連續(xù)化生產(chǎn)工藝中配料方法的研究與應(yīng)用
| 1 引言 在化工、醫(yī)藥、冶金、建材、糧食、飼料等行業(yè)中，許多生產(chǎn)過程都有配料工藝的存在。原料配料工藝是一個非常重要的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，配料的準(zhǔn)確、混合的均勻、工作的穩(wěn)定是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的先決條件，對產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)品的定位有很大的影響。傳統(tǒng)的配料方式大都采用手工方式。隨著工業(yè)化的進(jìn)程加快，生產(chǎn)過程自動化程度的提高和生產(chǎn)規(guī)模的增大，這種手工方式逐步被淘汰。更為重要的一個原因就是為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，必須克服人為因素造成的操作誤差。因此在連續(xù)化生產(chǎn)過程中，由計算機(jī)稱重系統(tǒng)構(gòu)成的配料系統(tǒng)有了非常廣泛和成功的應(yīng)用。 配料工藝實質(zhì)上是有兩部分組成：配料過程和混合過程。因此衡量一個完整的配料工藝效果的如何，不僅僅取決于一個方面，應(yīng)該是兩個方面的綜合效果。 連續(xù)化生產(chǎn)工藝中自動配料方法有兩種方式，間歇批量配料方式和在線連續(xù)化配料方式。這兩種方式各有特點，適用于不同的生產(chǎn)工藝中。 2 連續(xù)化生產(chǎn)工藝中間歇式批量配料方法及其特點 目前國際上流行的或者說工業(yè)生產(chǎn)中大量應(yīng)用的都是間歇式批量配料方法。這種方法是將各種不同成分的物料，采用靜態(tài)稱重容器單獨的分別稱量，分時送入一個混合容器中采用機(jī)械攪拌方式進(jìn)行一定時間的均化混合。所以這種方法也稱為階梯時差配料工藝。因為這種方法是采用靜態(tài)稱重，是非連續(xù)的。在稱重期間被稱物料和承載容器之間沒有相對運動，所以其稱量精度能達(dá)到比較高的水平，這就是間歇式配料的******優(yōu)點。但配料工藝性能如何，是由配比和混合兩個因素決定的。配比精確只解決了其中的一個問題，在混合和其他方面，間歇配料仍有不足之處： a． 配料工藝中的儲存、稱重、混合的容量是整個生產(chǎn)線的瓶頸； b．生產(chǎn)工藝不連續(xù)，容易造成批次誤差，批次的均一性不是很好； c．混合時間比較長，生產(chǎn)效率比較低； d．在幾種固態(tài)物料的配比中，若物料的比重、料徑不一致的情況下，需要尋找一個適宜的混合時間以確保其均勻度。否則時間越長，越容易產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象，尤其是在后續(xù)工藝是氣力輸送的情況下，分層離析現(xiàn)象更為明顯； ｅ．在多種固態(tài)物料的混配中，幾種物料的比例相差不大時，還比較容易混合均勻；若幾種物料的比例相差懸殊時（例：甲物料是乙物料的萬分之幾），就可能無法達(dá)到混合均勻或要達(dá)到混合均勻就必須加大混合時間； ｆ．在液固相物料配料過程中，若液相比例不是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于固相比例時，更無法達(dá)到混合均勻； ｇ．尤其是不適用于具有快速化學(xué)反應(yīng)特性的固態(tài)物料的配料，因為物料是分時進(jìn)入混合機(jī)中，在兩種物料的界面和非界面處，反應(yīng)效果不一致； ｈ．使用費用高（基建和設(shè)備費用都比較高）； ｉ．運行費用高，由于此系統(tǒng)構(gòu)成比較龐大，相關(guān)輔助設(shè)備和輸送設(shè)備比較多，動力消耗大，維護(hù)費用高，造成生產(chǎn)成本高。 3 在線連續(xù)化配料方法 在20世紀(jì)50年代，美國和德國曾經(jīng)在連續(xù)化配料工藝上做了很多工作，但由于當(dāng)時傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)沒有達(dá)到目前的水平，在配料過程中，配料速度和精度有時很難控制，達(dá)不到要求，所以這種配料的方式應(yīng)用很少，只有在配料精度要求相對比較低，生產(chǎn)量相對比較大，配方品種相對比較少的場合下，有少量的應(yīng)用。20世紀(jì)60年代以后，隨著社會需求的改變，生產(chǎn)量比較少的，但更為精確的配料要求，使這種連續(xù)配料稱重系統(tǒng)被間歇式稱重配料系統(tǒng)逐步取代了。 