量有关。因此, 回归方程能较好地描述各因素与响应值之间的关系, 各具体试验因子对响应面值的影响不是简单的线性关系。各因素中p H值对苹果汁色值影响极显著 (P<0.01) , 树脂比例和流速在试验范围内对苹果汁色值没有显著影响 (P>0.05) , p H值得二次项对苹果汁色值有极显著影响 (P<0.01) 。三因素影响的大小关系是:p H值>流速>树脂比例。

注:**表示极显著水平 (P<0.01) ;*表示显著水平 (P<0.05) 。

图2为各因素之间两两相互关系对苹果汁色值影响的响应面和等高线图。对试验结果进行分析处理, 得出浓缩苹果汁树脂吸附工艺的最优条件为:树脂比例1∶2.87∶1、p H值3.42和流速0.92mL/min, 模型预测的最大值为35.67。考虑到实际操作的局限性, 各因素分别取整, 修正为:树脂比例1∶3∶1、p H值3.5和流速1.0mL/min, 在该条件下进行3次试验, 平均值为35.59, 与模型预测值拟合度高。而以工厂现有工艺进行试验得出的值为30.1, 说明优化后的工艺优于工厂现有工艺。

2.2.2 以总酚为响应值进行响应面优化试验

按照试验方案进行三因素三水平试验, 研究影响因素对苹果汁总酚吸附效果的影响, 试验结果和方差分析结果见表3和表4。对试验数据进行回归分析, 得到的回归方程为:

用F检验判定回归方程中各变量对响应值影响的显著性, 概率越小, 则相应变量的显著程度越高。

注:**表示极显著水平 (P<0.01) ;*表示显著水平 (P<0.05) 。

由表4可知:该回归模型F检验极显著 (P<0.01) , 其失拟项在α=0.05水平上不显著 (P>0.05) , 其决定系数R2=0.9609, 表明此模型拟合程度较好, 其响应值的变化有96.09%与所选变量有关。因此, 回归方程能较好地描述各因素与响应值之间的关系, 各具体试验因子对响应面值的影响不是简单的线性关系。各因素中树脂比例和流速在试验范围内对苹果汁总酚没有显著影响 (P>0.05) , p H值有显著影响 (P<0.05) , p H值和流速的二次项对苹果汁总酚的影响极显著 (P<0.01) 。三因素影响的大小关系是:p H值>流速>值树脂比例。

图3为各因素之间两两相互关系对苹果汁色值影响的响应面和等高线图。对试验结果进行分析处理, 得出浓缩苹果汁树脂吸附工艺的最优条件为:树脂比例13.06∶1、p H值3.40和流速1.06mL/min, 模型预测的最大值为30.50。考虑到实际操作的局限性, 各因素分别取整, 修正为:树脂比例1∶3∶1、pH值3.5和流速1.0mL min。在该条件下进行3次试验, 取平均值为30.45, 与模型的拟合度高。而以工厂现有工艺进行试验得出的值为26.1, 说明优化后的工艺优于工厂现有工艺。

3 结论

采用响应面法优化了浓缩苹果汁树脂吸附工艺, 分别以色值和总酚为响应值进行优化试验, 对优化结果分别取整, 得出了相同的最佳吸附工艺参数, 该工艺条件为树脂比例1∶3∶1、pH值3.5和流速1.0mL/min。

摘要：本文研究利用响应面法优化浓缩苹果汁树脂吸附工艺条件。在单因素试验的基础上, 利用响应面研究了树脂比例、pH值和流速对浓缩苹果汁树脂吸附工艺条件的影响, 建立了回归模型, 验证了模型的有效性。分别以色值和总酚为响应值进行优化试验, 对优化结果分别取整, 得出最佳吸附工艺条件为树脂比例1:3:1、pH值3.5和流速1.0mL/min。

关键词：响应面法,树脂吸附,色值,总酚

参考文献

[1]赵安庆, 王育红.苹果浓缩汁的色值控制[J].甘肃联合大学学报, 2008, 22 (1) :74.

[2]Schobin Ger U., Barbic I., Duerr P., et al.Phenolic compounds in apple juice-positive and negative effects[J].Fruit Process, 1995, 5 (6) :171-172.

[3]Beveridge T., Tait V..Structure and composition of apple juice haze[J].Food St-ructure, 1993, 12 (2) :195-198.

[4]易建华, 仇农学, 朱振宝.树脂法生产无色浓缩苹果汁的初步研究[J].饮料工业, 2001, 4 (4) :10-15.

[5]易建华, 仇农学.树脂法生产澄清苹果汁的探讨[J].食品工业, 2001 (2) :17.

