喷雾制粒干燥装置的智能化设计和网络化服务的开发与应用

陆禹州，顾晓峰，范 斌，黄 凯，陆文光

（江苏宇通干燥工程有限公司，江苏 常州 213116）

1 引言

喷雾干燥、沸腾制粒是目前国内常见的生产方法，分别由干燥机和制粒机来完成。本公司的发明专利《一种喷雾制粒干燥装置》CN105890288B，是一种集均质、混合、喷浆、沸腾制粒和流化干燥为一体的连续一体化装备，并且是在同一台设备内一步完成，没有中转环节、没有停留时间、不需要二次除尘，生产效率高、时间短、一次产品收率高以及合格率高；避免了转运污染，有利于自动化实施和数据采集，有利于优选法正交试验的进行；最关键的是不需要添加辅料或粘结剂，这样药品的纯度高，药效好，目前国家已全面禁止在中药配方颗粒中添加辅料和粘结剂，所以这种一步制粒的设备具有很大的市场潜力和发展前景。

2 干燥设备的远程运维

为了进一步提升干燥设备的科技含量，联合开发了干燥设备的远程运维服务项目。

实践选用了压力喷雾制粒干燥机作为试点，其产品是维生素B。

2.1 喷雾制粒干燥设备的选型计算［1］

已知水分蒸发量

W

= 1 200 kg/h，初含水量

w

= 80%，终含水量

w

≤3%，处理量

G

和产量

G

分别为

已知进风温度

t

= 240℃，出风温度

t

= 100℃，物料温度

t

= 85℃，所需风量

L

为

式中，620是每蒸发1 kg 水的需热量，单位为 kcal / (kg·℃)。

式中，

P

是空气为 20℃ 时的密度，单位为 kg/m,

P

= 1.2。

式中，

t

是常温空气温度，单位为 ℃，

t

= 20；273是绝对温对值，单位为℃。已知

L

= 44 081 m/h，空床风速

v

= 0.35 m/s，压力喷雾塔径

D

为

圆整后，取

D

= 6.8 m = 6 800 mm。

2.2 散热器加热面积计算［2］

已知鼓风风量

L

= 25 177 kg/h，水蒸汽表压 10 kg/cm= 1.0 MPa，此时的水蒸汽温度为 183.2℃，水蒸汽密度为 5.616 kg/m，汽化潜热为 2 008 kJ/kg；计算水蒸汽加热时，空气升温所需的热量

Q

为

式中，

c

是20℃时的空气比热，单位为kJ/（kg·℃），

c

=1.01。

水蒸汽（气相）183.2℃→（液相）183.2℃，热风（气相）160℃←（液相）20℃

对数平均温差Δ

t

为

式中，163.2是液相，单位为℃；23.2是气相，单位为℃。加热面积为

式中，

K

是传热系数，

K

= 20 kJ/（m·℃·h）。考虑 20% 的设计余量；近似取

F

= 850 m。

水蒸汽耗量为

2.3 电加热补偿功率计算

已知水蒸汽加热后的热风温度为 160℃，要求电加热补偿至 240℃，已知

L

= 30 212 kg/h，160℃时空气的比热为 1.03kJ/（kg·℃），则电加热升温所需热量

Q

为

当量热值 1 kW = 3 600 kJ，电加热功率

P

为

考虑规整排列，每根电加热功率为 3 kW，每组为 40根，共分6组，合计 720 kW。

2.4 返粉风机选型计算

已知产量为 312 kg/h，除尘得到的细粉按10%～15%计算，细粉量按 40 kg/h计，气固比按1∶3。计算气体量

l

=40×3 = 120 kg/h，折算成体积流量

L

= 120/1.2 = 100 m/h

选用旋涡气泵 2RB410-7AA21，最大气量为 145m/h，最大压力为 19 kPa，功率为 1.1 kW，就能满足生产与工艺的要求。

由于此风量占热风风量的比例很小；100/44 081×100%= 0.23%，故需热量忽略不计。

2.5 成品的冷却与输送［3］

已知成品产量

G

= 312 kg/h，出料温度为90℃，要求冷却到45℃；并输送至成品料仓，进入自动包装生产线。物料释放的热量

Q

为

式中，

C

是物料的比热，单位为 kJ/（kg·℃），

C

= 2.09。

假设用除湿后的洁净空气进行冷却，进风温度取20℃，出风温度取 35℃，则所需冷却风量为

作为第三方，英方并没有使用太多的价值趋近手段，但在其少量的价值描述中，表明对“WTO规则”的支持拥护。在论及美国控诉中国盗窃知识产权时，英方使用“所宣称的知识产权偷窃”，而在论及美国宣称中国“不公平”时常常加注引号，这在中立性的基础上表示了对美方的谴责和向中方的靠拢。

