植物源农药原料工业化连续低碳生产系统及工艺

技术领域

本发明涉及植物源农药技术领域，具体涉及一种植物源农药原料工业化连续低碳生产系统及工艺。

背景技术

化学农药的应用保障了粮食、蔬菜、水果的增产丰收，但也给生物及环境带来了巨大危害和隐患，直接危害着人类的身体健康和寿命。生物农药特别是植物源农药具有低毒、抗药性风险低、在自然界易降解、对人畜相对安全、对害虫天敌伤害小、低残留、能够保持农产品的高品质、生产原材料可持续等优点，成为化学农药的主要替代品，已经成为世界农业的发展趋势。但传统的处方植物源农药也存在药效发挥慢、残留时间短、制剂成份复杂、不易标准化、植物采集季节性强等不足，特别在生产工艺流程化、标准化、高效化等方面存在诸多问题。

传统的处方植物源农药的生产工艺包括复配（根据干品中草药处方）、水中浸泡、沸煮、过滤、浓缩等工序，一般不对有效成份进行精准的控制。且中草药在采收、干燥环节特别是晒干、凉干过程中易发生生化变化，有效成份的损失特别是灭活的活性物质及腐烂等造成收率减少，又经过高温沸煮，大量的有效物质被分解而流失，除了造成药效不足外，在干燥、沸煮、浓缩过程中的能耗也较大，产能也受到工艺限制。从晒干到沸煮的工艺过程，因生化酶降解、光降解、热降解及低提取率（药渣）等因素，大大降低了制剂的有效成份。

因此，上述这种从中医煮药脱胎出来的工艺存在着药效难以控制以及高成本、高能耗等问题，已经不能满足植物源农药发展的需求，亟待提供一种适合于规模化、工业化、标准化、低碳高效生产、有效成分含量高的植物源农药生产工艺。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种植物源农药原料工业化连续低碳生产系统及工艺，通过冷冻破壁、鲜榨及常温浓缩工艺有效地保留了植物中的有效成份及其活性，并实现了大规模低碳连续生产。

本发明的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种植物源农药原料工业化连续低碳生产系统，包括平行相向设置的A、B生产线，A、B生产线均包括通过输送机依次连接的清洗机、切碎机、预冷换热装置、冷冻破壁装置、缓苏换热装置、一级压榨装置、加湿搅拌装置和二级压榨装置；A生产线的预冷换热装置与B生产线的缓苏换热装置，以及A生产线的缓苏换热装置与B生产线的预冷换热装置分别连接有冷热对流风管，实现冷热风对流；A、B生产线的二级压榨装置还通过输送机依次连接有固体物料烘干装置和破壁磨粉机，A、B生产线的一级压榨装置和二级压榨装置的液体物料出口通过管道依次连接有超滤装置、大分子过滤浓缩装置和原料罐。

优选地，所述预冷换热装置、冷冻破壁装置、缓苏换热装置及固体物料烘干装置均包括多层网带输送机，多层网带输送机外部设置有围护密封机构，冷热对流风管连接在预冷换热装置与缓苏换热装置的围护密封机构之间；冷冻破壁装置的围护密封机构还通过管道连接有制冷机；所述制冷机与固体物料烘干装置的围护密封机构之间连接有热回收输风管，热回收输风管上设置有热泵。

优选地，所述围护密封机构包括设置在多层网带输送机四周及顶部的密封板，顶部的密封板上设置有进料口，四周密封板的其中之一上设置有出料口。

优选地，所述一级压榨装置和二级压榨装置均采用螺杆压榨机。

优选地，所述加湿搅拌装置包括绞龙，绞龙设置有进料口、进水口和出料口，进水口通过管道连接有储液罐。

优选地，所述超滤装置与大分子过滤浓缩装置之间连接有分散罐一，以及大分子过滤浓缩装置与原料罐之间连接有分散罐二，分散罐一和分散罐二分别连接有充氮气管和加药管。

优选地，一级压榨装置和二级压榨装置与超滤装置之间还通过管道连接有粗滤装置，超滤装置采用碳化硅或陶瓷有机中空纤维，透过孔径＜0.2um，大分子过滤浓缩装置采用DTR0，拦截孔径≤0.4nm。

