小型多功能中药提取车间的工艺设计探讨

　　

摘 要：中药提取工艺是保障制剂品质与药效的重要环节。针对小型多功能提取车间对水提、醇提、果浆浓缩及中试等多样工艺环节的兼容性需求，提出一种高效集约的工艺设计方案。通过四层垂直布局优化空间利用，分层设置药材预处理、提取浓缩、沉降干燥及辅助功能。结果表明，该设计可实现药材投料至成品混合的全流程协同，缩短物料运输距离，满足生产工艺需求。该方案兼顾灵活性及生产效率，提升建设项目的空间利用率，为紧凑型多功能中药提取车间设计提供参考。

关键词：中药提取；设计；工艺流程；车间布局

中图分类号：TQ 460.8

Discussion on the process design of a small-scale multi-functional traditional Chinese medicine extraction workshop

Zhang Chi

（Sinopharm Chongqing Pharmaceutical and Medical Industry Design Institute Co., Ltd.，Chongqing 400042）

Abstract: The extraction process of traditional Chinese medicine (TCM) is a crucial link in ensuring the quality and efficacy of formulations. In response to the diverse process requirements of a small-scale multi-functional extraction workshop, such as water extraction, alcohol extraction, fruit pulp concentration, and pilot-scale testing, an efficient and space-saving process design scheme is proposed. By adopting a four-layer vertical layout to optimize space utilization, the workshop is divided into different functional areas for the pre-treatment of medicinal materials, extraction and concentration, sedimentation and drying, as well as auxiliary functions. The results show that this design can achieve full-process coordination from raw material feeding to finished product mixing, shorten the material transportation distance, and meet the production process requirements. The scheme balances flexibility and production efficiency, enhances the space utilization rate of the construction project, and provides a reference for the design of compact multi-functional TCM extraction workshops.

Keywords: Traditional Chinese Medicine (TCM) Extraction; Design; Process Flow; Workshop Layout

0引言

中药在维护国民健康和疾病治疗方面具有独特价值，其蕴含的深厚文化底蕴和广泛临床应用使其在医药领域占据重要地位。中药提取工艺作为连接中药材与中药制剂的关键桥梁，对保障中药制剂品质、发挥药效起着至关重要的作用。它不仅决定了有效成分的提取效率和纯度，还影响着生产成本和环境效益。随着现代科技的发展，中药提取工艺不断优化创新，为中药现代化生产和国际化发展提供了有力支撑，有助于提升中药在全球医药市场的竞争力，进一步彰显中药的独特魅力和巨大潜力。本文以某工程项目作为参考，旨于探讨满足有水提与醇提等多重需求的小型中药提取车间单体设计，为该类型车间的设计提供切实可行的思路与方法。

1设计需求

在本项目中，提取车间的功能定位具有明确且独特的要求。具体而言，该提取车间需被打造为一个具备多功能属性的小型车间，满足多产线的生产需求、功能多样化的研发需求等。其功能涵盖水提、醇提、果浆浓缩以及中试等多个方面，这表明车间在设计与规划时，必须充分考虑到不同提取工艺的兼容性与灵活性，以实现高效、精准的生产操作。同时，由于车间的单体规模相对较小，且所涉及的设备数量有限，这在一定程度上对空间布局的优化、设备选型的精准性以及工艺流程的简洁性提出了更高的要求。

2提取工艺

在本项目中，药材经清洗、粉碎、除尘后，依据不同工艺投入水提取罐或醇提取罐进行提取工序。常规工艺中，提取液过滤后，水提液用双效真空浓缩器，醇提液用单效真空浓缩器进行浓缩。浓缩后，根据不同的药品工艺需求进行分流：一为收膏干燥；二为沉降，水提法主要针对水溶性成分（如多糖及部分水溶性生物碱），水提液一般醇沉;而醇提法则更适用于脂溶性物质（如某些脂溶性生物碱与脂肪类成分），醇提液通常水沉^[1]，沉降后的上清液回输至浓缩器。特定药品在工艺中需经果浆浓缩或树脂柱过滤等额外处理。最终浓缩后，依次进行收膏、干燥、粉碎、混合等工序。整个工艺流程中，纯化水制备机组、真空泵机组、溶媒回收机组、中试提取浓缩机组等关键设备布局于单体建筑不同位置，形成高效协同的生产体系。该提取车间具体工艺流程框图如1所示。

