CN116430926B - 一种中药提取的温度调节系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中药提取的温度调节系统及方法，包括：S1：夹套内连通冷却水，获得开度‑质量流量函数；S2：获取物料的初始温度_、降温时间和冷却水进水温度，设定醇沉罐内的冷沉温度；S3：设定标定周期T和标定阀门开度，测量在标定周期内冷却水的平均出口温度，以及标定周期完成后醇沉罐内物料的温度；S4：计算标定降温时间，并通过方程计算出初始阀门开度；S5：按照初始阀门开度设置进、出口阀门，并实时测量冷却水出水温度；S6：当温度偏差值ΔT≥1℃时，计算调整量ΔK；S7：令K₁=K₁+ΔK进行赋值，并重复步骤S5‑S6。在本发明中，可以根据对阀门开度进行实时修正，从而保证降温过程中平稳。

Description

一种中药提取的温度调节系统及方法

技术领域

本发明涉及温度调节技术领域，具体涉及一种中药提取的温度调节系统及方法。

背景技术

中药是指以天然植物、动物、矿物等为原料，依据中医理论和经验制成的药品。药具有较好的疗效，并且来源广泛、制备方法简单、自然安全，被许多人所喜爱和信赖。中药提取是指从中药材中分离出具有特定药效的有效成分。中药提取通常采用水提、醇提、超临界流体萃取等技术，将药材中的化学成分转移到溶剂中，然后通过浓缩、分离纯化等步骤得到中药提取物。中药提取物可以作为原料药或中成药的制备原料，也可以用于食品、保健品和化妆品等领域。

中药提取通常需要控制温度，因为不同的中药材和提取方法对温度有不同的要求。比如说中药提取中利用有机物与水相分离的溶剂性差异，将悬浮液中的生物大分子（如核酸或蛋白质）沉淀到溶剂中的一种生物大分子的醇沉工艺，是中药口服液和注射剂等有澄明度要求的中药制剂最为常用的精制方法。而在醇沉工艺中，冷沉温度对醇沉的效果起着至关重要的作用：降温阶段如降温过快，导致沉淀颗粒较细，难以过滤；降温过慢，则会造成醇沉时间延长。

在专利公告号为CN105353800B的一篇中国专利中，公开了一种中药醇沉过程冷沉温度的控制方法，在其方案中主要包括有物料降温控制和冷沉过程中的温度调节。而在物料降温过程中，冷却阀门的开度与四个参数有关，分别是预设的冷沉温度、预设的降温时间、物料的初始温度和进水阀门的水温，这些参数都为常数（预设或者可测）；所以物料的降温过程中阀门开度是不变的，但是随着物料降温，物料与冷却水之间的温差减小，换热效率降低，如果不增加阀门开度则有可能会造成醇沉时间延长，工作效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中药提取的温度调节系统及方法，解决上述技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种中药提取的温度调节系统及方法，包括醇沉罐和设置于醇沉罐上的夹套，所述的夹套两侧分别开设有进、出口阀门，冷却水通过所述的进、出口阀门在所述的夹套内循环流动，包括以下步骤：

S1：夹套内连通冷却水，以阀门开度K作为自变量，出口阀门的质量流量作为因变量，获得开度-质量流量函数m（K）；

S2：获取物料的初始温度T_0、降温时间t和冷却水进水温度T_j，设定醇沉罐内的冷沉温度T_s；

S3：设定标定周期T和标定阀门开度K₀，测量在标定周期T内冷却水的平均出口温度T_c，以及标定周期完成后醇沉罐内物料的温度T₁；

S4：计算标定降温时间t'=（T₀-T_s）/（T₀-T₁），并通过方程m（K₁）=（t'/t）m（K₀）计算出初始阀门开度K₁；

S5：按照初始阀门开度K₁设置进、出口阀门，并实时测量冷却水出水温度T_{c_date}；

S6：当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}≥1℃时，计算调整量ΔK，所述的调整量ΔK的计算方程如下所示：

；

其中，T_c'表示调节阀门开度为K₁后的冷却水的平均出口温度；

S7：令K₁=K₁+ΔK进行赋值，并返回步骤S5-S6。

作为本发明进一步的方案：在获取所述的开度-质量流量函数m（K）的具体步骤如下所示：

所述的进、出口阀门同时与冷却水循环管路连通，向夹套内部填充冷却水，排除多余气体；

以设定速度，同步缓慢减小进、出口阀门的开度，并且实时测量阀门处的质量流量；

以阀门开度K为x轴坐标，质量流量m为y轴坐标，绘制开度-质量流量曲线m（K）。

作为本发明进一步的方案：当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}＜1℃时，不调整阀门开度。

作为本发明进一步的方案：还包括：实时获取醇沉罐内部物料的温度，并且当醇沉罐内部物料的温度降低至（T_s+Δt）时，减小阀门开度至K_min，其中Δt表示预设的温度裕度值，K_min表示预设的阀门最小开度。

