本产品设计起源于某知名药厂委托我方设计一款巨型、高效加热的药液炖炉，因目前市面上缺乏一款用于制药用吨级的加热设备和隔水炖设备，无法满足大批量的生产需求，同时传统的加热设备所需要的加热时间长、分批制作、多部操作等因素导致生产效率低下，不符合制药厂高效生产的原则，而且目前市面上70%以上巨型加热设备上仍使用燃料，不符合环保零排放的绿色理念；故我方在符合安全设计的前提下植入高效生产、精益生产的理念为委托方设计一款提高生产效率、降低人力成本和能耗的环保巨型电热炖药炉。

一、设计需求：

1、 尺寸：该药厂生产车间对该设备最大可容纳尺寸为：3m*3m*4m（长*宽*高）

2、 制药量：单次制药量不少于2000L，

3、 制药品类：单次可同时生产多类药品（>4类）；

4、 药品及制药要求： 药品为液态非浓稠，流动性：正常；

                 制药温差<5℃；

                 最高温度<100℃；

                 生产后有余料，固液分离（无需滤净）；

5、 加热需求：冷加热<1小时，设备休眠前持续使用，外壳需要隔热（<100℃），避免外环境过热而导致生产车间室内温度过高；

二、需求剖析：

1、 温差：传统的加热设备是在底部或容器壁上通过电阻加热-热传导或者涡流加热这两种方式对水进行加热。通过温度场的有限元分析发现，垂直水温最高的地方在水的底部，越往上温度越低；水平水温最高的地方在水的中心，越往外温度越低。虽然现在较科学的设计在容器壁增加了加热单元而致使水平温差降低，但当水平直径直径会导致效果变差，而且垂直温差还是无法降低，在大体积的加热需求时传统的加热方式远远无法满足委托方的需求。

2、 制药量：传统的方式采用多个炖药罐进行炖药，一方面为了解决温差，另一方面解决加热速度的问题，但却因为数量多导致操作复杂、效率低下，而且浪费相比于一次性制药多，所以我们更偏向于在解决温差和加热速度的前提下进行一次性炖药，而且采用多炖药容器实现单次多品类制药。

3、 固液分离：传统的采用多个炖药罐的方法不易做到固液分离，若采用户后期过滤的方式则会降低生产效率，虽然可以将原料放置在一个滤包中，但会提高前期成本，因为我们需要设计成一款在不增加工序的前提下降低人工成本和操作难度的炖药罐。

4、 隔热：传统的隔热方式在设备外壳和热源间进行真空处理或者添加隔热材料，无论前者还是后者都增加了生产成本和后期维护保养的难度，前者更是对生产加工精度要求较高，所以应针对于实际使用要求实际、满足即可的隔热设计。

三、创新结构设计

1. 大容量：传统的隔水炖蛊内胆容量约3L，远远不能大型药厂的需求量。采用多个炖蛊的方式不仅操作复杂，增加人工的负担，而且效率十分低下。也正是这个问题一直制约着该药厂的发展规模。我们设计的热循环隔水炖炉可以放置6个大容量内胆，每个内胆为容量约300L。总容量约1800L，是传统炖蛊的600倍。6个内胆可以同时炖不同种类的药。 

2. 加热结构：该炖炉的外胆按2/3的高度（一般隔水炖水线为2/3）计算，容积约5000L。对于这样大体积炖炉的加热需求，我们采用底部加容器壁同时加热，加热方式选用热效率更高的电磁加热。（图示红色部分为加热区域） 

3. 水循环结构：采用底部加容器壁同时加热虽然可以保证加热速度，但由于体积巨大，仍存在加热不均匀而导致的温差问题，为了解决温差问题并进一步加快加热速度和效率。我们设计了水循环结构。

图中蓝色部分环形管道和中空圆形管道表面上有密集排列的小孔，中空管上的抽水泵把水从环形管道和中空管的小孔吸到中空外壳内部，在外壳里进行加热后从下面喷嘴喷出。以此达到一个水循环流动的效果，从而保证水的温差≤3℃，同时加快加热速度和效率。

另外水在外壳内部循环也可以起到一个隔热效果，防止热量的散失，热效率下降和车间的温度上升。同时我们在会在此外壳外部加装一个真空隔热层，达到双重隔热的效果。                    

4. 抽水泵结构：抽水泵结构根据市面上现有的抽水泵形状设计，直接从市面上选购抽水泵安装即可。抽水泵结构外部通过硬质水管与外壳固定，内部设有三个方向的弹簧以减少抽水泵产生的震动。

5. 固液分离结构:每个内胆的容量是300L，加上内胆本身重量接近400KG，这么重的药罐要用人工取出是不可能的，用机器取出则需要另外的成本。

对此，我们设计了固液分离结构，炖药内胆底部设有可开关出液口，炖好的药液体部分从底部流出，固体部分则用类似茶杯里的网状结构从上面提出即可。在方便药品取出的同时也省去了后期固液分离的工序，大大地减少了人工的成本。

四、对比优势

1. 大批量生产：该药厂目前使用的多个炖药蛊同时炖药的生产方式，效率十分低，操作繁琐，需要的人工成本十分高，并且炖药的量十分有限，一直制约着该药厂的规模发展。我们设计的热循环隔水炖药炉，一次的炖药量相当于600个传统炖药蛊，适合大批量药品生产，契合该药厂迫切需要进行的规模升级。

2. 降低人力成本：使用多个炖药蛊炖药，要把原料按比例分成多份，一个个炖药蛊分开放料，加热，观察，取料，分离等操作，需要大量的人工成本。而大批量的统一生产可以省去许多的人工操作，甚至是实现自动化生产。另外固液分离结构也省去了一部分人工取料和后期固液分离的步骤。

3. 加热方式：传统的炖炉或者是大型加热器具，都是采用电阻式加热方式甚至是使用燃料，我们采用的目前已经很成熟的高频电磁加热技术相比于电阻式有着几大优点：

①　寿命长：电磁加热因线圈本身基本不会产生热量，寿命长，无需检修，无维护更换成本；加热部分采用环形电缆结构，电缆本身不会产生热量，并可承受500℃以上高温，使用寿命高达10年。不需维护，后期基本无维护费用。

②　安全可靠：料筒外壁经高频电磁作用发热，热量利用充分，基本无散失。热量聚集于加热体内部，电磁线圈表面温度略高于室温，可以安全触摸，无需高温防护，安全可靠。

③　高效节能：采用内热加热方式，加热体内部分子直接感应磁能而生热，热启动非常快，平均预热时间比电阻圈加热方式缩短60%以上，同时热效率高达90%以上，在同等条件下，比电阻圈加热节电30—70%，大大提高了生产效率，降低了电费成本。

④　准确控温线：圈本身不发热，热阻滞小、热惯性低，料筒内外壁温度一致，温度控制实时准确，明显改善药品质量，生产效率高。

⑤　改善工作环境等优点：经过电磁加热设备改造的注塑机，其采用的内热方式，热量聚集于加热体内部，外部热量耗散几乎没有。设备表面温度可改善至人体可触摸，环境温度从原来电阻圈加热时的100℃以上降低至常温，大大改善了生产现场的工作环境，有力提高生产工人积极性，降低夏季厂区通风降温费用。本着“以人为本”的理念，给工厂和一线生产人员创造一个环保、安全、舒适的生产环境。