平行位移輸送泵在中成藥制造行業中的應用分析

張勝ZHANG Sheng；徐爍XU Shuo

（廣州白云山潘高壽藥業股份有限公司，廣州 510000）

0 引言

在制藥、食品、飲料、化妝品、生物、精細化工等眾多的工業生產領域，經常會遇到高黏稠、高敏感度、高硬度并帶有顆粒、或者氣-液或固-液混合輸送的問題。長期以來，針對這類產品的輸送難題，人們設計出了多種不同的輸送泵，如轉子泵、離心泵、螺桿泵、蠕動泵、隔膜泵、柱塞泵等。但在工業生產實踐中，它們普遍存在兼容性差、使用和維護成本高、能耗大、設備性價比低等問題，很多時候不能滿足生產要求[1]。基于此，本文以某中成藥制造企業為研究對象，針對平行位移輸送泵的優勢及應用效果進行分析討論。

1 平行位移輸送泵的工作原理

平行位移輸送泵也叫平行泵、平移泵。整個泵系統由泵體、傳動箱體、驅動電機三個主要部分組成。泵體是核心部件，由自吸負壓進料腔體，無損物料輸送腔體，平行轉子，高壓排料腔體，雙機械密封腔體，高強度傳動軸等部件組成。

工作原理：泵體特殊設計的螺旋系統，相互嚙合，與腔體內壁緊密配合，形成一系列動態的、空間曲面相互密封的平行小室。相對運動形成的動態旋轉曲面密封結構，隨著連續的嚙合和分離運動，從前到后連續不斷重復發生，將腔體中的流體沿著螺旋方向連續推移，高壓平穩輸出[2]。

2 平行位移輸送泵的特點及優勢

平行泵作為衛生級的輸送泵，特別適合高粘度、高敏感度、高顆粒物料的輸送[4]。與傳統的物料輸送泵相比，有較明顯的優勢：①平行泵優于轉子泵：不但可輸送中高粘度物料，也可輸送極低粘度物料；最高粘度可達2000000cps。②平行泵優于齒輪泵，對物料沒有任何的擠壓、剪切、破壞；可輸送包含多種大小不同顆粒的物料，能夠進行氣-液、固-液等不均勻相的混合穩定輸送。③平行泵優于螺桿泵：不但體積小，能耗低，效率高；只有非接觸螺旋轉子對，同步旋轉的轉子，沒有定子結構，更沒有金屬間的直接接觸，因此沒有磨損，不需要定期更換轉子—定子。模塊化結構，安裝維護方便。④平行泵優于蠕動泵，優于柱塞泵，優于隔膜泵，物料輸出平穩連續，抗氣蝕，抗沖擊，沒有脈動波動，沒有震動和噪音。⑤平行泵獨特的動態旋轉曲面密封結構，優于液環自吸泵，自吸力非常強大；可形成-0.98bar真空負壓。⑥平行泵的輸送方向與物料流動方向相同，沿軸向輸送，揚程高，流量大：壓力約在6-25bar，流量可達235m3/h。⑦平行泵可以高速旋轉，最高轉速可達4000轉/分，不需要減速電機，不但可以干轉，而且可以反轉，可根據工藝需要而任意改變流向。

3 某中成藥制造企業的平行泵應用

某中成藥制造企業主要生產膏劑產品，以葡萄糖漿作為原料，每年葡萄糖漿的使用量超2000噸，隨著產能的增加，且呈逐年遞增的趨勢。為了解決日益增加的產能需求與落后生產方式之間的矛盾，該企業新建了一套葡萄糖漿輸送系統，以實現提質增效、綠色生產，降低勞動強度，實現節能和清潔生產改造，創建綠色工廠，提高自動化程度，提升安全生產和經營管理水平。

3.1 葡萄糖漿的特性

葡萄糖漿是一種以淀粉為原料在酶或酸的作用下產生的一種淀粉糖漿，主要成分有葡萄糖、麥芽糖、麥芽三糖、麥芽四糖及以上等。

葡萄糖漿作為一種粘稠性液體，其粘度不僅影響生產、運輸時的泵送摩擦力，還與被加工產品的口感、粘度、成型均息息相關。粘度決定著流體的力學特征，是流體的重要物性參數之一，影響著流體的傳熱和傳質特性，反映著流體在流動過程中的內部阻力[4]。

