數(shù)字化全自動(dòng)真空帶式干燥機(jī)的研制

王林寬，胡永勝，施雯宇，孫昌榜，孫　科，吳義務(wù)

數(shù)字化全自動(dòng)真空帶式干燥機(jī)的研制

王林寬，胡永勝，施雯宇，孫昌榜，孫科，吳義務(wù)

目的：研制數(shù)字化全自動(dòng)真空帶式干燥機(jī)，有效解決浸膏干燥的難題。方法：采用微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電一體化技術(shù)將中藥浸膏的自動(dòng)進(jìn)料布料器、加熱干燥器、剝離粉碎器、出料清洗器等裝置組合成一條全自動(dòng)的連續(xù)生產(chǎn)線，主要由真空腔體與可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）、配料罐與布料器、觀察窗與出料裝置等部件組成。結(jié)果：該裝置保證了浸膏的干燥效率和質(zhì)量，避免了污染環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。結(jié)論：該裝置功能齊全、自動(dòng)化程度高，聯(lián)動(dòng)性、緊湊性、封閉性、穩(wěn)定性、可靠性好，適用于各類型中藥廠與醫(yī)院制劑室對(duì)中藥浸膏的干燥加工處理，具有廣闊的應(yīng)用前景。

全自動(dòng)；真空；帶式；干燥機(jī)

0　引言

真空帶式干燥技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用范圍十分廣泛，對(duì)各種中藥浸膏（簡(jiǎn)稱“浸膏”）的干燥皆可適用，尤其對(duì)于黏性高、易結(jié)團(tuán)及熱塑性、熱敏性的浸膏更加適用[1-3]。目前，我國(guó)真空帶式干燥技術(shù)設(shè)備與世界發(fā)達(dá)國(guó)家的同類產(chǎn)品相比，還存在著一定的差距。雖然國(guó)外進(jìn)口的技術(shù)設(shè)備優(yōu)勢(shì)明顯，但是價(jià)格昂貴，維護(hù)費(fèi)用高，因此，只能在國(guó)內(nèi)少數(shù)大型中藥廠得到應(yīng)用，這大大限制了國(guó)外的真空帶式干燥技術(shù)設(shè)備在國(guó)內(nèi)中小型中藥廠及醫(yī)院制劑室的廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)制造生產(chǎn)的真空帶式干燥技術(shù)設(shè)備的自動(dòng)化水平與生產(chǎn)能力較低，且不能滿足各類型中藥廠與醫(yī)院制劑室對(duì)浸膏全自動(dòng)真空干燥的要求與需求。筆者研制的數(shù)字化全自動(dòng)真空帶式干燥機(jī)（簡(jiǎn)稱“干燥機(jī)”）[4]已生產(chǎn)出系列產(chǎn)品，既替代了發(fā)達(dá)國(guó)家的同類產(chǎn)品，有效解決了浸膏干燥的難題，又?jǐn)U大了真空帶式干燥技術(shù)設(shè)備在各類型中藥廠與醫(yī)院制劑室對(duì)浸膏進(jìn)行自動(dòng)化真空干燥中的應(yīng)用，使產(chǎn)品質(zhì)量全面提高。

1　干燥機(jī)設(shè)計(jì)

1.1組成

干燥機(jī)主要由真空腔體（簡(jiǎn)稱“腔體”）與可編程邏輯控制器（programmable logic controller，PLC）（簡(jiǎn)稱“控制器”）、配料罐與布料器、觀察窗與出料裝置等部件組成（如圖1所示）[5]。其中腔體由8 mm厚的不銹鋼板制成，其上設(shè)置有觀察窗、腔體門與鎖門裝置等部件。配料罐由3 mm厚的不銹鋼板制成，其上設(shè)置有進(jìn)出料管、攪拌器與罐蓋等部件。配料罐依次與多臺(tái)計(jì)量泵、布料桿等部件相連接。布料器由多臺(tái)計(jì)量泵、布料桿、布料噴管等部件組成。布料時(shí)，采用計(jì)量泵在線自動(dòng)調(diào)整腔體內(nèi)每層布料噴管的噴料量與噴料速度，使浸膏均勻地噴布在每層料帶上，并可在線自動(dòng)調(diào)整每層料帶上噴布浸膏的寬度與厚度，以滿足不同品種浸膏干燥生產(chǎn)的工藝需要。

1.2結(jié)構(gòu)

