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：  　　干燥动力学研究概况 　　一个实际干燥过程的干燥动力学特性，可以用被干燥物料的平均湿含量一时间与平均温度一时间曲线（或干燥速率一平均湿含量曲线）来表达。一般的干燥过程可以分为一个“常速干燥段”和一个或两个“降速干燥段”。常速干燥段与降速干燥段的分界点称为：“临界点”，此时湿物料的平均湿含量称为”临界湿含量”。在常速干燥段，物料宝石在湿球温度不变，表面蒸发速率可由水蒸汽通过环绕气膜的扩散速率来确定。由于常速干燥过程段的机理明确、计算方法简单，同时在实际干燥过程对许多物料来说干燥段都短或根本不存在，因此干燥动力学的研究大多集中在降速干燥段。 　　由于物料的物理、化学、热特塑料的干燥对于每一个塑料加工商来说都是不可避免的。同时，为了生产出高质量的产品，这一过程也是非常重要的。选择合理的干燥技术有助于节约成本、降低能耗，而对干燥技术和成本的正确评估对于选择合适的干燥技术具有重要的意义。 　　水含量的增加会逐渐降低物料的剪切黏度。在加工过程中，由于熔体流动性能的变化，产品的质量以及一系列的加工工艺参数也会随之发生相应的变化。例如，停滞时间过长会使残余水分含量太低从而造成黏度的增加，这将导致填模不充分，同时也会造成物料发黄。另外，某些性能的变化并不能直接用肉眼观察到，而只有通过对材料进行相关的测试才能发现，如机械性能和介电强度的回转圆筒干燥机 　　已用于硫酸铁、硝酸铁、尿素、焦亚硫酸钠、钙镁磷肥、轻质碳酸钙、磷矿、硫精矿、石棉矿等物料的干燥。 　　滚筒干燥机 　　已用于硫化蓝、硫化元、淀粉、轻质碳酸钙、苯甲酸钠、三盐基硫酸铝、葡萄糖、草酸、酵母、煤粉、味精、硝酸钠、立德粉、增白剂、直接元青、重碱、拉开粉、电玉粉、碳酸氢钠、盐基锌、硫酸铬、骨胶、活性炭等物料的干燥。 　　厢式干燥机 　　常压厢式干燥机已用于纸张、皮革、棉纱、人造丝束、羊毛、染料、颜料、盐类、催化剂半成品、催化剂、陶瓷、耐草药粉碎机这样的小农机真是既经济又实惠，政府补贴到我们的心坎上了……”新疆福海县阔克阿尕什乡阔克卓尔尕村农牧民沙依兰家高兴的说。在机声隆隆中，一台小型多功能铡草机将一堆堆的玉米杆粉碎成优质青贮饲料，同步带轮既快捷又省力，同步带 同步带轮 皮带轮为沙依兰解决了牛羊越冬饲草料不足的难题。 　　高效粉碎机今年福海县由于气候原因，牲畜越冬饲草严重不足，为解决这一难题，县政府紧紧围绕社会主义新农村建设，同步带 同步带轮 皮带轮在种植业机械化率逐年提高、农机化项目科技含量逐年增加的基础上，不断拓展农机化服务领域，同步带依托农机购置补贴政策，把大面积推广饲料粉碎机作为拧紧，并注意不要漏装弹簧垫圈。换齿时应选用合格件，单个齿爪的重量差应不大于1.0-1.5克。     锤片式粉碎机的锤片有的是对称式，当锤片尖角磨钝后，可反面调角使用；若一端两角都已磨损，则应调头使用。在调角或调头时，全部锤片应同时进行，锤片四角磨损后，应全部更换，并注意每组锤片重量差不得大5克；主轴、圆盘、定位套、销轴、锤片装好后，应做静平衡试验，以保持转子平衡，防止机组振动。此外，固定锤片的销轴及安装销轴的圆孔由于磨损，销轴会逐渐磨细、圆孔会逐渐磨大，当销轴直径比原尺寸缩小1毫米，圆孔直径较原尺寸磨大1毫米时，应及时焊修或更换。

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