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自动真空履带干燥机

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。


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