干燥機(jī)真空干燥結(jié)構(gòu)主要由布料器與輸送帶、真空泵與冷凝器、加熱系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)、腔體與粉碎裝置等部件組成（如圖2所示）[6]。其中，真空冷凝器主要由冷凝器及多臺(tái)羅茨機(jī)組與多臺(tái)水環(huán)真空泵等部件組成。采用自動(dòng)變頻真空度控制技術(shù)，由真空度控制器、傳感器與自動(dòng)化電磁真空調(diào)節(jié)閥控制腔體兩端及中間的真空度在910～5 400 Pa之間?？筛鶕?jù)不同品種的浸膏選擇最佳的真空度與低溫狀態(tài)進(jìn)行干燥，達(dá)到最佳干燥質(zhì)量。三段加熱系統(tǒng)分別由保溫儲(chǔ)液罐、自動(dòng)補(bǔ)液器、熱水泵與管道等部件組成。一段冷卻系統(tǒng)由與真空機(jī)組相匹配的高效冷凝器、貯液罐、冷凝水泵等部件組成。粉碎裝置由剝離鏟斷裝置、螺旋式葉片粉碎器、粉碎料槽、篩網(wǎng)（20～40目）等部件組成。

圖1　真空帶式干燥機(jī)基本結(jié)構(gòu)

圖2　真空帶式干燥機(jī)真空干燥結(jié)構(gòu)

1.3主要技術(shù)參數(shù)

干燥溫度：40～145℃；干燥床量：2～10層；料帶寬度：700～1 400 mm；裝機(jī)功率：35～200 kW/h；加熱面積：9.8～196 m2；水蒸發(fā)量：12～225 kg/h；主機(jī)內(nèi)徑：1 200～3 000 mm；設(shè)備尺寸：主機(jī)（9 000～18 000）mm×（1 800～3 200）mm×（2 500～4 300）mm；輔機(jī)（3 800～12 000）mm×（1 500～3 200）mm×（2 000～4 500）mm。

2　關(guān)鍵技術(shù)

2.1數(shù)字化控制技術(shù)的設(shè)計(jì)

運(yùn)用數(shù)字化控制技術(shù)，將干燥機(jī)設(shè)計(jì)為微型計(jì)算機(jī)數(shù)字化智能控制系統(tǒng)，具有自動(dòng)在線檢測(cè)和自動(dòng)在線調(diào)整及自動(dòng)生成干燥工藝曲線和自動(dòng)生成工藝過(guò)程記錄等多項(xiàng)功能，改變了以往國(guó)產(chǎn)真空帶式干燥機(jī)半自動(dòng)和手動(dòng)控制操作及缺少各種有效的在線檢測(cè)手段的現(xiàn)狀。

2.2過(guò)壓熱水加熱裝置的設(shè)計(jì)

干燥機(jī)成功地設(shè)計(jì)與應(yīng)用了節(jié)能環(huán)保的過(guò)壓熱水加熱裝置[7]，具有至少3組獨(dú)立且結(jié)構(gòu)相同的循環(huán)加熱單元，與傳統(tǒng)的蒸汽直接加熱形式相比，蒸汽耗能降低了三分之一以上。既具有加熱表面溫度誤差小、傳導(dǎo)穩(wěn)定、控制和維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，又采用了液態(tài)媒介間接加熱原理，使主加熱源（蒸汽）僅在外部輔機(jī)工作不進(jìn)入干燥倉(cāng)，防止了泄漏，避免了污染，使干燥過(guò)程安全性、可靠性更高。

2.3自動(dòng)在位糾偏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

干燥機(jī)獨(dú)創(chuàng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的載料輸送帶自動(dòng)在位糾偏系統(tǒng)[8]，它是具有數(shù)字化在線自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)在位糾偏與機(jī)械緩沖微調(diào)糾偏及直線限位導(dǎo)向輔助糾偏功能的多重組合技術(shù)系統(tǒng)，突破了被國(guó)外封鎖的料帶數(shù)字化全自動(dòng)在線檢測(cè)和自動(dòng)在位糾偏的技術(shù)瓶頸，使裝置實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

2.4真空度在線顯示技術(shù)的設(shè)計(jì)

干燥機(jī)真空度在線顯示和調(diào)節(jié)技術(shù)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在線顯示自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)調(diào)節(jié)的真空度，符合對(duì)各種浸膏真空動(dòng)態(tài)干燥的要求。干燥機(jī)在真空狀態(tài)下對(duì)各種浸膏的動(dòng)態(tài)干燥方式與工藝過(guò)程中的真空度、加熱溫度、干燥速度、進(jìn)料密度存在著密切的關(guān)系，其中真空度和加熱溫度之間的配比尤為重要。干燥機(jī)真空度在線顯示和調(diào)節(jié)技術(shù)的成功設(shè)計(jì)，使其在對(duì)各種浸膏干燥時(shí)，既可通過(guò)對(duì)系統(tǒng)真空度的精確設(shè)定來(lái)對(duì)應(yīng)和調(diào)節(jié)加熱溫度，也可通過(guò)對(duì)系統(tǒng)真空度的適當(dāng)調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)應(yīng)加熱溫度的平衡，使干燥機(jī)明顯地提高了自動(dòng)化程度。

