自動取樣和監(jiān)測裝置在沸騰制粒機上的改造與應用

洪建春　戢兵　林俊杰

摘? ?要： 為沸騰制粒機配備連續(xù)生產(chǎn)線能夠顯著提高制粒效率，但熱空氣流動性差、粉劑流化不全面成為實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的技術瓶頸。對迦南FZ 300型沸騰制粒機工作原理進行分析，得出物料含水量控制是連續(xù)生產(chǎn)線作業(yè)質(zhì)量改進的關鍵因素。設計一種以氣缸為自動取樣執(zhí)行機構的自動取樣裝置，通過PLC保證取樣時間的一致性和數(shù)據(jù)記錄的準確性，為生產(chǎn)過程監(jiān)督和工藝參數(shù)控制提供便利。經(jīng)過7～10個月的投入使用，連續(xù)作業(yè)狀況良好，性能穩(wěn)定。裝置適用于固體粉末或小顆粒物料在封閉容器中流動時取樣的相關應用系統(tǒng)，完全符合生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）要求。

關鍵詞： 自動取樣;沸騰制粒機;流化;含水量;氣缸;PLC;生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）

中圖分類號：TQ075+.2? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2095-8412 （2020） 01-038-04

工業(yè)技術創(chuàng)新 URL： http： //www.china-iti.com? ? DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2020.01.008

引言

沸騰制粒機是一種將固體物料制備為粉末顆粒的設備[1]。為適應生產(chǎn)特性、質(zhì)量和效率要求，經(jīng)常需要對沸騰制粒機進行改造升級，實現(xiàn)結構創(chuàng)新或功能創(chuàng)新[2-3]。湯臣倍健股份有限公司（以下簡稱“我司”）目前配備了由北京迦南萊米特科技有限公司（以下簡稱“迦南”）提供的車間連續(xù)生產(chǎn)線[4]，其中沸騰制粒機采用的是迦南FZ 300型制粒機。為適應連續(xù)生產(chǎn)，該型制粒機已進行過升級改造;與改造前相比，在結構上增加了翻板，改動了濾筒，但熱空氣流動性差、粉劑流化不全面仍是主要技術制約瓶頸[5-6]。

在沸騰制粒機中，濕物料從加料器進入干燥機[7]，由于風壓的作用，物料在干燥機內(nèi)變?yōu)榉序v狀態(tài)[8]，并與熱空氣充分接觸，從而在較短時間內(nèi)完成物料烘干[9]。

本文針對熱空氣流動性不好等問題，根據(jù)沸騰制粒機工藝特點，增加了氣缸式自動取樣裝置，增加了水分監(jiān)測采樣裝置，技術改造加數(shù)據(jù)說話，保證了連續(xù)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量。

1? 問題分析

1.1? 工作原理分析

迦南FZ 300型沸騰制粒機的工作流程如下：

罐體真空處理→進料→流化→升溫→噴液→沸騰→干燥→冷卻→出料

該機型在我司被大量采用。改造前制粒生產(chǎn)線采用捕集袋過濾粉塵[10]，不僅過程控制簡單易掌握，而且過濾效率高，物料流化狀態(tài)好，物料能被充分干燥[11-12]。后來，為了實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，內(nèi)部結構有所改動：為方便出料，采用氣流分布板進行翻轉(zhuǎn)出料，但氣流分布板會與物料過多接觸，容易導致堵塞[13];捕集袋換作濾筒結構，曾使用金屬網(wǎng)過濾，但無法適應生產(chǎn)[14]，故又改用支架套布袋的方式過濾，生產(chǎn)狀況有所改善?？傮w而言，連續(xù)生產(chǎn)線的流化狀態(tài)稍差，所以物料的含水量控制就尤為重要，因為這直接影響后續(xù)工藝[15]。連續(xù)生產(chǎn)線作業(yè)流程圖如圖1所示。

