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1引言
化學鍍Ni-P具有厚度均勻、硬度高、抗蝕性優異等特點,因此鍍層廣泛被應用于需耐磨的工件。但是,鋁合金表面即使在空氣中停留時間極短也會迅速地形成一層氧化膜,以致影響鍍層質量,降低鍍層與基體的結合力。
本項研究得出了比較好的預處理方案,從而得到結合力良好,表面比較光亮的Ni-P鍍層。
2實驗方法
2.1實驗工藝流程
試樣制備配制除油溶液化學除油水洗侵蝕水洗超聲波水洗去離子水洗一次鋟鋅水洗退鋅水洗超聲波水洗去離子水洗二次鋟鋅水洗去離子水洗堿性鍍水洗酸性鍍去離子水洗吹干冷卻
2.2除油配方及工藝
除油:Na3PO4•12H2O(30g/L)NaCO3(30g/L)溫度(65℃)時間(3min)
2.3浸鋅配方及工藝
ZnSO4(40g/l)NaOH(90g/l)NaF(1g/l)Fecl3(1g/l)KNaC4O4H406(10g/L)
溫度(42℃)一次浸鋅時間(90S)二次浸鋅時間(18S)
2.4鍍液配方與工藝
堿性預鍍液NiSO4•6H2O(30g/l)NaH2PO2•H2O(25g/l)NH4C6H5O7•H2O(100g/l)溫度(65℃)PH值(8.2)施鍍時間(8min)
酸性鍍液NiSO4•6H2O(30g/l)NaH2PO2•H2O(25g/l)NH4C6H5O7•H2O(10g/l)
乳酸C3H6O3(40ml/l)NaC2H302(10g/L)溫度(85℃)PH值(4.8)施鍍時間(120min)3實驗結果與分析
3.1鍍層表面形貌及硬度
鍍層表面為致密的胞狀、非晶態結構。小胞之間有明顯的界線,界線基本為直線,說明小胞在長大的過程中相互受到擠壓而發生了變形,鍍層中存在應力。鍍層的含磷量為13.1%,鍍層硬度可達686HV。
溫度是影響化學鍍沉積速率的最重要因。化學鍍的催化反應一般只能在加熱條件下發生,溫度升高,離子擴散速度加快,反應活性增強,當溫度高于50℃時,基體表面才有少量氣泡生成,化學鍍鎳磷合金才能進行,隨溫度升高基體表面可見明顯鍍層。反應溫度低于80℃時,沉積速率較慢;溫度高于80℃,基體表面有大量氣泡生成,沉積速率變快;當溫度高于95℃時,鍍液發生分解,鍍液迅速變黑,產生大量氣泡,在燒杯底部出現黑色沉淀。
3.2pH值對鍍速的影響
在酸性化學鍍液中,pH是影響沉積速率的重要因素之一。在化學鍍過程中,隨著反應的進行,H+不斷的生成,鍍液的pH值不斷降低,使沉積速率受到影響,因此在施鍍過程中必須隨時補充堿液來調整pH值在正常的工藝范圍內。pH值升高使Ni2+的還原速度加快,沉積速率變快。
4結語
(1)通過實驗研究得到比較適宜的鋁合金基材化學鍍鎳的前處理工藝,并得出了一套完整的鋁合金基材表面化學鍍鎳工藝條件及配方。
(2)溫度和pH值是影響反應速度重要的因素,溫度的最佳工藝范圍為85~95℃,超過95℃,鍍液自分解現象嚴重;pH值的最佳范圍是4.5~5.5,pH值超過5.5沉積速度開始下降。
(3)通過性能檢測表明此工藝獲得的鍍層,鍍層硬度可達686hHV,含磷量為11.17%且表面光亮、均勻、結合力好。
參考文獻
[1]齊曉全.化學鍍Ni-P工藝在制藥設備上的應用[J].電鍍與涂飾,2006,25(7):15-16.
[2]ParkerK.ElectrolessNickle.StateoftheArtplatingandSurfaceFinishing,1992,34(3):29-33.
1.1基礎設施與設備
在機械制造業之中,制造專業的設備與儀器的加工對加工的水平有著重要的作用。可是,事實上我國對很多精密的設備零件并沒有自主的知識產權,主要依靠的是進口,這對國內制造業有著極大的限制。對比日本、美國等發達國家,我國在制造技術和加工工藝上有著巨大的差距,正是因為這種機械加工工藝的落后,造成了我國機械加工的效率低下,生產的質量也比較差。
1.2制造加工工藝
當今社會,電子技術和信息技術都由于科技信息的發達而得到了快速的發展。機械制造業也越來越關注科技信息的應用。近幾年來,提起中國制造,人們往往把他與假冒偽劣或是質量沒保障相聯系。產品質量往往是和機械加工工藝相聯系的。因此我國應當加大對于新型和高科技技術的加工方法的擴大應用,努力使制造加工水平得到良好的提高。
1.3智能與自動化工藝技術
計算機技術的日益發展,使得制造工業中的自動化的程度得到了充分的提高。發達國家已經基本實現了機械制造工業的自動化與智能化以及集成化產品制造??墒?,在我國只有極少數的大型機械加工企業達到了國際的水平,而大部分工廠仍舊是以傳統的制造工藝進行生產的。
1.4生產與管理部分
制造工業發達的一些國家對于機械加工的管理都是通過計算機進行遠程管理與操控的,相對于我們國家只有極少數的企業應用計算機進行輔的管理之外,剩下的大多數中小型企業依然是處在經驗的管理階段。我國的大部分機械加工企業的管理都是管理水平較低,市場開拓的能力弱,競爭能力低下。
1.5核心技術與開發
自從中國進入世界貿易組織之后,雖然大量對外招商引資,可是在引進先進裝備的同時,核心技術卻是過不去的一道坎,始終難以把握。根據相關數據說明,對外來技術的依賴性居然高至50%,對于這個比例,發達國家卻只有30%以下。國防企業是一定要有自己的核心技術,國防技術的依賴性對于國家的安全性是一個很大的威脅。現在世界格局發生了轉變,中國是一個全球性的制造大國。但是因為核心技術的不足以及自主知識產權的缺乏,致使我國的制造加工業處于國際價值鏈的低端。除去以上分析的幾個問題,國家的政治政策與宏觀方針,創新能力以及人才的培養方案等等,對我國的機械制造與加工工藝都有著一定的影響。文章從機械加工工藝的流程和優化進行重點分析。
2機械加工工藝的優化研究
為使機械加工更好的適應現代市場的轉變,機械加工真要面對一個巨大的改革,而對于機械加工工藝的優化就成了中小型企業的選擇。要想要優化加工工藝,需要從以下幾點考慮:
2.1了解機械加工工藝發展中出現的問題
對于機械加工工藝中的問題在上文中已有提到,現階段最主要的問題就是如何提高我們自主創新的能力以及對于核心技術研發的能力和怎樣提高我國制造工藝信息化的水平。
2.2優化工藝流程建立在提高效益的基礎之上
對引進先進的設施設備注重看待,淘汰掉落后的加工工藝。通過對原材料形狀、性能、材質等進行相應的改變與優化,成為更加優良的成品的過程就是加工工藝的優化。新的工藝主要的一點就是要提高生產的效率降低制造的成本。用新進的科技技術,運用新的裝備是優化工藝的最有效的路徑。對技術人員研發產品過程中的知識產權進行保護,對技術人員的待遇進行合理提高。我國在機械加工上通常是缺少原則的,存在普遍的仿制加工的現象。對于知識產權的維護幾近于無,這不僅是損害了發明者的利益,還禁錮了機械制造工藝的發展,大大打擊了制造工藝者的創新工藝的積極性。國家應該制定相關政策,打擊技術盜用,維護技術人員的利益。
3對于制造工藝成本的優化
主要內容:①對工藝材料進行合理的選擇,材料本身的性質,如硬度、性能、可加工性等對于機械制造工藝都有一定的影響;②對于金屬材料的切割盡可能減少,這樣做不僅節約了時間,同時也減少了原材料的浪費,但是減少的程度與實際加工要進行優化比對,做到綜合最佳;③降低加工的難度。因為機械加工工藝的操作與工具的一些限制,有的形狀難以加工。因此要盡可能的把難度降到最低,但是還是要做到符合要求。
DGG-9140B型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海森信試驗儀器有限公司);WF117型中草藥粉碎機(天津天斯特儀器有限公司);GR-200電子天平(日本AND);LD5-10型低速離心機(北京京立離心機有限公司);WF-2000型微波快速反應系統(上海屹堯分析儀器有限公司);Cary50型紫外可見分光光度計(美國瓦里安公司)等。
1.2實驗方法
1.2.1齊墩果酸的提取將烘干后的女貞子用中草藥粉碎機粉碎,過60目篩,備用。準確稱取女貞子果干粉1.0000g,以一定體積分數的乙醇作為提取劑,按設定好的料液比(g/mL)加入錐形瓶中,并置于微波快速反應器中,在一定的微波溫度、微波時間、微波功率下進行提取。提取完成后減壓抽濾,收集濾液并用相同體積分數的提取劑定容,精確量取8mL提取液于3000r/min的離心機中離心10min。上清液備用、待測。1.2.2最大吸收波長的確定取一干燥的具塞試管,加入0.2mL5%香草醛-冰乙酸溶液(5g香草醛用冰乙酸溶解并定容至100mL),再加入0.8mL高氯酸溶液,搖勻。置于60℃水浴中加熱15min,取出后立即置于冷水中冷卻3min。用乙酸乙酯定容至30mL,搖勻,靜置,用于空白對照。準確移取0.2mL齊墩果酸標準品溶液(準確稱取齊墩果酸標準品0.02g,用無水乙醇定容至100mL,配得濃度為0.2mg/mL的標準溶液)置于具塞試管中,80℃水浴加熱揮去標準品溶液中的溶劑。揮干溶劑后,按上述實驗方法操作,用空白對照進行紫外光譜分析,測定最大吸收波長,測定結果如圖1所示。確定550.00nm為齊墩果酸的最大吸收波長。1.2.3標準曲線的繪制準確移取1.2.2中配制的齊墩果酸標準品溶液0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7mL分別置于試管中并標號,加熱揮去溶劑,加入0.2mL5%香草醛-冰醋酸溶液,再加入0.8mL高氯酸,搖勻。于60℃水浴加熱15min,取出后立即置于冷水中冷卻3min。用乙酸乙酯定容至30mL,搖勻,靜置3min。以空白試劑作為參比溶液,用紫外分光光度計在波長550nm處測得吸光度,繪制標準曲線。齊墩果酸濃度在8.6142~34.1004μg/mL范圍內線性關系良好。1.2.4計算提取率準確量取1.2.1中的待測液0.2mL于具塞試管中,80℃水浴下揮去溶劑。揮干溶劑后,在具塞試管中加入0.2mL5%香草醛-冰乙酸溶液,再加入0.8mL高氯酸溶液,搖勻。于60℃水浴加熱15min,取出后立即置于冷水中冷卻3min。用乙酸乙酯定容至30mL,搖勻,靜置3min。用紫外分光光度計在波長550nm處測得吸光度,計算提取率。
2結果與討論
2.1單因素實驗
