一種保健品用多功能倒錐形提取罐的設(shè)計(jì)

胡瑞君　溫平

摘要：目前，在實(shí)際生產(chǎn)中使用的提取罐存在著各種缺陷。鑒于此，本文設(shè)計(jì)出一種新型的倒錐形提取罐。采用了傳熱效果佳的蜂窩夾套，倒錐形的筒身，密封性能好的密封圈，帶有自鎖功能的鎖鉤，設(shè)有底部加熱和過濾的大直徑排渣口，改善了提取罐結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：倒錐形提取罐；蜂窩夾套；鎖鉤；排渣口

1前言

多功能提取罐是功能性食品、中藥生產(chǎn)中常規(guī)提取工藝用的最多的關(guān)鍵設(shè)備，其性能的好壞。不僅關(guān)系到物料的提取率、提取時(shí)間、成品的質(zhì)量，還關(guān)系到加工的產(chǎn)量和成本。目前，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的多功能提取罐的外形有直筒形、正錐形、斜錐形、蘑菇形幾種。不論哪一種，其基本結(jié)構(gòu)均相同，即提取罐內(nèi)簡(jiǎn)裝物料，夾套通熱媒。對(duì)于大直徑、長(zhǎng)度長(zhǎng)的多功能提取罐，在提取過程中，提取液在徑向存在著由外向里，在軸向存在由上向下溫度逐漸降低的梯度。由于溫度梯度的存在，使罐內(nèi)各個(gè)部位的提取不均勻。為了使罐內(nèi)各處的溫度和濃度。在提取的過程中。盡快達(dá)到均勻，本文設(shè)計(jì)了一種新穎的倒錐形提取罐，解決了舊式提取罐的弊端。

2提取罐的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

2.1提取罐的研究現(xiàn)狀

提取罐是功能食品生產(chǎn)中中常用的設(shè)備，適宜功能因子的浸出與提取。當(dāng)前使用的直錐型提取罐廣泛應(yīng)用于中藥、食品等行業(yè)。此提取罐操作效率高且方便，另因提取罐配備CIP清系統(tǒng)，符合各個(gè)行業(yè)的現(xiàn)實(shí)需要。

2.2提取罐實(shí)現(xiàn)高效提取應(yīng)具備的要求

功能因子在提取罐中的提取是一個(gè)嚴(yán)格密閉的環(huán)境，在此環(huán)境下，提取罐可實(shí)現(xiàn)在常壓下對(duì)原料進(jìn)行多種方式、多種功能因子的提取，提取罐一般由過濾器、分離器、冷凝器以及消沫器組成，一般由夾套實(shí)現(xiàn)加熱過程，而提取罐內(nèi)部則維持常壓，良好的多功能提取罐在設(shè)計(jì)過程中，必考慮和滿足以下幾點(diǎn)基本要求：

（1）根據(jù)功能因子提取的方法和工藝的特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)過程中需要滿足當(dāng)前功能因子的工藝條件，也要考慮提取罐色使用潛力，盡量滿足多個(gè)功能因子的提取工藝，故在設(shè)計(jì)中要充分當(dāng)前和未來的需要。

（2）提取罐在設(shè)計(jì)中根據(jù)不同工藝需求，應(yīng)當(dāng)盡量實(shí)現(xiàn)，加料、加熱、冷凝、回流、時(shí)間控制的自動(dòng)化，并實(shí)現(xiàn)工藝的連續(xù)化，在有限和固定的設(shè)備各管線的條件下，方便而靈活地實(shí)現(xiàn)不同提取模式各全自動(dòng)控制。

（3）自動(dòng)化設(shè)計(jì)應(yīng)貫穿整個(gè)提取罐的設(shè)計(jì)過程，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)在提取過程中宏觀的在線控制與監(jiān)測(cè)，對(duì)于局部的提取過程，達(dá)到畫面的動(dòng)態(tài)時(shí)時(shí)監(jiān)視、參數(shù)的時(shí)時(shí)顯示。

