洪建春　戢兵　林俊杰

摘? ?要： 為沸騰制粒機(jī)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(dòng)性差、粉劑流化不全面成為實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。對(duì)迦南FZ 300型沸騰制粒機(jī)工作原理進(jìn)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(jìn)的關(guān)鍵因素。設(shè)計(jì)一種以氣缸為自動(dòng)取樣執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)取樣裝置，通過(guò)PLC保證取樣時(shí)間的一致性和數(shù)據(jù)記錄的準(zhǔn)確性，為生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)督和工藝參數(shù)控制提供便利。經(jīng)過(guò)7～10個(gè)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(dòng)時(shí)取樣的相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，完全符合生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（GMP）要求。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ075+.2? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：2095-8412 （2020） 01-038-04

工業(yè)技術(shù)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(jī)是一種將固體物料制備為粉末顆粒的設(shè)備[1]。為適應(yīng)生產(chǎn)特性、質(zhì)量和效率要求，經(jīng)常需要對(duì)沸騰制粒機(jī)進(jìn)行改造升級(jí)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新或功能創(chuàng)新[2-3]。湯臣倍健股份有限公司（以下簡(jiǎn)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(jiǎn)稱“迦南”）提供的車(chē)間連續(xù)生產(chǎn)線[4]，其中沸騰制粒機(jī)采用的是迦南FZ 300型制粒機(jī)。為適應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)，該型制粒機(jī)已進(jìn)行過(guò)升級(jí)改造;與改造前相比，在結(jié)構(gòu)上增加了翻板，改動(dòng)了濾筒，但熱空氣流動(dòng)性差、粉劑流化不全面仍是主要技術(shù)制約瓶頸[5-6]。

在沸騰制粒機(jī)中，濕物料從加料器進(jìn)入干燥機(jī)[7]，由于風(fēng)壓的作用，物料在干燥機(jī)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(shí)間內(nèi)完成物料烘干[9]。

本文針對(duì)熱空氣流動(dòng)性不好等問(wèn)題，根據(jù)沸騰制粒機(jī)工藝特點(diǎn)，增加了氣缸式自動(dòng)取樣裝置，增加了水分監(jiān)測(cè)采樣裝置，技術(shù)改造加數(shù)據(jù)說(shuō)話，保證了連續(xù)生產(chǎn)中的產(chǎn)品質(zhì)量。

1? 問(wèn)題分析

1.1? 工作原理分析

迦南FZ 300型沸騰制粒機(jī)的工作流程如下：

罐體真空處理→進(jìn)料→流化→升溫→噴液→沸騰→干燥→冷卻→出料

該機(jī)型在我司被大量采用。改造前制粒生產(chǎn)線采用捕集袋過(guò)濾粉塵[10]，不僅過(guò)程控制簡(jiǎn)單易掌握，而且過(guò)濾效率高，物料流化狀態(tài)好，物料能被充分干燥[11-12]。后來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所改動(dòng)：為方便出料，采用氣流分布板進(jìn)行翻轉(zhuǎn)出料，但氣流分布板會(huì)與物料過(guò)多接觸，容易導(dǎo)致堵塞[13];捕集袋換作濾筒結(jié)構(gòu)，曾使用金屬網(wǎng)過(guò)濾，但無(wú)法適應(yīng)生產(chǎn)[14]，故又改用支架套布袋的方式過(guò)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?yàn)檫@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(shí)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(guò)濾效果有所提高[16]。工作過(guò)程：樓頂排風(fēng)機(jī)工作，熱空氣由新風(fēng)柜進(jìn)入，經(jīng)過(guò)初、中效過(guò)濾器后穿過(guò)表冷去濕、熱交換器加熱，再經(jīng)過(guò)高效過(guò)濾器后從流化床底部進(jìn)入;熱空氣透過(guò)篩網(wǎng)吹起擴(kuò)散室物料，使物料在擴(kuò)散室呈沸騰狀態(tài);熱空氣經(jīng)過(guò)濾筒，再經(jīng)過(guò)除塵柜后由排風(fēng)機(jī)排出。由于熱空氣的作用，物料在擴(kuò)散室通過(guò)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(fù)壓輸送到下一流程，中間不停留。中間過(guò)程一直在管道和各倉(cāng)體間轉(zhuǎn)換，所以物料干燥時(shí)的水分監(jiān)測(cè)就尤為重要。迦南FZ 300型沸騰制粒機(jī)采用人工取樣，不利于實(shí)現(xiàn)無(wú)人化車(chē)間的目標(biāo)，同時(shí)人工取樣難免出現(xiàn)漏取。此外，取樣時(shí)間不一致會(huì)導(dǎo)致記錄失實(shí)，取樣不及時(shí)則會(huì)導(dǎo)致物料水分含量過(guò)高。

