CN113332747A - 中药提取装置及提取方法 - Google Patents

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张鹏
杨俊玲
张化福
张钰
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Abstract

本发明涉及中药提取设备技术领域，尤其涉及中药提取装置及提取方法。本发明所述的中药提取装置包括CO2热泵系统、蒸汽发生系统和至少一组提取系统，CO2热泵系统包括气冷器和热泵组件，气冷器的第一换热侧和第二换热侧分别与热泵组件和蒸汽发生系统连接，各组提取系统分别与蒸汽发生系统连接。本发明所述的中药提取装置及提取方法与现有的中药提取装置相比，具有更强的环境适应能力，并且具有出水温度高、高温区能效比高的优点。

Description

中药提取装置及提取方法
技术领域
本发明涉及中药提取设备技术领域，尤其涉及中药提取装置及提取方法。
背景技术
中药提取装置是中医药产品最重要的环节之一，中药提取过程通常包括润药和煎煮两个过程。润药过程就是将药材浸泡在水中；煎煮过程就是将润药后的水加热至沸腾并维持至提取结束。其中，煎煮过程是中药提取过程中能耗最高的环节，煎煮过程通常是利用蒸汽给提取罐中的水加热并维持沸腾状态。传统的中药提取装置中，蒸汽产生过程是采用燃煤或者燃油的方式，该蒸汽产生过程存在能耗高、污染大的缺点，而现有的中药提取装置也存在采用电加热产蒸汽的方法实现蒸汽产生过程，虽然利用电加热产生蒸汽的过程无污染，但其能耗仍然比较高，特别是高温区的能效比过低，不利于大规模生产和节能减排。
发明内容
(一)技术目的
本发明的技术目的是至少提供一种中药提取装置及提取方法，与现有的中药提取装置相比，具有更强的环境适应能力，并且具有出水温度高、高温区能效比高的优点。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种中药提取装置，包括CO2热泵系统、蒸汽发生系统和至少一组提取系统，所述CO2热泵系统包括气冷器和热泵组件，所述气冷器的第一换热侧和第二换热侧分别与所述热泵组件和所述蒸汽发生系统连接，各组所述提取系统分别与所述蒸汽发生系统连接。
在部分实施例中，所述热泵组件包括膨胀阀、蒸发器和CO2压缩机，所述气冷器的第一换热侧的第一端口通过所述膨胀阀与所述蒸发器连接，所述蒸发器通过所述CO2压缩机与所述气冷器的第一换热侧的第二端口连接。
在部分实施例中，所述热泵组件还包括回热器，所述回热器的第一换热侧连接在所述气冷器的第一换热侧的第一端口与所述膨胀阀之间，所述回热器的第二换热侧连接在所述蒸发器与所述CO2压缩机之间。
在部分实施例中，所述热泵组件还包括气液分离器，所述气液分离器连接于所述蒸发器与所述CO2压缩机之间。
在部分实施例中，所述蒸汽发生系统包括蓄水罐、闪蒸罐、水蒸汽压缩机和缓冲罐，所述蓄水罐的第一端口与所述气冷器的第二换热侧的第一端口连接，所述蓄水罐的第二端口与各组所述提取系统连接，所述蓄水罐的第三端口为入水口；所述气冷器的第二换热侧的第二端口依次通过所述闪蒸罐和所述水蒸汽压缩机与所述缓冲罐的第一端口连接，所述缓冲罐的第二端口与各组所述提取系统连接。
在部分实施例中，所述蒸汽发生系统还包括给水泵，所述给水泵连接于所述蓄水罐的第一端口与所述气冷器的第二换热侧的第一端口之间。
在部分实施例中，所述蒸汽发生系统还包括补水管路和补水泵，所述补水管路旁通连接于所述闪蒸罐与所述水蒸汽压缩机之间，所述补水泵安装在所述补水管路上。
在部分实施例中，所述提取系统包括提取罐，所述提取罐包括外壳和内胆，所述内胆套装在所述外壳内，并且所述内胆与所述外壳之间留有能通入饱和蒸汽的空间；所述提取罐的第一端口和第三端口分别连通至所述内胆内，所述提取罐的第一端口与所述蓄水罐的第二端口连接，所述提取罐的第三端口为药液出口；所述提取罐的第二端口和第四端口分别连通至所述空间内，所述提取罐的第二端口与所述缓冲罐的第二端口连接，所述提取罐的第四端口为冷凝水出口。