（4）充分考慮控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性和實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性，無論傳感器，變送器，執(zhí)行器的選型還是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制方案的設(shè)計(jì)，都必須充分考慮到其可靠性，實(shí)用性，防爆安全性，應(yīng)用的方便性，靈活性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警及聯(lián)鎖保護(hù)，為系統(tǒng)的安全，高效，穩(wěn)定生產(chǎn)提供保證。

3傳統(tǒng)提取罐普遍存在的缺陷

傳統(tǒng)提取罐普遍存在缺陷，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。也不能滿足新版GMP要求。針對(duì)這些缺陷，設(shè)計(jì)出一種新型的提取罐，新的提取罐在結(jié)構(gòu)上采用了高傳熱效率的蜂窩夾套，倒錐形式的筒身，密封性能優(yōu)異的O型圈，帶有自鎖功能的鎖鉤，設(shè)有底部加熱和過濾的大直徑排渣門，解決了傳統(tǒng)提取罐結(jié)構(gòu)上的缺陷。在控制邏輯上，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)和遠(yuǎn)程均能控制，且能采用中央控制室全自動(dòng)控制的方式，使得操作簡(jiǎn)單易懂，不需要任何操作技能，從而解決了傳統(tǒng)提取罐必須由熟練工人操作的缺點(diǎn)。提取是中草藥生產(chǎn)中重要步驟之一，提取罐是提取工藝的核心設(shè)備。傳統(tǒng)的提取罐筒身主要有正錐形、直筒形、斜錐形和蘑菇形。排渣門采用轉(zhuǎn)臂式結(jié)構(gòu)。

傳統(tǒng)的提取罐普遍存在如下缺點(diǎn)：（1）密封得不到保證，尤其是在停氣時(shí)，排渣門處的密封易泄漏；（2）容積小，轉(zhuǎn)臂式結(jié)構(gòu)從工作原理上就決定了排渣門直徑不易過大（一般不超過800 mm）；（3）藥渣容易搭橋，不易排渣，需要人工輔助，降低生產(chǎn)效率；（4）排渣門過濾面積小，或者無過濾裝置，出液和強(qiáng)制循環(huán)時(shí)容易形成堵塞；（5）排渣門底部無加熱，提取罐工作時(shí)。心部溫度與周邊溫差大，提取的物料質(zhì)量不穩(wěn)定；（6）操作不靈活，轉(zhuǎn)臂式排渣門開或關(guān)要求工人有較高操作技巧，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

4提取罐結(jié)構(gòu)

4.1封頭

罐頂采用橢圓型封頭，上面布有投料口、進(jìn)水口、CIP管口、蒸汽出口、回流口、視鏡及視鏡燈、安全閥接口。

4.2筒身

筒身采用倒錐形結(jié)構(gòu)（見圖1），錐度為2～5°。一般粗長(zhǎng)、松散的原料，錐度較大。而細(xì)碎的原料，錐度則較小。倒錐形的筒身方便排渣，避免了藥渣易搭橋、排渣慢的現(xiàn)象發(fā)生。提取罐筒身附有傳熱效果佳的蜂窩夾套，呈正三角形排布的蜂窩焊接在內(nèi)膽外壁上。

4.3排渣口

排渣口是罐的重要部分，其采用夾鉗式結(jié)構(gòu)。

4.3.1密封面

密封面為法蘭結(jié)構(gòu)，采用密封圈，密封槽設(shè)在上側(cè)法蘭上，密封圈鑲嵌在密封槽內(nèi)。法蘭為整體鍛造材料。密封面抗變形能力強(qiáng)、密封性能好。密封圈采用耐高溫硅膠材料，抗疲勞性好，彈性好，無毒。