2.1.1微波溫度對提取率的影響分別稱取1.0000g女貞子干粉5份,微波溫度分別為40、50、60、70、80℃,并固定乙醇體積分數為90%,微波時間3min,微波功率300W,料液比1∶10(g/mL),按照1.3.1和1.3.4步驟進行實驗,測定吸光度,計算提取率。由表1可知,在40~60℃的范圍內,微波溫度升高,齊墩果酸提取率增大。這可能是由于分子間相互摩擦碰撞增大,從而加快溶劑擴散速率。當溫度超過60℃時,齊墩果酸結構遭到破壞,提取率下降。綜合考慮,微波輔助提取溫度60℃為宜。2.1.2料液比對提取率的影響分別稱取1.0000g女貞子干粉5份,料液比分別為1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14(g/mL),并固定乙醇體積分數為90%,微波時間為3min,微波溫度為60℃,微波功率為300W,按照1.3.1和1.3.4步驟進行實驗,測定吸光度,計算提取率。料液比增加,齊墩果酸提取率隨之增加。當料液比超過1∶10(g/mL)時,提取率增加很緩慢。在保證一定提取率的前提下,溶劑越少越好,從而降低成本。綜合考慮,微波提取料液比1∶10(g/mL)為宜。2.1.3微波時間對提取率的影響分別稱取1.0000g女貞子干粉5份,微波時間分別為1、2、3、4、5min,并固定乙醇體積分數為90%,微波溫度60℃,微波功率300W,料液比1∶10(g/mL),按照1.3.1和1.3.4步驟進行實驗,測定吸光度,計算提取率。由表3可知,在1~3min的范圍內,微波時間增加,齊墩果酸提取率呈上升趨勢。當提取時間超過3min后,提取率呈下降趨勢,這可能是由于齊墩果酸長時間受熱導致結構被破壞,導致提取率下降。綜合考慮,微波提取時間3min為宜。2.1.4微波功率對提取率的影響分別稱取1.0000g女貞子干粉5份,微波功率分別為100、200、300、400、500W,并固定乙醇體積分數為90%,微波溫度為60℃,微波時間為3min,料液比為1∶10(g/mL),按照1.3.1和1.3.4步驟進行實驗,測定吸光度,計算提取率。在100~300W的范圍內,微波功率增大,齊墩果酸提取率呈上升趨勢,這是由于超聲對細胞膜的破壞作用增加,齊墩果酸溶出速率加快,提取率也隨之增大。當微波功率超過300W時,局部溫度過高,導致齊墩果酸結構被破壞,提取率也隨之降低。綜合考慮,微波提取功率300W為宜。2.1.5乙醇體積分數對提取率的影響分別稱取1.0000g女貞子干粉5份,乙醇溶液的體積分數分別為75%、80%、85%、90%、95%,并固定微波時間為3min,微波溫度為60℃,微波功率為300W,料液比為1∶10(g/mL),按照1.3.1和1.3.4步驟進行實驗,并測定吸光度,計算提取率。在75%~90%的范圍內,乙醇體積分數越大,齊墩果酸提取率隨之增大。這是由于齊墩果酸溶于乙醇而不溶于水,乙醇體積分數越大,溶劑的極性越弱,有利于齊墩果酸的溶出。當乙醇體積分數超過90%時,色素等雜質的溶出也會增加,從而導致齊墩果酸提取率下降。綜合考慮,乙醇體積分數90%為宜。
2.2響應面法實驗與結果
2.2.1實驗設計根據響應面SAS[5-6]的設計原理,綜合單因素實驗數據選擇微波溫度(X1)、料液比(X2)、微波時間(X3)、微波功率(X4)、乙醇體積分數(X5)為考察因素,設計五因素三水平的響應面分析方法進行優化實驗,按照1.3.1和1.3.4步驟進行實驗,測定吸光度,計算提取率?;貧w模型具有高度的顯著性(P<0.01),說明方程與實際情況擬合較好,能夠反應提取率與各因素之間的關系。失擬項不顯著(P>0.05),說明其它因素對實驗影響很小。同時,設定的五個因素中,料液比、乙醇體積分數對提取率有極顯著影響。微波溫度、微波時間及微波功率二次項為極顯著統計水平,表明三因素對提取率有重要的曲面影響。雖然微波溫度、微波時間、微波功率對提取率影響不顯著,但是微波溫度和微波時間,料液比和微波時間、微波功率和微波時間的交互作用有極顯著的影響,表明實驗因素對提取率的影響并非簡單的線性關系。各因素對提取率的影響順序為X5(乙醇體積分數)>X2(料液比)>X3(微波時間)>X4(微波功率)>X1(微波溫度)。綜合一次項和交互項結果表明,當料液比減少時,應增加微波時間。微波溫度減少時,應增加微波時間。微波功率減少時,應增加微波時間。從而獲得較高的提取率。由表9結果可知,一次項、二次項、交互項均對實驗影響極顯著,模型的誤差較小,可用該回歸方程代替實驗真實點對實驗結果進行分析和預測。其相關系數R2=0.9419,說明實驗所選擇的五個變量對響應值的影響已達94.19%,其他影響因素對提取率的因素可忽略不計。由SAS程序預測最佳工藝為微波溫度61.865℃、料液比為1∶10.644(g/mL),微波時間為2.914min、微波功率為284.312W,乙醇體積分數為90.937%。預測最大提取率為2.119%,且最大值處于穩定點。2.2.3驗證實驗為方便實際操作并考慮微波快速反應系統的可操作性,將最優參數調整為:體積分數為91%的乙醇溶液,微波溫度62℃,微波時間3min,微波功率300W,料液比為1∶11(g/mL)。此條件下對女貞子果中齊墩果酸進行3次平行提取實驗,齊墩果酸平均提取率為2.105%。與預測提取率誤差為0.014%,實驗結果可靠,具有一定的實際預測性。
首先,鋼殼設備的表面處理。鋼殼設備進行貼內襯之前首先應該對表面進行除油、除銹,保證表面無鐵銹、物毛刺、無污油等其他污染物,在有棱角的地方應該磨成圓角。在進行施工時,通常使用手動式電動砂輪機將設備內所有棱角、尖角都打磨成圓弧,然后再進行多次全面的除銹,確保顯示出金屬本色后再用工業丙酮清洗,是表面干燥、潔凈。經檢驗達標后,立即刷上環氧樹脂底漆,以防重新出現銹斑。其次,混凝土設備的表面處理。對于混凝土表面要保證堅固、平整、不起沙、不起殼、沒有裂紋或麻面,沒有凸起部分,尖角和棱角打磨成圓弧,然后用工業丙酮洗清自然干燥24小時后刷環氧樹脂底漆。另外,在表面處理完成后,對于設備表面無法處理的凹凸部分,可以使用環氧樹脂膩子進行修補,對于陰角部位可以使用膩子修補成八字形。為增加粘結力,可以在膩子中加入少量玻璃絲。
1.2玻璃鋼原材料的選擇
玻璃鋼施工對原材料的要求十分嚴格,如果原材料不合格,施工質量就無法保證。文章以濕法銅、鎳電解車間的工況為例,對原材料的選擇進行論述。首先,玻璃纖維的選擇,濕法銅、鎳電解車間多為酸性介質,為了防止酸性腐蝕,改善成型性能,保證玻璃鋼質量,應該選擇中堿或無堿平紋無蠟、無捻的粗砂玻璃纖維,其密度和厚度根據內襯的厚度應該適當選擇;其次,樹脂的選擇,環氧樹脂應當選擇糠醇樹脂,糠醇樹脂的耐酸蝕性效果較好;再次,改性劑的選擇,煤焦油是煉焦廠的副產品,是有機物、無機物以及雜質的混合物,需要經過加熱、過濾后使用。
1.3內襯施工前的準備工作
在玻璃鋼設備的內襯施工前,需要將準備工作做好,準備工作大致分為以下五個方面:(1)施工前對原材料進行抽檢,確保原材料的規格、質量有合格證明,符合施工要求,如果不能完全確保,可以進行復檢;(2)盡量保證施工的環境在15-25℃之間,相對濕度不要大于80%,以保證玻璃鋼順利成型固化,如果溫度低于10℃,應該進行間接加熱保溫,不能采用明火或蒸汽加熱,不利于玻璃鋼固化,如果無法實現,則不要施工,另外,原材料使用時的溫度,同樣不能低于最低施工溫度;(3)將原材料儲存在陰涼干燥處,要注意密封、防火、防潮、防油污;(4)施工前要進行凝膠固化試配試驗,以保證配料人員能掌握材料的情況以及各種輔料的用量;(5)施工前要對所用工具、量具進行清潔,確保所有工具、量具符合清潔要求,如果在室內或密封空間作業,必須有通風裝置和低壓照明,保證進行施工人員的人身安全。1.4玻璃鋼貼內襯的施工方法手糊法玻璃鋼的施工方法分為連續法和間斷法兩種。一般采用間斷法,即一層一層的施工,前一層固化后,后一層才能進行施工,相比于連續多層施工的方法,這樣可以保證每一層的質量,不易在鋪下一層時將上一層的玻璃纖維布弄壞,即使出現問題,也可以及時修補。在進行內襯施工時,施工工藝的順序為:(1)刷底漆,在基層表面刷底漆(玻璃鋼與其他材質粘接必須用專用樹脂做為底漆,例如SWANCOR917為高溫底漆,對鐵材有強而牢的粘接,R806DAEX為常溫鐵材底漆,SWANCORCP95為混凝土專用底漆),要刷的薄而均勻,不得有漏刷或流掛等缺陷出現,然后進行自然固化12小時或12小時以上;(2)刮膩子,將基層的凹凸處用膩子修補填平,陰角處用膩子抹成圓弧,馬上涂刷第二層底漆,固化時間不低于24小時;(3)貼內襯玻璃布,將配制的膠料均勻涂刷在基層,隨即貼上玻璃布,壓實貼緊,在保證沒有汽泡、褶皺的情況下,涂刷一層膠料(確保玻璃布被浸透)自然固化24小時,檢查內襯質量,清理突邊、毛刺、氣泡,再重復以上程序,貼下一層玻璃布,知道達到要求位置;(4)涂刷面層膠料,在玻璃布貼完并自然固化24小時后,均勻的涂刷一層面層膠料自然固化24小時后再涂刷一層。在玻璃鋼內襯施工結束后,還需要對其進行自然固化或加熱固化才能正常使用。自然固化在不低于20℃的室溫下,要經過30天以上才能完成;加熱固化通常保持在80-100℃,固化速度快,刮花效果好,有利于提高內襯的耐腐蝕性能。
1試塊的設計
1.1試塊尺寸地擬定;
錨固板厚度、混凝土強度、構造鋼筋的布置、鋼絞線的錨固長度及錨具質量等是影響壓花錨固性能的幾項指標。為了盡可能使試塊與實際箱梁各項參數相接近,故擬定試塊尺寸長300cm、寬150cm、厚20cm,混凝土的強度為C50,在錨固端設鋼筋網片和螺旋筋,均與實橋保持一致。試塊內鋼絞線品種與實橋相同。鋼絞線壓花形狀按實橋設計圖制作,壓花后用鋼筋將鋼絞線固定好,并采用與實橋相同的扁型波紋管及7孔扁錨具固定。試塊內設一部分構造鋼筋,其數量較實橋設計圖的鋼筋量稍少。鋼絞線錨固長度較大,為增加其穩定,在試塊的兩側增設20cm高的加勁肋。試塊分兩次灌注,間隔6天,在灌注試驗塊的同時做砼強度試塊5組。
1.2測點布置及試驗目的;
(1)為弄清混凝土對鋼絞線粘結錨固力沿長度的變化,選擇有代表性的鋼絞線沿長度方向設應變測點。每個試塊選擇4根鋼絞線,每根鋼絞線按等距離設2~3個測點。在測點處將鋼絞線打磨平整,再按照工藝要求,在每個測點粘貼兩片應變片。