在部分实施例中，所述提取系统还包括供水泵和截止阀，所述供水泵和截止阀依次安装在所述提取罐的第一端口与所述蓄水罐的第二端口之间。
本发明还提供了一种基于上述的中药提取装置的提取方法，包括以下步骤：
利用CO2热泵系统的热泵组件在气冷器的第一换热侧形成工质回路，利用所述工质回路制备超临界状态的CO2，并驱动所述超临界状态的CO2流经所述气冷器的第一换热侧进行放热；
利用蒸汽发生系统在所述气冷器的第二换热侧连接蒸汽制备管路，以使经由所述气冷器的第二换热侧吸热的液态水通过所述蒸汽制备管路制备成饱和蒸汽；
将所述饱和蒸汽作为热源通入至各组提取系统中。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有以下有益效果：
1、本发明所述的中药提取装置利用CO2热泵系统作为热源，具有环境适应能力强、环保效果好的优点；气冷器的第一换热侧和第二换热侧分别与CO2热泵系统的热泵组件以及蒸汽发生系统连接，从而使蒸汽发生系统内的液态水通过气冷器的高效换热作用能快速获取热量以转变为高温液态水，蒸汽发生系统进一步将高温液态水制备为饱和蒸汽，从而作为热源提供给提取系统，该过程具有热转换效率高、出水温度高以及高温区能效比高的优点，并且与现有的中药提取装置相比，具有更强的环境适应能力；
2、本发明所述的中药提取装置中，蒸汽发生系统能同步连接一组或多组提取系统，既能实现多组中草药同步提取，从而提高中药提取效率，又能根据不同类型的中草药特点而对各组提取系统分别规划不同的提取时间，从而实现连续不停地提取不同类型中草药的目的；
3、本发明所述的中药提取装置及提取方法中，CO2热泵系统在气冷器的第一换热侧形成工质回路，在工质回路内制备高温高压的超临界状态的CO2，并驱动超临界状态的CO2流经气冷器的第一换热侧进行放热，以使工质在工质回路内实现循环吸热和放热过程，提高CO2热泵系统的能效比，减少能量损失。
附图说明
图1为本发明实施例的中药提取装置的结构示意图。
附图标记：
1：回热器；2：膨胀阀；3：蒸发器；4：CO2压缩机；5：气液分离器；6：气冷器；7：蓄水罐；8：给水泵；9：闪蒸罐；10：水蒸汽压缩机；11：补水泵；12：缓冲罐；13：提取罐；14：供水泵；15：截止阀；A：入水口；B：药液出口；C：冷凝水出口；D：余水出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；除非另有说明，“缺口状”的含义为除截面平齐外的形状。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本实施例提供了一种中药提取装置(本实施例简称装置)，并基于该装置进一步提供了一种中药提取方法(本实施例简称方法)。与现有的中药提取装置相比，该装置及方法具有更强的环境适应能力，并且具有出水温度高、高温区能效比高的优点。
具体如图1所示，该装置包括CO2热泵系统、蒸汽发生系统和至少一组提取系统。其中所述的CO2热泵系统包括气冷器6和热泵组件。该装置利用CO2热泵系统的热泵组件制备高温高压的超临界状态的CO2，并将制备得到的CO2作为热源向气冷器6的第一换热侧输送热量。气冷器6的第一换热侧和第二换热侧分别与热泵组件和蒸汽发生系统连接，从而将CO2热泵系统和蒸汽发生系统之间耦合连接，蒸汽发生系统内的液态水在流经气冷器6时吸热升温，以便于后续生成高温蒸汽。各组提取系统分别与蒸汽发生系统连接，蒸汽发生系统内的高温蒸汽分别进入各组提取系统内，从而对各组提取系统内的中草药进行高温煎煮，以满足提取系统内中草药的煎煮过程所需的足量热能供给。
在一个实施例中，CO2热泵系统的热泵组件包括膨胀阀2、蒸发器3和CO2压缩机4。气冷器6的第一换热侧分别设有第一端口和第二端口，图1所示，气冷器6的第一换热侧的第一端口为工质出口，气冷器6的第一换热侧的第二端口为工质入口。具体的，气冷器6的第一换热侧的第一端口通过膨胀阀2与蒸发器3连接，蒸发器3通过CO2压缩机4与气冷器6的第一换热侧的第二端口连接。膨胀阀2、蒸发器3和CO2压缩机4按顺序连接在气冷器6的第一换热侧的工质出口和工质入口之间，从而使得CO2热泵系统与气冷器6的第一换热侧共同形成工质回路。