3工艺布局设计

该单体以提取、浓缩设备为布局核心，采用垂直流向的工序设计将该单体分为四层以实现空间的高效利用与功能的合理分区。整个单体按照工艺流程合理排布人、物分流动线，尽可能缩短运输距离。

四层主体功能为原药材粉碎、榨汁以及空压机房，具体排布见图2。原药材经粗粉碎或超微粉碎后，运送至真空除尘投料机，重力投送至三层的提取罐中。为了该工序具有良好的物料周转性，该层需设置药材暂存间，为了药材的稳定性该房间需可调节温湿度。该此外，为满足果浆浓缩的特定需求，四层还增设了药材破碎榨汁功能间。鉴于榨汁需求量相对较小，果浆装置通过小车经由物流电梯运送至二层待浓缩。空压机房在提供压缩空气的基础上，还需提供氮气供氮封系统使用，这一设计对于保障装有含乙醇药液的储罐安全稳定运行具有至关重要的作用。由于投料设备的安装涉及楼板穿洞，与三层的提取防爆区形成了联通状态，因此在四层投料区与其他功能间之间，必须设置防爆墙，以确保整个区域的安全性。四层层高无硬性要求，综合设备高度及总层高不高于24m即可。

图1 提取车间工艺流程框图

图2 车间第四层功能布局

在三层布局中，主体功能区域主要承担提取、树脂柱过滤以及中试提取浓缩机组的操作任务，并配备有纯化水制备与真空泵房等辅助设施，具体排布见图3。制水站设备周围设有围堰结构。树脂柱过滤工序的流程设计中，前端需先行进行浸膏调配，以确保物料符合过滤工艺的输入要求；后端则在浓缩工序之前，设置接收罐作为中转环节，以便于物料的顺畅输送与工序间的有效衔接。考虑到设备的高度尺寸以及管道布置的复杂性，三层的层高设计不得低于5.5m。

图3 车间第三层功能布局

二层主要为出渣、浓缩、沉降区域，具体排布见图4。设置二层层高的时候须计算选用的提取罐在三层楼面下方占用的高度以及自动收渣车运行所需的空间高度（见图5），一般提取车间二层高度在6.9m以上。收渣车于附近的出渣操作间进行监控及控制，承接提取罐底部开启所导出的废渣。由于存在醇提需求，出渣间需控制废渣中析出的乙醇浓度，加强狭窄空间的通排风效率及频率。由于小型提取车间出渣间仅需满足一条自动出渣车的轨道要求，功能区为细长空间且与其他功能间分隔开，设计时需着重考虑到楼层安全出料口的疏散距离不超过25m，可适当增加出渣间门的数量。药液经双联过滤器转存至提取液罐作为中转，后根据提取类型输送至对应的浓缩器。常规2000L/h单效、双效浓缩器高度5.5m左右，计算楼层高度时需综合计算。该单体浓缩器产生的废水均由泵输送至废水管道，因此单体内需额外设置带压废水管道以防止影响常压废水排放。进行浓缩器设备排布时需注意带有视窗的一侧为操作面，对于该种小型车间来在总体空间布局紧凑的情况，需着重注意留够操作空间。二层沉降区域做了钢平台，由于空间紧凑人流走向会经过该钢平台下方，布局时至少要留2.6m的人行空间高度。沉降区域钢平台下方作为含醇药渣排出位置异味较大，需加强通排风设计。额外需求中的果浆浓缩的后续工序布局在沉降罐的旁边，如此布局能与沉降工序共用后续的离心机。

图4 车间第二层功能布局

图5 提取罐车及收渣车高度排布示意图

一层主要功能区域包括收膏、干燥、粉碎、混合等，同时配套冷库、容器清洗间及收渣仓等辅助区域，具体排布见图6。其中，药材处理区域与容器清洗间等关键区域应至少按照D级洁净区标准进行设计，以满足生产过程中的卫生与质量控制要求。对于中药材的干燥工艺，通常选用真空带式干燥机或真空干燥箱，具体设备的选择需根据现场条件及工艺需求进行合理配置。鉴于冷库降温后管道检修难度较大，冷库上方应尽量避免布置除暖通系统以外的管道，若因现场条件必须布置管道，则需对管道采取保温措施，以防止因温差导致的结露滴水现象。二层收集的药渣通过出渣设备集中至一层的收渣间，随后由外部车间运输带离。由于药渣中含有乙醇，收渣间需按照防爆区标准进行设计。此外，为便于区域清洁，可在收渣间周围设置地沟排水系统。