(2)為了測試出壓花錨附近混凝土應力分布情況,對第一號試塊測試采用:a.在試塊內埋設鋼筋應變計24根;b.在試塊的一面粘貼大標距(標距100cm)應變片;c.在試塊的另一面采用手持式應變儀,共設測點44組。對第二號試塊的應力測試采用:a.在試塊內埋設鋼筋計16根;b.在試塊的一面采用手持應變儀,共設測點44組。
2實驗裝置及加載方法
實驗設備主要有張拉千斤頂YCQ-25,及配套的油泵、油壓表。試驗前用YE-5000壓力機進行標定。測量混凝土變形用的BYJ-2行應變儀和手持式應變儀。為了觀測砼的裂紋還配備了刻度放大鏡。
按設計要求,當混凝土強度達到設計強度的85%后,即可進行張拉試驗。第一號試塊灌注后,故于3日后開始試驗。試驗前對混凝土強度試塊試驗為57.6MkP,稍超出了設計張拉強度。第二號塊試驗時,混凝土的強度控制在設計強度的85%之內,測量混凝土應力時不再貼應變片,僅采用手持式應變儀。從灌注試塊后第二天開始,每天上午對強度試塊進行試驗。進行第二號塊試驗時混凝土試塊張拉強度39.7MPa,盡管較設計張拉強度42.5MPa低一點,但這是偏于安全的。
兩次試驗的加載程序均按設計張拉力的40%、70%、100%三級加載。具體加載方法及測試內容如下:
(1)加載至40%(78KN)后保持荷載5分鐘,對各測點進行測試;
(2)當加載至70%(136.7KN)后保持10分鐘,進行各測點的測試,并觀測混凝土表面是否有裂縫;
(3)當加載至100%(195.3kN)后保持10分鐘,再次進行各測點的測試,觀測混凝土表面是否有裂縫;
原計劃加載至100%后持荷2小時,繼續觀測各項表面數據變化情況,并將試塊表面清掃干凈,仔細觀測表面有無裂縫,再持荷一小時繼續加載(超張拉)至破壞。但因千斤頂額定最大張拉力為250kN,油泵壓強上不去,最后僅加載至230kN即停止,此時僅超張拉18%,在此荷載狀態下進行了各項數據的觀測和混凝土表面裂縫的觀測。鑒于觀測結果正常,決定再持荷24小時繼續觀測,第二天再去觀測時,試塊表面仍未出現裂縫。
3結果及分析
3.1鋼絞線受力測試結果:
將兩次試驗過程中鋼絞線上應變測點在各階段中測試數據換算成軸向拉力(鋼絞線彈性模量為1.95*105MPa,斷面積為140mm2),從數據看出,鋼絞線的測點距張拉端近的點實測拉力最大;第二個測點(距離張拉錨固端70cm~80cm)拉力小了很多;第三個測點(距離張拉錨固端110cm~130cm)基本上沒有拉力存在。這種分布隨著張拉階段不同有規律的變化。
3.2鋼絞線與混凝土的粘貼錨固性能;
同一根鋼絞線相鄰兩點拉力差即是該段混凝土對鋼絞線粘結錨固力。從數據看這種錨固力也是從張拉端開始逐漸遞減,而且遞減得很快。到第二個測點已經變得很小了。由第二個測點到第三個測點之間基本沒有錨固力。說明有效錨固長度只到第二個測點為止,往后基本沒有錨固作用。
3.3試塊混凝土應力測試結果;
本次試驗在兩個試塊內都埋設了應變式鋼筋計,但由于灌注過程中失效一部分,加上測試結果也不十分理想,比較離散。此外在1號試塊表面貼了不少大標距應變片,但由于粘貼時混凝土齡期僅3天,混凝土內部的自由水尚未完全散失,因此不少測點因絕緣度差使測試數據規律性差。三種測試手段中以手持式應變儀測試結果相對最穩定、規律性也好。
3.3.1豎向應力;
將兩個試塊的手持式應變儀測試值換算成應力值,可以看出,張拉過程中在壓花錨頂端出現了拉應力。拉應力最大為1.44MPa。其他各斷面均為壓應力。張拉錨頭附近斷面的壓應力最大,可達6.12MPa(2號試塊中)。
3.3.2橫向應力;
兩個試塊的實測應變值除在張拉端錨頭的兩側有很小的拉應力出現外,其他均為壓應力。最大壓應力大約在試塊長度1/2斷面處,最大值為2.84MPa(1號試塊中)。
從兩個試塊的測試結果看,第二次試驗的應力值普遍偏大,兩次試驗,混凝土的齡期不同,兩個試塊的混凝土強度有一定的差別,第一號試塊張拉時,混凝土強度為57.6MPa,第二號試塊張拉時強度為39.7MPa。雖然張拉力一樣,由于強度不同產生的應變不同。而換算時采用同樣彈性模量值,結果使計算出的應力值有一個差別。
3.3.3試塊混凝土表面裂紋情況兩次試驗每次張拉后都檢查試塊混凝土表面,特別進行第三級張拉和超張拉后,經過仔細的檢查,均未發現混凝土表面有裂紋。
從混凝土應力測試結果看,拉壓應力值都很小,也不足以造成混凝土開裂。
4結論
1概述
煙氣脫硫是電廠控制SO2排放的主要技術手段,目前已達到工業應用水平的煙氣脫硫技術有十余種,大致可以分為干法和濕法,但能在300MW以上大容量機組使用的成熟脫硫工藝并不多。根據國內目前的實際應用推廣情況,國內各大脫硫公司已投運的300MW級機組煙氣脫硫裝置均為石灰石/石膏濕法。干法技術在國內300MW大容量機組上全煙氣、高脫硫率還沒有運行示例。最近武漢凱迪股份公司正在推廣德國WULLF的RCFB(內回流循環流化床)技術,該技術在國外2000年曾有1套在300MW機組上投運,3個月后停運,現國內有1套剛開始在恒運電廠1×210MW機組上投運。另有1套已投運的CFB脫硫,運用于小龍潭1×100MW機組。
以下對濕法和干法兩種工藝流程,全煙氣、高脫硫率下的技術、經濟進行了綜合比較。
2石灰石/石膏濕法脫硫技術流程特點
石灰石/石膏濕法脫硫技術是目前世界上技術最為成熟、應用業績最多的脫硫工藝,應用該工藝的機組容量約占電站脫硫裝機總容量的85%以上,應用單機容量已達1000MW。其脫硫副產物—石膏一般有拋棄和回收兩種方法,主要取決于市場對脫硫石膏的需求、石膏質量以及是否有足夠的堆放場地等因素。
濕法工藝技術比較成熟,適用于任何含硫量的煤種和機組容量的煙氣脫硫,脫硫效率最高可達到99%。
國內各家公司分別引進了世界上先進的幾家大公司的濕法工藝技術:B&W(巴威)、斯坦米勒、KAWASAKI(川崎)、三菱、GE、DUCON,都能根據電廠的實際情況設計出最佳的工藝參數。
2.1石灰石/石膏濕法工藝流程
石灰石/石膏濕法脫硫工藝采用價廉易得的石灰石作脫硫吸收劑,石灰石經破碎磨細成粉狀與水混合攪拌制成吸收漿液,也可直接用濕式球磨機將20mm左右的石灰石磨制成吸收漿液。當采用石灰吸收劑時,石灰粉經消化處理后加水攪拌制成吸收漿液。在吸收塔內,吸收漿液與煙氣接觸混合,煙氣中的SO2與漿液中的碳酸鈣以及鼓入的氧化空氣進行化學反應被脫除,最終反應產物為石膏。脫硫后的煙氣經除霧器除去帶有的細小液滴,經氣氣加熱器(GGH)加熱升溫后排入煙囪。脫硫石膏漿液經脫水裝置脫水后回收。由于吸收漿液的循環利用,脫硫吸收劑的利用率很高。
電廠鍋爐煙氣進入FGD,通過升壓風機加壓,經GGH降溫至約100℃后進入吸收塔,吸收塔脫硫效率為96~99%,整個系統的脫硫效率不低于90%。從吸收塔出來的凈煙氣溫度約為47℃,經GGH升溫至80℃后從煙囪排放。
該工藝原理簡單,工藝技術比較成熟,脫硫效率和吸收劑的利用率高,即Ca/S=1.03時,脫硫效率大于95%,能夠適應各種煤種,適應大容量機組,運行可靠,可用率高,副產品石膏具有商業價值。
2.2石灰石/石膏濕法脫硫技術主要技術特點及指標
2.2.1脫硫效率高,一般不低于90%,最高可以達到99%。
2.2.2脫硫劑利用率高,達90%以上。Ca/S比低,只有1.01~1.05,國內現正在實施的的幾個工程均不大于1.03。
2.2.3吸收塔采用各種先進技術設計,不僅解決了脫硫塔內的堵塞、腐蝕問題,而且改善了氣液傳質條件,從而提高了塔內脫硫效率,減少了漿液循環量,有效降低了漿液循環泵的功耗。目前脫硫島電耗一般為機組裝機容量的1~1.5%。
2.2.4噴淋空塔內煙氣入口采用向下斜切式入口,煙氣由下自上流動,延長了氣體分布路徑,不僅有利于氣體分布均勻,而且由于氣體的翻騰形成了湍流,更有利于氣液的傳質傳熱。
2.2.5采用計算機模擬設計,優化脫硫塔及塔內構件如噴嘴等的布置,優化漿液濃度、Ca/S比、漿液流量等運行指標,可以保證脫硫塔內煙氣流動和漿液噴淋均勻,以最小的消耗取得最好的脫硫效果。
2.2.6根據煙氣含硫量,采用不同層數(2~4層)的漿液噴淋層,確保取得最佳的脫硫效果。
2.2.7塔內設置氧化空氣分布系統,采用塔內強制氧化,氧化效果好。
2.2.8噴淋層采用交叉聯箱布置,使噴淋管道布置更合理,降低了吸收塔高度。
2.2.9采用機械攪拌。
2.2.10廢物得到良好的處理,其中廢渣變成了優質石膏,完全可以取代高品位的天然石膏。廢水采用回用技術,可以達到零排放。
2.2.11穩定性高,適應性強,可靠性99%以上。
2.2.12應用多、運行經驗豐富。
3干法RCFB脫硫工藝脫硫技術流程特點
干法有LIFAC(爐內噴鈣尾部增濕活化)、CFB(循環流化床)等工藝,在國家有關部門的技術指南、火電廠設計規程上均限于在中小機組或老機組上實施。CFB最早由德國魯奇(LURGI)公司開發,目前已達到工業應用的CFB法工藝有三種:LURGI公司的CFB、德國WULFF公司的RCFB(內回流式煙氣循環流化床)、丹麥FLS公司的GSA(氣體懸浮吸收),國內分別由龍凈環保、凱迪電力、龍源環保等公司引進,目前多在中小機組上運用,其中只有WULFF公司的RCFB技術向300MW機組上推廣,所以本文中作比較的干法僅指RCFB。
3.1RCFB的發展歷史
循環流化床(CFB)的發展歷史其實很長。循環流化床CFB煙氣凈化工藝的實驗室技術研究開發工作開始于1968/1969年,1970~1972年CFB煙氣凈化工藝在德國電解鋁廠獲得應用,煙氣流量為15,000m3/h。1985~1987年,首臺CFB煙氣脫硫示范裝置在德國一家燃褐煤電站得到應用,處理煙氣量為40萬m3/h(相當于30萬機組氣量的四分之一),采用消石灰為脫硫劑。在此基礎上,各公司分別又開發出了上述新一代CFB脫硫工藝(第三代)。
3.2RCFB脫硫工藝流程
RCFB工藝主要采用干態的消石灰粉作為吸收劑,由鍋爐排出的煙氣從流化床的底部進入,經過吸收塔底部的文丘里裝置,煙氣速度加快,并與很細的吸收劑粉末相混合。同時通過RCFB下部的噴水,使煙氣溫度降低到70~90℃。在此條件下,吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應,生成亞硫酸鈣和硫酸鈣,經脫硫后帶有大量固體的煙氣由吸收塔的上部排出,排出的煙氣進入除塵器中,大部分煙氣中的固體顆粒都被分離出來,被分離出來的顆粒經過再循環系統大部分返回到吸收塔。
RCFB的控制系統主要通過三個部分實現:
1.根據反應器進口煙氣流量及煙氣中原始SO2濃度控制消石灰粉的給料量;
2.反應器出口處的煙氣溫度直接控制反應器底部的噴水量,使煙溫控制在70~90℃范圍內。噴水量的調節方法一般采用回流調節噴嘴,通過調節回流水壓來調節噴水量;
3.在運行中調節床內的固/氣比。其調節方法是通過調節分離器和除塵器下所收集的飛灰排灰量,以控制送回反應器的再循環干灰量,從而保證床內必需的固/氣比。
3.3RCFB脫硫技術的主要技術特點及指標
3.3.1耗電量在機組容量的0.5~1.0%。脫硫率80%時,為0.6%左右;脫硫效率大于90%時,塔內物料量增加引起系統阻力的增大而使電耗大幅上升。
3.3.2在塔的頂部區域加裝了導流板,在塔內加裝了紊流裝置。
3.3.3脫硫率>90%,Ca/S為1.2~1.5。石灰活性必須高且穩定,達到T60標準(軟緞石灰,四分鐘內水溫上升60℃)。
3.3.4塔內平均流速4m/s左右。10米左右直徑的流化床內流場比較復雜。
3.3.5用消石灰作為脫硫劑。石灰消化后,以消石灰干粉形式送入流化床吸收塔。噴入足夠的水分保證脫硫效果,水分越大脫硫率越高。
3.3.6嚴格控制床溫。床溫偏低時設備有腐蝕,偏高時脫硫效率及脫硫劑利用率下降。
3.3.7塔內的水分要迅速蒸發掉,以保證灰渣干態排出。
3.3.8在煤的含硫量增加或要求提高脫硫效率時,不增加任何設備,僅增加脫硫劑和噴水量。
3.3.9不另設煙氣旁路,當FGD停運時,脫硫塔直接作為煙氣旁路使用。
3.3.10在中小電站或工業鍋爐上應用較多,300MW機組上國內外僅應用了1套并只有短期運行的經驗。
3.3.11RCFB脫硫渣的利用
RCFB煙氣脫硫技術吸收劑為鈣基化合物,脫硫渣中的主要成分為CaSO3等。但不同電廠的脫硫渣的成份是不一樣的,若要有效利用,必須做個案研究。
不包括前除塵器的灰,CaSO3·1/2H2O含量占50±10%,根據德國WULFF公司提供的部分個案研究實例,是可以應用的。國內的南京下關電廠對LIFAC技術的脫硫渣已作了一些個案研究,恒運電廠正準備和凱迪公司合作,開展脫硫灰利用的研究工作。
4石灰石-石膏濕法與干法RCFB比較
4.1工藝技術比較
4.1.1在300MW以上機組FGD上的應用
干法RCFB:國外從小機組放大到300MW機組僅有1臺,國內還沒有300MW機組的實運裝置,僅在中小機組或工業鍋爐上有實運裝置。
從國內引進FGD的經驗來看,各個電廠都有一定的實際情況,設計時也必須滿足各個電廠的特定情況。據報道,幾家引進CFB的公司在中小機組的示范裝置上大多碰到了較嚴重的問題,經大量長時間調試整改后,有的仍達不到設計要求,有的甚至需更換重要部件,更為嚴重的機組無法按正常出力運行。
國內唯一的一套RCFB是廣州恒運電廠FGD,從運行情況來看,雖然將石灰標準從T60降至T50左右,消化裝置仍不能正常運行,目前靠買消石灰維持;除塵器有堵塞等問題,曾造成了電廠停運,但粉塵泄漏較嚴重;控制系統還不能穩定監測和調控脫硫裝置的運行。
石灰石-石膏濕法:已很成熟,國外有各種條件下機組上的運行經驗,國內雖然運行實例不多,但國內公司引進的均為國外先進可靠的技術。其市場占有率占電站脫硫裝機總容量的85%以上,應用單機容量已達1000MW。國家相關職能部門在組織國內專家充分調研的基礎上,提出指導性意見:在新、擴、改300MW機組FGD上或要求有較高脫硫率時,采用石灰石-石膏濕法技術。在火電廠設計技術規程中,也作了同樣的規定。
現在大部分設備均可以實現國產化,初始投資大幅降低,備品備件的問題也將得到徹底解決。
4.1.2適用煤種
干法RCFB:據國內各大研究單位的報告及國外的部分應用實例,CFB適用于中、低硫煤。對高硫煤,較難達到環保要求,且投資與運行費用將大幅上升。RCFB是否適應高硫煤的大機組,需進一步論證。
石灰石-石膏濕法:不限。
4.1.3Ca/S比
干法RCFB:脫硫率>90%時為1.3~1.5。氧化鈣純度要求≥90%,并要有非常高的活性(T60標準),達不到以上要求時,將影響裝置的脫硫率及正常運行。
石灰石-石膏濕法:1.01~1.05,一般為1.03,純度達不到要求時,最終僅影響脫硫副產品石膏的質量。
4.1.4脫硫效率
干法RCFB:穩定運行一般在80%左右,若需要進一步提高,則需降低煙氣趨近溫差,增加Ca/S和噴水量,但會對下游設備如除塵器、引風機等帶來不利影響。
95%的脫硫率對干法技術來講,已達到高限(國外為90%),當環保要求進一步提高時,改造較困難。
煙氣含硫量波動時,因為有大循環灰量,難以靈敏調整控制,脫硫效率難以保證。
石灰石-石膏濕法:一般可在95%以上穩定運行,對環保要求的適應性強。
煙氣含硫量變化時,易于調整控制,脫硫效率較穩定。
4.1.5耗電量
干法RCFB:機組容量的0.5~1.0%,脫硫效率在80%左右時,為0.6%左右;當脫硫效率>90%時,耗電量上升很快,將達到1%左右。
石灰石-石膏濕法:機組容量的1.0~1.5%。
.1.6對ESP(電除塵器)的影響
干法RCFB:初始設計時ESP2負荷很高,進口濃度800g/Nm3(遠高于電廠正常電除塵器進口的20~30g/Nm3),ESP2除塵效率將達到99.9875%。隨脫硫率的變化增加Ca/S,ESP2負荷急劇增加,其出口含塵濃度能否達標值得考慮。環保要求還將進一步提高,在即將實行的《火電廠污染物排放標準》(征求意見稿)中,火電廠最高允許煙塵排放濃度為50mg/Nm3。
當煙氣含硫量變化時,為保證脫硫率,或滿足環保要求的不斷提高而提高脫硫效率,采取以上降低煙氣趨近溫差,增加噴水量和Ca/S措施時,將導致ESP低溫腐蝕,排灰易粘結(塔壁也易于結灰),嚴重時,將影響裝置的正常運行,在中小機組的運行中是普遍存在的問題。
石灰石-石膏濕法:沒有后ESP,無影響。經脫硫塔洗滌后,煙塵總量減少50~80%左右,FGD出口煙塵濃度小于50mg/Nm3。
4.1.7對機組的影響
干法RCFB:因故障停電等原因使CFB停運,會導致塔內固態物沉積,重新啟動需清理沉積固態物,由于無旁路,當后ESP和回灰系統發生堵塞進行檢修時,機組將停運。
石灰石-石膏濕法:因FGD是獨立系統,有旁路,故無影響。
4.1.8對機組負荷的適應性
干法RCFB:負荷的變化會引起煙氣流速的變化,從而影響脫硫反應及裝置的運行。
石灰石-石膏濕法:較好。
4.1.9水
干法RCFB:石灰消化一般需熱水,且水質要求高;無廢水排放。
石灰石-石膏濕法:耗水量相對稍多一點,但水質要求不高,可用水源水;僅有少量廢水排放。
4.1.10吸收劑制備
干法RCFB:需大批量外購符合要求的T60標準的石灰粉,以目前投運電廠的運行情況來看,石灰消化存在諸多問題,如果采購滿足要求的消石灰Ca(OH)2將增加業主采購成本。最大問題是一般較難購買到品質穩定的高活性(T60標準)的石灰粉。RCFB脫硫效果的保證及裝置的運行可靠性完全依賴于石灰的高純度及高活性。
石灰石-石膏濕法:可外購石灰石粉或塊料,石灰石塊料價格便宜,直接購粉則可大幅度降低投資及耗電量,但相應增加了采購成本。
4.1.11排煙溫度
干法RCFB:脫硫率80%左右時為70~90℃,脫硫率提高到95%后要降55~70℃。
石灰石-石膏濕法:GGH出口一般為大于80℃。
4.1.12副產品輸送利用
干法RCFB:目前僅適宜用于填坑、鋪路,應用價值低。用于其他場合的應用方法還未研究,而且還將是很長一段過程?;乙桩a生粘結,既影響輸送,也影響裝置的運行。當脫硫渣排入灰場時,將影響粉煤灰的綜合利用。在拋棄過程中需要考慮增設合適的儲運設施,同時也增加一定的運輸和儲存成本。
石灰石-石膏濕法:脫硫石膏質量優于天然石膏,可綜合利用,應用價值較高。如采用拋棄法,可節省部分投資,輸送也不會有問題。
4.1.13占地面積
干法RCFB:在大容量機組考慮采用1爐1塔時占地較小。
石灰石-石膏濕法:較大。
4.2經濟比較
以下以某電廠2×300MW機組煙氣脫硫裝置為例,脫硫項目建設期按1年計算,運營期按20年計算,采用總費用法對干、濕法方案進行經濟比較,總費用低的方案較優。
從“經濟比較成果表”可以看出,濕法脫硫方案的總費用略低于干法脫硫方案。因此,從經濟比較的角度來看,濕法方案優于干法方案。
5結論和建議
5.1結論
綜上所述,濕法與干法相比,技術更加成熟,運行經驗更加豐富,脫硫劑供應有保證,脫硫副產品利用好,系統供應商較多;經營費用小,初始投資高,總成本費用較低,全系統本廠占地面積較大。
每個電廠有各自的實際情況,在FGD裝置設計上也有不同。方案比選中不僅要考慮干法、濕法的技術因數,還要考慮各種實際存在的問題:如脫硫劑的供應、廢渣的處理、對環境變化的適應、政府的規劃等。
目前干法煙塵排放量要大于100mg/Nm3,濕法小于50mg/Nm3,均小于現行環保排放標準200mg/Nm3的要求。如果環保政策要求進一步提高脫硫效率,降低出口允許煙塵排放濃度,濕法也比較容易調整改造,而干法效率已到高限,難以實施進一步改造。
Abstract:ObjectiveToresearchtheextractionprocessofYinqiaoMixture.MethodsThreefactors,includingthewatervolume,thetimeofdistillation,thetimesofdistillationwerestudiedwithorthogonaldesign〔L9(34)〕.Eachfactorhadthreelevels.Totalextractandchlorogenicacidweremarkers.Theextractingtimeforvolatileoilfromherbaschizonepetae,herbamenthaeandfructusforsythiaewasstudlied.ResultsTheoptimalwaterextractionprocesswasthatherbsweredistilledforthreetimesbyaddingwater,whichwas6timesamountoftheherbs,40minutesonceatime.ConclusionThismethodcanbeusedastheextractionprocessforYinqiaoMixture.