CO2工质在工质回路内循环流动，工质流动方向如图1中箭头方向所示。CO2工质在工质回路内经过液态、气态以及超临界状态之间循环转变，并在此过程中实现吸热和放热过程。具体的，液相CO2在蒸发器3内吸收空气中的热能而蒸发为气相CO2。气相CO2被CO2压缩机4吸入并压缩至高温高压的超临界状态后，进入到气冷器6的第一换热侧中，并放热给蒸汽发生系统内流经气冷器6第二换热侧中的液态水。放热后的超临界状态CO2进入到膨胀阀2中膨胀节流，从而重新转变为液相CO2，经节流后的液相CO2重新进入到蒸发器3中吸热蒸发，以实现一次工质循环。
在一个实施例中，CO2热泵系统的热泵组件还包括回热器1。回热器1的第一换热侧连接在气冷器6的第一换热侧的第一端口与膨胀阀2之间，回热器1的第二换热侧连接在蒸发器3与CO2压缩机4之间。放热后的超临界状态CO2在进入膨胀阀2中膨胀节流前，先经过回热器1的第一换热器二次放热；而吸热蒸发生成的气相CO2在进入CO2压缩机4前，则先经过回热器1的第二换热器预升温。增设的回热器1一方面起到气冷器6过冷的作用，另一方面起到CO2压缩机4入口过热的作用，由此可见设置回热器1能提高CO2热泵系统的能效比，并减少能量损失。
在一个实施例中，CO2热泵系统还包括气液分离器5。气液分离器5连接于蒸发器3与CO2压缩机4之间。工质回路中循环的CO2工质在通过蒸发器3的蒸发后易形成气液两相混合物。故而在蒸发器3与CO2压缩机4之间设置气液分离器5，可以将进入CO2压缩机4的气液两相混合物进行气液分离，以提高工质压缩质量和效率。可理解的是，将位于气液分离器5上方的气相CO2出口连接至CO2压缩机吸气口即可。优选如图1所示，将气液分离器5连接于蒸发器3与回热器1的第二换热侧之间，以使气相CO2在进入CO2压缩机前，能先经过回热器1的第二换热器预升温，进一步提高气相CO2的压缩质量和效率。
在一个实施例中，蒸汽发生系统包括蓄水罐7、闪蒸罐9、水蒸汽压缩机10和缓冲罐12。气冷器6的第二换热侧分别设有第一端口和第二端口，气冷器6的第二换热侧的第一端口为工质入口，气冷器6的第二换热侧的第二段口为工质出口，工质流动方向如图1中箭头方向所示。
蓄水罐7至少设有第一端口、第二端口和第三端口。其中，蓄水罐7的第一端口与气冷器6的第二换热侧的第一端口连接，以使蓄水罐7内的液态水能流经气冷器6的第二换热侧进行吸热升温；蓄水罐7的第二端口与各组提取系统连接，以便于向提取系统内分别灌入液态水，经蓄水罐7第二端口流入各组提取系统内的液态水作为各组提取系统中完成润药过程的水源；蓄水罐7的第三端口为入水口A。
在气冷器6的第二换热侧的第二端口连接有蒸汽制备管路，闪蒸罐9、水蒸汽压缩机10和缓冲罐12依次安装在蒸汽制备管路上。具体的，气冷器6的第二换热侧的第二端口依次通过闪蒸罐9和水蒸汽压缩机10与缓冲罐12的第一端口连接，缓冲罐12的第二端口与各组提取系统连接。其中，缓冲罐12的第一端口为工质入口，缓冲罐12的第二端口为工质出口。液态水经气冷器6加热转变为90℃～100℃的热水并随后进入到闪蒸罐9中，由于水蒸汽压缩机10的运行能导致闪蒸罐9中形成负压环境，从而使得上述热水在闪蒸罐9中转变为80℃～90℃的蒸汽。蒸汽进入水蒸汽压缩机10中被压缩增焓成100℃的饱和蒸汽后进入到缓冲罐12内，随后在需要时通过缓冲罐12的第二端口输送至各组提取系统中，以作为各组提取系统完成煎煮过程的热源。
在一个实施例中，蒸汽发生系统还包括给水泵8，给水泵8连接于蓄水罐7的第一端口与气冷器6的第二换热侧的第一端口之间。给水泵8用于将蓄水罐7内的液态水泵入气冷器6中，以加快蒸汽制备效率。
在一个实施例中，蒸汽发生系统还包括补水管路和补水泵11。补水管路旁通连接于闪蒸罐9与水蒸汽压缩机10之间，补水泵11安装在补水管路上。闪蒸罐9在完成热水转变为蒸汽的过程后，其内部剩余的70℃～80℃的热水进入补水管路中，补水管路上安装的补水泵11能将剩余热水作为水蒸汽压缩机10的补水水源泵入水蒸汽压缩机10内。该补水泵11的作用在于通过喷水降低水蒸汽压缩机10的排气温度并能消减过热度，此外还能起到润滑、密封和增大蒸汽量的作用。而越高的补水温度对于蒸汽发生系统而言越节能。
