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自動真空履帶干燥機

國內中藥企業常用的浸膏干燥設備是箱式干燥和噴霧干燥。箱式干燥時間長,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,熱敏感性的物質容易被破壞,多糖含量高的物料會粘在噴霧干燥收集器的壁上,造成收粉困難。近幾年,一種自動真空履帶干燥機開始應用生產。與箱式干燥相比,自動真空履帶干燥機的優點是:料層薄、干燥快、物料受熱時間短;物料松脆,容易粉碎;隔離操作,避免污染;動態操作,不易結垢;連續生產,自動控制。自動真空履帶干燥機也能克服噴霧干燥的缺點,與常用的干燥設備相比,自動真空履帶干燥機具有更好的應用價值,控制系統采用德國西門子S7-200 PLC、西門子變頻技術,實現了干燥溫度、真空壓力、干燥速度穩定、干燥物料含水率穩定的目標,使用效果良好。

    1 工作原理

    物料通過變頻螺桿泵送入真空條件下的干燥機內部,物料被連續地涂布在緩緩移動的干燥機內的多條干燥帶上,形成薄薄的涂層;干燥帶在調速電機驅動下以設定的速度向前運動,每條干燥帶的下面都有3段獨立的加熱板和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;當干燥物料從筒體的一端運動到另一端時,物料已經干燥并經過冷卻,干燥后的物料從干燥帶上剝離;物料通過一個粉碎裝置粉碎后,通過真空蝶閥到料桶中出料。

    物料直接進入真空度容器內,經過干燥,所得顆粒的流動性很好,結構疏松,速溶性好。其結構如圖1。

    2 真空自動履帶干燥機主要特點

    2.1 真空筒體是一個直徑近2 m 的不銹鋼圓筒,前后開門,長度在15m,內外壁拋光處理,筒體密封良好。履帶是干燥物料的平臺,材質為聚四氟乙烯帶,性質穩定,耐溫范圍在-70-260 ℃,可安全使用于醫藥、食品工業。履帶按4層設置,每條履帶分別由變頻電機單獨驅動,履帶運動速度則通過變頻調速機組進行調整,速度范圍在0.15-1.5 m/min 。

    2.2 真空系統采用羅茨真空泵和水環真空泵組成的機組。

    2.3 干燥前物料先預熱以增加流動性,進料用螺桿計量泵,可處理粘度很大(相對密度1.35-1.45)的中藥浸膏;進料流量可精確調整,即使在進料量很小的情況下,布料裝置也確保均勻布料,以便干燥工藝的優化;每一條履帶配備單獨螺桿泵作為進料輸送泵,進料速度一般20-50L/ h。搖擺布料擺臂通過一臺步進電機控制,速度一般在5-20 r/min。

    2.4 自動真空履帶干燥機整個干燥帶分為4 個區,3個加熱區和1 個冷卻區。機組熱源采用熱水,配備完整熱水循環加熱系統和冷卻水冷卻系統??紤]天然藥物的熱敏性,常采用低溫真空干燥的方式,干燥過程中產品溫度一般在40-95 ℃之間。經過冷卻,出料溫度可控制在20-30 ℃之間。

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

    2.6 機組配有高壓水清洗裝置,符合GMP 易清洗的要求。

    2.7 自動真空履帶干燥機采用PLC 控制,通過PC機的人機界面來操作設備,同時干燥機附近設置操作面板以便在工作區操作設備??梢宰詣舆\行,也可以手動操作。

    3 控制系統的總體設計

    3.1 系統軟硬件的選型

    ( 1)選用SIEMENS 變頻器(2) 搖擺布料采用KINCO 步進電機及驅動器;(3)觸摸屏采用POFACE

    產品;(4)上位機采用戴爾工控機;(5) 通訊采用一條RS-485 通訊線將上位機和PLC 連成一個通訊系統;(6)現場觸摸屏為操作員界面,工控機為工程師界面。

    3.2 PLC 的功能及選型

    PLC在系統中完成下列任務:(1)采集外界各設備的狀態信號及模擬量信號;(2)控制各臺電機起停、頻率調節及調節閥的開度調節;(3)若外界設備出現故障,PLC接通報警裝置,實現故障報警。

    根據上述功能,該系統選用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,可根據需要構成不同的系統。本著實用性、可靠性、經濟性等原則,選用CPU226 PLC、EM 223 CN 型的數字量輸入/ 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。其組成見圖2。

    4 控制系統的應用

    4.1 4 條履帶可以分別控制其運行狀態與運行速度。每條履帶都分別采用變頻控制實現1 對1 控制,在運行狀態下,可在線調節修改履帶速度。

    4.2 4 臺進料泵可以分別控制其運行狀態與進料速度。每臺進料泵都分別采用變頻控制實現1 對1 控制,在運行狀態下,可在線調節修改流量。

    4.3 布料電機運行速度可調節。布料電機在運行狀態下,可在線調節進料速度,范圍( 15、20、24、28、37 r/min )。

    4.4 真空泵采用3 級機組,保證筒體真空度運行時不低于10 MPa。主泵ZJ 300 羅茨真空泵( 球墨鑄鐵)1 臺, 抽氣速率300L/s,二級泵ZJ 150 羅茨真空泵( 球墨鑄鐵)1 臺,抽氣速率150 L/s ,前級泵2 BV 5-131 水環真空泵2 臺,抽氣速率6.66 m3/min,功率11 kW,極限真空( 絕壓)40 Pa,前級泵配2 臺2 BV 5-131水環真空泵,可以有效地縮短及提高整個機組的效率,將真空預抽時間縮短,在主泵開啟整個機組投入運行后,可自動關閉1 臺水環真空泵。

    4.5 加熱區、冷卻區溫度控制采用調節閥從而保證溫度恒溫運行時不偏于設定±2 ℃,流程如圖3。

    4.6

    信號報警界面可隨時監控與顯示系統運行中的單機運行故障,提示故障原因及解決方案。從而保證系統運行的穩定性與自診斷的功能,保證各項硬件的使用壽命。

    4.7 程序分為3

    部分:主程序、子程序和中斷程序。系統初始化的一些工作放在初始化子程序中完成,可節省掃描周期。利用定時器中斷功能實現PID控制的定時采樣及輸出控制。主程序功能最多,履帶電機、進料泵及布料電機速度的顯示,真空泵組控制信號的綜合以及報警處理都在主程序。頻率和真空的壓力值采用數字方式直接在程序中設定。溫度PID控制中,使用了比例和積分控制,其回路增益和時間常數可通過工程計算初步確定,需要進一步調整以達到最優效果。

    5 結束語

    通過自動控制技術應用和改進,自動真空履帶干燥機在工業應用中運行可靠, 生產能力穩定,干燥后物料含水率≤5%。隨著中藥產業化的發展,自動真空履帶干燥機在干燥方面的優點,將被更多的企業認可,市場應用前景廣闊。


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