氣流分布板目前在試用階段，篩網(wǎng)已由以前的雙層改造為單層100目，實際生產(chǎn)中利用清洗頭吹掃壓縮空氣，以改善透氣。濾筒金屬骨架套塑料網(wǎng)支撐后加布袋，過濾效果有所提高[16]。工作過程：樓頂排風機工作，熱空氣由新風柜進入，經(jīng)過初、中效過濾器后穿過表冷去濕、熱交換器加熱，再經(jīng)過高效過濾器后從流化床底部進入;熱空氣透過篩網(wǎng)吹起擴散室物料，使物料在擴散室呈沸騰狀態(tài);熱空氣經(jīng)過濾筒，再經(jīng)過除塵柜后由排風機排出。由于熱空氣的作用，物料在擴散室通過噴液形成顆粒。顆粒流化干燥后，制粒完成。

制粒完成后，顆粒由管道負壓輸送到下一流程，中間不停留。中間過程一直在管道和各倉體間轉(zhuǎn)換，所以物料干燥時的水分監(jiān)測就尤為重要。迦南FZ 300型沸騰制粒機采用人工取樣，不利于實現(xiàn)無人化車間的目標，同時人工取樣難免出現(xiàn)漏取。此外，取樣時間不一致會導致記錄失實，取樣不及時則會導致物料水分含量過高。

1.2? 物料水分含量對生產(chǎn)的影響分析

水分含量大，會造成流化過程中發(fā)生塌鍋。生產(chǎn)過程中，如果物料含水量過大，又不控制噴液使物料及時干燥，就會使物料下沉到篩網(wǎng)上，堵塞網(wǎng)孔，導致熱風無法穿過，流化失敗。一旦塌鍋，整鍋300 kg左右的物料就會在80℃以上的高溫下變黃結塊，直接報廢，這將造成十余萬元的損失。若造成此后果，沸騰制粒機就需要重新清洗，與改造前制粒生產(chǎn)線可以單獨清洗不同，連續(xù)生產(chǎn)線采用的是連續(xù)生產(chǎn)模式，共用一個清洗系統(tǒng)。當沸騰制粒機需要清洗時，雖然其他倉室有閥門控制，可以單獨清洗，但一旦某一密封圈出現(xiàn)問題，仍然會波及整個生產(chǎn)線的物料，造成更大損失。連續(xù)生產(chǎn)線清洗與倉體干燥的時間至少為16 h，不僅造成時間浪費，而且影響產(chǎn)能。

水分含量大，同時會使后續(xù)壓片工序出現(xiàn)粘沖，導致片子表面不光滑或殘缺。出現(xiàn)此情況時，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要大量人力進行挑片，嚴重時甚至需將片子全部粉碎。但是，水分含量低，會使在后續(xù)壓片工序造成裂片，體現(xiàn)為片子分層開裂、硬度不合格、崩解參數(shù)不合格、包衣膜成型效果差、有色差等瑕疵，造成人力和物力的巨大浪費。

2? 自動取樣改造

2.1? 改造方案

自動取樣器由結構筒體、取樣活塞、彈簧、定位螺絲、連軸器、氣缸等組成，如圖2所示。取樣活塞與彈簧組成自復位裝置，與氣缸連接后由氣缸控制活塞推出或收回。定位螺絲可以調(diào)節(jié)活塞與筒體的密封性。在工作狀態(tài)，若到達設定的取樣時間，控制器將發(fā)出高電位信號，控制電磁閥動作，壓縮空氣通過電磁閥的空氣通道對氣缸的兩路氣管進行氣源控制，從而控制氣缸頂出（取料開始）;物料從活塞與筒體間隙進入盛裝容器并收回（取料截止）?；钊氐酵仓校]合與筒體之間的間隙。

改造時，取下原有手動取樣器柱塞的圓形按鈕，焊接支架固定在以前的卡盤上，用來固定自動取樣的執(zhí)行機構——氣缸。氣缸活塞桿與手動取樣機構連桿用連軸器連接。PLC分出一個輸出點，連接電磁閥，控制壓縮空氣驅(qū)動氣缸。出料前打開取樣裝置，取樣30 s。電氣控制圖如圖3所示。