冷凝器在中药提取浓缩工艺中的应用 第6篇

中药是中华民族的瑰宝, 中国是中药的发源地。随着人们对西药的局限性和毒副作用认识与了解的日益深入, “回归自然”和采用天然药物越来越成为人们的共识, 这就为中医药发挥其特长优势提供了前所未有的发展机遇。当前形势下的中医药面临着医学模式的转变、疾病谱和药源性疾病以及老龄性疾病的增多、预防保健需求的增长、经济的全球化和文化的多元化, 这都为中医药提供了广阔而美好的发展前景。中医药的精要之处在于其主张“天人合一”的整体观和辨证论治以及未病先防的思想, 这和现代医学社会心理生物医学模式的发展不谋而合。现代人更崇尚自然, 世界回归自然势不可当, 在国际上越来越多的人相信中医药, 重视中医药, 中医药走向世界是一种必然趋势, 它将可能引领世界未来医学发展的方向。

长期以来, 由于中药的特殊性, 如原料的地域性、组成的复杂性、复方配伍的多样性等, 加之生产工艺落后, 生产效率低, 缺乏科学、严格的工艺操作参数及系统的量化指标, 致使产品质量不稳定, 产品仍多是传统的丸、散、膏、丹类剂型, 使得市场竞争能力差, 很难将中药推向市场, 更难满足国际市场的需求。因而, 要在继承发扬中医药的优势特色基础上, 充分利用现代科技手段, 借鉴国际通行的医药标准和规范, 研究开发能够合法进入国际医药市场的中药产品, 使我国传统中药向产业化、现代化、国际化方向发展, 使之成为我国民族产业中的一个新的经济增长点[1]。

2 中药提取浓缩工艺介绍

中药制药一般包括提取、浓缩、纯化、干燥和制剂等几个工序。其中, 提取液的浓缩是现代中药制药的关键单元操作之一。传统工艺存在着浓缩温度高、浓缩时间长、有效成分及挥发性成分有损失、一步浓缩难以满足高质量的要求、设备易结垢、废液排放等问题。为了解决这些问题, 研究者开发了一系列先进的中药提取液浓缩新工艺和新技术, 主要包括:悬浮冷冻浓缩、渐进冷冻浓缩、自然外循环两相流浓缩、在线防挂壁三相流浓缩、反渗透、膜蒸馏、渗透蒸馏、大孔吸附树脂分离浓缩等[2]。

蒸发浓缩既能保持中医药的特色, 又对中药品种具有很强的适应性, 在中药制药中应用最早也最广泛。蒸发浓缩过程的温度和受热时间等是影响浓缩液质量的关键因素。自20世纪70年代以来, 开发应用了多种类型的中药提取液蒸发浓缩工艺和装置, 这些装置包括夹套浓缩器、升膜浓缩器、降膜浓缩器、刮板薄膜浓缩器、离心薄膜浓缩器、滚筒刮膜浓缩器、双滚筒真空浓缩器、自然外循环两相流浓缩器和在线防挂壁三相流浓缩器。

其中, 自然外循环两相流浓缩器的结构简单, 操作稳定、方便、传热效率高, 传热面积大, 适用于大规模生产, 可组成多效以利用产生的二次蒸汽, 降低能量消耗。该类浓缩器虽然具有提取液停留时间长的不足, 但是中药生产一般在真空条件下操作, 降低了蒸发温度, 因此也适用于热敏性料液的浓缩。相对而言, 其具有不易结垢、最终浓缩液相对密度大的特点。该类浓缩器于20世纪80年代后期在中药生产中开始应用, 20世纪90年代至今被广泛应用, 以其良好的适应性、可操作性、经济性等优势逐渐取代了其他种类的浓缩器。

3 中药提取浓缩装罝与冷凝器的应用

3.1 中药提取浓缩装置

在中药提取的过程中, 溶剂的用量是药材量的6~8倍, 为了降低生产成本和满足废液排放标准, 企业往往对有机溶剂的回收再利用这方面非常关注。由于中药材中的有效成分有些是热敏性的, 在高温环境下可能会失去活性。因此, 为了防止中药材的有效成分特别是生物活性成分被破坏流失, 中药提取浓缩往往在低温减压状态下进行。中药提取主要应用的溶剂是水和乙醇, 水提可在50~100℃, 醇提在40~80℃, 可以根据不同中药材的工艺要求进行调节。

图1为一种中药提取浓缩装置。

由于提取罐内处于真空减压低温状态, 这使得中药材细胞加快膨胀, 细胞膜迅速破裂, 细胞内有效成分不断溶出, 加上热回流的新溶剂不断地补充, 使溶剂反复运动于药材表面与渗透至药材内部, 药材与溶剂始终保持较高的浓度梯度, 加快了药材有效成分的溶出, 提高了中药材的提取率。溶剂的回流离不开冷凝器的使用, 只有利用冷凝器把蒸发的溶剂冷凝并冷却到一定温度, 溶剂才能回到提取罐内被再次利用。

