自动真空履带干燥机在制药行业中的应用

国内中药企业常用的浸膏干燥设备是箱式干燥和喷雾干燥。箱式干燥时间长，能耗高，间断操作，容易染菌和吸潮；喷雾干燥的粉剂致密而水溶性差，干燥温度高，热敏感性的物质容易被破坏，多糖含量高的物料会粘在喷雾干燥收集器的壁上，造成收粉困难。近几年，一种自动真空履带干燥机开始应用生产。与箱式干燥相比，自动真空履带干燥机的优点是：料层薄、干燥快、物料受热时间短；物料松脆，容易粉碎；隔离操作，避免污染；动态操作，不易结垢；连续生产，自动控制。自动真空履带干燥机也能克服喷雾干燥的缺点，与常用的干燥设备相比，自动真空履带干燥机具有更好的应用价值，控制系统采用德国西门子S7-200 PLC、西门子变频技术，实现了干燥温度、真空压力、干燥速度稳定、干燥物料含水率稳定的目标，使用效果良好。 　　1 工作原理 　　物料通过变频螺杆泵送入真空条件下的干燥机内部，物料被连续地涂布在缓缓移动的干燥机内的多条干燥带上，形成薄薄的涂层；干燥带在调速电机驱动下以设定的速度向前运动，每条干燥带的下面都有3段独立的加热板和1段冷却板，干燥带与加热板、冷却板紧密接触，以接触传热的方式将干燥所需要的能量传递给带上物料；当干燥物料从筒体的一端运动到另一端时，物料已经干燥并经过冷却，干燥后的物料从干燥带上剥离；物料通过一个粉碎装置粉碎后，通过真空蝶阀到料桶中出料。 　　物料直接进入真空度容器内，经过干燥，所得颗粒的流动性很好，结构疏松，速溶性好。其结构如图1。 　　2 真空自动履带干燥机主要特点 　　2.1 真空筒体是一个直径近2 m 的不锈钢圆筒，前后开门，长度在15m，内外壁抛光处理，筒体密封良好。履带是干燥物料的平台，材质为聚四氟乙烯带，性质稳定，耐温范围在-70－260 ℃，可安全使用于医药、食品工业。履带按4层设置，每条履带分别由变频电机单独驱动，履带运动速度则通过变频调速机组进行调整，速度范围在0.15－1.5 m/min 。 　　2.2 真空系统采用罗茨真空泵和水环真空泵组成的机组。 　　2.3 干燥前物料先预热以增加流动性，进料用螺杆计量泵，可处理粘度很大(相对密度1.35－1.45)的中药浸膏；进料流量可精确调整，即使在进料量很小的情况下，布料装置也确保均匀布料，以便干燥工艺的优化；每一条履带配备单独螺杆泵作为进料输送泵，进料速度一般20－50L／ h。摇摆布料摆臂通过一台步进电机控制，速度一般在5－20 r/min。 　　2.4 自动真空履带干燥机整个干燥带分为4 个区，3个加热区和1 个冷却区。机组热源采用热水，配备完整热水循环加热系统和冷却水冷却系统。考虑天然药物的热敏性，常采用低温真空干燥的方式，干燥过程中产品温度一般在40－95 ℃之间。经过冷却，出料温度可控制在20－30 ℃之间。 　　2.5 终端出口以气动真空蝶阀阻断真空以连续地排出干物料；出料口有破碎和制粒功能，干粉颗粒大小可控制在40－60 目之间设置。 　　2.6 机组配有高压水清洗装置，符合GMP 易清洗的要求。 　　2.7 自动真空履带干燥机采用PLC 控制，通过PC机的人机界面来操作设备，同时干燥机附近设置操作面板以便在工作区操作设备。可以自动运行，也可以手动操作。 　　3 控制系统的总体设计 　　3.1 系统软硬件的选型 　　( 1)选用SIEMENS 变频器(2) 摇摆布料采用KINCO 步进电机及驱动器；(3)触摸屏采用POFACE 　　产品；(4)上位机采用戴尔工控机；(5) 通讯采用一条RS-485 通讯线将上位机和PLC 连成一个通讯系统；(6)现场触摸屏为操作员界面，工控机为工程师界面。 　　3.2 PLC 的功能及选型 　　PLC在系统中完成下列任务：(1)采集外界各设备的状态信号及模拟量信号；(2)控制各台电机起停、频率调节及调节阀的开度调节；(3)若外界设备出现故障，PLC接通报警装置，实现故障报警。 　　根据上述功能，该系统选用SIEMENS的S 7-200PLC，它属于模块组合式PLC，由基板及模块组成，有多种基板模块可供选择，可根据需要构成不同的系统。本着实用性、可靠性、经济性等原则，选用CPU226 PLC、EM 223 CN 型的数字量输入/ 输出模块、EM 232 CN型的模拟量输出模块、EM 235 CN型的模拟量输入／ 输出模块。其组成见图2。 　　4 控制系统的应用 　　4.1 4 条履带可以分别控制其运行状态与运行速度。每条履带都分别采用变频控制实现1 对1 控制，在运行状态下，可在线调节修改履带速度。 　　4.2 4 台进料泵可以分别控制其运行状态与进料速度。每台进料泵都分别采用变频控制实现1 对1 控制，在运行状态下，可在线调节修改流量。 　　4.3 布料电机运行速度可调节。布料电机在运行状态下，可在线调节进料速度，范围( 15、20、24、28、37 r/min )。 　　4.4 真空泵采用3 级机组，保证筒体真空度运行时不低于10 MPa。