作为本发明进一步的方案：当所述的阀门开度调整至K_min后，继续实时监测醇沉罐内部物料的温度，并且当醇沉罐内部物料的温度等于冷沉温度T_s时，关闭冷却水进口阀门，并且在夹套内冷却水排空后关闭冷却水出口阀门。

作为本发明进一步的方案：当所述的阀门开度（K₁+ΔK）≥K_max时，令ΔK=K_max-K₁，其中K_max表示阀门的最大开度。

作为本发明进一步的方案：在调节阀门开度的过程中，冷却水进、出口阀门同步调整。

作为本发明进一步的方案：阀门检测模块：夹套内连通冷却水，以阀门开度K作为自变量，出口阀门的质量流量作为因变量，获得开度-质量流量函数m（K）；

一种中药提取的温度调节系统，包括：

参数获取模块：获取物料的初始温度T_0、降温时间t和冷却水进水温度T_j，设定醇沉罐内的冷沉温度T_s；

初始阀门开度标定模块：设定标定周期T和标定阀门开度K₀，测量在标定周期T内冷却水的平均出口温度T_c，以及标定周期完成后醇沉罐内物料的温度T₁；计算标定降温时间t'=（T₀-T_s）/（T₀-T₁），并通过方程m（K₁）=（t'/t）m（K₀）计算出初始阀门开度K₁；

阀门开度修正模块：按照初始阀门开度K₁设置进、出口阀门，并实时测量冷却水出水温度T_{c_date}；

当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}≥1℃时，计算调整量ΔK,所述的调整量ΔK的计算方程如下所示：

；

其中，T_c'表示调节阀门开度为K₁后的冷却水的平均出口温度。

本发明的有益效果：在本发明中，先进行阀门的流量标定，根据调整阀门开度来测量阀门处的质量流量，从而测算出不同阀门开度所对应的质量流量，因为对于一般情况而言，阀门开度越大，流量就越大，因为在相同压差下，阀门开得越大，管道通过的有效截面积就越大，从而流量也就越大；接着在进行阀门初始开度的标定，在这个步骤中以设定的标定周期T和标定阀门开度K₀作为标准进行降温，并在标定周期T结束后，统计各个参数的数据，根据换热原理：换热量 = 质量×比热容×温差，来通过夹套内的冷却水的换热量来衡量醇沉罐内外之间的换热效率，从而制定初始阀门开度K₁；但是，随着正式的降温过程开始，位于醇沉罐内的物料的温度开始降低，因此物料与冷却水之间的温差降低，换热效率降低，物料的降温速度下降，因此换热量下降，冷却水出口温度下降，根据此时计算出的阀门开度的调整量，重新调整阀门开度，从而进行修正。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明一种中药提取的温度调节方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明为一种中药提取的温度调节方法，包括醇沉罐和设置于醇沉罐上的夹套，所述的夹套两侧分别开设有进、出口阀门，冷却水通过所述的进、出口阀门在所述的夹套内循环流动，包括以下步骤：

S1：夹套内连通冷却水，以阀门开度K作为自变量，出口阀门的质量流量作为因变量，获得开度-质量流量函数m（K）；

S2：获取物料的初始温度T_0、降温时间t和冷却水进水温度T_j，设定醇沉罐内的冷沉温度T_s；

S3：设定标定周期T和标定阀门开度K₀，测量在标定周期T内冷却水的平均出口温度T_c，以及标定周期完成后醇沉罐内物料的温度T₁；

S4：计算标定降温时间t'=（T₀-T_s）/（T₀-T₁），并通过方程m（K₁）=（t'/t）m（K₀）计算出初始阀门开度K₁；

S5：按照初始阀门开度K₁设置进、出口阀门，并实时测量冷却水出水温度T_{c_date}；

S6：当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}≥1℃时，计算调整量ΔK,所述的调整量ΔK的计算方程如下所示：

；

其中，T_c'表示调节阀门开度为K₁后的冷却水的平均出口温度；

S7：令K₁=K₁+ΔK进行赋值，并返回步骤S5-S6。

从专利公告号为CN105353800B的中国专利中，我们可以得知，在其方案中，在物料的降温的计算过程中，其阀门开度K＝0.1*(T₀-Tc)*k*100％＝0.1*(T₀-Tc)*(T₀-T)/t*100％，其中T₀为物料的初始温度，属于可以测得的已知常数量；Tc为冷却水温，为系统设定的常数量；T为冷沉温度，为系统设定的常数量；t为降温时间，同样为系统设定的常数量；所以在方案中阀门开度K同样为常数，所以降温过程中冷却水流量不变；但是却没有考虑随着降温过程的持续，物料与冷却水的温差降低，换热效率大大降低的问题。