3.2 减压蒸馏的特点

“减压状态”或“真空状态”是指在给定时间内气体压强低于环境大气压的稀薄气体状态, 亦即气体分子密度低于环境大气压下气体分子密度的状态。

气体分子是气体内部换热的基本载体, 气体的绝对压力与气体分子密度 (单位体积内气体分子数) 成正比。分子的碰撞是饱和蒸汽冷凝的前提, 抽真空使换热器内部的气体密度下降, 气体分子数减少, 气体分子之间发生碰撞的几率减小, 从而降低了热量传递速度, 蒸汽冷凝越难。真空度越高, 气体密度越小, 分子发生碰撞的几率也越小, 蒸汽冷凝需要的换热行程和换热面积越大;抽真空时, 由于两侧压差比较大, 物料大量蒸发导致通过管道或者换热器的流速很大, 以致换热器的流通截面积受限或者阻力降很大。

3.3 减压蒸馏冷凝器的设计

蒸馏冷凝器的特点是表观气速相当大, 同时由于在真空条件下操作, 一些在常压/加压冷凝器设计中不明显的特点表现出来, 主要有[3]:

(1) 在处理同样气量和气体流通截面相等的条件下, 真空操作较加压操作时的气体流速大, 从而剪切力增大, 导致冷凝液膜变薄, 而且冷凝液也可能提前向湍流过渡。因此, 冷凝传热膜系数可能比重力冷凝提高4倍左右。

(2) 真空操作时加速度对压力梯度的影响也很大, 管内冷凝时的压力梯度可表示为:

式中x气体质量;

m单位截面积上气体的质量流率;

εg孔隙率;

ρL, ρg液体、气体的密度。

由式中可见, 右边第二项的值与气体密度成反比, 由于在真空操作时, 蒸汽进口附近的气体质量变化很快, 故此值将明显变大。

通常, 冷凝过程可以分为三个区域, 即冷凝区 (含过热蒸汽降温区) 、过渡区和气体冷凝区。在冷凝区内, 蒸汽流速变化很快, 而其饱和温度维持不变。所以, 气速过高对冷凝过程并无益处, 尽管高气速会提高过热蒸汽的降温速率, 但这是以增大压降为代价的。在气体冷却区内, 控制步骤为气膜控制, 采用较高的气速对提高传热系数和促进冷却过程有利。所以, 真空冷凝器的设计实际上是为解决传热效率和压降之间的矛盾。采用壳程冷凝可以缓和气速和压降之间的矛盾, 从而获得较满意的设计效果。管内冷凝虽然是冷凝器的常用形式。但就真空冷凝器而言, 采用管内冷凝不易在获得较高传热效率的同时降低压降, 因此壳程冷凝是设计中最常用的冷凝方式。

传统的列管式换热器在减压蒸馏中的应用具有一定的劣势, 比如冷凝效果差, 蒸汽不能完全冷凝, 造成溶剂的损失, 使车间弥漫着有机溶剂的气味, 对药品质量以及药品生产人员的健康都有一定的危害。另外, 体积大和笨重的特点也使其不容易进行后期的维护。

4 SECESPOL换热器应用在中药提取浓缩冷凝的优势

SECESPOL换热器是欧洲进口的管壳式换热器, 其换热管采用独特的螺旋螺纹管缠绕结构, 换热效率能达到传统管壳式换热器的3~7倍, 应用于蒸汽冷凝工况, 有着无可比拟的优越性。该换热器具有以下几大特点:

4.1 冷凝效果好, 换热效率高

有文献报道, 换热管壁厚每减少0.1 mm, 换热系数能提高10%左右。传统列管式换热器的壁厚一般在1.5~2.5 mm之间, 而SECESPOL换热器的换热管管壁厚仅有0.6 mm。因此, 其冷凝效果远高于传统换热器。

4.2 专利100°角连接设计, 结垢倾向低

SECESPOL换热器JAD系列换热器采用100°角连接设计, 使换热器全部参与换热, 不留死角。另外, 流体自动冲刷管路, 降低了结垢倾向;同时对流体起到缓冲作用, 减少阻力, 降低噪音。

4.3 非对称流设计

SECESPOL换热器采用非对称流设计, 壳程容积最大为管程容积的4.2倍, 可满足多种复杂工况。

4.4 全不锈钢设计, 安全可靠

SECESPOL换热器JAD系列换热管采用316L不锈钢、壳程采用316不锈钢设计, 管壳程具有相同的热膨胀系数, 另外采用先焊接后胀接的焊接工艺, 有效防止换热管与管板焊缝的开裂, 保证物料和产品的洁净度以及生产的安全。由于无需胶垫密封, 物料对不锈钢无腐蚀, 密封性好, 能够保证系统的真空度, 安全性高。