2.5串聯(lián)式冷凝器技術(shù)的設(shè)計(jì)

干燥機(jī)串聯(lián)式雙水汽冷凝器捕水技術(shù)的設(shè)計(jì)，系在干燥機(jī)組內(nèi)設(shè)計(jì)與眾不同的串聯(lián)式雙水汽冷凝器二級(jí)捕水裝置，使2個(gè)冷凝器之間形成一定的溫度差。第一級(jí)捕水裝置的冷凝器冷卻溫度為10～20℃，比主機(jī)內(nèi)冷卻段的溫度低5～15℃，這樣可以避免大量的水汽在主機(jī)冷卻段聚集。然后在第二級(jí)捕水裝置采用低溫冷凝器進(jìn)行二次捕水，將第二級(jí)冷凝器的冷卻溫度設(shè)計(jì)為4～8℃，避免了主機(jī)內(nèi)冷卻段形成積露現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品的干燥質(zhì)量。

2.6不銹鋼電預(yù)熱板技術(shù)的設(shè)計(jì)

浸膏中有相當(dāng)一部分原料在干燥初期會(huì)產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象，既導(dǎo)致了料帶料量的不均勻分布而影響干燥效果，又容易形成熔點(diǎn)硬塊劃傷料帶而造成料帶破損與原料的損耗。為克服這個(gè)難題，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了直接式不銹鋼電加熱預(yù)熱板，上下由2塊不銹鋼平板、中間由一層硅橡膠高性能電熱絲黏合成為夾層板，具有升溫速度快、溫度控制精確、受熱表面溫度誤差及變形小特點(diǎn)，且無(wú)復(fù)雜的管道連接，直接接通電源即可加熱。既可將浸膏中的一部分自由水先去除，減少浸膏的飛濺現(xiàn)象，又可使料帶布料均勻干燥的效果更好。

3　主要特點(diǎn)

3.1設(shè)計(jì)先進(jìn)，創(chuàng)新性強(qiáng)

干燥機(jī)將自動(dòng)進(jìn)料與布料、自動(dòng)帶式輸送與糾偏、自動(dòng)真空低溫加熱干燥與冷卻、自動(dòng)物料剝離鏟斷與粉碎、自動(dòng)出料與清洗等功能工序設(shè)計(jì)為全程聯(lián)動(dòng)同步運(yùn)行的全自動(dòng)機(jī)[9-11]，提高了自動(dòng)化水平與生產(chǎn)效率。

3.2智能控制，科學(xué)性強(qiáng)

干燥機(jī)采用微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電一體化技術(shù)，將其設(shè)計(jì)為微型計(jì)算機(jī)數(shù)字化智能控制，使真空低溫干燥各種浸膏實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)程控化、檢測(cè)自動(dòng)化、輸送聯(lián)動(dòng)化，確保了各種浸膏的干燥質(zhì)量。

3.3一機(jī)多型，適用性強(qiáng)

將干燥機(jī)設(shè)計(jì)為大中小多種型號(hào)的系列產(chǎn)品，非常適用于大中小各類型中藥廠與醫(yī)院制劑室，對(duì)各種浸膏進(jìn)行自動(dòng)化真空低溫干燥、自動(dòng)化剝離鏟斷粉碎與自動(dòng)化出料清洗。

4　應(yīng)用效果

4.1干燥溫度更低，產(chǎn)品質(zhì)量提高

當(dāng)浸膏需要低溫干燥時(shí)，將干燥機(jī)設(shè)定在910～2 400 Pa真空度內(nèi)，對(duì)浸膏在可控的40～60℃低溫狀態(tài)下進(jìn)行干燥，可以最大限度地保持干燥的浸膏色、香、味不變，能得到高質(zhì)量的最終產(chǎn)品。

4.2干燥環(huán)境真空，防止物料氧化

在干燥過(guò)程中，能使含有易氧化成分的浸膏在腔體內(nèi)始終處于910～2 400 Pa的真空低溫狀態(tài)下，使其氧化極少，可有效地防止浸膏中易氧化成分被破壞，有利于浸膏干燥質(zhì)量的提高。

4.3干燥濃黏浸膏，應(yīng)用前景廣闊

由于浸膏具有濃度高、黏性大、易結(jié)團(tuán)等特點(diǎn)，因而水分蒸發(fā)的阻力比較大。若采用傳統(tǒng)的烘箱與烘房干燥，易出現(xiàn)黏壁、結(jié)焦、色澤深、耗損大等諸多問(wèn)題。而干燥機(jī)在對(duì)浸膏布料時(shí)，可以自動(dòng)控制腔體內(nèi)每層料帶上的料層厚度，使浸膏在真空環(huán)境下沸騰發(fā)泡，其中的水分立刻被真空抽走，減小了蒸發(fā)阻力，提高了浸膏干燥的效率與質(zhì)量。干燥機(jī)在大中小各類型中藥廠與醫(yī)院制劑室對(duì)各種浸膏干燥生產(chǎn)中都可應(yīng)用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4.4干燥三熱一冷，產(chǎn)品質(zhì)量更高

