药品干燥生产过程控制系统.doc

一、工艺流程说明及设计要求简介1.1被控对象工艺流程概述被控对象为过程工业常见的夹套加热和真空抽吸并行的药品干燥控制系统，属于干燥控制。其工艺流程图如图1.1所示：图1.1 药品干燥生产工艺流程图该连续干燥系统以潮湿药品为干燥对象，在干燥室内通过夹套加热使药品中的水分蒸发出来，再通过真空抽吸的方式将水蒸气抽出干燥室，药品达到干燥程度后运出药品干燥室进入包装车间。二、控制方案的分析及论证目前，药材干燥过程中自动化程度不高，不能分时间段对中草药的含水率、水分活度，以及干燥介质的温度、湿度、流速等进行自动监控，都造成干燥品质不佳，最终含水率不符合要求，严重地影响中草药产品的品质。夹套加热式干燥装备，属于热泵热技术领域。该干燥系统装置实现对湿度和温度的双向监控。计算机软硬件技术的发展为数据的自动采集、显示和保存及参数的自动监控提供了强大的便利条件。采用上、下位机来实现对干燥系统运行过程中各个重要工况参数的监测、调控，可以减少人工监测、调控的失误，减少系统调节滞后，提高系统的调节精度和灵敏度。因此，将检测、传感及控制技术结合起来应用于隔层加热和真空抽吸干燥加工，能够实现对干燥加工过程的全自动控制，从而降低操作成本和干燥能耗，提高药品品质。同时，实时记录干燥过程失水量的多少，从而掌握其平衡含水率。对于不同的中药材，可以方便的检测其干燥过程的相关参数，反过来实验数据也可以为药材干燥过程整个工艺的实施提供参考。2.1夹套加热和真空抽吸的工作原理及优点2.1.1干燥装置及其工作原理主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀阀等组成的闭路循环系统。热泵的工作介质在蒸发器中吸收来自干燥系统排出的废气中热量后，由液体蒸发为蒸汽；经压缩机压缩后送到冷凝器中；在高压下热泵工质冷凝液化，放出的高温冷凝热去加热来自蒸发器的降温除湿的低温干空气，把低温干空气加热到要求的温度后进入干燥室内作为干燥介质循环使用：液化后的热泵工质经膨胀阀再次返回到蒸发器内，如此循环下去。废气中的大部分水蒸汽在蒸发器中被冷凝下来直接排掉。干燥系统排出的废气(低温湿空气)在状态1(图中点1)下，进入热泵蒸发器内，先降温到状态2(图中点2)达到饱和状态。在状态1到状态2的过程中，空气的绝对湿度(x)不变，而相对湿度不断增大，直到饱和状态；在蒸发器内，空气继续降温，其中的水蒸汽不断被冷凝下来，这时x沿着等线下降至状态3(图中点3)。除湿降温后的干空气离开蒸发器进入冷凝器被加热升温到状态4(图中点4)。由状态4到1是空气在于燥器内的变化过程。这就是空气在热泵干燥装置内经历的一个循环过程，因此，常把这样的一个系统称为热泵除湿干燥器。冷凝水干燥室热蒸汽12341-冷凝器 2-压缩机 3-蒸发器 4-膨胀阀图2.1 干燥装置的工作原理三、干燥系统的设计及仪器仪表选型目前，药材干燥过程中自动化程度不高，不能分时间段对中草药的含水率、水分活度，以及干燥介质的温度、湿度、流速等进行自动监控，都造成干燥品质不佳，最终含水率不符合要求，严重地影响中草药产品的品质。该热泵干燥实验装置实现对湿度和温度的双向监控。计算机软硬件技术的发展为数据的自动采集、显示和保存及参数的自动监控提供了强大的便利条件。采用上、下位机来实现对热泵干燥系统运行过程中各个重要工况参数的监测、调控，可以减少人工监测、调控的失误，减少系统调节滞后，提高系统的调节精度和灵敏度。因此，将检测、传感及控制技术结合起来应用于热泵干燥加工，能够实现对干燥加工过程的全自动控制，从而降低操作成本和干燥能耗，提高药品品质。同时，实时记录干燥过程失水量的多少，从而掌握其平衡含水率。3.1干燥试验装置的结构主要Eb热泵系统(11 kw全封压缩机、冷凝器、辅助冷凝器、蒸发器、辅助蒸发器、节流装置等)和空气回路(离心风机和干燥室等)组成，如图3一l所示。按照循环系统的组成部件和它的作用分别由四个过程来实现。压缩过程：从压缩机开始，制冷剂气体在低温低压状态下进入压缩机，在压缩机中被压缩，提高气体的压力和温度后，排入冷凝器中。冷凝过程：从压缩机中排出来的高压高温气体，进入冷凝器中，将热量传递给外界空气或冷却水后，凝结为液态制冷剂，流向节流装置。节流过程：又称膨胀过程，冷凝器中凝结后的液体制冷剂，在高压下流向膨胀阀，由于膨胀阀能进行减压节流的作用，从而使通过膨胀阀后进来的液体制冷剂压力下降。蒸发过程：从膨胀阀出来的液体压力是低压，当这种低压液体流向蒸发器中，即行吸收外界的热量而蒸发为气体，从而使外界环境温度降低，蒸发后的低温低压气体又被压缩机吸回，进行再压缩、冷凝、膨胀、蒸发，依次不断地循环。干燥过程中，空气吹过干燥室中物料表面，吸收物料中的水分而达到干燥物料的作用：制冷系统中蒸发器对流过其中的含湿量高、相对湿度大的空气降温、除湿。冷凝器的作用是对蒸发器出口的空气等湿升温、提高其吸湿能力，使空气循环、反复利用。干燥室水分排出风机12345678910111辅助冷凝器2 2.降温电磁阀 3.冷凝器1 4升温电磁恻1 5.膨胀阀 6.辅助电加热7压缩机电磁阀3 8干燥室 9蒸发器 10.压缩机 11.气液分离器图3-1干燥装置结构图3.2热泵干燥试验装置工作过程本系统主要针对干燥温度进行控制，药材的干燥温度一般在左右，装置制冷剂循环路径并联两个冷凝器，分别在制冷和制热时接通。当系统启动时，压缩机电磁阀3打丌，启动压缩机，如需要制热时，升温电磁阀1打开，降温电磁阀2关闭，制冷剂流向经过冷凝器1、膨胀阀、蒸发室，冷凝器1接于干燥箱内，被干燥空气流经冷凝器1，温度升高；当需要制冷时，降温电磁阀打开，升温电磁阀关闭，制冷剂流向辅助冷凝器2，膨胀阀、蒸发室，由于辅助冷凝器2接于干燥箱外，被干燥空气流通路径不经过辅助冷凝器2，在制冷时制冷剂不经过冷凝器1，所以被干燥空气在流经蒸发室时被冷却降温，在流经冷凝器1时不被升温，故起到降温作用：同时被干燥空气在流经蒸发室时被除湿。湿空气进入蒸发器表面，当温度低于空气露点温度时，空气中的水分就会凝结成水珠，从排水管流出。经蒸发器冷却去湿后的空气再经冷凝器加热后，再由风机送入干燥室内、室内空气经过这样不断循环，空气中的水分也就不断地被凝聚，以达到除湿的目的。热泵干燥系统运