噴霧制粒干燥裝置的智能化設計和網絡化服務的開發與應用

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、沸騰制粒是目前國內常見的生產方法，分別由干燥機和制粒機來完成。本公司的發明專利《一種噴霧制粒干燥裝置》CN105890288B，是一種集均質、混合、噴漿、沸騰制粒和流化干燥為一體的連續一體化裝備，并且是在同一臺設備內一步完成，沒有中轉環節、沒有停留時間、不需要二次除塵，生產效率高、時間短、一次產品收率高以及合格率高；避免了轉運污染，有利于自動化實施和數據采集，有利于優選法正交試驗的進行；最關鍵的是不需要添加輔料或粘結劑，這樣藥品的純度高，藥效好，目前國家已全面禁止在中藥配方顆粒中添加輔料和粘結劑，所以這種一步制粒的設備具有很大的市場潛力和發展前景。

2 干燥設備的遠程運維

為了進一步提升干燥設備的科技含量，聯合開發了干燥設備的遠程運維服務項目。

實踐選用了壓力噴霧制粒干燥機作為試點，其產品是維生素B。

2.1 噴霧制粒干燥設備的選型計算［1］

已知水分蒸發量

W

= 1 200 kg/h，初含水量

w

= 80%，終含水量

w

≤3%，處理量

G

和產量

G

分別為

已知進風溫度

t

= 240℃，出風溫度

t

= 100℃，物料溫度

t

= 85℃，所需風量

L

為

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

式中，

P

是空氣為 20℃ 時的密度，單位為 kg/m,

P

= 1.2。

式中，

t

是常溫空氣溫度，單位為 ℃，

t

= 20；273是絕對溫對值，單位為℃。已知

L

= 44 081 m/h，空床風速

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 散熱器加熱面積計算［2］

已知鼓風風量

L

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

Q

為

式中，

c

是20℃時的空氣比熱，單位為kJ/（kg·℃），

c

=1.01。

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

對數平均溫差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，

K

= 20 kJ/（m·℃·h）。考慮 20% 的設計余量；近似取

F

= 850 m。

水蒸汽耗量為

2.3 電加熱補償功率計算

已知水蒸汽加熱后的熱風溫度為 160℃，要求電加熱補償至 240℃，已知

L

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

Q

為

當量熱值 1 kW = 3 600 kJ，電加熱功率

P

為

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

2.4 返粉風機選型計算

已知產量為 312 kg/h，除塵得到的細粉按10%～15%計算，細粉量按 40 kg/h計，氣固比按1∶3。計算氣體量

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，就能滿足生產與工藝的要求。

由于此風量占熱風風量的比例很小；100/44 081×100%= 0.23%，故需熱量忽略不計。

2.5 成品的冷卻與輸送［3］

已知成品產量

G

= 312 kg/h，出料溫度為90℃，要求冷卻到45℃；并輸送至成品料倉，進入自動包裝生產線。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。

假設用除濕后的潔凈空氣進行冷卻，進風溫度取20℃，出風溫度取 35℃，則所需冷卻風量為

作為第三方，英方并沒有使用太多的價值趨近手段，但在其少量的價值描述中，表明對“WTO規則”的支持擁護。在論及美國控訴中國盜竊知識產權時，英方使用“所宣稱的知識產權偷竊”，而在論及美國宣稱中國“不公平”時常常加注引號，這在中立性的基礎上表示了對美方的譴責和向中方的靠攏。

氣力輸送所需氣量為

計算結果表明，物料在冷卻的同時，可以兼顧物料輸送，不需要另外配置。

2.6 尾氣吸收塔設計計算［4］

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

已知

L

= 32 051 m3/h，尾氣溫度100℃，此時釋放的熱量為

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

L

為

其中 60% 需冷卻處理，則所需冷量為

循環液冷卻器面積

F

為

式中，Δ

t

= 17.4℃；傳熱系數

K

，由于是液-液傳熱，所以

K

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

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；一級噴淋為2.5 m；二級分布器為1.5 m；循環液槽為

要求吸收塔的孔速≥20 m/s；溢流堰高度取40 mm（可調）；確保尾氣的排放標準達到國標規定的指標 ≤ 30 mg/m3。

為了優化工藝，尋找最佳操作參數和控制指標，產學研全面合作，供需雙方共同參與，應用華羅庚的“優選法”，采用三因素三水平的正交試驗設計，對操作參數與指標進行優化組合，經過九次試驗，回歸分析，找到最佳的操作參數的組合，通過重復試驗驗證，確立了最佳控制水平，這為提高產能、提升產品質量、降低能耗、降低運行成本、實現達標放、保護環境以及防止污染奠定了基礎；實現了多贏、共贏；工作流程如圖1所示，氮氣閉路循環 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 結束語

本項目的開發成功可帶來以下好處：

1）公司可隨時掌握設備的運行情況；

2）如果發現運行異常，可指導用戶進行維修或簡單維護，如果需要赴現場處理，可先做好預案，縮短維修時間，減小用戶損失；

3）對采集的數據進行分析，對今后同類產品的設計、制造起到指導作用，有利于提高設備的性能，提升設備的檔次；

4）互聯網技術的應用，可以大大推動干燥設備的智能化設計和智能化控制水平，可促進我國干燥設備行業的技術水平；

5）若在設備的使用過程中，對控制條件進行優化組合，應用優選法——多因素多水平的正交試驗設計，可以實現產能的最大化、產品質量的最優化和綜合能耗的最低化；

6）聯合開發是一種雙贏模式，制造企業得到了第一手資料，避免了設計制造過程出現的問題與失誤，使用單位可以得到優質、高產以及低耗的產品。

這種設備制造廠家與用戶單位聯合開發，共同研究的合作模式，值得市場推廣應用，充分應用互聯網、大數據、云計算和遠程服務等現代化的技術手段，實現人工智能，即智能化設計、智能化操作和智能化服務，既提升了應用單位的產品品質，又提高了設計制造單位的裝備水平，從整體看提升了我國干燥技術的水平，是一件利國利民的大好事，對促進我國先進裝備制造業起到了示范和指導作用；為今后參與國際競爭創造了條件，為我國干燥裝備走出國門，走向世界提供了機會，為共同實現“中國制造2025”的目標努力奮斗。