根據實驗數據表明，葡萄糖漿會隨著溫度的增加，粘度呈下降趨勢，15℃時糖漿粘度為9220mPa·s，60℃時糖漿粘度下降至237.5mPa·s。這是因為液體分子的粘度主要來源于分子間內聚力，當溫度升高時，體積膨脹，分子間距離增大，分子間的摩擦力減小，糖漿的流動性增大，表現為隨著溫度的升高，糖漿粘度下降。溫度與葡萄糖漿粘度的關系如圖1所示。

3.2 平行泵的應用背景

該企業的葡萄糖漿由供應商分裝成桶，經貨車運輸至企業倉庫。由于常溫下葡萄糖漿的流動性差、粘度高，生產使用時，需要員工運至生產大樓4樓，經工業微波爐加熱后，用氣動隔膜泵輸送至使用點。該企業平均每天需要8批葡萄糖漿，每批22桶計（40g/桶），人工每天至少需要搬抬176桶，勞動強度大，操作繁瑣，而且采用工業微波爐進行加熱，功率大（兩臺各90kW），能耗高，能源利用率低。

3.3 項目建設目標

項目采用平行泵，建成一套自動化葡萄糖漿輸送系統，有效容積60T，能力5-6T/H，實現葡萄糖漿的儲存輸送、定量分配、設備和管道系統的在線清洗及葡萄糖漿的水浴循環保溫。

3.4 平行泵的測試及選型

考慮到葡萄糖漿的特性，針對本項目的應用背景及建設目標，平行泵及轉子泵均可滿足葡萄糖漿的輸送要求。由于這兩種類型輸送泵在結構及功能上具有一定的共性，為此針對平行泵及轉子泵的特點進行對比，如表1所示。

由表1可看出平行本整體的性能參數優于轉子泵，且由于平行泵可輸送低、中、高各種粘度的物料，具備二合一的功能，既可作為葡萄糖漿的輸送泵，又可作為CIP的清洗泵，所以在本項目中選用平行泵作為輸送泵更為合適，可簡化系統，有效避免系統冗余。

表1 平行泵及轉子泵對比

同時為了確保葡萄糖漿在極寒天氣下的輸送效果，對不同型號的平行泵在極端條件下的輸送性能進行了模擬測試，測試效果如表2所示。

表2 葡萄糖漿針對不同型號平行泵的測試效果

通過上述測試，葡萄糖漿在溫度6℃的工況下，達到揚程0.2MPa及以上的壓差要求，可很好的完成葡萄糖漿低溫常壓條件下，銜接室外儲罐進行出料并輸送至四樓車間的工作。

3.5 項目建設主要內容

葡萄糖漿輸送系統整體工藝流程實現半自動化控制，系統按照模塊化控制理念設計，劃分為葡萄糖漿儲存單元和分配單元。

物料儲存前輸送：物料經運輸車到廠區后，經過一樓平行泵輸送至三個儲存罐內（15T一個）。通過平行泵將一樓儲罐內的物料輸送至四樓（層高20m）潔凈區緩存罐，緩存罐通過液位計檢測，達到要求后自動停止一樓平行泵，關閉進料閥門。一樓兩臺平行泵通過管道和閥門的配置達到物料儲存前輸送和前置送料兩個功能。

物料分配系統：使用時，四樓緩存罐中葡萄糖漿經四樓平行泵輸送至需要加料的儲罐內，通過質量流量計進行精準計量。質量流量計信息通過PLC系統處理，自動控制四樓供料泵啟停，實現對相應儲罐的加料。主管道系統中的壓力是實時監控的，并由PLC與平行泵的工作狀況聯動，通過編程—識別—啟動這種工作方式控制，衛生，安全，可靠。