另一方面，本发明还提供了上述生产系统工业化连续低碳生产植物源农药原料的工艺， A、B生产线同时相向运行，将物料先后进行清洗、切碎、预冷换热、冷冻破壁、缓苏换热、一级压榨、固体物料加湿搅拌和二级压榨，二级压榨后的固体物料先后经过烘干和磨粉后得到固体原料；一级压榨和二级压榨产生的液体物料先后经过超滤、分子过滤浓缩后得到液体原料。

优选地，固体物料加湿搅拌时，采用强磁藕合太赫兹材料过流处理的高溶解度小分子团水溶解吸收固体物料中的有效成分。

优选地，冷冻破壁温度为-3~-10℃，超滤及分子过滤浓缩温度为-3~30℃。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

1. 本发明简而言之，即是通过冷冻破壁、鲜榨及常温浓缩工艺有效地保留了植物中的有效成份及其活性，并通过本发明的生产系统实现大规模低碳连续生产。本发明的这种先制备单体原料后复配的方法，能够从生产工序上较精准地所需有效成分，易于复配时配制对某种病虫害具有精准效果的特效药，克服了各原料先复配混合加工后应用时，对某一病虫害有效率高而对某一病虫害的有效率低，且对一部分病虫害无效，给下游应用带来资源浪费的问题。本发明可广泛用于植物源农药、保健品、食品等行业，特别是一些硬度大、纤维含量高的植物原料的加工。

2. 冷冻破壁和鲜榨是本发明的重要加工工序。本发明加工的物料是中草药、富含杀虫杀菌杀毒灭活物质的木本或草本植物的根、茎叶、枝、花、果、种子等采收的鲜品，经过冷冻破壁后再进行鲜榨，获取中草药中的生物碱、糖苷、有毒蛋白、挥发性精油、单宁、有机酸、酚、酯、醛、胺等。鲜物料经过本发明的缓冻（即预冷和冷冻破壁）使细胞间隙中形成冰晶，细胞壁遭到冰晶的破坏，造成胞内水分不断外流，细胞组织迅速死亡锁住有效成份，防止了代谢生化流失。并且，本发明通过缓冻还提高了药材物料细胞组织与机体表面汁液的通透性，显著提高榨汁率。

3. 本发明通过预冷换热→冷冻破壁→缓苏换热三步工序，科学巧妙地实现了缓冻破壁效果，能有效提高榨汁出液率，并达到节能低碳的效果，有效减少了冷能量的能耗。此外，本发明于常温（低温）条件下对榨出的液体物料进行大分子分离过滤浓缩，不仅保留了药液的有效成份，且比蒸馏法更高效且能耗低、成本低，具有突出的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的A、B生产线的连接关系示意图。