可理解的是，闪蒸罐9还设有余水出口D，余水出口D与蓄水罐7连接，以便于将闪蒸罐9中蒸发后残余水回收至蓄水罐7内循环利用。
在一个实施例中，提取系统包括提取罐13。提取罐13包括外壳和内胆(该双层结构在图1中未示出)，内胆套装在外壳内，并且内胆与外壳之间留有可通入饱和蒸汽的空间。在提取罐13的内胆内进行润药过程，并在润药过程结束后，将缓冲罐12中的饱和蒸汽通入到提取罐13的外壳和内胆之间的空间中，以便利用高温饱和蒸汽给提取罐13的内胆中的药液加热至100℃并维持沸腾。而不同类型的药材需要不同的提取时间，在达到提取时间后排出药液即可。
提取罐13至少设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。提取罐13的第一端口和第三端口分别连通至内胆内，并且应当保证提取罐13的第一端口和第三端口与空间不连通，以确保作为装药容器的内胆与通入热源的空间之间不连通。提取罐13的第二端口和第四端口分别连通至空间内。
具体的，提取罐13的第一端口与蓄水罐7的第二端口连接，可以直接接收来自蓄水罐7内的低温液态水，以便于利用液态水浸泡提取罐13内的中草药，从而完成润药过程；提取罐13的第二端口与缓冲罐12的第二端口连接，可以将缓冲罐12内的高温饱和蒸汽引入提取罐13，从而作为完成中草药的煎煮过程的热源。提取罐13的第三端口为药液出口B。提取罐13的第四端口为冷凝水出口C。
可理解的是，可将提取罐13的第四端口与蓄水罐7的入水口A连接，饱和蒸发放热后形成的冷凝水可通过水管(图1中未示出)通入到蓄水罐7中。可见，蓄水罐7能起到至少两个作用：一是能回收该装置中水的余热；二是能提高CO2热泵系统的进水温度以达到更高的出水温度的目的。
需要说明的是，该装置的蒸汽发生系统可以连接一组提取系统，也可以分别连接两组或两组以上的提取系统。本实施例如图1所示，蒸汽发生系统分别连接有两组提取系统，具体为：两组提取系统的提取罐13的第一端口分别与蓄水罐7的第二端口连接，两组提取系统的提取罐13的第二端口分别与缓冲罐12的第二端口连接。进一步的，提取系统还包括供水泵14和截止阀15，供水泵14和截止阀15依次安装在提取罐13的第一端口与蓄水罐7的第二端口之间。每组提取系统的提取罐13内可根据需要加装不同组分的中草药，则润药过程的参数要求(例如时间和水量)各不相同，根据不同药材所需的润药过程的参数要求，分别打开各组的提取罐13的第一端口与蓄水罐7之间的水泵和截止阀15，从而根据实际需要分别将蓄水罐7中20℃～50℃的低温液态水分别灌入各组的提取罐13中，并将各组分的中草药分别投入至对应的提取罐13内进行润药过程即可。
在一个实施例中，本实施例提出了一种基于上述的中药提取装置的中药提取方法。该方法包括以下步骤：
利用CO2热泵系统的热泵组件在气冷器6的第一换热侧形成工质回路，利用工质回路制备超临界状态的CO2，并驱动超临界状态的CO2流经气冷器6的第一换热侧进行放热；
利用蒸汽发生系统在气冷器6的第二换热侧连接蒸汽制备管路，以使经由气冷器6的第二换热侧吸热的液态水通过蒸汽制备管路制备成饱和蒸汽；
将饱和蒸汽作为热源通入至各组提取系统中。
上述各步骤的具体过程已在前述内容中详细描述，故而在此不再赘述。
综上所述，本实施例的中药提取装置利用CO2热泵系统作为热源，具有环境适应能力强、环保效果好的优点。气冷器6的第一换热侧和第二换热侧分别与CO2热泵系统的热泵组件和蒸汽发生系统连接，从而使蒸汽发生系统内的液态水通过气冷器6的高效换热作用能快速获取热量以转变为高温液态水，蒸汽发生系统进一步将高温液态水制备为饱和蒸汽，从而作为热源提供给提取系统，该过程具有热转换效率高、出水温度高以及高温区能效比高的优点，并且与现有的中药提取装置相比，具有更强的环境适应能力。