而在本发明中，先进行阀门的流量标定，根据调整阀门开度来测量阀门处的质量流量，从而测算出不同阀门开度所对应的质量流量，因为对于一般情况而言，阀门开度越大，流量就越大，因为在相同压差下，阀门开得越大，管道通过的有效截面积就越大，从而流量也就越大；接着在进行阀门初始开度的标定，在这个步骤中以设定的标定周期T和标定阀门开度K₀作为标准进行降温，并在标定周期T结束后，统计各个参数的数据，根据换热原理：换热量 = 质量×比热容×温差，来通过夹套内的冷却水的换热量来衡量醇沉罐内外之间的换热效率，从而制定初始阀门开度K₁；但是，随着正式的降温过程开始，位于醇沉罐内的物料的温度开始降低，因此物料与冷却水之间的温差降低，换热效率降低，物料的降温速度下降，因此换热量下降，冷却水出口温度下降，根据此时计算出的阀门开度的调整量，重新调整阀门开度，从而进行修正。

而值得注意的是，在计算初始阀门开度K₁时，是按照标定阀门开度K₀的标定结果进行换算得到，在理论上初始阀门开度K₁下的换热量与阀门开度K₀不一定相同，所以在本方案中计算得到的初始阀门开度K₁与理论值之间存在偏差；因此，在后续的方案中，会通过实际降温情况进行修正。

可以理解的是，在本发明中，冷却水是持续提供的，从进口阀门流入并从出口阀门流出，并且，为了保证降温效果以及过程可控，从进口阀门流入的冷却水的水温保持不变。

在本发明一种优选的实施例中，在获取所述的开度-质量流量函数m（K）的具体步骤如下所示：

所述的进、出口阀门同时与冷却水循环管路连通，向夹套内部填充冷却水，排除多余气体；

以设定速度，同步缓慢减小进、出口阀门的开度，并且实时测量阀门处的质量流量；

以阀门开度K为x轴坐标，质量流量m为y轴坐标，绘制开度-质量流量曲线m（K）。

上述方案只是本发明中的一种实施例，还可以采用其他的现有技术中的测量方法，其主要目的是为了获取阀门开度与质量流量之间的映射关系。

在本发明一种优选的实施例中，当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}＜1℃时，不调整阀门开度。温差变化不大，说明换热效率变化不大，此时不需要调整阀门开度。

在本发明一种优选的实施例中，还包括：实时获取醇沉罐内部物料的温度，并且当醇沉罐内部物料的温度降低至（T_s+Δt）时，减小阀门开度至K_min，其中Δt表示预设的温度裕度值，K_min表示预设的阀门最小开度。

在本实施例中，（T_s+Δt）可以理解为警戒温度或者是预警温度，此时醇沉罐内物料的温度即将达到预设的冷沉温度T_s，如果仍然按照降温阶段的换热效率来，容易造成醇沉罐内物料降温速度过快，系统响应时，醇沉罐内物料的温度已经低于预设的冷沉温度T_s，所以，作为进一步的方案，通过降低阀门开度至K_min，来对物料进行缓慢降温，直至到达冷沉温度T_s。

在本发明一种优选的实施例中，当所述的阀门开度调整至K_min后，继续实时监测醇沉罐内部物料的温度，并且当醇沉罐内部物料的温度等于冷沉温度T_s时，关闭冷却水进口阀门，并且在夹套内冷却水排空后关闭冷却水出口阀门。排出夹套内的余水是为了防止冷却水与物料之间的继续换热。

在本发明一种优选的实施例中，当所述的阀门开度（K₁+ΔK）≥K_max时，令ΔK=K_max-K₁，其中K_max表示阀门的最大开度。

作为本发明进一步的方案：在调节阀门开度的过程中，冷却水进、出口阀门同步调整。

一种中药提取的温度调节系统，包括：

阀门检测模块：夹套内连通冷却水，以阀门开度K作为自变量，出口阀门的质量流量作为因变量，获得开度-质量流量函数m（K）；

参数获取模块：获取物料的初始温度T_0、降温时间t和冷却水进水温度T_j，设定醇沉罐内的冷沉温度T_s；

初始阀门开度标定模块：设定标定周期T和标定阀门开度K₀，测量在标定周期T内冷却水的平均出口温度T_c，以及标定周期完成后醇沉罐内物料的温度T₁；计算标定降温时间t'=（T₀-T_s）/（T₀-T₁），并通过方程m（K₁）=（t'/t）m（K₀）计算出初始阀门开度K₁；