图2是本发明的一级压榨装置、加湿搅拌装置及二级压榨装置的连接关系示意图。

图3是本发明的超滤装置、大分子过滤浓缩装置及原料罐的连接关系示意图。

图4是本发明的固体物料烘干装置及破壁磨粉机的连接关系示意图。

图中，1、清洗机；2、切碎机；3、预冷换热装置；4、冷冻破壁装置；401、制冷机；5、缓苏换热装置；6、一级压榨装置；7、加湿搅拌装置；701、绞龙；702、储液罐；8、二级压榨装置；9、冷热对流风管；10、固体物料烘干装置；1001、热泵；11、破壁磨粉机；12、超滤装置；13、大分子过滤浓缩装置；14、原料罐；15、分散罐一；16、分散罐二；1701、充氮气管；1702、氮气储罐；1801、加药管；1802、药剂储罐；19、输送机；2001、多层网带输送机；2002、围护密封机构；21、回收罐。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供了一种植物源农药原料工业化连续低碳生产系统，包括平行相向设置的A、B生产线，A、B生产线均包括通过输送机19（如绞龙螺旋提升机）依次连接的清洗机1、切碎机2、预冷换热装置3、冷冻破壁装置4、缓苏换热装置5、一级压榨装置6、加湿搅拌装置7和二级压榨装置8，如图4所示，二级压榨装置8还通过输送机19依次连接有固体物料烘干装置10和破壁磨粉机11，如图3所示，一级压榨装置6和二级压榨装置8的液体物料出口通过管道依次连接有超滤装置12、大分子过滤浓缩装置13和原料罐14。本发明的生产系统依次对植物鲜品进行洗净→切碎→预冷换热→冷冻破壁→缓苏换热→一级压榨渣液分离→加湿搅拌→二级压榨渣液分离，随后进行液体物料超滤→大分子过滤分离浓缩即获得植物源农药单体原料，可以通过后续复配成为对某种病虫害的特效用药；而二级压榨后的固体物料则经过烘干后磨成粉状，可与粉剂原料复配。经冷冻破壁后，药材中的淀粉凝固，蛋白质变性，糖分多数留在了药渣中，因此加工后的粉剂中含有更多的有机质肥料成份，更好地起到药肥二用的作用。

具体地，所述预冷换热装置3、冷冻破壁装置4、缓苏换热装置5及固体物料烘干装置10均包括多层网带输送机2001，其中如图1所示，预冷换热装置3、冷冻破壁装置4及缓苏换热装置5均采用五层网带输送机19，而固体物料烘干装置10采用三层网带输送机19，网带材质可采用不锈钢或工程塑料，如SUS304、ABS工程塑料等。多层网带输送机2001的外部设置有围护密封机构2002，围护密封机构2002包括设置在多层网带输送机2001四周及顶部的密封板，顶部的密封板上设置有进料口，四周密封板的其中之一上设置有出料口。为了进一步减少围护密封机构2002内外的热交换，可在密封板上的进料口和出料口处设置隔热吊帘。

其中，围护密封机构2002围成的空间大小为102m×3m×6m，密封板可采用1mm+100mm+1mm的PU不锈钢夹芯复合板。多层网带输送机2001中，单层规格为100m×2.6m，物料在网带上运行时的厚度可为30~250mm，A或B生产线中，网带上物料的重量在30~500kg/m之间，传输运行速度为1～10m/min。

如图1所示，冷冻破壁装置4的围护密封机构2002通过管道连接有制冷机401，制冷机401的功率是根据物料单位时间的加工量所需冷能及环境工作温度而设计的。冷冻破壁装置4的围护空间温度为-3~-10℃，假设冷冻破壁温度为-5℃，当多层网带输送机2001的运行速度为3m/min时，那么物料在预冷、冷冻破壁及解冻缓苏各区间的驻留时间约为166min，即预冷及冷冻破壁的时间共约332min（5.53h）。当多层网带输送机2001的运行速度为3m/min、物料厚度为10cm、网带上物料重量为200kg/m时，A或B生产线的单线产量为0.6T/min，A、B两条生产线可加工鲜料72T/h，适合季节性大量收购烟秸、土豆秧子等进行鲜品加工。

本发明中，如图1所示，A生产线的预冷换热装置3与B生产线的缓苏换热装置5，以及A生产线的缓苏换热装置5与B生产线的预冷换热装置3分别连接有冷热对流风管9，冷热对流风管9连接在预冷换热装置3与缓苏换热装置5的围护密封机构2002之间，从而使A生产线的预冷换热装置3的围护空间内的热风正好用于B生产线中缓苏换热装置5中，用以物料的解冻缓苏，使冷能量得到节约；同理，B生产线的缓苏换热装置5中解冻过程形成的冷风则可与A生产线的预冷换热装置3中的常温物料进行换热，对常温物料进行预冷，恰好与后续的冷冻破壁装置4配合实现了缓冻破壁效果，避免了因速冻而无法实现破壁效果的问题。