气力输送所需气量为

计算结果表明，物料在冷却的同时，可以兼顾物料输送，不需要另外配置。

2.6 尾气吸收塔设计计算［4］

应用本公司的专利技术 ZL2017 2 1035952.2《一种冷冻溶液循环吸收塔》，尾气通过两级吸收一级为喷淋，二级为冷冻液板式吸收，再用挡水器或丝网捕集器，收集雾滴，防止雾沫夹带。

已知

L

= 32 051 m³/h，尾气温度100℃，此时释放的热量为

假设循环液全部按水来计，温度由20℃→10℃，温差为10℃，此时水的比热取 4.187 kJ/（kg·℃），比重取 1 000 kg/m³，循环液量估算

L

为

其中 60% 需冷却处理，则所需冷量为

循环液冷却器面积

F

为

式中，Δ

t

= 17.4℃；传热系数

K

，由于是液-液传热，所以

K

取 210 kJ/（m·℃·h）。实际面积只要 ≥561 m就能满足工艺；多级板式吸收塔塔径

D

为

式中，

L

单位为 m/h，

L

= 32 051；

v

是空塔气速，单位为 m/s，

v

= 2.5；圆整后取

D

= 2 100 mm。将气速降至 1.5 m/s，塔帽直径

D

′为

式中，

v

′是气速，

v

′=1.5 m/s，圆整后取

D

′= 2 800 mm。

吸收塔高度估算：塔帽为 2.8×1.2 = 3.4 m；塔板为0.5×4 = 2.0 m；一级喷淋为2.5 m；二级分布器为1.5 m；循环液槽为

要求吸收塔的孔速≥20 m/s；溢流堰高度取40 mm（可调）；确保尾气的排放标准达到国标规定的指标 ≤ 30 mg/m³。

为了优化工艺，寻找最佳操作参数和控制指标，产学研全面合作，供需双方共同参与，应用华罗庚的“优选法”，采用三因素三水平的正交试验设计，对操作参数与指标进行优化组合，经过九次试验，回归分析，找到最佳的操作参数的组合，通过重复试验验证，确立了最佳控制水平，这为提高产能、提升产品质量、降低能耗、降低运行成本、实现达标放、保护环境以及防止污染奠定了基础；实现了多赢、共赢；工作流程如图1所示，氮气闭路循环 VC 专用干燥装置工艺流程如图2所示。

图 1 工作流程示意图

3 结束语

本项目的开发成功可带来以下好处：

1）公司可随时掌握设备的运行情况；

2）如果发现运行异常，可指导用户进行维修或简单维护，如果需要赴现场处理，可先做好预案，缩短维修时间，减小用户损失；

3）对采集的数据进行分析，对今后同类产品的设计、制造起到指导作用，有利于提高设备的性能，提升设备的档次；

4）互联网技术的应用，可以大大推动干燥设备的智能化设计和智能化控制水平，可促进我国干燥设备行业的技术水平；

5）若在设备的使用过程中，对控制条件进行优化组合，应用优选法——多因素多水平的正交试验设计，可以实现产能的最大化、产品质量的最优化和综合能耗的最低化；

6）联合开发是一种双赢模式，制造企业得到了第一手资料，避免了设计制造过程出现的问题与失误，使用单位可以得到优质、高产以及低耗的产品。

这种设备制造厂家与用户单位联合开发，共同研究的合作模式，值得市场推广应用，充分应用互联网、大数据、云计算和远程服务等现代化的技术手段，实现人工智能，即智能化设计、智能化操作和智能化服务，既提升了应用单位的产品品质，又提高了设计制造单位的装备水平，从整体看提升了我国干燥技术的水平，是一件利国利民的大好事，对促进我国先进装备制造业起到了示范和指导作用；为今后参与国际竞争创造了条件，为我国干燥装备走出国门，走向世界提供了机会，为共同实现“中国制造2025”的目标努力奋斗。