本实施例所述的中药提取装置中，蒸汽发生系统能同步连接一组或多组提取系统，既能实现多组中草药同步提取，从而提高中药提取效率，又能根据不同类型的中草药特点而对各组提取系统分别规划不同的提取时间，从而实现连续不停地提取不同类型中草药的目的。
本实施例所述的中药提取装置及提取方法中，CO2热泵系统在气冷器6的第一换热侧形成工质回路，在工质回路内制备高温高压的超临界状态的CO2，并驱动超临界状态的CO2流经气冷器6的第一换热侧进行放热，以使工质在工质回路内实现循环吸热和放热过程，提高CO2热泵系统的能效比，减少能量损失。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种中药提取装置，其特征在于，包括CO2热泵系统、蒸汽发生系统和至少一组提取系统，所述CO2热泵系统包括气冷器和热泵组件，所述气冷器的第一换热侧和第二换热侧分别与所述热泵组件和所述蒸汽发生系统连接，各组所述提取系统分别与所述蒸汽发生系统连接。
2.根据权利要求1所述的中药提取装置，其特征在于，所述热泵组件包括膨胀阀、蒸发器和CO2压缩机，所述气冷器的第一换热侧的第一端口通过所述膨胀阀与所述蒸发器连接，所述蒸发器通过所述CO2压缩机与所述气冷器的第一换热侧的第二端口连接。
3.根据权利要求2所述的中药提取装置，其特征在于，所述热泵组件还包括回热器，所述回热器的第一换热侧连接在所述气冷器的第一换热侧的第一端口与所述膨胀阀之间，所述回热器的第二换热侧连接在所述蒸发器与所述CO2压缩机之间。
4.根据权利要求2所述的中药提取装置，其特征在于，所述热泵组件还包括气液分离器，所述气液分离器连接于所述蒸发器与所述CO2压缩机之间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的中药提取装置，其特征在于，所述蒸汽发生系统包括蓄水罐、闪蒸罐、水蒸汽压缩机和缓冲罐，所述蓄水罐的第一端口与所述气冷器的第二换热侧的第一端口连接，所述蓄水罐的第二端口与各组所述提取系统连接，所述蓄水罐的第三端口为入水口；所述气冷器的第二换热侧的第二端口依次通过所述闪蒸罐和所述水蒸汽压缩机与所述缓冲罐的第一端口连接，所述缓冲罐的第二端口与各组所述提取系统连接。
6.根据权利要求5所述的中药提取装置，其特征在于，所述蒸汽发生系统还包括给水泵，所述给水泵连接于所述蓄水罐的第一端口与所述气冷器的第二换热侧的第一端口之间。
7.根据权利要求5所述的中药提取装置，其特征在于，所述蒸汽发生系统还包括补水管路和补水泵，所述补水管路旁通连接于所述闪蒸罐与所述水蒸汽压缩机之间，所述补水泵安装在所述补水管路上。
8.根据权利要求5所述的中药提取装置，其特征在于，所述提取系统包括提取罐，所述提取罐包括外壳和内胆，所述内胆套装在所述外壳内，并且所述内胆与所述外壳之间留有能通入饱和蒸汽的空间；
所述提取罐的第一端口和第三端口分别连通至所述内胆内，所述提取罐的第一端口与所述蓄水罐的第二端口连接，所述提取罐的第三端口为药液出口；
所述提取罐的第二端口和第四端口分别连通至所述空间内，所述提取罐的第二端口与所述缓冲罐的第二端口连接，所述提取罐的第四端口为冷凝水出口。
9.根据权利要求8所述的中药提取装置，其特征在于，所述提取系统还包括供水泵和截止阀，所述供水泵和截止阀依次安装在所述提取罐的第一端口与所述蓄水罐的第二端口之间。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的中药提取装置的提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
利用CO2热泵系统的热泵组件在气冷器的第一换热侧形成工质回路，利用所述工质回路制备超临界状态的CO2，并驱动所述超临界状态的CO2流经所述气冷器的第一换热侧进行放热；
利用蒸汽发生系统在所述气冷器的第二换热侧连接蒸汽制备管路，以使经由所述气冷器的第二换热侧吸热的液态水通过所述蒸汽制备管路制备成饱和蒸汽；
将所述饱和蒸汽作为热源通入至各组提取系统中。
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