Keywords:YinqiaoMixture;Extractionprocess
銀翹合劑由金銀花、連翹、甘草等中藥組成,具有辛涼解表、清熱解毒的作用,用于感冒、咳嗽、發熱、口干、頭痛、咽痛等治療。本實驗用不同指標對其提取工藝進行了研究。結果如下。
1儀器與試藥
1.1儀器
Agilent1100高效液相色譜儀:四元泵(G1311A);柱溫箱(G1316A);VWD檢測器(G1314A);紫外檢測器軟件:AgilentChemstation;101-1A型電熱鼓風干燥箱,南通滬通制藥機械設備廠;KQ-1000E型醫用超聲波清洗器,昆山市超聲儀器有限公司;1/10萬電子分析天平(BP-211D型,德國Sartorius)。
1.2試劑與藥品
綠原酸對照品(含量測定用,批號0805-9703),購自中國藥品生物制品檢定所;高效液相色譜所用試劑為色譜純;水為超純水;其他試劑為分析純。所用中藥材均購于江蘇省藥材公司,并由本室專家鑒定。
2方法與結果
2.1色譜條件[1]
色譜柱為Aps-2HYPERSILThermo;VWD檢測器;流動相為乙睛∶0.4%磷酸溶液=9∶91;檢測波長327nm;柱溫30℃;流速1ml/min;進樣量10.0μl。
2.2對照品溶液的制備及回歸方程精密稱取綠原酸對照品6.77mg,加50%甲醇溶解制成每毫升含綠原酸0.2708mg的對照品溶液。用50%甲醇分別稀釋為0.1354,0.0677,0.03385,0.01693,0.00846,0.00423,0.00213,0.00106μg/μl的對照品溶液。各濃度對照品溶液10.0μl,按以上色譜條件進行分析,以進樣量為橫坐標X(μg),峰面積積分值(mAu)Y為縱坐標,繪制標準曲線,回歸方程為:Y=4104.23650X-2.98105,r=0.99998。綠原酸的量在0.0106~1.354μg范圍內呈良好的線性關系。
2.3樣品處理及實驗結果影響提取效果的主要因素有提取加水量,提取時間,提取次數3個因素,每個因素選擇3水平,以綠原酸的量及浸膏量為指標(權重值分別為70%,30%)進行正交實驗,優選出最佳工藝條件。因素水平見表1。表1因素水平(略)
按處方比例稱取金銀花,連翹等藥材56g按表2進行正交實驗,合并各次提取液濃縮并定容至100ml,作為供試品溶液。取供試品溶液2ml,加50%甲醇稀釋定容至50ml,超聲10min,離心10min,取上清液2ml,加50%甲醇稀釋定容至10ml,微孔濾膜(0.45μm)濾過,取10.0μl進樣。利用回歸方程計算出綠原酸的進樣量(μg),綠原酸量(mg)=綠原酸的進樣量×1250。在上述供試品溶液取2ml,恒重,得干浸膏量m(mg),浸膏量(mg)=m×50。方差分析結果見表3。(注:m即為2ml藥液恒重所得干浸膏重)。表2正交實驗設計方案及數據分析(略)
表3方差分析(略)
2.4揮發油提取工藝的研究用揮發油測定法分別對荊芥穗、薄荷、連翹三藥材對提取時間進行研究。分別稱取藥材500g,加6倍水量,加熱回流,考察。結果見表4。表4揮發油提取率-時間(略)
2.5優選工藝驗證按處方比例稱取各藥材56g,平行兩份,加6倍量水,加熱回流提取3次,40min/次,合并各次提取液濃縮并定容至100ml,作為供試品溶液。取供試品溶液2ml,加50%甲醇稀釋定容至50ml,超聲10min,離心10min,取上清液2ml,加50%甲醇稀釋定容至10ml,經微孔濾膜(0.45μm)濾過,取10.0μl進樣。利用回歸方程計算出綠原酸的進樣量(μg),綠原酸量(mg)=綠原酸的進樣量×1250。在上述供試品溶液取2ml,恒重,得干浸膏量m(mg),浸膏量(mg)=m×50。結果見表5。表5優選工藝驗證(略)
3討論
從方差分析的結果表明,提取的次數有顯著差異,其它兩因素無顯著差異,結合直觀分析,確定工藝為A3B3C3,但加水量、提取時間對提取效果影響不大??紤]節約成本,縮短工藝時間,擬考慮為A1,C1。
分別對3味有揮發油的藥材進行了考察,結果在兩小時內其揮發油均能較完全提取,提取率達90%以上。其提取時間與水提工藝時間相同即可。
近年來,隨著我國市場經濟快速發展,工藝水平不斷提升,材料工程技術日益成熟,玻璃鋼面板應用變得越來越廣泛。玻璃鋼作為一種新型的復合材料,其被廣泛應用于各行領域,例如玻璃鋼面板材料被廣泛應用于家電制造、船舶制造、汽車、制造零件以及玻璃纖維增強塑料等方面。近年來,國家加強了金屬消耗管理和控制,很多材料消耗考慮到節約問題,發明新型節能材料勢在必行。本文針對玻璃鋼面板制造工藝進行研究,比較性地分析了玻璃鋼面板的優越性和先進性,探討了玻璃鋼面板新技術的發展趨勢。
1玻璃鋼面板工藝簡介
玻璃鋼(FRP)即通常所說的纖維強化塑料,指的是環氧樹脂、增強不飽和聚酯、酚醛樹脂基體。玻璃鋼主要以玻璃纖維或者制品作為增強材料的增強塑料。玻璃鋼具有質輕、堅硬、不導電、機械性能較高、耐腐蝕等特性,其能夠替代鋼材制造機械零件。近年來,玻璃鋼技術發展日益成熟,作為塑料基的增強材料,玻璃纖維已經擴大到了很多方面。各種類型的纖維材料制成增強塑料,導致了增強塑料的類型逐漸增多,而玻璃鋼材料逐漸成為了新型增強塑料的一部分。隨著人們對于環境衛生要求越來越高,新型材料的安全性、環保性、節能性等均被很多制造企業所看重,而玻璃鋼面板很好地滿足了這些條件。
2玻璃鋼面板的優越性比較研究概述
玻璃鋼面板被廣泛應用于各行各業,而且其優越性比較突出,下面將針對電器市場上的玻璃鋼面板和不銹鋼面板的燃氣灶性能進行比較,分析出玻璃面板的優越性。
2.1材質比較
不銹鋼屬于耐空氣、水以及蒸汽等弱腐蝕介質和酸堿鹽侵蝕的化學腐蝕鋼材。不銹鋼經過多年使用之后還可能保持原來的模樣,其耐用程度很高,但是鋼材的消耗相當大,不銹鋼的燃氣灶所有器件均需要金屬,甚至螺絲釘都需要鋼材。玻璃鋼面板屬于一種預應力玻璃,為了提升玻璃鋼的強度,通常會采用化學方法和物理方法來擠壓玻璃,玻璃承受外力之前要抵消表層應力,進而提升玻璃鋼的承載能力。玻璃鋼面板的材質主要是由硅元素構成的,其元素儲量在地球上非常龐大,因此材料易取、方便生產。
2.2安全性比較
不銹鋼的燃氣灶在工作的時候,其灶頭溫度相當高,而且燃氣灶不銹鋼面板的隔熱問題經過特殊處理得以解決。因此即使燃氣灶工作時間相當長,面板的溫度也仍然如常溫一樣。玻璃鋼面的燃氣灶出現過爆炸事件,因此很多用戶非常擔心玻璃鋼面板的安全性。玻璃鋼面板本身不具備爆炸條件,但是用戶在使用過程中操作不當則很容易引起爆炸。值得注意的是,玻璃鋼燃氣灶必須定期清理灶圈雜質,避免出現火孔堵塞問題,平日做好玻璃鋼面板的清理和養護工作,如此便可有效預防玻璃鋼燃氣灶爆炸。
2.3清潔性能比較
不銹鋼面板清潔上可以使用抹布和清潔劑進行清洗便可直接去除油污,但是抹布擦拭之后不銹鋼面板很可能留下水漬,影響不銹鋼面板的美觀程度。玻璃鋼面板的清潔和不銹鋼的清潔方法一樣,但是即使清理過程中遺留水漬也不會影響面板的美觀度,而且玻璃鋼面板在清潔上較之不銹鋼面板的清潔更加容易簡單且不影響美觀。綜上所述,不銹鋼面板和玻璃鋼面板在燃氣灶中的應用各自具有其獨特的優勢,因此在進行選擇的時候要根據實際情況選擇材質。玻璃鋼面板的應用變得越來越廣泛,其優越性體現在很多方面,而且在不同的行業領域應用不一樣,本次僅針對燃氣灶應用優越性方面進行二者比較,由于篇幅關系其他領域應用不做贅述。
3玻璃鋼面板制造工藝流程以及技術
玻璃鋼面板制造生產的時候,具有完整的生產工藝流程:模具清理玻璃纖維制品裁剪拋光涂刷脫模劑配料涂刷膠衣層鋪層檢查檢驗以及測試。其中模具清理作為玻璃鋼面板制作的工藝準備階段,尺寸檢查和表面加工必須在該階段完成。尺寸檢驗的時候應將誤差控制在5%之內,模具的結構形成形狀必須要符合圖紙要求;表面加工主要是針對模具平面加工,確保成品玻璃鋼面板經過模具糊制完成之后表面能夠光潔、平整。玻璃纖維制品裁剪時,需要開展裁剪前檢查,確保玻璃纖維制品必須要無褶皺、無缺陷、無潮濕、無變霉等情況,裁剪必須要按照規定的布紋方向進行,且裁剪的尺寸要與設計保障一致。拋光涂刷脫模劑操作在玻璃鋼面板制作的時候必不可少,通過拋光可以使得表面變得光潔,而涂刷脫模劑則為后期工件脫模打基礎。配料要求玻璃鋼面板制作時必須按照手糊工藝操作規程,應使用廠家提供的原料進行配比,配料過程中應注意配料的溫度適中,配方配料要滿足要求。膠衣層涂刷過程中應限制涂刷的厚度,涂刷必須要保障涂料均勻,膠衣層的厚度為250~500g/m2。鋪層操作時,要求玻璃纖維不能夠出現變霉、彎曲變形、褶皺、潮濕等缺陷,否則不能夠進行轉序;鋪層操作時要嚴格控制樹脂用量,確保涂敷均勻。檢驗檢查以及測試作為玻璃鋼面板制作的最后流程,那么在進行檢查的時候必須要開展固化情況檢查、糊制作業完成之后檢查,并完成成品檢驗以及熱性能測試等操作。
4玻璃鋼面板制造新技術展望
隨著科學技術的發展,新型技術在工業生產中迎來了極大的挑戰和機遇。我國面板廠商的生產能力隨著市場份額的增加,其生產量、銷售量也在逐漸增加。雖然玻璃鋼面板行業也呈現出增長態勢,但是和世界其他玻璃鋼面板生產企業來比,還仍然屬于初級起步階段。經過多年的發展,我國玻璃鋼板面在電器行業、汽車行業、建筑行業以及手機行業的應用比較廣泛。玻璃鋼面板在電器行業中的應用分為彩晶玻璃面板和鋼化玻璃面板兩種形式,彩晶玻璃面板是最近幾年出來的新型材料,其在家電配件行業應用率還較低,很多還是應用的白板玻璃面板,而鋼化玻璃則更多被應用于黑白家電玻璃配件。鋼化玻璃在汽車行業的應用也相當廣泛,20世紀50年代將玻璃鋼應用于企業制造,其主要作為車用的潛在材料。經過長時間的發展,20世紀80年代實現了玻璃鋼汽車零部件的批量制造和研制,其已經成為了車用材料之一,涵蓋了GMT、SMC、手糊等工藝,這些工藝選擇較為靈活且投資少、工藝門檻低,被國內汽車生產商逐步掌握。
5結語
隨著玻璃鋼面板制造工藝日益成熟,其在國內的應用變得越來越廣泛,玻璃鋼面板材料作為一種新型的復合材料,符合環保和節能要求,因此玻璃鋼面板的發展潛力巨大。本文針對玻璃鋼面板制造工藝相關問題進行研究,從基礎認識到工藝施工進行詳細介紹,希望能夠為廣大讀者提供玻璃鋼面板制造與發展相關研究交流。
作者:馬偉 單位:中車四方車輛有限公司
參考文獻
