数字化全自动真空带式干燥机的研制

0　引言 真空带式干燥技术设备的应用范围十分广泛，对各种中药浸膏（简称“浸膏”）的干燥皆可适用，尤其对于黏性高、易结团及热塑性、热敏性的浸膏更加适用[1-3]。目前，我国真空带式干燥技术设备与世界发达国家的同类产品相比，还存在着一定的差距。虽然国外进口的技术设备优势明显，但是价格昂贵，维护费用高，因此，只能在国内少数大型中药厂得到应用，这大大限制了国外的真空带式干燥技术设备在国内中小型中药厂及医院制剂室的广泛应用。国内制造生产的真空带式干燥技术设备的自动化水平与生产能力较低，且不能满足各类型中药厂与医院制剂室对浸膏全自动真空干燥的要求与需求。笔者研制的数字化全自动真空带式干燥机（简称“干燥机”）[4]已生产出系列产品，既替代了发达国家的同类产品，有效解决了浸膏干燥的难题，又扩大了真空带式干燥技术设备在各类型中药厂与医院制剂室对浸膏进行自动化真空干燥中的应用，使产品质量全面提高。 1　干燥机设计 1.1　组成 干燥机主要由真空腔体（简称“腔体”）与可编程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）（简称“控制器”）、配料罐与布料器、观察窗与出料装置等部件组成（如图1所示）[5]。其中腔体由8 mm厚的不锈钢板制成，其上设置有观察窗、腔体门与锁门装置等部件。配料罐由3 mm厚的不锈钢板制成，其上设置有进出料管、搅拌器与罐盖等部件。配料罐依次与多台计量泵、布料杆等部件相连接。布料器由多台计量泵、布料杆、布料喷管等部件组成。布料时，采用计量泵在线自动调整腔体内每层布料喷管的喷料量与喷料速度，使浸膏均匀地喷布在每层料带上，并可在线自动调整每层料带上喷布浸膏的宽度与厚度，以满足不同品种浸膏干燥生产的工艺需要。 1.2　结构 干燥机真空干燥结构主要由布料器与输送带、真空泵与冷凝器、加热系统与冷却系统、腔体与粉碎装置等部件组成（如图2所示）[6]。其中，真空冷凝器主要由冷凝器及多台罗茨机组与多台水环真空泵等部件组成。采用自动变频真空度控制技术，由真空度控制器、传感器与自动化电磁真空调节阀控制腔体两端及中间的真空度在910～5 400 Pa之间。可根据不同品种的浸膏选择最佳的真空度与低温状态进行干燥，达到最佳干燥质量。三段加热系统分别由保温储液罐、自动补液器、热水泵与管道等部件组成。一段冷却系统由与真空机组相匹配的高效冷凝器、贮液罐、冷凝水泵等部件组成。粉碎装置由剥离铲断装置、螺旋式叶片粉碎器、粉碎料槽、筛网（20～40目）等部件组成。 图1　真空带式干燥机基本结构 图2　真空带式干燥机真空干燥结构 1.3　主要技术参数 干燥温度：40～145℃；干燥床量：2～10层；料带宽度：700～1 400 mm；装机功率：35～200 kW/h；加热面积：9.8～196 m2；水蒸发量：12～225 kg/h；主机内径：1 200～3 000 mm；设备尺寸：主机（9 000～18 000）mm×（1 800～3 200）mm×（2 500～4 300）mm；辅机（3 800～12 000）mm×（1 500～3 200）mm×（2 000～4 500）mm。 2　关键技术 2.1　数字化控制技术的设计 运用数字化控制技术，将干燥机设计为微型计算机数字化智能控制系统，具有自动在线检测和自动在线调整及自动生成干燥工艺曲线和自动生成工艺过程记录等多项功能，改变了以往国产真空带式干燥机半自动和手动控制操作及缺少各种有效的在线检测手段的现状。 2.2　过压热水加热装置的设计 干燥机成功地设计与应用了节能环保的过压热水加热装置[7]，具有至少3组独立且结构相同的循环加热单元，与传统的蒸汽直接加热形式相比，蒸汽耗能降低了三分之一以上。既具有加热表面温度误差小、传导稳定、控制和维护简便等优点，又采用了液态媒介间接加热原理，使主加热源（蒸汽）仅在外部辅机工作不进入干燥仓，防止了泄漏，避免了污染，使干燥过程安全性、可靠性更高。 2.3　自动在位纠偏系统的设计 干燥机独创设计与应用了拥有自主知识产权的载料输送带自动在位纠偏系统[8]，它是具有数字化在线自动检测、自动在位纠偏与机械缓冲微调纠偏及直线限位导向辅助纠偏功能的多重组合技术系统，突破了被国外封锁的料带数字化全自动在线检测和自动在位纠偏的技术瓶颈，使装置实现了国产化。 2.4　真空度在线显示技术的设计 干燥机真空度在线显示和调节技术的设计，实现了在线显示自动检测和自动调节的真空度，符合对各种浸膏真空动态干燥的要求。干燥机在真空状态下对各种浸膏的动态干燥方式与工艺过程中的真空度、加热温度、干燥速度、进料密度存在着密切的关系，其中真空度和加热温度之间的配比尤为重要。