图6 车间第二层功能布局

此外，在二至四层布局乙醇回收工艺设备。低浓乙醇从设备转入回收罐，再集中进行浓度调配送至乙醇精馏装置。乙醇精馏塔根据浓度要求选用型号，以此排布设备高度。

4 提取工艺配套设施与管道

1）空压：在该小型提取车间的空压系统设计中，设备选型需兼顾性能与空间利用效率。由于车间结构紧凑，空压机房面积有限，因此宜优先选用集成式空压机组。集成式机组采用一体化设计，可有效减少设备占地面积，同时为机房预留充足空间，既满足日常检修需求，又为未来设备扩容提供可能，契合车间的可持续发展要求。为保障产线生产的稳定性，建议在空压机房配置备用空压设备。备用设备可在主设备故障或维护期间快速切换，确保压缩空气供应不间断，从而避免因设备停机引发的生产停滞。此外，空压机房应布置在非防爆区域，以降低潜在的安全风险，确保设备运行的安全性与可靠性。

2）氮封：氮气发生装置常规设置在空压机房内。氮气建议以0.7MPa左右的压力输送至需氮封的设备附近，随后通过减压装置将其压力调节至氮封所需的压力水平，一般来说为kPa量级。这种输送与减压策略的合理性在于，低压氮气在长距离输送过程中，往往会受到管道阻力的显著影响，导致氮气压力在到达使用点位时大幅下降，甚至无法满足氮封所需的最低压力要求，从而无法实现有效的密封与保护功能。而通过提高氮气的初始输送压力至0.7MPa左右，能够有效克服管道阻力对氮气压力的衰减作用，确保氮气在经过减压后仍能以稳定的压力到达使用点位，进而为设备提供可靠的氮封保护，保障工业生产过程的安全性与稳定性^[2]。

3）真空：真空泵房设置在三层防爆区，内配置了两套的真空设备，其中一套专门服务于水提取与水沉降工序，另一套则用于醇提取与醇沉降工序，如此分配能够确保不同提取工艺对真空环境的特定需求得到精准满足，提高真空机组功率降低设备能耗。用于含醇工序的真空配冷凝器可回收乙醇。针对水提醇提的工艺生产过程中会产生大量的蒸汽，该车间选用真空设备选用水环式。考虑到工艺内真空需求量较大，水环式真空泵所需的冷却水量较多，可考虑在屋面设置水环式真空泵设备专用的循环水冷却塔。在进行真空设备选型时，需充分考虑其在相应提取工艺中的适用性，在保证设备合理布局的前提下实现设备性能与工艺要求的最佳匹配。真空主管流速通常设置为5~10m/s，应注意浓缩器的真空管口口径与其流量的关联，一般来说设备真空出口流速远大于10m/s，这种情况分给该种设备的真空支管应扩大，降低支管至主管的流速。

4）纯化水：在医药工艺用水系统的设计中，纯化水系统的布局与配置是确保水质稳定性和系统运行可靠性的关键因素之一。纯化水间设置在该单体三层的非防爆区，主要服务于一层洁净区的功能间，并预留后续CIP清洗站的用水需求。在设计过程中，需综合考虑当前及未来的用水需求，确保系统具备良好的扩展性和灵活性。纯化水主管的管径应基于系统的设计流量和流速进行计算，以确保在最大用水负荷下仍能满足流速要求。通常情况下，主管管径不应超过DN65。若用水需求较大，可采用多路纯化水主管并行的方式，以满足用水点的流量需求。流速是影响纯化水系统运行效率和微生物控制的关键参数，纯化水系统主管流速宜控制在1.5～3.0 m/s，这一流速范围既能保证系统的高效运行，又能有效避免因流速过高导致的管道震颤或损坏。此外，当水流回到纯水罐时，流速应大于1 m/s，以保证整个系统处于湍流状态，防止生物膜的形成。纯化水支管的设计需满足3D原则，即支管从主管内壁到支管盲端或阀门密封点的长度（L）应小于或等于支管内径（D）的3倍（L≤3D）。通过限制支管长度，可减少微生物滋生的可能性，从而确保水质。同时，纯化水主管直管总长度最好不超过400 m，较长的管道会增加微生物滋生的风险，通过限制主管长度，可以减少管道内的滞留时间和微生物滋生的可能性。