4.5 体积小巧, 便于安装

满足相同的工况条件, SECESPOL换热器的体积仅是传统管壳式换热器的1/10左右。因此其安装非常方便, 可以与管道直接相连, 无需另外搭建安装平台。容易拆卸, 后期维护方便, 维护费用低。

5 应用实例

以山东某制药企业为例, 其工况为:乙醇蒸馏回流, 操作压力-0.05 MPa, 凝液出口温度40℃, 质量流量800 kg/h;冷媒采用15℃的深井水。采用SECESPOL的一台JADX6.50, 换热面积5.3 m2, 即能满足工况。自2008年4月份至今, 该设备运行效果良好。

6 结语

目前全世界已经有124个国家和地区建立了各种中医药机构, 中医药在东南亚、日本、韩国等地区、国家已被广泛应用, 欧美的一些国家也正在逐渐放松对中医药的限制。我国的中药资源非常丰富, 但是我国中医药的发展却并不如人意。

尽快改变目前传统设备科技含量低的状况, 在继承发扬中医药的基础上, 充分利用先进的科学技术, 不断创新, 研发具有中国特色的现代高科技产品, 形成产业优势和市场优势将是我国中药发展的必由之路。

SECESPOL换热器为欧洲进口产品, 其独特的结构特点以及优良的性能可以很好地满足目前中药提取浓缩工艺中对冷凝器的要求。

参考文献

[1]沈永贤.中药热回流提取浓缩机组:中国, 2827365[P].2006-10-18

[2]刘明言.中药提取液浓缩新工艺和新技术进展[J].中国中药杂志, 2006 (3)

浓缩工艺 第7篇

1 材料和方法

1.1 主要试验材料和试剂

试验原料：油菜籽，取自河南省光山植物油厂;白芥子，市售。

主要试剂：95%乙醇、正己烷、乙醚、硫酸、硫酸钾、硫酸铜、硼酸、盐酸、磷酸、檬檬酸、三乙醇胺、磷钼酸、碳酸钠、氢氧化钠、硫酸铜、醋酸钠、单宁酸、硫代硫酸钠等，以上试剂均为分析纯。

主要试验设备和仪器：全自动开始定氮仪、AL104分析天平、JJ-1型定时电动搅拌器、101型电热鼓风干燥箱、HH-1型恒温水浴锅、LD5-10低速离心机、旋转蒸发仪RE52-86A、DT-500A电子天平、恒温气浴振荡箱、液压榨油机、JTGL2.5试验砻谷机。

1.2 试验方法

1.2.1 制备脱皮冷榨菜籽饼

将清理去杂的油菜籽经胶辊砻谷机碾压，再经风选对其进行皮、仁分离，之后用人工簸出和手工挑出菜籽仁中的残余皮壳及未脱皮粒。将脱皮菜籽调温调湿，用白细棉布包上再入液压榨油机，在低于80℃的温度下压榨5次，得到脱皮冷榨菜籽饼。

1.2.2 混合溶剂浸洗制备菜籽浓缩蛋白

称取一定量的经粉碎过筛的冷榨菜籽饼样品于浸提瓶中，用正己烷-含水乙醇进行搅拌浸提，然后离心分离得到萃取液和固形物，固形物经热风干燥得菜籽浓缩蛋白，萃取液经分离浓缩得到含油糖蜜。测定菜籽浓缩蛋白的粗蛋白含量及残油，作为评判浸提工艺效果的主要指标，通过单因素和正交试验确定最佳工艺条件，并对菜籽浓缩蛋白和混合溶剂萃取液进行组分分析。

1.2.3 原料、菜籽浓缩蛋白基本组分的测定方法

粗脂肪测定参照GB/T 5009.6-2010;粗蛋白测定参照GB/T 5009.5-2010;水分测定参照GB/T 5009.3-2010;灰分测定参照GB/T 5009.4-2010;NSI测定参照AACC方法46-23;总糖测定采用热滴定法。

1.2.4 抗营养成分的测定方法

1.2.4. 1 硫甙的检测

取适量样品于10mL具塞比色管中，加4～8mg粗芥子酶粉，加pH值7的磷酸-柠檬酸缓冲液1mL，二氯甲烷2.5mL，加塞振荡2h，进行酶解反应。离心，取下层二氯甲烷吸收液50μL两份，一份加95%乙醇3mL，使生成的异硫氰酸酯在极性溶剂中自动环化生成恶唑烷硫酮;另一份加20%三乙醇胺3mL，使生成的异硫氰酸酯与氨作用生成硫脲。因硫脲和恶唑烷硫酮在紫外区245nm处有最大吸收量，用紫外光谱仪测定之。

计算公式：硫甙=OZT+ITC (mg/g)