干燥机真空度在线显示和调节技术的成功设计，使其在对各种浸膏干燥时，既可通过对系统真空度的精确设定来对应和调节加热温度，也可通过对系统真空度的适当调节来对应加热温度的平衡，使干燥机明显地提高了自动化程度。 2.5　串联式冷凝器技术的设计 干燥机串联式双水汽冷凝器捕水技术的设计，系在干燥机组内设计与众不同的串联式双水汽冷凝器二级捕水装置，使2个冷凝器之间形成一定的温度差。第一级捕水装置的冷凝器冷却温度为10～20℃，比主机内冷却段的温度低5～15℃，这样可以避免大量的水汽在主机冷却段聚集。然后在第二级捕水装置采用低温冷凝器进行二次捕水，将第二级冷凝器的冷却温度设计为4～8℃，避免了主机内冷却段形成积露现象，提高了产品的干燥质量。 2.6　不锈钢电预热板技术的设计 浸膏中有相当一部分原料在干燥初期会产生飞溅现象，既导致了料带料量的不均匀分布而影响干燥效果，又容易形成熔点硬块划伤料带而造成料带破损与原料的损耗。为克服这个难题，创新设计了直接式不锈钢电加热预热板，上下由2块不锈钢平板、中间由一层硅橡胶高性能电热丝黏合成为夹层板，具有升温速度快、温度控制精确、受热表面温度误差及变形小特点，且无复杂的管道连接，直接接通电源即可加热。既可将浸膏中的一部分自由水先去除，减少浸膏的飞溅现象，又可使料带布料均匀干燥的效果更好。 3　主要特点 3.1　设计先进，创新性强 干燥机将自动进料与布料、自动带式输送与纠偏、自动真空低温加热干燥与冷却、自动物料剥离铲断与粉碎、自动出料与清洗等功能工序设计为全程联动同步运行的全自动机[9-11]，提高了自动化水平与生产效率。 3.2　智能控制，科学性强 干燥机采用微型计算机与机电一体化技术，将其设计为微型计算机数字化智能控制，使真空低温干燥各种浸膏实现了生产程控化、检测自动化、输送联动化，确保了各种浸膏的干燥质量。 3.3　一机多型，适用性强 将干燥机设计为大中小多种型号的系列产品，非常适用于大中小各类型中药厂与医院制剂室，对各种浸膏进行自动化真空低温干燥、自动化剥离铲断粉碎与自动化出料清洗。 4　应用效果 4.1　干燥温度更低，产品质量提高 当浸膏需要低温干燥时，将干燥机设定在910～2 400 Pa真空度内，对浸膏在可控的40～60℃低温状态下进行干燥，可以最大限度地保持干燥的浸膏色、香、味不变，能得到高质量的最终产品。 4.2　干燥环境真空，防止物料氧化 在干燥过程中，能使含有易氧化成分的浸膏在腔体内始终处于910～2 400 Pa的真空低温状态下，使其氧化极少，可有效地防止浸膏中易氧化成分被破坏，有利于浸膏干燥质量的提高。 4.3　干燥浓黏浸膏，应用前景广阔 由于浸膏具有浓度高、黏性大、易结团等特点，因而水分蒸发的阻力比较大。若采用传统的烘箱与烘房干燥，易出现黏壁、结焦、色泽深、耗损大等诸多问题。而干燥机在对浸膏布料时，可以自动控制腔体内每层料带上的料层厚度，使浸膏在真空环境下沸腾发泡，其中的水分立刻被真空抽走，减小了蒸发阻力，提高了浸膏干燥的效率与质量。干燥机在大中小各类型中药厂与医院制剂室对各种浸膏干燥生产中都可应用，具有广阔的应用前景。 4.4　干燥三热一冷，产品质量更高 干燥机将浸膏自动均匀地喷布在腔体内的每层料带上，自动逐步进入三段低温加热区与一段冷却区进行真空减压干燥时，形成了多孔结构的浸膏层，使其单位体积的表面积显著增大。改善了干燥产品的溶解性能，增强了产品的脆性与颗粒的流动性，使浸膏的干燥质量更高。 4.5　干燥全程联动，生产效率提高 将需要干燥的浸膏在干燥机腔体内的每层料带上进行自动进料与布料、自动加热与冷却、自动剥离与粉碎、自动出料与清洗等，皆为全程联动同步运行，使浸膏的干燥效率比传统的烘箱与烘房干燥提高5倍以上。 4.6　干燥清洗自动，符合规范要求 干燥机设计了在位清洗系统（clean in place，CIP），在更换干燥浸膏的批次与品种时，可以非常方便地将每层料带上黏附的微量浸膏自动清洗干净。既使干燥浸膏品种的更换非常方便，降低了操作人员的劳动强度，又减少了污染环节，保证了浸膏的干燥质量，符合药品生产质量管理规范、优良药方工作规范要求。 5　结语 本研究采用微型计算机与机电一体化技术，将浸膏的自动进料、布料、干燥、剥离、粉碎、出料、清洗等工序设计为全程联动同步运行，先后获得5项国家发明与实用新型专利。干燥机联动性、紧凑性、封闭性、稳定性、可靠性好，减化了传统的烘箱、烘房等干燥设备与手工操作的繁琐程序，减少了污染环节，提高了生产效率与经济社会效益，是大中小各类型中药厂与医院制剂室对各种浸膏进行真空低温加热干燥非常理想的联动化、智能化、自动化的干燥设备。干燥机已在各类型中药厂与医院制剂室得到广泛应用，取得了很好的应用效果。

文章来源：《真空科学与技术学报》 网址: http://www.zkkxyjsxb.cn/qikandaodu/2020/1118/411.html