水浴系統：葡萄糖漿的粘度及流動性受溫度的影響極大，為確保冬季極寒天氣物料的正常輸送，避免對平行泵造成過大負載，需對一樓3個15T儲罐及一樓至四樓的物料管道采用循環水浴電加熱保溫，溫度恒定在20度±5度，保證低溫天氣下正常的生產活動不受影響。

清洗系統：一樓三個儲罐的清洗通過二樓下放沸水進入三個儲存罐頂部洗罐器，罐內沸水到達一定量后，一樓平行泵啟動，罐內沸水經平行泵進行清洗循環，達到清洗效果，節約用水。一樓到四樓物料管道的清洗可通過平行泵將一樓儲存罐內潔凈的沸水輸送至四樓緩存罐，沸水再經緩存罐排放，從而達到管道清洗的效果。

項目所用主要設備及規格型號如表3所示。

表3 項目平行泵型號

4 平行泵的應用效益分析

4.1 經濟效益

人工成本：

改造前該司用于葡萄糖漿搬運崗位共有3人，項目建成后基本實現自動化控制，可節省2個人工，該企業在該崗位平均每年為每人支出的薪酬為8萬元計算，則每年可節約人工費：2×8=16萬元

物料成本：

項目建成后，葡萄糖漿由桶裝改為槽罐車運輸，每噸葡萄糖漿的單價可降低50元。按照年使用量為2000噸計算，每年節約物料成本：50×2000=10萬元

能耗成本：

改造前葡萄糖漿輸送前需采用工業微波爐加熱，每臺工業微波爐功率為90kW，項目建成后，原工業微波爐取消，新設備總功率為20kW，改造前后各半年的用電量如表4所示。

表4 改造前后上半年的用電量 單位：kW·h

本項目于2019年12月開始申請立項，至2020年6月開始施工，同年8月全部完工，施工周期3個月。通過上述實際用電數據分析，項目改造后年節約用電量：

106600kW·h-10440kW·h=96160kW·h

設備維護成本：

原工業微波爐的發熱管為易損件，需定期進行維護，每年備件的購置費用約5萬元。

改造后，能耗成本顯著降低，自動化程度提升，有效降低勞動程度，實現節能減排、降本增效，達到了項目預期目標。同時隨著公司生產產量的不斷增加，節省電量能耗更多，經濟效益更加顯著。

4.2 社會效益

①項目淘汰老舊、高能耗設備，建成自動化、智能化的物料輸送系統，有助于推進中成藥制造數字化、網絡化、智能化建設，加強技術集成和工藝創新，提升企業中成藥裝備制造水平，加速中成藥生產流程的標準化、現代化，有效推動我國中醫藥產業朝著更加規范、高質量的方向發展，為行業中眾多急需進行設備升級改造的老工廠提供成功的樣本，由此促進整個行業的新一輪轉型升級和淘汰落后產能。因此，項目的建設對中藥制造業的高質量發展起到一定的推動作用。②新版GMP及近年來相關法律法規的修訂，旨在督促企業建立起嚴密的生產管理體系和完善的質量保障體系。改造前該企業葡萄糖漿采用桶裝，存在一定的風險，改造后，所有物料采用衛生級管道密閉輸送，降低了質量風險，保證產品質量，確保適應相關法律法規的最新要求[5]。③項目建成投產后，節能降耗，響應國家的節能減排降耗政策，同時生產工序得到簡化，生產用時減少，產能增加，在原有生產用地不變的情況下，提高設備的效率及時間的利用率，實現生產裝備效益的最大化，即公司效益的最大化。

5 結論

平行泵有獨特的設計和優異的性能，通過實際應用可以看出，平行泵適用各種流體介質，揚程高、噪音小、能耗低、輸送平穩等特點。平行泵作為新型物料輸送泵，一泵多能，隨著各行各業生產的逐漸精細化，人們對平行泵的認識會逐步加深，平行泵本身也可以與傳統的輸送泵形成有效的互補，未來在制藥、乳制品、食品、肉制品、飲料、化妝品、化工等行業會有更加廣闊的應用前景。