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白芷为常用中药材,具有祛风除湿、消肿排脓、活血止痛等功效,在临床上应用广泛。新鲜白芷,要经过干燥,使其水含量低于14%,方可储存。目前主要采用硫磺熏蒸、自然晾晒和烘干干燥白芷,存在着有效成分损失率(达到70%以上)大、品质差和易被污染等问题,迫切需要开发能够最大限度保存白芷有效成分、能耗合理、可规模化生产的干燥工艺。低温吸附干燥工艺具有能耗低、营养成分保持较好,成为热敏性物料干燥的首选技术之一。因此,本文采用低温吸附干燥方法对新鲜禹白芷和祁白芷进行干燥,研究其吸附干燥特性和干燥工艺条件;在吸附干燥模拟装置初步研究的基础上对吸附干燥样机系统进行了换热网络的优化和干燥箱的优化设计,为低温吸附干燥中药材的大规模应用提供基础数据。主要研究内容和结果如下: (1)以欧前胡素含量和总香豆素含量为指标,分别考察热风干燥、真空干燥对禹白芷有效成分的影响。采用热风干燥,在干燥温度40℃条件下,欧前胡素含量0.40%,总香豆素含量1.22%;采用真空干燥,在真空度0.095Mpa、干燥温度40℃条件下,欧前胡素含量0.39%,总香豆素含量1.16%。真空干燥禹白芷的总香豆素含量低于热风干燥。 (2)在自制低温吸附干燥模拟装置上,采用L9(34)正交实验对禹白芷低温吸附干燥工艺条件进行优化,结合极差分析和方差分析,确定禹白芷低温吸附干燥最佳工艺条件为:干燥介质温度37℃,干燥介质相对湿度6%,空速2.699s-1,在此条件下,干燥禹白芷的欧前胡素含量0.42%,总香豆素含量1.31%。吸附干燥禹白芷的欧前胡素和总香豆素含量均大于热风干燥和真空干燥。 (3)采用L9(34)正交实验对祁白芷低温吸附干燥工艺进行优化。结果表明,干燥介质温度对欧前胡素含量和总香豆素含量影响最为显著,其最佳干燥工艺条件为:干燥介质温度33℃,干燥介质相对湿度5%,干燥介质空速3.598s-1,在该条件下干燥祁白芷的欧前胡素含量0.24%,总香豆素含量1.27%。祁白芷的欧前胡素和总香豆素含量均低于禹白芷。 (4)选用Newton、Page和HendersonandPabis三种薄层干燥数学模型,采用非线性回归法对不同干燥条件下的祁白芷干燥实验数据进行数学拟合,建立祁白芷的低温吸附薄层干燥数学模型。结果表明,Page模型非常好的拟合了祁白芷的低温吸附干燥实验数据。祁白芷吸附干燥过程主要分为两个阶段,在干燥的初期有着较短的加速阶段,然后为降速阶段,并没有发现恒速阶段。 (5)使用Aspen软件对低温吸附干燥样机系统进行夹点分析,优化样机系统的换热网络,并对样机系统现有的干燥箱进行优化设计。优化后样机系统的加热量仅需1447kJ/h,相比于原系统降低了42.5%;冷却量仅需2410kJ/h,相比于原系统降低了29.5%。通过关联低温吸附干燥模拟装置的实验数据,对样机系统现有的干燥箱进行优化设计,得到的新干燥箱层数为3层,盛料盘金属网面积为0.0357m2,日处理量可达12.85kg,新干燥箱缩小了尺寸,提高了日处理量,与干燥样机其他系统更加匹配,更符合样机系统的需求。