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植物油料大多來源于植物的種子,含有人體所必需的不飽和脂肪酸如亞油酸、亞麻酸、油酸等,是關系國計民生的重要大宗農產品。我國是世界上最大的食用油需求國和世界第一大食用油生產國。入世以來,我國植物油行業面臨著巨大的沖擊:降低關稅、擴大市場準入、取消出口補貼和逐步放開貿易權,進口完全實行市場化自由競爭。2004年我國植物油進口量達到歷史最高水平,引來社會各界對植物油市場的關注和憂慮,植物油生產領域如何改進提取工藝,提高國際競爭力就顯得十分迫切。本文在此背景下就植物油的提取工藝及最新研究進展作以綜述。
1傳統植物油提取工藝
傳統植物油提取工藝主要有壓榨法和浸出法兩種。
1.1壓榨法
壓榨法是借助機械外力的作用,將油脂從油料中擠壓出來的取油方法,目前是國內植物油脂提取的主要方法。壓榨法適應性強,工藝操作簡單,生產設備維修方便,生產規模大小靈活,適合各種植物油的提取,同時生產比較安全。按照提油設備來分,壓榨法提油有液壓機榨油和螺旋機榨油兩種。液壓榨油機又可以分為立式和臥式兩類,目前廣泛使用的是立式液壓榨油機。
壓榨法存在出油率低,勞動強度大,生產效低的缺點并且由于榨油過程中有生坯蒸炒的工序,豆粕中蛋白質變性嚴重,油料資源綜合利用率低。
1.2浸出法
浸出法是一種較先進的制油方法,它是應用固液萃取的原理,選用某種能夠溶解油脂的有機溶劑,經過對油料的接觸(浸泡或噴淋),使油料中油脂被萃取出來的一種方法,多采用預榨餅后再浸提。
在我國,采用直接浸出或預壓榨浸出工藝的植物油脂每年超過800萬噸,這些油幾乎全部使用的是6號溶劑油,其主要成分為六碳的烷烴和環烷烴,沸點在60~90℃(發達國家用的工業己烷,沸點在66.2~68.1℃)。由于6號溶劑油是從石油中提煉的的產品,而今石油能源短缺,市場價格居高不下,而且剩余的高沸點溶劑對餅粕食用衛生安全質量有影響,因此人們不得不考慮開發替代溶劑。目前國內已經有人開始丙烷、丁烷等作為溶劑提取小麥胚芽油的研究,這種方法適合一些特種油脂的分離提取,油脂中有效成分不被破壞,所得的蛋白粕可以用于深加工,有很好的發展前景。還有進行油料生胚擠壓膨化后直接進行浸出制油的研究,生坯擠壓膨化后,多孔性增加,酶類被鈍化,溶劑對料層的滲透比和排泄性都大為改善,浸出速率提高,混合油濃度增大,浸出毛油品質提高,出油率大大提高。國外生胚膨化浸出工藝已廣泛應用,我國對這一技術的研究和應用也有了較大的進展。
浸出法具有出油率高,粕中殘油率低,勞動強度低,生產效率高,粕中蛋白質變性程度小,質量較好,容易實現大規模生產和生產自動化等優點。其缺點為浸提出來的毛油含非油物質較多,色澤較深,質量較差,且浸出所用溶劑易燃易爆,而且具有一定毒性,生產的安全性差以及會造成油脂中溶劑的殘留。
2新研究開發的植物油脂提取工藝
2.1水代法
水代法與普通的壓榨法、浸出制油工藝不同,主要是將熱水加到經過蒸炒和細磨的原料中,利用油、水不相溶的原理,以水作為溶劑,從油料中把油脂代替出來,故名為水代法。這種提油方法是我國勞動人民從長期的生產實踐中創造和發明的。目前,水代法主要用于小磨香油的生產。水代法提油的工藝有很多優點:提取的油脂品質好,尤其是以芝麻為原料的小磨香油;提取油脂工藝設備簡單,同時能源消耗少;還有就是水代法以水作為溶劑,沒有燃爆的危險,不會污染環境,并且可同時分離油和蛋白質。但主要缺點為出油率低于傳統浸出法,在浸提過程中易污染微生物。
2.2水酶法
水酶法提油是一種較新的油脂與蛋白質分離的方法,它將酶制劑應用于油脂分離,通過對油料細胞壁的機械破碎作用和酶的降解作用提高油脂的提取率,與傳統提油工藝相比水酶法提油工藝具有處理條件溫和,工藝簡單、能耗低、并且能同時得到優質的植物油脂和純度高、再利用性強的蛋白質等優點。國外在這方面的研究較早,1983年Fullbrook等人用蛋白水解酶和對細胞壁有降解作用的酶從西瓜籽、大豆和菜籽中制取油脂和蛋白質,大豆油回收率可達90%,菜籽油為70%~72%;1986年McGlone等人用聚半乳糖醛酸酶、a-淀粉酶和蛋白酶提取椰子油,油脂收率為74%~80%;1988年Sosulski對Canola油料進行酶解預處理后再進行己烷浸出,可明顯縮短浸出時間,提高浸出效率;1993年Sosulski等人對Canola油料先進行酶處理后再進行壓榨,未經酶處理的Canola壓榨出油率僅為72%,經過酶處理后可達90%~93%;1996年CheMan等人用纖維素酶、a-淀粉酶、聚半乳糖醛酸酶和蛋白酶對椰子進行水酶法提油,油脂收率為73.8%。國內王瑛瑤、王璋等進行了水酶法提取花生蛋白質和花生油的研究。這些研究為水酶法應用于同時進行油脂和蛋白質的分離作了理論上和實踐上的嘗試。
2.3反膠束萃取技術
一般將表面活性劑溶于水中,并使其濃度超過臨界膠束濃度(CMC)時會形成聚集體,這種聚集體屬于正常膠團;若將表面活性劑溶于非極性的有機溶劑中并使其濃度超過臨界膠束濃度便會形成與上述相反的聚集體,即反膠束,因此反膠束就是指分散于連續有機溶劑介質中的包含有水分子內核的表面活性劑的納米尺寸的聚集體,也稱逆膠束或反膠團。在反膠束中,表面活性劑的非極性尾在外,與非極性的有機溶劑接觸,而極性頭在內形成一個極性核。根據相似相溶原理,該極性核具有溶解極性物質的能力,如蛋白質、酶、鹽、水等分子。如果極性核溶解了水之后就形成了“水池”,此時反膠束也稱為溶脹的反膠束。
用反膠束系統萃取分離植物油脂和植物蛋白質的基本工藝過程為,將含油脂和蛋白質的原料溶于反膠束體系,蛋白質增溶于反膠束極性水池內,同時油脂萃取入有機溶劑中,這一步稱為前萃,然后用水相,通過調節離子強度等,使蛋白質轉入水相,離心分離,實現反萃。這樣將傳統工藝的提油得粕再脫溶的復雜冗長流程,改進為直接用反膠束系統分離油脂和蛋白質,工藝過程大為縮短,能耗大為降低。反膠束分離過程中,蛋白質由于受周圍水層和極性頭的保護,蛋白質不會與有機溶劑接觸,從而不會失活。避免了傳統方法中蛋白質容易變性的缺點。國內的對這方面也作了一些研究:程世賢等人用反膠團提取大豆中的蛋白質和豆油,結果表明大豆蛋白質的萃取率最高達96.9%,豆油的萃取率為90.5%;陳復生、趙俊庭等人用反膠束體系進行了萃取花生蛋白和花生油的研究,得出了用反膠束體系同時萃取植物油脂和植物蛋白是可行的結淪,并得出了最佳工藝參數;陳復生等人對經反膠束萃取法得到的豆油脂肪酸成分與常用的溶劑萃取法進行了比較。這些研究為反膠束法用于分離植物油脂提供了一定的理論基礎。
2.4超臨界CO2萃取法
超臨界CO2萃取方法是利用超臨界流體具有的優良溶解性及這種溶解性隨溫度和壓力變化而變化的原理,通過調整流體密度來提取不同物質。超臨界CO2萃取植物油脂具有許多優點,如工藝簡化,節約能源;萃取溫度較低,生物活性的物質受到保護;CO2作為萃取溶劑、資源豐富、價格低、無毒、不燃不爆,不污染環境。
近三十年來,國外在超臨界CO2萃取植物油脂的基礎理論研究和應用開發上都取得了一定的進展。對超臨界CO2提取大豆油、小麥胚芽油、玉米胚芽油、棉籽油、葵花籽油、紅花籽油等都做了系統的研究,制造出容積超過10000L的提取裝置,并在特種油脂方面己有工業化生產。我國科技界對超臨界流體萃取技術也倍加關注,國家自然科學基金委員會也對其進行了大力支持,短短幾年內,我國在超臨界流體萃取的工藝方面進行了大量的研究,并積累了許多有價值的經驗。我國對超臨界流體萃取的應用研究主要集中在食品、香料、中草藥、色素等的精制和提純,例如:超臨界CO2萃取大豆油、小麥胚芽油、玉米胚芽油、棉籽油、葵花籽油、紅花籽油、葡萄籽油等種子油脂;超臨界CO2萃取薄荷醇、茉莉精油、桂花精油等;超臨界CO2萃取砂仁、當歸油、銀杏黃酮、卵磷脂、丹參、幽醇、大黃酸、番茄紅色素、銀杏葉花青素等。在提取設備方面,己生產出了1L~1000L的超臨界CO2提取裝置,但對這些萃取工藝的研究大部分僅集中于小試階段,真正能工業化的工藝還不夠成熟,尚待于進一步研究。
超臨界CO2萃取植物油脂存在耐高壓設備昂貴,生產成本高,不易操作,批處理量小等不足之處,一定程度上限制其工業化的生產。但是隨著科技的進步和發展,這些問題終究都會有一個比較完善的解決,作為一種新興的分離技術其所具有的選擇性高、操作溫度低、工藝簡單等方面的優勢,必將會擁有廣闊的應用前景
2.5超聲波處理法
超聲波是頻率大于20KHz聲波,具有波動與能量雙重屬性,其振動可產生并傳遞強大能量,使物質中分子產生極大加速度。由于大能量超聲波作用,媒質粒子將處于約為其重力104倍的加速度交替周期波動,波的壓縮和稀疏作用使媒質被撕裂形成很多空穴,這些小空穴瞬間生成、生長、崩潰,會產生高達幾千個大氣壓瞬時壓力,即成為空化現象??栈菇缑鏀U散層上分子擴散加劇,在油脂提取中加快油脂滲出速度,提高出油率。超聲波在生物活性物質的提取方面已有廣泛應用,在油脂提取方面尚處探索階段,國內現已有葵花籽、獼猴桃籽、松籽油、苦杏仁油超聲波提取方面的報道。
3小結
傳統的植物油脂提取方法已經不能滿足現代工業發展和國際競爭的要求,須對其工藝進行必要改進和改善,以提高出油率,工作效率及保證安全生產。新興的油脂提取工藝已經慢慢地嶄露頭角,隨著其研究的不斷加深,朝著工業化方向的不斷邁進,必將給油脂工業帶來飛速發展。
參考文獻
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Abstract:[Objective]TofilterandoptimizeextractivetechnologyofQianlieninggranules.[Methods]TheoptimizationextractivetechnologyofQianlieninggranuleswasinvestigatedusingorthogonaldesignwiththeavailabilitycomponentextractingfromthedrugastheindex.[Results]TheoptimalconditionfortheextractionofRadixAstragaligroupwas10foldsamountofwater,3times,1.5hourseachtime.TheoptimalconditionfortheextractionofRheumofficinalBaill.groupwas6foldsamountof60%alcohol,2times,twohoursand1.5hourseachtime.[Conclusion]Theoptimizedextractivetechnologyisscientificandefficient.