2.2? 安裝方案

（1）在容器室切孔，拆解取樣裝置，取樣器前段圓筒與容器呈70°焊接，打磨鈍化;

（2）將前段取樣活塞、彈簧用螺絲固定;

（3）安裝卡盤，將氣缸套入氣缸支架中，連接連軸器，固定氣缸;

（4）接上氣管進行氣源控制。

3? 改造后的效果

3.1? 過程控制改進

當程序執(zhí)行到尾端時，在一固定時間點完成取樣。若檢測合格，則放行物料，進入下一步，并對參數(shù)進行記錄。目前在持續(xù)生產(chǎn)過程中未發(fā)現(xiàn)因物料水分問題導致的偏差和塌鍋現(xiàn)象。

3.2 工藝配方改進

結合生產(chǎn)過程形成工藝參數(shù)并記錄，可以對工藝進行改良，為程序尾端出現(xiàn)的異常尋求解決辦法。以往生產(chǎn)時，常因原料供應批號不同、原料本身的差異或生產(chǎn)廠家不同導致生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，耗時耗力，但技術改造后，記錄數(shù)據(jù)的一致性和真實性為問題原因的快速分析、生產(chǎn)工藝的合理調(diào)整提供了幫助。同時，數(shù)據(jù)的準確性也為后續(xù)新品的研發(fā)和試產(chǎn)提供了技術支撐。

3.3 總體評價

（1）結合程序控制，取樣時間可調(diào)可測，取樣間隔可靈活設置;

（2）正負壓環(huán)境下均可使用;

（3）物料高溫時也可使用;

（4）結構簡單合理，工作可靠，不卡頓;

（5）拆卸方便，后端氣缸可分離，便于維修;

（6）杜絕人工取樣的時間誤差，為生產(chǎn)過程監(jiān)督和工藝參數(shù)控制提供便利。

4? 結束語

車間提出增加自動取樣裝置要求后，咨詢相關廠家，沒有相應裝置提供。本著我司提出的“低成本自動化”要求，對沸騰制粒機結構進行了研究，醞釀出各種方案，最終設計出帶有氣缸的機械裝置。裝置滿足車間粉塵環(huán)境下的使用需求，表面容易清潔，結構可全拆解，損壞后更換方便，簡單實用。經(jīng)過7～10個月的投入使用，作業(yè)狀況良好。

本裝置同樣適用于固體粉末或小顆粒物料在封閉容器中流動時取樣的各個行業(yè)。裝置完全符合生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（Good Manufacturing Practice，GMP）要求。

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作者簡介：

洪建春，通信作者，男，就職于湯臣倍健股份有限公司。主要研究方向：藥械設備應用與維修。

E-mail： 30854161@qq.com

（收稿日期：2019-12-09）

Transformation and Application of Automatic Sampling and Supervision Device in Boiling Granulator

HONG Jian-chun， ZHE Bing， LIN Jun-jie

（By-Health Co.， Ltd.， Zhuhai 519040， China）

Abstract： Providing a continuous production line for the boiling granulator can significantly improve the pelletizing efficiency， but the poor hot air fluidity and the incomplete powder fluidization are its technological bottlenecks in realizing the continuous production. By analyzing the working principle of Canaan FZ 300 boiling granulator， it is concluded that the control of material moisture content is the key factor to improve the operation quality of the continuous production line. An automatic sampling device with air cylinder as the automatic sampling actuator is designed. Its sampling time consistency and data recording accuracy are ensured through PLC， providing convenience for the production process supervision and process parameter control. After 7～10 months of operation， the continuous work is with good condition and the performance is stable. The device is suitable for related application system where solid powder or small particle materials are sampled when flowing in closed containers， which fully meets the requirements of Good Manufacture Practice （GMP）.

Key words： Automatic Sampling; Boiling Granulator; Fluidization; Moisture Content; Air Cylinder; PLC; Good Manufacture Practice （GMP）