具体地，如图2所示，本实施例所用加湿搅拌装置7包括绞龙701，绞龙701设置有进料口、进水口和出料口，进水口通过管道连接有储液罐702，管路上设置有阀门。一级压榨分离出的固体物料通过进料口进入绞龙701中，与储液罐702中的“小分子团水”混合后再进入二级压榨装置8中二次压榨出其中的有效成分，“小分子团水”的添加量为固体物料的50-80%。

此外，本发明的一个主要工艺就是浓缩，最常见的传统浓缩方法是蒸馏法浓缩，传统蒸发1吨水理论用54万KcaI热量，通常考虑热校率时按60万KcaI计算，折合720Kwh，按1元/Kwh计算，蒸发浓缩每吨水需要720元资金，MSF（多级闪蒸）、MED（低温多效）的成体可能相比低一些。不仅能耗高而且液体物料会在高温中降解和流失。

本发明的浓缩采用了分子分离法，经过两次分子分离，超滤装置12可采用碳化硅或陶瓷有机中空纤维，透过孔径＜0.2um，大分子过滤浓缩装置13采用DTR0，拦截孔径≤0.4nm，只允许0.28～0.39um的水分子通过，通过的水收集到回收罐21中回用。本发明采用常温（低温）浓缩，保留了所需的许多有效成份及其活性。超滤装置12中，水泵压力为15bar，流量为70T/h，用碳化硅滤材，孔径为0.1um，过滤面积为4×8m

大分子过滤浓缩装置13采用DT组件90bar×9.4m

在对压榨出的液体物料进行分离浓缩时，如图3所示，可根据物料种类选择在超滤装置12与大分子过滤浓缩装置13之间连接分散罐一15，以及在大分子过滤浓缩装置13与原料罐14之间连接分散罐二16，分散罐一15和分散罐二16分别连接有充氮气管1701和加药管1801，充氮气管1701连接氮气储罐1702，加药管1801连接药剂储罐1802。根据不同的物料，选择向分散罐一15和分散罐二16中加入不同的药剂，如加入无机酸、有机酸或碱性物质后形成盐，产生沉淀后做高浓度单一有效成分的提取。在充氮条件下加药浓缩液体物料，可萃取单一有效成份，获得更高含量的有效成分。

并且，可在一级压榨装置6和二级压榨装置8与超滤装置12之间通过管道连接粗滤装置（如DN2000×6000的石英砂过滤器），压榨出的液体物料先经过粗滤装置过滤掉其中的固体杂质后，再进入后续的超滤装置12进行分离浓缩。

二级压榨后挤出的药渣进入固体物料烘干装置10的多层网带输送机2001中进行烘干，烘干后含水率≤14%，再进入破壁磨粉机11中磨成100～300目的粉剂原料。可根据需要加菌种发酵，不仅有对危害根系的病虫害有一定的效果，而且含有较高的肥效。如烟草中含有10%左右的粗蛋白、单糖和淀粉脂肪等，肥效高。

本发明中的固体物料烘干装置10的热源可以是热泵或太阳能清洁能源，制冷机401与固体物料烘干装置10的围护密封机构2002之间连接有热回收输风管，热回收输风管上设置有热泵1001，通过热泵1001将制冷机401排出的热风输送至固体物料烘干装置10的围护密封机构2002内，用于对固体物料进行加热烘干，充分体现了节能低碳设计。

本发明的植物源农药原料工业化连续低碳生产工艺中，加工过程中分为固液两条处理路线，最终制备得到液剂和粉剂，其有效成份几乎全部保留，几乎没有浪费，而所谓的有效成份的浪费就是外排的水中含有的有机物。其中液剂可作为农药原料，而固液分离后的药渣烘干磨粉后形成的粉剂可以作为有机药肥的原料，复配后可用于基肥中，实现药肥二效。