主泵ZJ 300 罗茨真空泵( 球墨铸铁)1 台, 抽气速率300L/s，二级泵ZJ 150 罗茨真空泵( 球墨铸铁)1 台，抽气速率150 L/s ，前级泵2 BV 5-131 水环真空泵2 台，抽气速率6.66 m3/min，功率11 kW，极限真空( 绝压)40 Pa，前级泵配2 台2 BV 5-131水环真空泵，可以有效地缩短及提高整个机组的效率，将真空预抽时间缩短，在主泵开启整个机组投入运行后，可自动关闭1 台水环真空泵。 　　4.5 加热区、冷却区温度控制采用调节阀从而保证温度恒温运行时不偏于设定±2 ℃，流程如图3。 　　4.6 　　信号报警界面可随时监控与显示系统运行中的单机运行故障，提示故障原因及解决方案。从而保证系统运行的稳定性与自诊断的功能，保证各项硬件的使用寿命。 　　4.7 程序分为3 　　部分：主程序、子程序和中断程序。系统初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，可节省扫描周期。利用定时器中断功能实现PID控制的定时采样及输出控制。主程序功能最多，履带电机、进料泵及布料电机速度的显示，真空泵组控制信号的综合以及报警处理都在主程序。频率和真空的压力值采用数字方式直接在程序中设定。温度PID控制中，使用了比例和积分控制，其回路增益和时间常数可通过工程计算初步确定，需要进一步调整以达到最优效果。 　　5 结束语 　　通过自动控制技术应用和改进，自动真空履带干燥机在工业应用中运行可靠, 生产能力稳定，干燥后物料含水率≤5%。随着中药产业化的发展，自动真空履带干燥机在干燥方面的优点，将被更多的企业认可，市场应用前景广阔。 · 行业聚焦：  　　真空冷冻干燥技术（又称冷冻升华干燥），是真空技术与冷冻技术相结合的新型干燥脱水技术。目前，世界上已有较大规模的真空冷冻干燥食品企业130多家。真空冻干食品也在欧美、日等国市场迅速流行。 　　真空冷冻干燥技术可以明显提高制品的质量和档次，因而在水产品加工中的应用前景十分广阔。 　　真空冷冻干燥及加工食品的特点真空冷冻干燥(又称冷冻升华干燥),是真空技术与冷冻技术相结合的新型干燥脱水技术,其加工食品有如下特点将红萝卜、洋葱、香蕉等蔬菜水果，以诱人、脆香的姿态，装进精美的袋子，提供孩子、大人零食享受。一种由日本人发明、并由日本工艺制作而成的果蔬脆片，最近在厦门悄悄流行，并吊起厦门大人小孩的胃口。 　　近日，果蔬脆片在厦门一些小区举办了试吃会，吃过后，不断有婆婆妈妈们打来咨询电话：这种东西究竟在哪里卖吗？孩子每天吵着要吃。 　　上个世纪，日本专家已精明地看到健康零食的巨大市场，在70年代开始发明低温干燥技术———就是将采自田野甚至还带有清新的田间地头泥土味的蔬菜水果，采用真空低温干燥技术，保留了新鲜蔬果的营养成份，又吃起来香脆可口，它带来的清脆声响，专家说，这是让享受零食的人可以听到蔬果在在众多的干燥设备中，喷雾干燥设备是应用较广的干燥设备之一，是处理溶液、悬浮液或泥浆状物料的干燥设备。能从液体直接干燥成粉体，这是喷雾干燥设备的最大优点；热效率低、体积庞大、生产能力低、投资高是它的缺点。喷雾干燥因其可直接由溶液或悬浮体制得成分均匀的粉状产品的特殊优点，目前在化工、轻工、食品等行业中有广泛的应用，化学工业中以染料行业应用最为广泛。 　　喷雾干燥设备的工作原理是：用喷雾的方法将物料喷成雾滴分散在热空气中，物料与热空     中国干燥业起步晚，基础薄弱，但发展比较快。工农业和科学技术迅猛发展带动了干燥设备的发展和在市场上的较好表现，干燥设备厂如雨后春笋般发展起来。一些企业起点高，坚持科技发展，为干燥业的发展起到推动作用。但也有投资少、技术含量低的‘杂牌军‘，以大量低质、低价的设备挤占市场，不仅影响了干燥设备的整体形象，更引起了国内干燥设备价格的‘内讧‘，出现了好产品卖不出好价位，好产品竞争不过孬产品的现象。科技含量低的产品挤不进大市场，而‘经营微利化‘更让很多优势企业在市场中毫无优势可言，从而使中国干燥业的整体竞争能力难以得到发挥。   &n艺参数，确保生产的重复性和可追溯性，各个用户根据品种的多少来设定。沸腾干燥设备一般要求能够存储50种生产工艺，而目前国产设备大多做不到这一点。建议对PLC控制系统、机械执行机构进行改进和扩展，使功能更完善。如具有足够的内存，能够储存多种生产工艺，提供现场打印参数、数据保存、进行数据与数据PC连接功能等。 　　3结语 　　本文从流化床式沸腾干燥机的工作原理等入手，结合工艺操作参总结了生产过程中的一些问题，并简要提出了该类设备改进的建议，希望设备生产厂家今后能研发出更多的能满足制药生产过程工艺要求、性能参数指标先进、可操作性强、环保、节能及经济技术指标先进的制药干燥设备。

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