式中：OD245校为样品在紫外区波长为245nm处吸光值的校准值，OD245校=OD245- (OD235+OD255) /2;OD245为样品在紫外区波长为245nm处的吸光值;OD235为样品在紫外区波长为235nm处的吸光值;OD255为样品在紫外区波长为255nm处的吸光值。

其中粗芥子酶的制备：取市售白芥子碾碎后装入滤纸包中，置于索氏抽提器中，加无水乙醚淹过滤包，浸泡12h，在50～60℃水浴锅中回流抽提6～8h提取脂肪。取出滤包风干，等乙醚挥发后，在40℃恒温箱中干燥2h，碾成粉并过60目筛，装入带塞三角瓶中，贮存

于干燥器中备用。

1.2.4. 2 单宁的检测

准确称取5.00g脱脂饼粕置于具塞三角瓶中，加70%丙酮水溶液30mL在30℃水浴摇床振荡15min过滤，再重复提取2次，合并滤液，定容至100mL，取滤液0.5mL置于盛有25mL水的50m L容量瓶中，加2.5mL Folin-Denis试剂，1mol/L Na2CO310mL溶液摇匀定容，静置30min, 760nm处比色。

其中磷钨酸钠的配制：钨酸钠50g，磷钼酸10g溶于含375m L水的烧瓶中，再加入25m L 85%的磷酸，水浴回流2h，冷却后定容至500m L棕色瓶中保存。

标准曲线的绘制：准确配制0.104 mg/mL的单宁酸标准液，分别吸取0、0.5、1、2、3、4mL标样加入装有25mL水的50 m L容量瓶中，再各加2.5mL Folin-Denis试剂，1mol/L Na2CO310mL，摇匀定容，放置30min后比色，以吸光值与加入的标样量作线性回归分析，得到回归方程。

1.2.4. 3 植酸的检测

准确称取约4g样品于250mL锥形瓶中，加20mL lmol/L HCl室温振荡1h后再加80mL水继续振荡1h以提取样品中的植酸。加7.5mL lmol/L NaOH混匀后再加入20mL 0.1mol/L CuSO4溶液，5mL 6%NaAc溶液，振摇5min，过滤，滤液定容至250mL，吸取滤液50mL于碘价瓶中，加入4gKI，摇匀，避光放置10min，加入3～5滴淀粉指示剂，用标定过的浓度为0.10mol/L Na2S2O3滴定至蓝色消失，溶液呈乳白色为止。同时作一空白，滴定至乳白色。计算公式：

式中：V1表示空白消耗Na2S2O3的体积;V2表示样品消耗Na2S2O3的体积;W为样品重量;M为Na2S2O3的摩尔浓度;0.1211为消耗1m L Na2SO3溶液相当于PA的质量。

1.3 萃取液的分离

用混合溶剂(正己烷：含水乙醇)浸提菜籽饼所得萃取液分为两相，分别是正己烷相和乙醇相。将萃取液收集置于分液漏斗中于室温下静止分层，利用分液漏斗将两相分离，再分别浓缩，得到浸提出的油脂和糖蜜。

2 结果与分析

2.1 原料组分

2.2 单因素试验结果

2.2.1 浸提温度对浸提效果的影响

溶剂比(正己烷：含水乙醇，下同)7:3，乙醇浓度75%，固液比1:8，浸提次数3次，浸提时间1h。选取浸提温度20、30、40、50、60、70℃，浸提温度对浸提效果的影响如图1所示。

由图1可知：在浸提温度40℃时产品的蛋白质含量达到最大，其后出现缓慢下降趋势，而浓缩蛋白的残油在50℃达到最小。由于40℃时，产品的粗蛋白含量和残油率指标相对较好。故选择40℃为浸提温度。

2.2.2 溶剂比对浸提效果的影响

浸提温度50℃，乙醇浓度75%，固液比1:8，浸提次数3次，浸提时间1h。选取溶剂比5:5、6:4、7:3、8:2、9:1，溶剂比对浸提效果的影响如图2所示。

由图2可知：溶剂比为6:4时由于混合溶剂中乙醇比例高，对糖的溶解度增大，故浓缩蛋白的蛋白含量明显升高，当溶剂比增加到7:3时蛋白含量上升趋势平缓，随后由于正己烷比例减少造成的对油脂溶解能力下降而形成残油增大，相对的粗蛋白含量下降。故选取6:4为浸提时的溶剂比。

2.2.3 浸取时间对浸提效果的影响

浸取温度50℃，溶剂比7:3，乙醇浓度75%，固液比1:8，浸提次数3次。选取浸提时间为20、30、40、50、60、80、100、120min，浸取时间对浸提效果的影响如图3所示。

由图3可知：浓缩蛋白的残油在浸取时间为30min/次时有显著降低，而其后的变化很平缓，同时蛋白含量在浸取时间40min/次时达到最大，之后有所降低。故选取40min/次为浸提时间。

