真空履带干燥机在制药行业中的应用

HEATS

　　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S7-200PLC、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。

5 h! }9 M3 H" B/ P$ i) F

　　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。

　　2真空自动履带干燥机主要特点

9 R" |. N; F, v& Q

　　2.1真空筒体是一个直径近2m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0.15-1.5m/min。

+ M1 n0 h4 }+ {5 L' x; e

　　2.2真空系统采用罗茨真空泵和水环真空泵组成的机组。

1 J0 L2 v. v7 S

　　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5-20r/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。

3 m0 S- j( _# Q5 w- Z

　　2.6机组配有高压水清洗装置，符合GMP易清洗的要求。

9 d( C# p, t/ o$ A! _

　　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

+ I8 H; L" N' H, o- v- D: ?

　　3.1系统软硬件的选型

6 u6 y& \7 ]$ f8 w* a& ?+ q

　　(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

6 w1 n- I! i- r

　　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。

7 A. G' D# \* _& J- K: W* B3 C+ V

　　3.2PLC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。

* b j' S+ ~$ q

　　根据上述功能，该系统选用SIEMENS的S7-200PLC，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CPU226PLC、EM223CN型的数字量输入/输出模块、EM232CN型的模拟量输出模块、EM235CN型的模拟量输入／输出模块进口泵 卡斯特红酒。

　　4控制系统的应用

　　4.14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。

　　4.24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。

; R S1 e, Y- F& V; ~

　　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、37r/min)。

$ P ]* n4 g4 }- m* d4 M- C: m

　　4.4真空泵采用3级机组，保证筒体真空度运行时不低于10MPa。主泵ZJ300罗茨真空泵(球墨铸铁)1台,抽气速率300L/s，二级泵ZJ150罗茨真空泵(球墨铸铁)1台，抽气速率150L/s，前级泵2BV5-131水环真空泵2台，抽气速率6.66m3/min，功率11kW，极限真空(绝压)40Pa，前级泵配2台2BV5-131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。

: d! m6 F( C. s/ B( j5 _

　　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℃。

　　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。

" @- Y: R0 @; o4 j3 @

　　4.7程序分为3

　　部分：主程序、子程序和中断程序。

4 y% Z6 D2 F4 w' A$ Y- Y

　　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。

1 Z! D7 i+ Y7 d' u0 w3 J