阀门开度修正模块：按照初始阀门开度K₁设置进、出口阀门，并实时测量冷却水出水温度T_{c_date}；

当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}≥1℃时，计算调整量ΔK，所述的调整量ΔK的计算方程如下所示：

；

其中，T_c'表示调节阀门开度为K₁后的冷却水的平均出口温度。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种中药提取的温度调节方法，包括醇沉罐和设置于醇沉罐上的夹套，所述的夹套两侧分别开设有进、出口阀门，冷却水通过所述的进、出口阀门在所述的夹套内循环流动，其特征在于，包括以下步骤：

S1：夹套内连通冷却水，以阀门开度K作为自变量，出口阀门的质量流量作为因变量，获得开度-质量流量函数m（K）；

S2：获取物料的初始温度T_0、降温时间t和冷却水进水温度T_j，设定醇沉罐内的冷沉温度T_s；

S3：设定标定周期T和标定阀门开度K₀，测量在标定周期T内冷却水的平均出口温度T_c，以及标定周期完成后醇沉罐内物料的温度T₁；

S4：计算标定降温时间t'=（T₀-T_s）/（T₀-T₁），并通过方程m（K₁）=（t'/t）m（K₀）计算出初始阀门开度K₁；

S5：按照初始阀门开度K₁设置进、出口阀门，并实时测量冷却水出水温度T_{c_date}；

S6：当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}≥1℃时，计算调整量ΔK，所述的调整量ΔK的计算方程如下所示：

；

其中，T_c'表示调节阀门开度为K₁后的冷却水的平均出口温度；

S7：令K₁=K₁+ΔK进行赋值，并重复步骤S5-S6。

2.根据权利要求1所述的一种中药提取的温度调节方法，其特征在于，在获取所述的开度-质量流量函数m（K）的具体步骤如下所示：

所述的进、出口阀门同时与冷却水循环管路连通，向夹套内部填充冷却水，排除多余气体；

以设定速度，同步缓慢减小进、出口阀门的开度，并且实时测量阀门处的质量流量；

以阀门开度K为x轴坐标，质量流量m为y轴坐标，绘制开度-质量流量曲线m（K）。

3.根据权利要求1所述的一种中药提取的温度调节方法，其特征在于，当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}＜1℃时，不调整阀门开度。

4.根据权利要求1所述的一种中药提取的温度调节方法，其特征在于，还包括：实时获取醇沉罐内部物料的温度，并且当醇沉罐内部物料的温度降低至（T_s+Δt）时，减小阀门开度至K_min，其中Δt表示预设的温度裕度值，K_min表示预设的阀门最小开度。

5.根据权利要求4所述的一种中药提取的温度调节方法，其特征在于，当所述的阀门开度调整至K_min后，继续实时监测醇沉罐内部物料的温度，并且当醇沉罐内部物料的温度等于冷沉温度T_s时，关闭冷却水进口阀门，并且在夹套内冷却水排空后关闭冷却水出口阀门。

6.根据权利要求5所述的一种中药提取的温度调节方法，其特征在于，当所述的阀门开度（K₁+ΔK）≥K_max时，令ΔK=K_max-K₁，其中K_max表示阀门的最大开度。

7.根据权利要求5所述的一种中药提取的温度调节方法，其特征在于，在调节阀门开度的过程中，冷却水进、出口阀门同步调整。

8.一种用于实施权利要求1所述的中药提取的温度调节方法的中药提取的温度调节系统，其特征在于，包括：

阀门检测模块：夹套内连通冷却水，以阀门开度K作为自变量，出口阀门的质量流量作为因变量，获得开度-质量流量函数m（K）；

参数获取模块：获取物料的初始温度T_0、降温时间t和冷却水进水温度T_j，设定醇沉罐内的冷沉温度T_s；

初始阀门开度标定模块：设定标定周期T和标定阀门开度K₀，测量在标定周期T内冷却水的平均出口温度T_c，以及标定周期完成后醇沉罐内物料的温度T₁；计算标定降温时间t'=（T₀-T_s）/（T₀-T₁），并通过方程m（K₁）=（t'/t）m（K₀）计算出初始阀门开度K₁；

阀门开度修正模块：按照初始阀门开度K₁设置进、出口阀门，并实时测量冷却水出水温度T_{c_date}；

当温度偏差值ΔT=T_c'-T_{c_date}≥1℃时，计算调整量ΔK，所述的调整量ΔK的计算方程如下所示：

；

其中，Tc'表示调节阀门开度为K1后的冷却水的平均出口温度。