实施例2

本发明的破壁鲜榨工艺中，鲜榨是一个重要工序。常见的压榨装置有往复式压榨机、棍式压榨机、带滤式压榨机等，但都不太适合硬度大、纤维多的物料，如烟秸、苦参、鱼藤根枝叶的压榨，出液率极低甚至榨不出水来。而本发明的一级压榨装置6和二级压榨装置8均采用螺杆压榨机，也是在目前所有的压榨方式中唯一一个连续作业、大挤力、高出液率的压榨方式。本实施例中的两个螺杆压榨机的变频电机额定功率为200kW，挤出螺杆规格∮400mm×3600mm，对于高纤维较硬的植物根如烟秸根、苦参、鱼毒藤根等的加工压榨量≥1T/min，出液率高于往复式压榨机、棍式压榨机、带滤式压榨机。

如鲜烟秸（含部分残次烟叶），常温下经螺杆压榨机压榨的出液率为28~30%，经往复式压榨机压榨的出液率为13%；而经本发明的预冷换热、冷冻破壁、缓苏换热工序后再通过螺杆压榨机二级压榨的出液率为73～81%。

苦参在常温下，经往复式压榨机压榨的出液率<3%，经螺杆压榨机压榨的出液率<9%；经本发明的预冷换热、冷冻破壁、缓苏换热工序后再通过螺杆压榨机二级压榨的出液率为67%。

毒鱼滕在常温下，经往复式压榨机压榨的出液率<2%，经螺杆压榨机压榨的出液率<7%；而经本发明的预冷换热、冷冻破壁、缓苏换热工序后再通过螺杆压榨机一级压榨的出液率为51%，二级压榨的出液率为79%。

此外，本发明在二级压榨时，为了压榨出更多的有效成份，先采用强磁藕合太赫兹材料过流处理的高溶解度“小分子团水”对一级压榨出的固体物料进行加湿搅拌，快速溶解吸收固体物料中的有效成分以便于后续进行二次榨出，压榨效果远高出普通水。其中，“小分子团水”是普通纯水先经磁化处理后再经过频率为10

采用普通纯水对一级压榨后的固体烟秸物料进行混合加湿，在经二级压榨后的液体物料中化验得到其烟碱含量为180mg/L；而采用等量上述高溶解度“小分子团水”时，化验得二级压榨后的液体物料中烟碱含量为670mg/L，是普通纯水的3.7倍。

实施例3

经过取样化验，通过本发明实施例1的工艺处理烟秸后，液体物料中烟碱含量为0.11%，占烟秸中烟碱总含量的89%，固体物料（即药渣）中烟碱占烟秸中烟碱总含量的11%；液体物料中的淀粉、蛋白质等营养物质占烟秸中营养物质总量的9%，药渣中营养物质占烟秸中营养物质总量的91%。

通过本发明的工艺处理苦参后，液体物料中总碱含量为0.17%，占苦参中总碱含量的89%，药渣中总碱含量占苦参中总碱含量的11%；液体物料中，营养成分占苦参营养成分总量的8%，药渣中营养成分占苦参营养成分总量的92%。

通过本发明的工艺处理毒鱼滕后，液体物料中鱼藤酮占毒鱼滕中鱼藤酮总量的86%，药渣中鱼藤酮占毒鱼滕中鱼藤酮总量的14%；液体物料中，营养成分占毒鱼滕营养成分总量的92%，药渣中营养成分占毒鱼滕营养成分总量的8%。

综上，本发明的植物源农药原料工业化连续低碳生产设备及工艺充分体现了节能低碳、生产连续高效性，且在压榨时汁液药渣分离后，均得以充分利用，保留了植物药材的全部营养活性，无三废产生，具有环保性，为植物源农药和中草药制剂的工业大规模连续生产提供了新的设备及工艺。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。