1.2? 物料水分含量對(duì)生產(chǎn)的影響分析

水分含量大，會(huì)造成流化過(guò)程中發(fā)生塌鍋。生產(chǎn)過(guò)程中，如果物料含水量過(guò)大，又不控制噴液使物料及時(shí)干燥，就會(huì)使物料下沉到篩網(wǎng)上，堵塞網(wǎng)孔，導(dǎo)致熱風(fēng)無(wú)法穿過(guò)，流化失敗。一旦塌鍋，整鍋300 kg左右的物料就會(huì)在80℃以上的高溫下變黃結(jié)塊，直接報(bào)廢，這將造成十余萬(wàn)元的損失。若造成此后果，沸騰制粒機(jī)就需要重新清洗，與改造前制粒生產(chǎn)線可以單獨(dú)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(gè)清洗系統(tǒng)。當(dāng)沸騰制粒機(jī)需要清洗時(shí)，雖然其他倉(cāng)室有閥門(mén)控制，可以單獨(dú)清洗，但一旦某一密封圈出現(xiàn)問(wèn)題，仍然會(huì)波及整個(gè)生產(chǎn)線的物料，造成更大損失。連續(xù)生產(chǎn)線清洗與倉(cāng)體干燥的時(shí)間至少為16 h，不僅造成時(shí)間浪費(fèi)，而且影響產(chǎn)能。

水分含量大，同時(shí)會(huì)使后續(xù)壓片工序出現(xiàn)粘沖，導(dǎo)致片子表面不光滑或殘缺。出現(xiàn)此情況時(shí)，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，需要大量人力進(jìn)行挑片，嚴(yán)重時(shí)甚至需將片子全部粉碎。但是，水分含量低，會(huì)使在后續(xù)壓片工序造成裂片，體現(xiàn)為片子分層開(kāi)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(fèi)。

2? 自動(dòng)取樣改造

2.1? 改造方案

自動(dòng)取樣器由結(jié)構(gòu)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(fù)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(dá)設(shè)定的取樣時(shí)間，控制器將發(fā)出高電位信號(hào)，控制電磁閥動(dòng)作，壓縮空氣通過(guò)電磁閥的空氣通道對(duì)氣缸的兩路氣管進(jìn)行氣源控制，從而控制氣缸頂出（取料開(kāi)始）;物料從活塞與筒體間隙進(jìn)入盛裝容器并收回（取料截止）?；钊氐酵仓?，閉合與筒體之間的間隙。

改造時(shí)，取下原有手動(dòng)取樣器柱塞的圓形按鈕，焊接支架固定在以前的卡盤(pán)上，用來(lái)固定自動(dòng)取樣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)——?dú)飧?。氣缸活塞桿與手動(dòng)取樣機(jī)構(gòu)連桿用連軸器連接。PLC分出一個(gè)輸出點(diǎn)，連接電磁閥，控制壓縮空氣驅(qū)動(dòng)氣缸。出料前打開(kāi)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(pán)，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(jìn)行氣源控制。

3? 改造后的效果

3.1? 過(guò)程控制改進(jìn)

當(dāng)程序執(zhí)行到尾端時(shí)，在一固定時(shí)間點(diǎn)完成取樣。若檢測(cè)合格，則放行物料，進(jìn)入下一步，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行記錄。目前在持續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)因物料水分問(wèn)題導(dǎo)致的偏差和塌鍋現(xiàn)象。

3.2 工藝配方改進(jìn)

結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程形成工藝參數(shù)并記錄，可以對(duì)工藝進(jìn)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(shí)，常因原料供應(yīng)批號(hào)不同、原料本身的差異或生產(chǎn)廠家不同導(dǎo)致生產(chǎn)工藝不穩(wěn)定，耗時(shí)耗力，但技術(shù)改造后，記錄數(shù)據(jù)的一致性和真實(shí)性為問(wèn)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(shí)，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性也為后續(xù)新品的研發(fā)和試產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。

3.3 總體評(píng)價(jià)

（1）結(jié)合程序控制，取樣時(shí)間可調(diào)可測(cè)，取樣間隔可靈活設(shè)置;

（2）正負(fù)壓環(huán)境下均可使用;

（3）物料高溫時(shí)也可使用;

（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)間誤差，為生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)督和工藝參數(shù)控制提供便利。

4? 結(jié)束語(yǔ)

車(chē)間提出增加自動(dòng)取樣裝置要求后，咨詢相關(guān)廠家，沒(méi)有相應(yīng)裝置提供。本著我司提出的“低成本自動(dòng)化”要求，對(duì)沸騰制粒機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，醞釀出各種方案，最終設(shè)計(jì)出帶有氣缸的機(jī)械裝置。裝置滿足車(chē)間粉塵環(huán)境下的使用需求，表面容易清潔，結(jié)構(gòu)可全拆解，損壞后更換方便，簡(jiǎn)單實(shí)用。經(jīng)過(guò)7～10個(gè)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(dòng)時(shí)取樣的各個(gè)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(jiǎn)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(shè)備應(yīng)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）