2.2.4 乙醇浓度对浸提效果的影响

浸提温度50℃，溶剂比7:3，浸提时间1h，固液比1:8，浸提次数3次。选取乙醇浓度为75%、80%、85%、90%、95%，乙醇浓度对浸提效果的影响如图4所示。

由图4可知：乙醇浓度在80%时产品的蛋白质含量达到最高，而残油最低。乙醇浓度超过80%之后，可能由于乙醇浓度增大对糖的溶解度降低而显示出产品的蛋白质含量下降，此时残油下降不明显。故选取乙醇浓度为80%。

2.2.5 固液比对浸提效果的影响

浸提温度50℃，溶剂比7:3，浸提时间1h，乙醇浓度75%，浸提次数3次。选取固液比为1:6、1:7、1:8、1:9、1:10、1:11，固液比对浸提效果的影响如图5所示。

由图5可知：产品的残油在固液比为1:10之前下降明显，而蛋白含量在固液比为1:9后时达到最高。故选取固液比1:10是比较合适的。

2.2.6 浸提次数对浸提效果的影响

浸提温度50℃，溶剂比7:3，浸提时间1h，乙醇浓度75%，固液比1:8，选取浸提次数为2、3、4、5、6次，浸提次数对浸提效果的影响如图6所示。

由图6可知：浸提4次时产品的残油降低明显，蛋白含量一直呈现上升趋势，在浸提5次时，蛋白质含量已经超过60%，且之后提高幅度不大。故选取合适的浸提次数为5次。

2.3 正交试验结果与分析

本试验考察了溶剂比(因素A)、乙醇浓度(因素B)、时间(因素C)、温度(因素D)、固液比(因素E)和萃取次数(因素F)对菜籽浓缩蛋白的粗蛋白含量和残油率的影响，根据单因素试验的结果，采用L18 (37) 正交表安排试验，正交试验设计和结果见表2，极差分析见表3和表5，方差分析见表4和表6。

由表3的极差分析结果可知：用混合溶剂制备菜籽浓缩蛋白时对蛋白含量影响的因素依次为：RF>RA>RC>RB>RE>RD，即为乙醇浓度>浸提时间>固液比>浸提次数>溶剂比>浸提温度。可以得到最佳工艺水平组合为A3B2C2D2E3F3，即浸提时间50min，浸提次数5次，固液比1∶10，浸提温度45℃，溶剂比(乙醇∶正己烷)7:3，乙醇浓度85%。

通过对正交试验结果的方差分析，得知在6个因素中，乙醇浓度对产品的蛋白含量影响最显著。结合偏差分析结果确定最佳工艺条件为浸提时间50min，浸提次数5次，固液比1∶10，浸提温度45℃，溶剂比(乙醇∶正己烷)7∶3，乙醇浓度85%。根据此工艺条件提取的菜籽浓缩蛋白的成分组成为蛋白含量(干基)为69.32%，残油为1.03%。

由表5的极差分析结果可知：用混合溶剂制备菜籽浓缩蛋白时对残油影响的因素依次为：RF>RA>RD>RE>RC>RB，即为乙醇浓度>浸提时间>浸提温度>溶剂比>固液比>浸提次数。可以得到最佳工艺水平为A3B3C3D2E3F3，即为在浸提时间50min，浸提次数6次，固液比1∶11，浸提温度45℃，溶剂比(乙醇∶正己烷)7:3，乙醇浓度85%。

通过对正交试验结果的方差分析，得知在6个因素中乙醇浓度对产品的残油影响最显著。结合偏差分析结果确定最佳工艺条件为浸提时间50min，浸提次数6次，固液比1∶11，浸提温度45℃，溶剂比(乙醇∶正己烷)7∶3，乙醇浓度85%。根据此工艺条件提取的菜籽浓缩蛋白的成分组成为蛋白含量(干基)为69.29%，残油为1.06%。

对比影响蛋白含量及残油量的两种最佳工艺条件，所提取产品的蛋白含量和残油量差别不大，鉴于降低成本节能减耗的考虑，最终确定最佳工艺条件为：浸提温度为45℃，溶剂比(乙醇∶正己烷)为7∶3，固液比为1∶10，乙醇浓度为85%，每次浸提时间为50min，共浸提5次。在此条件下制备的菜籽浓缩蛋白的蛋白含量为70.45%，残油为0.95%。

2.4 菜籽浓缩蛋白及萃取液组分分析

菜籽浓缩蛋白的蛋白质含量比对GB/T 20371-2006《食品工业用大豆蛋白》中大豆浓缩蛋白的蛋白质含量65%～90%，达到了浓缩蛋白的蛋白质含量要求。菜籽浓缩蛋白中植酸含量比浸洗前的冷榨菜籽饼下降了65.04%，单宁含量较之前下降了46.85%，硫甙未检测出。这说明利用混合溶剂对冷榨菜籽饼进行浸洗，不仅能有效地提高蛋白含量和降低残油量，还能同时降低硫代葡萄糖甙、植酸、单宁的含量，提高了菜籽浓缩蛋白的食用安全性和适口性。

