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第3章 物料衡算和热量衡算
3.1 物料衡算
年产1000吨茶多酚，一年按300天计算，1天提取一批，则每批的产量为1000000/300=3334㎏。茶多酚占干绿茶的20%（18%-35%），因此每批加入绿茶3334 ㎏/0.2=16670㎏。
茶多酚采用三级逆流罐组水提工艺，每级提取罐每批拟投预处理过的药材总重16670㎏，茶叶在罐内预先用水润湿，据测定每1㎏干药材可吸水1㎏，茶水比值取1：15。已知：三级水提取的总出液系数为8.04㎏药材，提取液中固溶物含量为0.486%，提取液馏得挥发油0.001㎏挥发物/㎏药材，馏出时的组成为0.25%。 以每批计算：
在物料衡算时将三级提取罐看作一个体系，即将其作为衡算的范围，将体系内部的物流略去不计简化后的物料衡算。
（1）挥发物产量及水汽用量：
挥发油的量为：0.001㎏挥发物/㎏药材* 16670㎏=16.67㎏；
按照水汽蒸馏馏出物的组成，馏出物中水的量应为：16.67㎏/0.0025=6668㎏水。
(2)产出浓浸提液量：
8.04㎏浓浸提液/㎏药材316670㎏药材=134026.8㎏浓浸提液； 其中总固融物量：134026.830.486%=651.37㎏固溶物。 (3)废弃药渣量：
16670315+16670+16670+500-（16.67+651.37）-134026.8=149195.16， 其中药渣中含水量应为：
16670*15+116670+500-(134026.8-651.37)-6668=127176.57㎏。 故净药渣量为：149195.16-127176.57=22018.59
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表2-3 物料衡算表
内 质 物 流 含 量 物 输入 总量 可浸出物 0.65
挥发物 0.017
净药渣 22.02
水 16.67
总量
输出 可浸出物 挥发物 净药渣
水
T 名 称 投入茶叶 16.67 润湿茶叶用水
浸提用水 250.05 水汽蒸馏直接蒸汽 挥发物 浓浸提液 药渣 合计
0.5 16.67
250.05 0.5
0.017
22.02
6.685 134.03 149.2
0.65 0.65
0.017 0.017
6.668 133.37
22.02 127.12 22.02 267.22
283.89 0.65
267.22 283.89
3.2 热量衡算
此过程为三级逆流萃取过程，若浸取灌在90℃下进行三级逆流浸取，浸取时间1h，浸出液在同样温度下放出，试进行热量衡算以求得每批蒸汽用量。 热量衡算范围以三级浸提罐为一个体系，物料衡算是热量衡算的基础，物料衡算表上的数据可直接拿来使用，衡算标准：①一批（即16670量）；②0℃固体或液体的热量视为0（kJ/㎏）。
由于衡算所需茶叶的比热容数据未知，但查到了茶叶的比热容因含水率不同而异，当含水率在6.4%时，比热容大约在1.63kJ/（㎏2K），含水率在74%的鲜叶比热容为3.5kJ/（㎏2K）。[10]以此为依据取药材的平均比热容为2.50kJ/（㎏2K）。
挥发油的比热容与气化热数据有叶未知，从物料衡算表可知，蒸汽蒸馏时挥发油在馏出液总占得比例极小，计算是可将其忽略。
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表2-4 热量衡算
投入茶叶 润湿药材用量 浸提用水 水汽蒸馏直接蒸汽 挥发物馏出蒸汽 浓浸提液 药渣 夹套蒸汽
夹套冷蒸汽（100℃）
输入热量∕kJ 4.167310 1.74310 2.62310 1.34310
M32693.5
6765
输出热量∕kJ
1.79310 5.58310 5.82310
M3418.68
776
热量输入
（1）投入茶叶：166703（25-0）=4.1673105kJ （2）湿润药材用量：166703104.68=1.743106kJ （3）浸提用水：2500503104.68=2.623107kJ （4）水气蒸馏直接蒸汽：50032677.2=1.34310kJ 热量输出
（5）挥发物馏出蒸汽：666832677.2=1.793106 kJ （6）浓浸提液：133375.433418.68=5.583107 kJ
（7）药渣：22018.5932.53（90-0）+127176.573418.68=5.583107 kJ （8）夹套蒸汽：M32693.5
（9）夹套冷蒸汽（100℃）：M3418.68
注：（2）（3）中104.68是从饱和水蒸汽表中查得的25℃液态水热含量；（4）（5）中2677.2为100℃水汽热晗量；（6）（7）（9）中418.68为100℃液体水的热晗量；（8）中2693.5为110℃的水汽热晗量，M为水蒸气用量。[11]
列衡算方程式，解得夹套加热水蒸气用量M（㎏/批）：∑输入=∑输出 4.1673105+1.743106+2.623107+1.343106+ M32693.5=1.793106+5.583107+5.583107+ M3418.68 解得：M=38.037t/批
萃取罐保温层向空气的热散失量参看相关部分来估算。计算中需要知道设备散
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热面积，在设备尚未选定，尺寸未知时还不能计算散热量。将上述夹套加热蒸汽用
量乘一个大于1的系数，以将散热考虑进去也是一种方法。本例取实际用蒸汽量： M'=1.2M=1.2338.0=45.64t/批。
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第4章设备计算与选型
4.1 粉碎设备
原材料为茶叶必须经过粉碎才能进入反应釜，每天粉碎16670kg绿茶，16670/20=830kg/h,粉碎量大，绿茶硬度较低，且容易堵塞空隙，我们可以选择锤式粉碎机，型号为1300*1600两台。锤式粉碎机构造简单，紧凑，适应性强，生产能力高，运行可靠。1300*1600生产率150-200t/h，所配备的电机型号为JSQ147-8，功率200KW，电压6000/V，粉碎后的茶叶选择风送。
4.2浸提罐的设计
由物料衡算表知，每台浸提罐内投入中药材5557㎏浸提用水83350药材 视密度未知，83350㎏水的体积为83.35m3，考虑到500㎏茶叶体积，浸提罐内物料体积为：V物料=1.1383.35=91.68m3
再考虑罐内一定的空隙，装料系数取0.8，则罐的实际体积为：V=91.68/0.8 =114.6m3
根据GB/T17115-1997强制外循环式提取罐（机组）系列，选取TQ-D动态多功能浸提罐系列。因其尺寸较大，现根据TQ-D-10（有效容积为10000L）浸提罐进行放大设计。
4.2.1浸提罐的总体结构
夹套反应釜主要由搅拌容器，搅拌装置，传动装置，轴封装置，支座，人孔，工艺 ,接管和一些附件组成。搅拌容器分罐体和夹套两部分，主要由封头和筒体组成，多为中、低压压力容器；搅拌装置由搅拌器和搅拌轴组成，其形式通常由工艺设计而定；传动装置是为为带动搅拌装置设置的，主要由电机，减速器，联轴器和传动轴等组成；轴封装置为动密封，一般采用机械密封或填料密封；它们与支座，人孔，工艺接管等附件一起，构成完整的夹套反应釜。 4.2.2几何尺寸的确定
根据工艺参数和高径比确定各部几何尺寸；高径比H/D=2，则H=2D
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