4.3.2鎖鉤

鎖鉤的解鎖及閉鎖由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)為四桿機(jī)構(gòu)，具有自鎖功能。當(dāng)鎖鉤處于閉鎖狀態(tài)時(shí)，即使停氣了也處于鎖緊狀態(tài)，確保排渣口不會(huì)因自重向下開啟。鎖鉤鉤子上的螺栓與排渣口底部接觸，調(diào)整螺栓可以讓排渣口嚴(yán)實(shí)閉合，密封面完全貼合。

4.3.3大氣缸

排渣口通過兩個(gè)同等規(guī)格的大氣缸伸縮來執(zhí)行的，氣缸桿伸出，排渣口打開；氣缸桿縮回，排渣口閉合。排渣口法蘭上設(shè)置支承軸，氣缸拉動(dòng)排渣口運(yùn)動(dòng)。是靠關(guān)節(jié)軸承把力傳遞給支承軸來實(shí)現(xiàn)的。雙氣缸可開合大直徑的排渣口，排渣口直徑越大，提取罐的容積就越大。

4.3.4過濾網(wǎng)

排渣口內(nèi)部設(shè)置過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)設(shè)計(jì)為一大一小兩部分，用合頁連接，大半圓固定，小半圓可開關(guān)進(jìn)行清理操作。過濾網(wǎng)分上下兩層。上層起過濾作用。下層起支撐作用。

4.3.5底部加熱夾套

若大直徑的提取罐僅罐身設(shè)熱夾套，工作時(shí)罐內(nèi)溫度梯度會(huì)比較大，導(dǎo)致物料受熱不均勻，提取液品質(zhì)不穩(wěn)定，提取效果不高。通過在排渣口底部設(shè)置加熱蜂窩夾套后，即可解決上述缺陷。在物料處于沸騰狀態(tài)時(shí)，關(guān)閉筒身夾套加熱，僅使用底部夾套保持沸騰狀態(tài)即可。摁住按鈕，控制氣流通過并進(jìn)入主控閥，推動(dòng)閥芯右移，并維持閥芯處于右側(cè)，使氣源通過主控閥后與大氣缸活塞桿側(cè)連通，氣缸桿縮回，拉動(dòng)排渣門向上關(guān)閉。當(dāng)排渣門關(guān)閉大為后，觸碰到機(jī)械閥，使之閉合?？刂茪饬魍ㄟ^機(jī)械閥后，一部分氣流進(jìn)入優(yōu)先氣動(dòng)控制閥，推動(dòng)閥芯左移。并保持閥芯處于左側(cè)，使得氣源與鎖鉤氣缸無活塞桿側(cè)連通。拖動(dòng)活塞使鎖鉤鎖緊排渣門。當(dāng)鎖鉤鎖緊后，安裝在鎖鉤上的機(jī)械閥斷開氣流，氣動(dòng)閥在彈簧推動(dòng)下復(fù)位。從機(jī)械閥和出來的另一部分控制氣流通過后進(jìn)入到主控閥左側(cè)，維持主控閥閥芯處于右側(cè)。此時(shí)送開關(guān)蓋按鈕后，底蓋還原到初始狀態(tài)。無論排渣門處于開啟或者關(guān)閉狀態(tài)，若由于外界原因。停電停氣了，排渣門仍然處于之前的狀態(tài)，不執(zhí)行任何動(dòng)作。尤其是提取罐內(nèi)有物料時(shí)，此時(shí)排渣門處于關(guān)閉狀態(tài)，即使長(zhǎng)時(shí)間停電停氣，排渣門都不會(huì)開啟，也不會(huì)泄露，因?yàn)殒i鉤始終處于鎖緊狀態(tài)。

5結(jié)論

（1）倒錐形筒身方便出渣，便于設(shè)計(jì)大直徑的排渣口。

（2）夾鉗式排渣口密封性好，排渣口底部設(shè)置過濾網(wǎng)和加熱夾套，藥液提取徹底，質(zhì)量穩(wěn)定。