混合溶剂对冷榨菜籽饼萃取液经过在室温下的静止分层(34℃附近两相分层明显)，得到的正己烷相和乙醇相组成见表8。

由表8可知：混合溶剂静置分层后，大部分油脂进入正己烷相，而糖类和抗营养成分则富集在乙醇相，对正己烷相进行蒸发可以很好地将油脂和己烷分离并有效回收。富集了糖类的乙醇相(糖蜜)可以作为饲料应用。

通过对不同浸提次数所得萃取液中的油脂含量的测定，发现随着浸提次数的增加，萃取液正己烷相中油脂含量呈明显下降趋势，首次浸提的萃取液正己烷相中油脂含量高达11.43%，二次浸提的萃取液正己烷相中油脂含量为2.14%，这与浸提次数对菜籽浓缩蛋白残油率的影响效果一致。

3 结论

本课题以冷榨菜籽饼为原料，用正己烷-含水乙醇混合溶液浸提制取菜籽浓缩蛋白，在浸提温度45℃、溶剂比(乙醇∶正己烷)7∶3、固液比1∶10、乙醇浓度85%、浸提时间50min/次、浸提5次的最佳工艺条件下，所制取菜籽浓缩蛋白的蛋白含量为70.45%、残油0.95%、植酸1.21%、单宁1.35%、硫甙未检出。混合溶剂萃取液经静置分层，以及分别对富含油脂己烷相的蒸发、乙醇相的蒸发，可以有效回收油脂、己烷以及乙醇。这说明对冷榨菜籽饼进行混合溶剂浸洗生产菜籽高蛋白、低残油及低毒的菜籽浓缩蛋白，在产品质量和工艺技术上都是可行的。

参考文献

[1]刘大川.中国油菜籽加工业的现状[J].中国油脂, 2004, 29 (5) :5～9.

[2]刘大川, 周俊梅, 张寒俊, 等.低植酸、低单宁“双低”菜籽分离蛋白制备工艺的研究[J].中国油脂, 2005, 30 (8) :38～41.

[3]李娜, 杨涛.我国油菜籽产业发展现状与策略[J].粮油食品科技, 2009, 17 (2) :34～36.

[4]Dr.sc.nat J.Kroll, Prof.M.Kujawa, Dr.W.Schnaak.Preparation of rapeseed proteins by extraction, ultrafiltration and diafiltration.central institute of nutrition[J].Arthur-Scheunert-Allee.114～116.

[5]王车礼, 史美仁.菜籽粕脱毒与菜籽浓缩蛋白制取[J].中国油脂, 1993, 12 (2) :56～58.

[6]周爱东, 杨红晓, 贺祝.菜籽饼粕脱毒及菜籽蛋白提取的研究进展[J].黑龙江农业科学, 2008 (1) :97～99.

[7]余英.菜籽粕中硫甙测定方法的改进[J].中国油料, 1994 (2) :52～54.

[8]王海青, 刘克为, 于兹东.农产品中植酸含量测定方法的比较研究[J].青岛大学学报, 1994, (14) :37～38.

[9]张燕, 吴谋成.油菜籽饼中单宁的提取、分离与纯化制备[J].华中农业大学学报, 1998, 17 (3) :294～299.

浓缩工艺 第8篇

关键词：污水厂,工艺改造,卧螺离心机,浓缩

0 引言

天山处理厂采用二级活性污泥法,在市政污水经过初沉、生化、硝化、二沉、浓缩、消化、浓缩之后,运用离心脱水机进行脱水干化,最后泥饼外运,清液回收排放。然而新的市政污泥排放标准已经出台,其规定污泥排放的含固率不得低于40%,而经过卧式离心机分离之后的泥饼最高含固率只在20%～22%,无法满足现行排放标准的要求,因而需要对现有工艺进行改进,使整个天山污水处理厂可以满足生产排放要求。

1 新污水处理工艺

为使最终排放的污泥可以达到40%的含固率要求,笔者在对现市场进行调研之后认为,只能使用板框压滤机对最后浓缩之后的污泥进行脱水处理。板框压滤机对于滤渣压缩性大或近于不可压缩的悬浮液都能适用。适合的悬浮液固体颗粒浓度一般为10%以下,操作压力一般为0.3～1.6 MPa,特殊的可达3 MPa或更高。在如此高的内部压力作用下,最终获得泥饼含固率可以达到40%的要求。不过由于活性污泥的浓度很低,仅有0.5%左右,属于无定形物料,与水的比重差很小,粒径很细,约在0.01 mm以下,形成絮团之后容易把过滤介质堵死。因此,为了使板框压滤机获得最佳使用环境,本次改造设计中使用浓缩卧螺离心机进行前道工序的浓缩处理,让板框压滤机可以直接处理进料浓度在8%～12%之间的物料,如此便可使板框压滤机得到最大化的运用。

