噴霧制粒干燥裝置的智能化設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的開發(fā)與應(yīng)用

陸禹州，顧曉峰，范 斌，黃 凱，陸文光

（江蘇宇通干燥工程有限公司，江蘇 常州 213116）

1 引言

噴霧干燥、沸騰制粒是目前國(guó)內(nèi)常見的生產(chǎn)方法，分別由干燥機(jī)和制粒機(jī)來完成。本公司的發(fā)明專利《一種噴霧制粒干燥裝置》CN105890288B，是一種集均質(zhì)、混合、噴漿、沸騰制粒和流化干燥為一體的連續(xù)一體化裝備，并且是在同一臺(tái)設(shè)備內(nèi)一步完成，沒有中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)、沒有停留時(shí)間、不需要二次除塵，生產(chǎn)效率高、時(shí)間短、一次產(chǎn)品收率高以及合格率高；避免了轉(zhuǎn)運(yùn)污染，有利于自動(dòng)化實(shí)施和數(shù)據(jù)采集，有利于優(yōu)選法正交試驗(yàn)的進(jìn)行；最關(guān)鍵的是不需要添加輔料或粘結(jié)劑，這樣藥品的純度高，藥效好，目前國(guó)家已全面禁止在中藥配方顆粒中添加輔料和粘結(jié)劑，所以這種一步制粒的設(shè)備具有很大的市場(chǎng)潛力和發(fā)展前景。

2 干燥設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維

為了進(jìn)一步提升干燥設(shè)備的科技含量，聯(lián)合開發(fā)了干燥設(shè)備的遠(yuǎn)程運(yùn)維服務(wù)項(xiàng)目。

實(shí)踐選用了壓力噴霧制粒干燥機(jī)作為試點(diǎn)，其產(chǎn)品是維生素B。

2.1 噴霧制粒干燥設(shè)備的選型計(jì)算［1］

已知水分蒸發(fā)量

W

= 1 200 kg/h，初含水量

w

= 80%，終含水量

w

≤3%，處理量

G

和產(chǎn)量

G

分別為

已知進(jìn)風(fēng)溫度

t

= 240℃，出風(fēng)溫度

t

= 100℃，物料溫度

t

= 85℃，所需風(fēng)量

L

為

式中，620是每蒸發(fā)1 kg 水的需熱量，單位為 kcal / (kg·℃)。

式中，

P

是空氣為 20℃ 時(shí)的密度，單位為 kg/m,

P

= 1.2。

式中，

t

是常溫空氣溫度，單位為 ℃，

t

= 20；273是絕對(duì)溫對(duì)值，單位為℃。已知

L

= 44 081 m/h，空床風(fēng)速

v

= 0.35 m/s，壓力噴霧塔徑

D

為

圓整后，取

D

= 6.8 m = 6 800 mm。

2.2 散熱器加熱面積計(jì)算［2］

已知鼓風(fēng)風(fēng)量

L

= 25 177 kg/h，水蒸汽表壓 10 kg/cm= 1.0 MPa，此時(shí)的水蒸汽溫度為 183.2℃，水蒸汽密度為 5.616 kg/m，汽化潛熱為 2 008 kJ/kg；計(jì)算水蒸汽加熱時(shí)，空氣升溫所需的熱量

Q

為

式中，

c

是20℃時(shí)的空氣比熱，單位為kJ/（kg·℃），

c

=1.01。

水蒸汽（氣相）183.2℃→（液相）183.2℃，熱風(fēng)（氣相）160℃←（液相）20℃

對(duì)數(shù)平均溫差Δ

t

為

式中，163.2是液相，單位為℃；23.2是氣相，單位為℃。加熱面積為

式中，

K

是傳熱系數(shù)，

K

= 20 kJ/（m·℃·h）?？紤] 20% 的設(shè)計(jì)余量；近似取

F

= 850 m。

水蒸汽耗量為

2.3 電加熱補(bǔ)償功率計(jì)算

已知水蒸汽加熱后的熱風(fēng)溫度為 160℃，要求電加熱補(bǔ)償至 240℃，已知

L

= 30 212 kg/h，160℃時(shí)空氣的比熱為 1.03kJ/（kg·℃），則電加熱升溫所需熱量

Q

為

當(dāng)量熱值 1 kW = 3 600 kJ，電加熱功率

P

為

考慮規(guī)整排列，每根電加熱功率為 3 kW，每組為 40根，共分6組，合計(jì) 720 kW。

2.4 返粉風(fēng)機(jī)選型計(jì)算

已知產(chǎn)量為 312 kg/h，除塵得到的細(xì)粉按10%～15%計(jì)算，細(xì)粉量按 40 kg/h計(jì)，氣固比按1∶3。計(jì)算氣體量

l

=40×3 = 120 kg/h，折算成體積流量

L

= 120/1.2 = 100 m/h

選用旋渦氣泵 2RB410-7AA21，最大氣量為 145m/h，最大壓力為 19 kPa，功率為 1.1 kW，就能滿足生產(chǎn)與工藝的要求。

由于此風(fēng)量占熱風(fēng)風(fēng)量的比例很??；100/44 081×100%= 0.23%，故需熱量忽略不計(jì)。

2.5 成品的冷卻與輸送［3］

已知成品產(chǎn)量

G

= 312 kg/h，出料溫度為90℃，要求冷卻到45℃；并輸送至成品料倉(cāng)，進(jìn)入自動(dòng)包裝生產(chǎn)線。物料釋放的熱量

Q

為

式中，

C

是物料的比熱，單位為 kJ/（kg·℃），

C

= 2.09。

假設(shè)用除濕后的潔凈空氣進(jìn)行冷卻，進(jìn)風(fēng)溫度取20℃，出風(fēng)溫度取 35℃，則所需冷卻風(fēng)量為

作為第三方，英方并沒有使用太多的價(jià)值趨近手段，但在其少量的價(jià)值描述中，表明對(duì)“WTO規(guī)則”的支持擁護(hù)。在論及美國(guó)控訴中國(guó)盜竊知識(shí)產(chǎn)權(quán)時(shí)，英方使用“所宣稱的知識(shí)產(chǎn)權(quán)偷竊”，而在論及美國(guó)宣稱中國(guó)“不公平”時(shí)常常加注引號(hào)，這在中立性的基礎(chǔ)上表示了對(duì)美方的譴責(zé)和向中方的靠攏。