Keywords:QianlieningGranules;Rhein;AstragalosideIV;extractivetechnology;orthogonaldesign
前列寧顆粒由酒大黃、黃芪、牛膝、菟絲子等多味中藥組成,為我院中西醫結合系洪振豐教授的經驗方,具有清熱解毒、活血化瘀、益氣補腎之功效,用于治療慢性前列腺增生及前列腺炎等癥,療效顯著[1]。為方便臨床用藥和患者攜帶,實驗對組方成分進行分析,根據各味藥材所含成分的理化性質,擬分水溶和醇溶兩組提取。其中黃芪、菟絲子等藥采用水煎煮提取,酒大黃、牛膝等藥采用醇提,對其提取工藝采用正交實驗法進行研究,以確定最佳提取工藝,使制劑工藝更加合理。
1儀器與試藥
美國Waters600E高效液相色譜儀,包括二極管陣列檢測器,四元泵,在線真空脫氣機,Millennium32色譜工作站;SartoiousBT25S型電子分析天平(北京賽多利斯儀器有限公司);恒溫干燥箱(北京市朝陽區來廣營醫療器械廠);DKS24型電熱恒溫水浴鍋(上海精宏試驗設備有限公司)。
酒大黃、黃芪等實驗藥材均購自福建同業有限公司,經我院藥學系鑒定符合2005版中國藥典(一部)有關規定;大黃酸對照品(批號0757-200206,購自中國藥品生物制品檢定所);黃芪甲苷對照品(中國藥品生物制品檢定所,批號:110781-200512);甲醇、乙腈為色譜純,水為超純水,其余試劑為分析純。
2方法與結果
2.1水煎煮組正交試驗設計
采用正交試驗法對黃芪、菟絲子等藥組水煎液提取工藝進行優選。根據文獻報道[2],以提取次數(A)、提取時間(B)、加水量(C)為試驗因素,每個因素3個水平進行優選,以浸膏得率和黃芪甲苷含量作為考察指標進行試驗。因素水平見表1。表1水煎煮組的因素水平表(略)
浸膏得率測定:精密吸取母液20ml,置干燥恒重的蒸發皿中,水浴蒸干,于105℃下干燥3h,迅速取出,放入干燥器中,冷卻30min,迅速精密稱定,計算出膏率。
2.2水煎液中黃芪甲苷的測定[3]
2.2.1色譜條件與系統適用性試驗
以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑;以乙腈-水(38:62)為流動相;流速為1.0ml/min。蒸發光散射檢測器檢測。此色譜條件下,理論塔板數按黃芪甲苷峰計算,應不得低于4000。
2.2.2對照品溶液的制備
精密稱取黃芪甲苷對照品4.0mg,置于10ml容量瓶中,加入甲醇定容,制成0.4mg/ml的溶液,即得。
2.2.3供試品溶液的制備
按正交表條件提取,合并提取液,濾過,濾液濃縮至1:1(g/ml),加乙醇使醇濃度達75%,低溫靜置24h,取上清液減壓回收乙醇,濃縮定容于100ml量瓶,搖勻。分別精密量取20.0ml,用水飽和的正丁醇振搖提取3次,每次25ml,合并正丁醇提取液,用氨試液洗滌3次,每次20ml,正丁醇提取液回收溶劑至干,殘渣加甲醇溶液并轉移至10ml量瓶中,加甲醇至刻度,搖勻,離心,取上清液,即得。
2.2.4標準曲線繪制
精密吸取對照品溶液2,4,6,8,10μL,分別注人高效液相色譜儀,依法測定。回歸方程為Y=7985.56X+1457.24,r=0.9998。結果表明,黃芪甲苷進樣量線性范圍為2.014~10.070μg。
2.2.5精密度試驗
取同一份供試品溶液,按上述色譜條件重復測定5次,計算精密度,結果黃芪甲苷峰面積的RSD為0.23%(n=5)。
2.2.6重復性試驗
取同一批號樣品,配制3種濃度,照含量測定項下方法每個濃度測定3次,結果RSD為1.07%、1.58%、1.91%,表明重現性較好。
2.2.7穩定性試驗
取同一份供試品溶液,在0,4,16,24,48h分別進樣5次,依法分別測定黃芪甲苷蜂面積值。結果RSD<2.0%,表明本品在48h內測定結果穩定。
2.2.8加樣回收率試驗
精密稱取已知含量的同一批樣品,各精密加入黃芪甲苷對照品適量,按2.2.3項下方法制備供試液,依法測定并計算加樣回收率,得平均回收率為98.21%,RSD=1.41%。
2.3水煎煮組最佳工藝確定
正交試驗結果見表2,方差分析結果見表3。按下列公式計算綜合評分值:出膏率加權評分(y1)=(出膏率-12)/(25-12)×100;黃芪甲苷含量加權評分(y2)=(測定量-0.2)/(0.4-0.2)×100。綜合評分=(yl+y2)/2。表2水煎煮組正交試驗結果(略)表3水提工藝方差分析表(略)中國
由表2可見,3個因素的級差大小順序為A>C>B,提取次數對提取工藝的影響最大,加水量影響較大,提取時間影響最小。由表4可見,因素A(提取次數)、因素C(加水量)有顯著性,因素B(提取時間)無顯著性。故最佳工藝為A3B1C3,即用10倍量水,提取3次,每次1.5h。按優選的最佳工藝提取3批樣品進行驗證實驗,可知,三批樣品出膏率分別為24.14%、24.09%、23.97%;黃芪甲苷含量分別為0.397、0.384、0.391mg/g。驗證結果表明工藝基本穩定可行。
2.4醇提組正交試驗設計
根據文獻和預實驗結果[4],采用正交試驗法。以浸膏得率和大黃酸的含量為考察指標,對乙醇濃度(A)、醇用量(B)、提取時間(C)3個試驗因素,每個因素3個水平進行優選,并以浸膏得率和大黃酸含量作為考察指標進行試驗。因素水平見表4。表4醇提組的因素水平表(略)
2.5大黃酸含量測定
2.5.1色譜條件
填充劑為十八烷基硅烷鍵合硅膠,色譜柱為SHIMADZUC18色譜柱(4.6mm×250mm,5μm),流動相為甲醇-0.1%磷酸溶液(85∶15),檢測波長為254nm,流速為1.0ml/min。理論塔板數按大黃酸峰計算應不低于3000。
2.5.2對照品溶液的制備
精密稱取干燥2h后的大黃酸對照品0.038g,置于25ml量瓶中,加甲醇至刻度,得含大黃酸0.152mg/ml的對照品溶液,備用。
2.5.3線性關系考察
分別精密量取大黃酸對照品溶液1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml,置于10ml量瓶中,加甲醇至刻度,分別進樣5μl。以進樣量(X)為橫坐標,峰面積積分值(Y)為縱坐標,進行線性回歸,得回歸方程:Y=7867.756X+1.6727(r=0.9998)。結果表明,大黃酸進樣量在0.076~0.380μg范圍內與峰面積積分值呈良好的線性關系。
2.5.4供試品溶液的制備
用L9(34)正交表安排試驗,稱取處方量的藥材,按設定方案進行回流,收集回流提取液,定容至200ml,精密量取50ml,置已干燥至恒重的蒸發皿中,水浴蒸干,于105℃干燥3h,置干燥器中冷卻0.5h,迅速稱量。精密量取已定容樣品液50ml,水浴蒸干,加5mol/L。硫酸溶液20mL,置水浴加熱1h,立即冷卻,加氯仿提取3次(30、30、20ml),合并氯仿液,加水洗滌2次(20、20ml),棄去水層,氯仿液水浴蒸干,殘留物加甲醇定容至5ml,即得。
2.5.5含量測定
分別精密吸取對照品溶液5μl、供試品溶液10μl,分別注入液相色譜儀,按“2.5.1”項下色譜條件測定。高效液相色譜見圖1。
2.5.6精密度試驗
精密量取“2.5.2”項下大黃酸對照品溶液5μl,重復進樣6次測定峰面積。結果,峰面積RSD=1.3%,表明儀器精密度良好。
2.5.7穩定性試驗
取“2.5.4”項下的供試品溶液。分別于0,4,16,24,48h時按“2.5.1”項下色譜條件進樣測定5次。結果:峰面積RSD=1.18%。表明供試品溶液在48h內穩定性較好。
2.6醇提組最佳工藝確定
正交試驗結果見表5,方差分析結果見表6。按下列公式計算評分值:出膏率加權評分(y1)=(出膏率-13)/(20.5-13)×100;黃芪甲苷含量加權評分(y2)=(測定量-5)/(9.4-5)×100。綜合評分=(yl+y2)/2。表5醇提組的正交試驗結果(略)表6方差分析結果(略)
由表5可見,3個因素的級差大小順序為C>A>B,提取時間對提取工藝的影響最大,醇濃度影響較大,醇用量影響最小,實驗結果最佳工藝為A2B2C3。由表6可見,提取時間有顯著性,醇濃度、醇用量無顯著性??紤]生產成本,確定A1B1C3為最佳工藝,即用6倍量60%醇溶液,提取2次,分別為2.0、1.5h。按優選的最佳工藝提取3批樣品進行驗證實驗,可知,三批樣品出膏率分別為20.24%、20.32%、19.97%;大黃酸含量分別為9.41、9.37、9.31mg/g。驗證結果表明工藝基本穩定可行。
3討論
驗方中大黃取其解毒泄下之功,以清體內熱毒,使濕熱由下而去;取其活血祛瘀之功,使血行通暢,瘀血得解;一藥兩用,為君藥。而其中大黃酸具有抗菌抗炎作用,故醇提組選擇以大黃酸作為含量測定指標。黃芪取其補氣之功而治前列腺增生日久氣虛之候,而其利水之功又可助它藥以泄濕,故水提組以黃芪甲苷作為指標成分。黃芪等藥味中的活性成分在水中有較好的溶解度,故考慮用傳統的水煎煮提取。大黃、牛膝等醇提組藥物中有效成分在醇溶液中溶解度較大。
前列寧顆粒為復方制劑,成分復雜。試驗選擇以浸膏得率和相應的含量測定為指標,可綜合評價工藝的合理性。采用正交設計的試驗方法對提取工藝進行優化篩選,確定的提取工藝簡便、科學,符合生產要求。
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微生物油脂(含43%ARA),嘉必優生物工程(武漢)有限公司贈送;固定化酶(LipozymeRMIM)購于北京諾維信公司;1,3-ARA-DAG、1,2-ARA-DAG購于瑞典Larodan公司;正己烷、乙酸乙酯、冰乙酸、甲醇均為色譜純,購于德國CNW公司;氫氧化鈉、尿素、無水硫酸鎂、鹽酸、乙醇、石油醚、甘油、無水乙醚、4A型分子篩均為分析純,購于國藥化學試劑集團。
1.2試驗儀器
分析天平(AUY120,SHIMADZU,Japan);旋轉蒸發儀(RE-52A,上海亞榮生化儀器);集熱式恒溫磁力攪拌水浴鍋(DF-101S,鞏義市予華儀器有限責任公司);氣相色譜儀(Agilent7890A,美國Agilent公司);高效液相色譜儀(Agilent1200,美國Agilent公司);質譜儀(AB4000Q-Trap,美國AB公司);微型旋渦混合儀(WH-3,上海滬西分析儀器有限公司)。
1.3試驗方法
