自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)在制藥行業(yè)中的應(yīng)用

國(guó)內(nèi)中藥企業(yè)常用的浸膏干燥設(shè)備是箱式干燥和噴霧干燥。箱式干燥時(shí)間長(zhǎng)，能耗高，間斷操作，容易染菌和吸潮；噴霧干燥的粉劑致密而水溶性差，干燥溫度高，熱敏感性的物質(zhì)容易被破壞，多糖含量高的物料會(huì)粘在噴霧干燥收集器的壁上，造成收粉困難。近幾年，一種自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)開(kāi)始應(yīng)用生產(chǎn)。與箱式干燥相比，自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：料層薄、干燥快、物料受熱時(shí)間短；物料松脆，容易粉碎；隔離操作，避免污染；動(dòng)態(tài)操作，不易結(jié)垢；連續(xù)生產(chǎn)，自動(dòng)控制。自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)也能克服噴霧干燥的缺點(diǎn)，與常用的干燥設(shè)備相比，自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)具有更好的應(yīng)用價(jià)值，控制系統(tǒng)采用德國(guó)西門(mén)子S7-200 PLC、西門(mén)子變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了干燥溫度、真空壓力、干燥速度穩(wěn)定、干燥物料含水率穩(wěn)定的目標(biāo)，使用效果良好。 
　　1 工作原理

　　物料通過(guò)變頻螺桿泵送入真空條件下的干燥機(jī)內(nèi)部，物料被連續(xù)地涂布在緩緩移動(dòng)的干燥機(jī)內(nèi)的多條干燥帶上，形成薄薄的涂層；干燥帶在調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)下以設(shè)定的速度向前運(yùn)動(dòng)，每條干燥帶的下面都有3段獨(dú)立的加熱板和1段冷卻板，干燥帶與加熱板、冷卻板緊密接觸，以接觸傳熱的方式將干燥所需要的能量傳遞給帶上物料；當(dāng)干燥物料從筒體的一端運(yùn)動(dòng)到另一端時(shí)，物料已經(jīng)干燥并經(jīng)過(guò)冷卻，干燥后的物料從干燥帶上剝離；物料通過(guò)一個(gè)粉碎裝置粉碎后，通過(guò)真空蝶閥到料桶中出料。

　　物料直接進(jìn)入真空度容器內(nèi)，經(jīng)過(guò)干燥，所得顆粒的流動(dòng)性很好，結(jié)構(gòu)疏松，速溶性好。其結(jié)構(gòu)如圖1。

　　2 真空自動(dòng)履帶干燥機(jī)主要特點(diǎn)

　　2.1 真空筒體是一個(gè)直徑近2 m 的不銹鋼圓筒，前后開(kāi)門(mén)，長(zhǎng)度在15m，內(nèi)外壁拋光處理，筒體密封良好。履帶是干燥物料的平臺(tái)，材質(zhì)為聚四氟乙烯帶，性質(zhì)穩(wěn)定，耐溫范圍在-70－260 ℃，可安全使用于醫(yī)藥、食品工業(yè)。履帶按4層設(shè)置，每條履帶分別由變頻電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，履帶運(yùn)動(dòng)速度則通過(guò)變頻調(diào)速機(jī)組進(jìn)行調(diào)整，速度范圍在0.15－1.5 m/min 。

    2.2 真空系統(tǒng)采用羅茨真空泵和水環(huán)真空泵組成的機(jī)組。

    2.3 干燥前物料先預(yù)熱以增加流動(dòng)性，進(jìn)料用螺桿計(jì)量泵，可處理粘度很大（相對(duì)密度1.35－1.45）的中藥浸膏；進(jìn)料流量可精確調(diào)整，即使在進(jìn)料量很小的情況下，布料裝置也確保均勻布料，以便干燥工藝的優(yōu)化；每一條履帶配備單獨(dú)螺桿泵作為進(jìn)料輸送泵，進(jìn)料速度一般20－50L／ h。搖擺布料擺臂通過(guò)一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)控制，速度一般在5－20 r/min。

    2.4 自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)整個(gè)干燥帶分為4 個(gè)區(qū)，3個(gè)加熱區(qū)和1 個(gè)冷卻區(qū)。機(jī)組熱源采用熱水，配備完整熱水循環(huán)加熱系統(tǒng)和冷卻水冷卻系統(tǒng)?？紤]天然藥物的熱敏性，常采用低溫真空干燥的方式，干燥過(guò)程中產(chǎn)品溫度一般在40－95 ℃之間。經(jīng)過(guò)冷卻，出料溫度可控制在20－30 ℃之間。

    2.5 終端出口以氣動(dòng)真空蝶閥阻斷真空以連續(xù)地排出干物料；出料口有破碎和制粒功能，干粉顆粒大小可控制在40－60 目之間設(shè)置。

    2.6 機(jī)組配有高壓水清洗裝置，符合GMP 易清洗的要求。

    2.7 自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)采用PLC 控制，通過(guò)PC機(jī)的人機(jī)界面來(lái)操作設(shè)備，同時(shí)干燥機(jī)附近設(shè)置操作面板以便在工作區(qū)操作設(shè)備。可以自動(dòng)運(yùn)行，也可以手動(dòng)操作。