氣力輸送所需氣量為

計(jì)算結(jié)果表明，物料在冷卻的同時(shí)，可以兼顧物料輸送，不需要另外配置。

2.6 尾氣吸收塔設(shè)計(jì)計(jì)算［4］

應(yīng)用本公司的專利技術(shù) ZL2017 2 1035952.2《一種冷凍溶液循環(huán)吸收塔》，尾氣通過兩級(jí)吸收一級(jí)為噴淋，二級(jí)為冷凍液板式吸收，再用擋水器或絲網(wǎng)捕集器，收集霧滴，防止霧沫夾帶。

已知

L

= 32 051 m3/h，尾氣溫度100℃，此時(shí)釋放的熱量為

假設(shè)循環(huán)液全部按水來計(jì)，溫度由20℃→10℃，溫差為10℃，此時(shí)水的比熱取 4.187 kJ/（kg·℃），比重取 1 000 kg/m3，循環(huán)液量估算

L

為

其中 60% 需冷卻處理，則所需冷量為

循環(huán)液冷卻器面積

F

為

式中，Δ

t

= 17.4℃；傳熱系數(shù)

K

，由于是液-液傳熱，所以

K

取 210 kJ/（m·℃·h）。實(shí)際面積只要 ≥561 m就能滿足工藝；多級(jí)板式吸收塔塔徑

D

為

式中，

L

單位為 m/h，

L

= 32 051；

v

是空塔氣速，單位為 m/s，

v

= 2.5；圓整后取

D

= 2 100 mm。將氣速降至 1.5 m/s，塔帽直徑

D

′為

式中，

v

′是氣速，

v

′=1.5 m/s，圓整后取

D

′= 2 800 mm。

吸收塔高度估算：塔帽為 2.8×1.2 = 3.4 m；塔板為0.5×4 = 2.0 m；一級(jí)噴淋為2.5 m；二級(jí)分布器為1.5 m；循環(huán)液槽為

要求吸收塔的孔速≥20 m/s；溢流堰高度取40 mm（可調(diào)）；確保尾氣的排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到國(guó)標(biāo)規(guī)定的指標(biāo) ≤ 30 mg/m3。

為了優(yōu)化工藝，尋找最佳操作參數(shù)和控制指標(biāo)，產(chǎn)學(xué)研全面合作，供需雙方共同參與，應(yīng)用華羅庚的“優(yōu)選法”，采用三因素三水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)操作參數(shù)與指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化組合，經(jīng)過九次試驗(yàn)，回歸分析，找到最佳的操作參數(shù)的組合，通過重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，確立了最佳控制水平，這為提高產(chǎn)能、提升產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗、降低運(yùn)行成本、實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)放、保護(hù)環(huán)境以及防止污染奠定了基礎(chǔ)；實(shí)現(xiàn)了多贏、共贏；工作流程如圖1所示，氮?dú)忾]路循環(huán) VC 專用干燥裝置工藝流程如圖2所示。

圖 1 工作流程示意圖

3 結(jié)束語

本項(xiàng)目的開發(fā)成功可帶來以下好處：

1）公司可隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況；

2）如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常，可指導(dǎo)用戶進(jìn)行維修或簡(jiǎn)單維護(hù)，如果需要赴現(xiàn)場(chǎng)處理，可先做好預(yù)案，縮短維修時(shí)間，減小用戶損失；

3）對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)今后同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造起到指導(dǎo)作用，有利于提高設(shè)備的性能，提升設(shè)備的檔次；

4）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以大大推動(dòng)干燥設(shè)備的智能化設(shè)計(jì)和智能化控制水平，可促進(jìn)我國(guó)干燥設(shè)備行業(yè)的技術(shù)水平；

5）若在設(shè)備的使用過程中，對(duì)控制條件進(jìn)行優(yōu)化組合，應(yīng)用優(yōu)選法——多因素多水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能的最大化、產(chǎn)品質(zhì)量的最優(yōu)化和綜合能耗的最低化；

6）聯(lián)合開發(fā)是一種雙贏模式，制造企業(yè)得到了第一手資料，避免了設(shè)計(jì)制造過程出現(xiàn)的問題與失誤，使用單位可以得到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)以及低耗的產(chǎn)品。

這種設(shè)備制造廠家與用戶單位聯(lián)合開發(fā)，共同研究的合作模式，值得市場(chǎng)推廣應(yīng)用，充分應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和遠(yuǎn)程服務(wù)等現(xiàn)代化的技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)人工智能，即智能化設(shè)計(jì)、智能化操作和智能化服務(wù)，既提升了應(yīng)用單位的產(chǎn)品品質(zhì)，又提高了設(shè)計(jì)制造單位的裝備水平，從整體看提升了我國(guó)干燥技術(shù)的水平，是一件利國(guó)利民的大好事，對(duì)促進(jìn)我國(guó)先進(jìn)裝備制造業(yè)起到了示范和指導(dǎo)作用；為今后參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)造了條件，為我國(guó)干燥裝備走出國(guó)門，走向世界提供了機(jī)會(huì)，為共同實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”的目標(biāo)努力奮斗。