1.3.1尿素包埋法純化微生物油脂于500mL三口瓶中加入40g微生物油脂、200mL無水乙醇、30%氫氧化鈉(以微生物油脂質量計),充氮氣保護下,在恒溫水浴加熱攪拌器上80℃水浴回流2h,加入100mL的蒸餾水,攪拌均勻并冷卻至室溫,加鹽酸酸化至pH=1~2左右[18]。用無水乙醚∶石油醚=1∶1(V/V)混合溶液萃取2~3次,將萃取液水洗至中性,并旋轉蒸發除去有機相,得到游離形態的脂肪酸混合物。將其加入到尿素/乙醇溶液中,氮氣保護下回流2h后,迅速轉移到250mL的錐形瓶中,密封后于-20℃冰箱中結晶過夜。所得到的尿素包合物經抽濾,旋轉蒸發和萃取后,經無水硫酸鎂脫水得到純化后的脂肪酸。稱重并計算回收率。并取少量原樣品和尿素包埋后的樣品進行甲酯化衍生化處理,經GC檢測尿素包埋前后ARA的含量變化。1.3.2酶法合成富含ARA的1,3-DAG按照一定的摩爾比準確稱取ARA和甘油于20mL兩口圓底燒瓶中,氮氣保護條件下,將其置于一定溫度的水浴鍋中,待攪拌均勻后,加入一定量的固定化酶LipozymeRMIM和20%(占底物總質量)已活化的4A型分子篩,在200r/min的轉速下攪拌反應,按一定的時間間隔取樣,采用HPLC-MS-MRM分析酯化后產物及各組分的相對百分含量。1.3.3脂肪酸的GC檢測脂肪酸的甲酯化衍生化處理采用本實驗室建立的方法[19]。GC檢測條件為色譜柱:HP-FFAP毛細管柱(Agilent,30m×0.25mm×0.5μm);檢測器:氫離子火焰化檢測器(FlameIonizationDetector,FID);以氮氣為載氣,進樣口壓力為25psi,進樣量為1μL,分流比為1∶30;升溫程序:初始溫度210℃保持7min,以20℃/min升溫至230℃并保持5min,總分析時間為12min;進樣口和檢測器溫度分別為260℃和280℃。采用面積歸一法計算脂肪酸的相對百分含量。1.3.4產物中1,3-DAG的HPLC-MS-MRM檢測產物中1,3-ARA-DAG的HPLC檢測條件為色譜柱:Agilent-SIL(5μm,2.0mm×250mm);流動相:正己烷/乙酸乙酯/乙酸=80∶20∶1,(V/V/V);流速:0.5mL/min;柱溫:40℃;進樣量:10μL;總時間:20min。檢測器MS的條件為APCI模式:正離子;CUR:137.9kPa;CAD:medium;NC:27.38kPa;溫度(TEM):450℃;掃描模式:MRM-EPI;掃描速度:1000u/s;離子源氣體1(ionsourcegas1,GS1)∶344.75kPa;輔助加熱(interfaceheater,ihe):開;DP:80V;CE:35V和55V;碰撞電壓擺幅(collisionenergyspread,CES):5V;碰撞室輸出電壓(collisioncellexitprotential,CXP)17V;質量范圍:500~1000m/z。采用面積歸一法計算產物中1,3-DAG的相對百分含量。1.3.5數據分析本實驗采用SAS(statisticalanalysissystem)9.0統計軟件進行數據處理,實驗重復三次,取其平均值。用Origin作圖工具,對結果進行分析。
2結果與分析
2.1尿素包埋法純化微生物油脂中的ARA
尿素包埋法作為一種普遍的富集LC-PUFAs的方法,一直受到人們的青睞[21]。本實驗中,當尿素∶混合脂肪酸∶甲醇比為2g∶1g∶20mL,結晶溫度為-20℃時,經GC檢測分析后,ARA的相對百分含量由原來的43%(如圖1中A)提高到83%,且回收率為54.35%。力為25psi,進樣量為1μL,分流比為1∶30;升溫程序:初始溫度210℃保持7min,以20℃/min升溫至230℃并保持5min,總分析時間為12min;進樣口和檢測器溫度分別為260℃和280℃。采用面積歸一法計算脂肪酸的相對百分含量。1.3.4產物中1,3-DAG的HPLC-MS-MRM檢測產物中1,3-ARA-DAG的HPLC檢測條件為色譜柱:Agilent-SIL(5μm,2.0mm×250mm);流動相:正己烷/乙酸乙酯/乙酸=80∶20∶1,(V/V/V);流速:0.5mL/min;柱溫:40℃;進樣量:10μL;總時間:20min。檢測器MS的條件為APCI模式:正離子;CUR:137.9kPa;CAD:medium;NC:27.38kPa;溫度(TEM):450℃;掃描模式:MRM-EPI;掃描速度:1000u/s;離子源氣體1(ionsourcegas1,GS1)∶344.75kPa;輔助加熱(interfaceheater,ihe):開;DP:80V;CE:35V和55V;碰撞電壓擺幅(collisionenergyspread,CES):5V;碰撞室輸出電壓(collisioncellexitprotential,CXP)17V;質量范圍:500~1000m/z。
2.2產物中1,3-DAG的HPLC-MS-MRM檢測
脂肪酸與甘油酯化反應的產物中有TAG、1,2-DAG、1,3-DAG、1(2)-MAG和未反應的脂肪酸及甘油。本實驗就產物中主要的產物TAG、1,2-DAG、1,3-DAG進行定量檢測,通過優化色譜條件,最終確定流動相:正己烷/乙酸乙酯/乙酸=80∶20∶1,(V/V/V);流速:0.5mL/min;進樣量:10μL;總時間:20min時,分離效果較好。
2.3脂肪酶催化合成
1,3-DAG的單因素實驗2.3.1反應時間對酶促酯化合成1,3-DAG的影響本實驗在甘油與ARA摩爾比為1∶2,脂肪酶添加量為5%(以底物總質量計),反應溫度為50℃的條件下,定期取樣分析產物中1,3-DAG含量的變化。結果如圖3所示,隨著反應時間的延長,底物中1,3-DAG的相對百分含量呈現先增加后減小的趨勢,并在2h時,達到最大值68.9%;2h后,1,3-DAG的相對百分含量明顯下降,到10h時降為16.1%并趨于穩定。這可能是因為隨著反應時間的延長,1,3-DAG發生了?;D移,進而轉化為1,2-DAG或者TAG,從而使反應產物中1,3-DAG的含量降低。因此,2h為最佳的反應時間。2.3.2反應溫度對酶促酯化合成1,3-DAG的影響本實驗在反應時間(2h)、脂肪酶添加量(5%)和底物摩爾比(甘油/ARA=1∶2)一定的條件下來優化溫度對酯化合成1,3-DAG的影響。由圖4可知,隨著反應溫度的升高,1,3-DAG的相對百分含量呈現先增加后減小的趨勢,并在50℃時達到最大,為68.3%。隨著溫度的繼續升高,其含量呈現遞減的趨勢。這可能是由于溫度的升高促使脂肪酶的活力逐漸提高,而且溫度升高有利于底物混合均勻,降低反應體系的黏度,從而更有利于酯化反應的進行。然而,隨著溫度進一步升高,?;D移率也相應的增加,從而使1,3-DAG的相對百分含量降低;此外,長時間的高溫反應環境條件會造成部分酶活力喪失,甚至會造成ARA發生氧化,均可能導致1,3-DAG相對百分含量的降低。因此,綜合考慮以上因素,50℃作為反應溫度較佳。2.3.3不同底物摩爾比對酶促酯化合成1,3-DAG的影響在反應溫度50℃、反應時間2h及脂肪酶添加量為5%的條件下,考察不同底物摩爾比對反應結果的影響。由圖5可知,在一定范圍內,隨著體系中ARA含量的增加,產物中1,3-DAG的相對百分含量逐漸增加,并在甘油/ARA為1∶2時,1,3-DAG的相對百分含量最高達72.1%。然而隨著ARA的繼續增加,產物中1,3-DAG的量開始降低,這可能是過量的ARA與產物中的1,3-DAG進一步發生反應生成了TAG。因此綜合考慮,反應體系中底物摩爾比甘油/ARA采用1∶2為宜。2.3.4脂肪酶添加量對酶促酯化合成1,3-DAG的影響在反應時間2h、反應溫度50℃和底物摩爾比(甘油/ARA)為1∶2的條件下,設計實驗考察脂肪酶添加量對產物中1,3-DAG的影響。如圖6所示,脂肪酶的添加量對反應有顯著影響。脂肪酶添加量在1%~5%的范圍內,1,3-DAG的相對百分含量隨著脂肪酶添加量的增加而增加,并在酶添加量為5%時,1,3-DAG相對百分含量達到最大值82.8%;當繼續增加酶量到10%時,1,3-DAG的含量有所降低,這可能是因為底物已經被脂肪酶分子所飽和,且隨著脂肪酶添加量的增加,一定程度上也增加了發生?;D移的幾率,將1,3-DAG轉化為1,2-DAG或者TAG。綜合考慮以上因素,最佳的脂肪酶添加量為5%。
2.4響應面試驗結果與分析
2.4.1回歸方程的建立與分析基于單因素試驗結果,選取溫度(X1)、時間(X2)、酶加量(X3)及底物摩爾比(X4)為自變量,以產物中1,3-DAG相對百分含量(以峰面積表示)Y為響應值,采用中心組合設計實驗,對所獲得的單因素條件進行響應面優化。以Box-Benheken實驗設計獲得數據為基礎,在此基礎上利用SAS9.0軟件對獲得的數據進行擬合分析,得到1,3-DAG含量的動態參數方程如下:Y=152300+20562.58X1+36337.5X2+47125X3+1780.25X4-20213.37X1X1+1502.25X1X2+12545X1X3-12985X1X4-38758.75X2X2+10302.5X2X3+12946.75X2X4-30572.5X3X3+15107.5X3X4-20180.37X4X4。從回歸方程模型系數的方差分析結果(表3)可以看出,模型P=0.0063<0.01,說明回歸模型方程極顯著。模型的R2值為0.8407,表明優化好的參數值有大約84.07%來源于回歸方程模型,同時模型的失擬項P=0.544869>0.05,符合失擬項不顯著的要求。這表明此模型可以很好的用來預測最優化條件。且根據方差分析可知,各因子對1,3-DAG的影響主次關系為X3>X2>X1>X4,即酶添加量最大,其次為時間、溫度,底物摩爾比最小。2.4.2響應面優化及模型驗證為了更直觀地顯示各因素之間的關系,對經響應面法優化后的結果進行規范分析,考察SAS9.0所擬合的響應曲面形狀,獲得響應面立體圖及對應的等高線圖,如圖7所示,模型具有穩定點,各因素間的交互作用較明顯。經擬合分析后,得出酶促酯化合成1,3-DAG的穩定值及最優條件,最佳工藝參數為:X1(溫度)57℃,X2(時間)2.7h,X3(酶量)7.9%,X4(摩爾比)2.5∶1。在此最優條件下,進行三次重復驗證實驗,1,3-DAG的實際平均峰面積為9.8×104,與理論值(1.0×105)非常接近,說明該預測模型是可靠的;并且,此時1,3-DAG在整個DAG和TAG混合物中的相對百分含量為73.5%,且1,3-ARA-DAG含量為38.1%。