    3 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

    3.1 系統(tǒng)軟硬件的選型

    （ 1）選用SIEMENS 變頻器（2） 搖擺布料采用KINCO 步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器；（3）觸摸屏采用POFACE

    產(chǎn)品；（4）上位機(jī)采用戴爾工控機(jī)；（5） 通訊采用一條RS-485 通訊線(xiàn)將上位機(jī)和PLC 連成一個(gè)通訊系統(tǒng)；（6）現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏為操作員界面，工控機(jī)為工程師界面。

    3.2 PLC 的功能及選型

    PLC在系統(tǒng)中完成下列任務(wù)：（1）采集外界各設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)及模擬量信號(hào)；（2）控制各臺(tái)電機(jī)起停、頻率調(diào)節(jié)及調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度調(diào)節(jié)；（3）若外界設(shè)備出現(xiàn)故障，PLC接通報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警。

    根據(jù)上述功能，該系統(tǒng)選用SIEMENS的S 7-200PLC，它屬于模塊組合式PLC，由基板及模塊組成，有多種基板模塊可供選擇，可根據(jù)需要構(gòu)成不同的系統(tǒng)。本著實(shí)用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等原則，選用CPU226 PLC、EM 223 CN 型的數(shù)字量輸入/ 輸出模塊、EM 232 CN型的模擬量輸出模塊、EM 235 CN型的模擬量輸入／ 輸出模塊。其組成見(jiàn)圖2。

    4 控制系統(tǒng)的應(yīng)用

    4.1 4 條履帶可以分別控制其運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行速度。每條履帶都分別采用變頻控制實(shí)現(xiàn)1 對(duì)1 控制，在運(yùn)行狀態(tài)下，可在線(xiàn)調(diào)節(jié)修改履帶速度。

    4.2 4 臺(tái)進(jìn)料泵可以分別控制其運(yùn)行狀態(tài)與進(jìn)料速度。每臺(tái)進(jìn)料泵都分別采用變頻控制實(shí)現(xiàn)1 對(duì)1 控制，在運(yùn)行狀態(tài)下，可在線(xiàn)調(diào)節(jié)修改流量。

    4.3 布料電機(jī)運(yùn)行速度可調(diào)節(jié)。布料電機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下，可在線(xiàn)調(diào)節(jié)進(jìn)料速度，范圍（ 15、20、24、28、37 r/min ）。

    4.4 真空泵采用3 級(jí)機(jī)組，保證筒體真空度運(yùn)行時(shí)不低于10 MPa。主泵ZJ 300 羅茨真空泵（ 球墨鑄鐵）1 臺(tái), 抽氣速率300L/s，二級(jí)泵ZJ 150 羅茨真空泵（ 球墨鑄鐵）1 臺(tái)，抽氣速率150 L/s ，前級(jí)泵2 BV 5-131 水環(huán)真空泵2 臺(tái)，抽氣速率6.66 m3/min，功率11 kW，極限真空（ 絕壓）40 Pa，前級(jí)泵配2 臺(tái)2 BV 5-131水環(huán)真空泵，可以有效地縮短及提高整個(gè)機(jī)組的效率，將真空預(yù)抽時(shí)間縮短，在主泵開(kāi)啟整個(gè)機(jī)組投入運(yùn)行后，可自動(dòng)關(guān)閉1 臺(tái)水環(huán)真空泵。

    4.5 加熱區(qū)、冷卻區(qū)溫度控制采用調(diào)節(jié)閥從而保證溫度恒溫運(yùn)行時(shí)不偏于設(shè)定±2 ℃，流程如圖3。

    4.6

    信號(hào)報(bào)警界面可隨時(shí)監(jiān)控與顯示系統(tǒng)運(yùn)行中的單機(jī)運(yùn)行故障，提示故障原因及解決方案。從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與自診斷的功能，保證各項(xiàng)硬件的使用壽命。

    4.7 程序分為3

    部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，可節(jié)省掃描周期。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn)PID控制的定時(shí)采樣及輸出控制。主程序功能最多，履帶電機(jī)、進(jìn)料泵及布料電機(jī)速度的顯示，真空泵組控制信號(hào)的綜合以及報(bào)警處理都在主程序。頻率和真空的壓力值采用數(shù)字方式直接在程序中設(shè)定。溫度PID控制中，使用了比例和積分控制，其回路增益和時(shí)間常數(shù)可通過(guò)工程計(jì)算初步確定，需要進(jìn)一步調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)效果。

    5 結(jié)束語(yǔ)

    通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用和改進(jìn)，自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中運(yùn)行可靠, 生產(chǎn)能力穩(wěn)定，干燥后物料含水率≤5%。隨著中藥產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，自動(dòng)真空履帶干燥機(jī)在干燥方面的優(yōu)點(diǎn)，將被更多的企業(yè)認(rèn)可，市場(chǎng)應(yīng)用前景廣闊。