干燥機(jī)將浸膏自動(dòng)均勻地噴布在腔體內(nèi)的每層料帶上，自動(dòng)逐步進(jìn)入三段低溫加熱區(qū)與一段冷卻區(qū)進(jìn)行真空減壓干燥時(shí)，形成了多孔結(jié)構(gòu)的浸膏層，使其單位體積的表面積顯著增大。改善了干燥產(chǎn)品的溶解性能，增強(qiáng)了產(chǎn)品的脆性與顆粒的流動(dòng)性，使浸膏的干燥質(zhì)量更高。

4.5干燥全程聯(lián)動(dòng)，生產(chǎn)效率提高

將需要干燥的浸膏在干燥機(jī)腔體內(nèi)的每層料帶上進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)料與布料、自動(dòng)加熱與冷卻、自動(dòng)剝離與粉碎、自動(dòng)出料與清洗等，皆為全程聯(lián)動(dòng)同步運(yùn)行，使浸膏的干燥效率比傳統(tǒng)的烘箱與烘房干燥提高5倍以上。

4.6干燥清洗自動(dòng)，符合規(guī)范要求

干燥機(jī)設(shè)計(jì)了在位清洗系統(tǒng)（clean in place，CIP），在更換干燥浸膏的批次與品種時(shí)，可以非常方便地將每層料帶上黏附的微量浸膏自動(dòng)清洗干凈。既使干燥浸膏品種的更換非常方便，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，又減少了污染環(huán)節(jié)，保證了浸膏的干燥質(zhì)量，符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范、優(yōu)良藥方工作規(guī)范要求。

5　結(jié)語(yǔ)

本研究采用微型計(jì)算機(jī)與機(jī)電一體化技術(shù)，將浸膏的自動(dòng)進(jìn)料、布料、干燥、剝離、粉碎、出料、清洗等工序設(shè)計(jì)為全程聯(lián)動(dòng)同步運(yùn)行，先后獲得5項(xiàng)國(guó)家發(fā)明與實(shí)用新型專利。干燥機(jī)聯(lián)動(dòng)性、緊湊性、封閉性、穩(wěn)定性、可靠性好，減化了傳統(tǒng)的烘箱、烘房等干燥設(shè)備與手工操作的繁瑣程序，減少了污染環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)效率與經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益，是大中小各類型中藥廠與醫(yī)院制劑室對(duì)各種浸膏進(jìn)行真空低溫加熱干燥非常理想的聯(lián)動(dòng)化、智能化、自動(dòng)化的干燥設(shè)備。干燥機(jī)已在各類型中藥廠與醫(yī)院制劑室得到廣泛應(yīng)用，取得了很好的應(yīng)用效果。

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（收稿：2014-11-28修回：2015-04-07）

Development of digital automatic vacuum belt drier

WANG Lin-kuan1,HU Yong-sheng1,SHI Wen-yu1，SUN Chang-bang2,SUN Ke2,WU Yi-wu2
（1.The 118th Hospital of the PLA,Wenzhou 325000,Zhejiang Province,China;2.Wenzhou Jin-bang Light Industry Machine Co.,Ltd.,Wenzhou 325025,Zhejiang Province,China）

Objective To develop a digital automatic vacuum belt drier to solve the problems in extract drying.Methods Micro-computer technology and electromechanical integration technology were used to construct a fully-automatic production line for feeding,clothing,heating,drying,peeling,crushing,discharging and cleaning of traditional Chinese medicine extract.Results The machine adopted low-temperature vacuum drying,discharging coupled with automated cleaning process to ensure the efficiency and quality of the TCM extract.Conclusion The machine with complete functions and high degree of automation adapts itself to all types of traditional Chinese medicine factory and hospital pharmacy for automatic processing of TCM extract.[Chinese Medical Equipment Journal，2015，36（10）：33-35]

automation;vacuum;belt;drier

[中國(guó)圖書資料分類號(hào)]R318.6；TD462.4A

1003-8868（2015）10-0033-03

10.7687/J.ISSN1003-8868.2015.10.033

浙江省工業(yè)新產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目（201201CC0017）

王林寬（1941—），男，主任藥師，主要從事藥學(xué)與藥械方面的研究工作，E-mail：wlk118@126.com。

325000浙江溫州，解放軍118醫(yī)院藥械科（王林寬，胡永勝，施雯宇）；325025浙江溫州，溫州市金榜輕工機(jī)械有限公司（孫昌榜，孫科，吳義務(wù)）

胡永勝，E-mail：yshu@outlook.com