2 浓缩离心机的应用

市污水厂的污泥之所以要采用机械浓缩脱水,原因是污泥在传统的浓缩池中浓缩,由于浓缩停留时间较长,污泥中的氮磷会重新释放出来,再次进入水体,从而造成藻类的繁殖和水系的二次污染。我国现行水标准中规定了对氮磷排放的限量要求,因此污水处理工艺上需要取消浓缩池,让浓缩过程在卧螺离心机上运行,这样既节约了空间和浓缩时间,又为后续的板框压滤机的处理提供了条件。

2.1 浓缩工艺的改进

原有污泥脱水系统的工艺流程如图1所示,市政污泥在经过一系列的工序之后,进入最后的污泥脱水机房,用离心脱水机进行固液分离。

为了满足新的工艺要求,对原有工艺进行改进,改进后的工艺流程如图2所示,图中虚线框内为新工艺流程,取代现有的脱水机房。

2.2 离心脱水车间的改造

本次改造工程在充分满足最终污水处理结果的前提下,秉承最大限度利旧的原则以节约资源,因此以下涉及的总体改造事宜均遵照此原则进行:(1)原脱水车间内的3台LW400NY离心机和2台浓缩机拆除,LW530NY离心机从临时搭建的厂房内搬到脱水车间,保留絮凝剂投配装置,对原絮凝剂投配装置进行改造。(2)将LW530NY离心机的液压系统和离心机结构进行部分改造,使原离心机能适应脱水和浓缩二用功能。排渣系统为特殊的两路管道,以适应互相切换使用的要求。(3)将原无轴螺旋输送器搬到脱水车间,用于将离心机脱水污泥输送到运泥车,原切割机、进泥螺杆泵、加药螺杆泵搬迁到脱水车间加以利用。(4)离心机固相出泥口加装泥水分离器,泥水分离器下方连接无轴螺旋输送器入口,离心机在进行脱水时启动无轴螺旋输送器,停浓缩污泥螺杆输送泵。用离心机进行浓缩时,停止无轴螺旋输送器,浓缩污泥由倾斜的无轴螺旋输送器下端口将浓缩污泥流入储泥箱(最好不小于5m3),建议储泥箱直接放在地面上。倾斜无轴螺旋输送器可以做成双向输送控制,根据实际运行的需要,如污泥浓缩后排泥不畅时,可将无轴螺线输送器反转,加快浓缩污泥的排放。储泥箱内的浓缩污泥用螺杆泵输送到板框污泥调配池。储泥箱装超声波液位计或高位、低位液位开关,储泥箱液位高时停离心机系统的进泥泵和加药泵,储泥箱液位低时停输送浓缩污泥螺杆泵。(5)新制作离心机综合控制柜一个,把离心机、进料泵、切割机、加药泵、无轴螺旋输送器、泥水分离器、浓缩污泥输送螺杆泵、排放液管道泵等全部纳入电控柜综合联锁控制,脱水车间电控间和离心机车间门封死,从外面的门进出电控间,进电控间的电缆沟用黄沙填满,以减少进入电控间的硫化氢气体。(6)弃用原先的钢平台,为离心机重新浇筑水泥基础平台,该平台将集成维护检修、日常巡查的功能,电线电缆、管道等重新设计安装。

3 浓缩模式下的运行测试

改造之后,在整个污泥处理流程中,卧螺设备主要用以完成浓缩过程。为研究新的浓缩工艺的应用效果,在现场进行了为期一个月的实地测试,表1为现场LW530NY稳定后各种流量的数据记录。

此次调试的目的在于检测离心机是否能在进泥泵满负荷运转下(进泥量为70 m3/h)达到浓缩要求。在这一个月的测试过程中,进入离心机的物料浓度稳定在1%左右,絮凝剂的配比浓度为0.2%。由表1可以看出,将进料浓度为1%的污泥浓缩至7%～8%的污泥,需要的絮凝剂为2～3 kg/tDS,而LW530NY浓缩机型基本可以保证70 m3/h的处理能力。

4 结论

通过对浓缩工艺的改进,将原有的污泥离心脱水系统改造为离心浓缩系统,再配置相应的板框压滤机之后,可以高效地达到污泥脱水排放的要求。改造后基本取得了预期效果,使离心机在污水处理中得到了进一步的扩展应用。

参考文献

[1]成伟.板框压滤机的改进设计[J].机电信息,2008(5)

[2]张喜勇.板框压滤机常见故障分析[J].中国科技信息,2005(11)