5）循环低温水、循环冷却水：该提取车间的循环水设备均设置在屋面，屋面结构需满足设备最大运行载荷需求。因提取车间的二层、三层需进行冷却的设备较多，例如单效、双效浓缩器等，竖向的循环水主管需增加压差旁通平衡压差。循环水的主管建议根据产线或工艺设备进行排布，以此循环水主管进行分流，减小循环水主管管径。

6）蒸汽：工业蒸汽的压力选用，需根据工艺设备进行选型。常规情况用于工艺液体换热的工业蒸汽压力可选用0.3Mpa，若工艺流线中选用了类似于喷雾式干燥机等需要较高压力的设备则需额外配置相应的蒸汽管道。鉴于提取车间蒸汽用量较大，主管建议根据产线或工艺设备进行排布。为防止管道因热应力过大而变形、破裂，蒸汽管道需设置热补偿，优先考虑自然补偿，充分利用管道的自然弯曲来吸收热膨胀。

5 设计关注点

1）计量：根据项目需求，对该车间的各种公用工程耗量进行计量，如蒸汽、水、用电等，方便项目正式投入使用后的运行成本计算，方便控制运行成本。

2）安全疏散：甲类车间因其高火灾危险性，对安全疏散提出了严格要求。根据《建筑设计防火规范》GB 50016-2014（2018年版），甲类车间的安全出口数量不应少于2个，且相邻出口间距不小于5米；当车间建筑面积小于100㎡且作业人数不超过5人时，可设1个出口。疏散距离方面，车间内任一点至最近安全出口的直线距离不得超过30米，配备自动灭火系统时可增加25%，但上限仍为30米。疏散通道净宽不小于1.5米，人员密集区域不宜小于2米，且通道需保持畅通。疏散楼梯应采用封闭楼梯间或室外楼梯，疏散门应向疏散方向开启并配备闭门器。此外，防火分区面积、疏散指示标志设置以及定期疏散演练等措施也不可或缺。这些规定旨在最大限度保障人员生命安全，确保在紧急情况下能够快速、安全疏散。

3）工艺节能措施：在中药提取车间，不同产线的提取设备均配备了蒸渣乙醇回收设备，这一举措在实际生产中发挥了显著的节能效果。在提取过程中，产生的乙醇蒸汽通过蒸渣乙醇回收设备被高效回收利用，不仅减少了乙醇的浪费，还降低了生产成本，同时避免了乙醇蒸汽直接排放对环境造成的潜在危害。此外，每个产线的浓缩器附近还分别配套了不同浓度的乙醇回收罐，进一步提升了乙醇的回收效率。通过乙醇回收塔，利用较高温度的乙醇蒸发汽对低浓度乙醇料液进行预热，能够有效冷凝蒸汽，降低塔底蒸汽使用量这些措施共同作用，使得整个提取过程更加节能环保。

6 结语

本文所采用的提取工艺主要依托传统技术，这些方法凭借其成熟度和可靠性，在中药提取领域长期占据重要地位。传统工艺在提取效率、能耗控制以及环境友好性等方面虽有优势，但仍存在进一步优化的空间。例如在提取效率、能耗优化以及环境适应性等方面存在进一步提升的潜力。与此同时，新兴的提取技术，如超声辅助提取、微波提取以及超临界流体萃取等，正在逐步成为研究和应用的热点。这些新技术在提取效率提升、溶剂使用减少以及提取时间缩短等方面表现出明显的优势，为中药提取工艺的优化提供了新的思路和方法。未来，中药提取技术的发展将更加注重与现代科技的融合，通过精细化、绿色化和智能化的手段，实现提取过程的高效、节能和环保。在此背景下，将传统工艺与现代技术有机结合，探索适合工业化生产的高效提取方案，将成为推动中药提取技术现代化的关键路径。这一过程不仅有助于提升中药提取的整体效率，还能为中药产业的可持续发展提供有力的技术支撑，促进中医药现代化进程的加速推进，为中药提取技术的未来发展开辟更广阔的空间，推动中药产业在全球医药市场中占据更重要的地位。^[3]

参考文献：

[1]徐小彬.中药提取工艺优化及有效成分评价[J].化工设计通讯,2023,49(12):214-216+219.

[2]赵伟,陈铁军.气流输送系统中氮气闭路循环的压力波动问题分析[J].化工设备与管道,2014,51(01):48-50.

[3]桑滨生.《中医药发展战略规划纲要(2016-2030年)》解读[J].世界科学技术-中医药现代化,2016,18(07):1088-1092.

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