雖然目前各種形式的間歇配料方式在配料工藝中占了統(tǒng)治地位。但從許多生產(chǎn)過程來看，它并不是很合理和又不是很經(jīng)濟(jì)的，尤其是在生產(chǎn)規(guī)模比較大的工廠，上述的不足尤為明顯。因為間歇配料系統(tǒng)無法做得很龐大，尤其是混合系統(tǒng)受空間、動力、形狀、結(jié)構(gòu)等因素影響，更無法做得很大，所以有時會采用幾套比較小的間歇式配料系統(tǒng)來滿足一條生產(chǎn)線生產(chǎn)不同產(chǎn)品的需求，這就給其他的配料方法的研發(fā)提供了機(jī)遇。而近年來由于計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展和市場需求的不斷擴(kuò)大，國外的許多公司都在連續(xù)化配料方法上做了大量的研發(fā)工作。 連續(xù)化配料方法具有工作效率高，混合設(shè)備容量、體積比較小，混合效果好，配料均一性比較高，投資比較小，運行費用低等特點。在散狀物料處理的大工業(yè)中，使用的越來越多。這種配料工藝也有幾種不同的方法。 3．1 定量控制的配料工藝（圖1） 采用多臺流量控制器并聯(lián)使用。流量控制器本身是由流量檢測單元、流量計算單元和流量控制單元組成的一個完整的閉環(huán)調(diào)節(jié)執(zhí)行回路。每臺流量控制器根據(jù)工藝設(shè)定流量，自動控制其瞬時流量。多臺流量控制器同時工作，控制各自物料以一個恒定的流量和流速進(jìn)入一個連續(xù)式混合機(jī)械中，進(jìn)行邊混合邊輸送，從而達(dá)到物料配比目的。這種方法比較適合于幾種物料比例比較接近，物料流量相差不大的生產(chǎn)工藝中。其混合系統(tǒng)體積比較小，同時具有輸送功能。 3．2 隨動比例配料工藝（圖2） 隨動配料工藝采用一臺流量檢測器和多臺流量控制器構(gòu)成。在有些工業(yè)生產(chǎn)中，某些物料流量是在自然狀態(tài)下的時變系統(tǒng)，受許多外界因素影響，是無法定量控制的。隨動配料工藝是用流量檢測器對具有時變特性的物料流量在線進(jìn)行連續(xù)檢測，并做為主流量，其它可控制的流量做為輔流量。主流量控制器將時變流量信號通過特定接口同時傳輸?shù)蕉嗯_輔流量控制器上，每臺輔流量控制器根據(jù)瞬時主流量和設(shè)定的配比參數(shù)計算出此種物料的當(dāng)前瞬時投入量，并控制其伺服投加系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)投加。主輔多種物料以一個恒定的比例進(jìn)入一個連續(xù)式混合機(jī)械中進(jìn)行邊混合邊輸送，構(gòu)成隨動投加系統(tǒng)。 這種方法比較適用于幾種物料比例相差比較懸殊的配比工藝，同時某個流量又無法進(jìn)行定量控制的時變系統(tǒng)中。 3．3 定量—比例配料方法（圖3） 這種方法和第二種方法相似，但主流量是采用一臺流量控制器而非流量檢測器，此流量控制器的主流量無需工藝人員設(shè)定，而是主控制器采用模糊控制理論通過多參量傳感器組進(jìn)行自動檢測工藝變化情況完成自動設(shè)定。輔流量控制器根據(jù)主流量控制器的瞬時流量和配比參數(shù)，自動控制伺服系統(tǒng)進(jìn)行連續(xù)投加到輸送混合機(jī)中。 這種方法與第二種方法適用范圍基本一致，但控制精度要高得多，同時成本也比較高，僅在一些特定的、要求非常高的工業(yè)生產(chǎn)中有應(yīng)用。 4 連續(xù)式流量檢測方法和連續(xù)式混合方法 連續(xù)式流量檢測，實質(zhì)上是檢測輸送過程中物料的瞬時流量對時間的積分。這種稱量方法實質(zhì)上是“衡器”的概念在連續(xù)稱重技術(shù)中被擴(kuò)展了。 4．1 連續(xù)物料流量測量方法 4．1．1 皮帶稱 皮帶稱是一種很好的連續(xù)式測量固態(tài)散狀物料的設(shè)備，其精度比較高，應(yīng)用很方便。其弱點是開放式，粉塵泄露比較嚴(yán)重；粉塵的附著、皮帶的張緊度、皮帶的平整度，對其測量精度影響比較大；維護(hù)工作量比較大。 4．1．2 沖板流量計 沖板流量計是發(fā)源于20世紀(jì)70年代的一種新的連續(xù)式測量方法。其優(yōu)點是無動力（依靠物料的重力作用），密封性好，維護(hù)工作量小。其缺點是對使用環(huán)境要求比較苛刻。物料的來料高度和角度，環(huán)境振動，流量計出口風(fēng)力對其測量精度都有比較大的影響。 4．1．3 螺旋輸送配料秤 螺旋輸送配料秤實際上是一種懸掛式螺旋稱重器，它是皮帶稱演化而來的。其密封性比較好，工作比較平穩(wěn)；但精度沒有皮帶秤高，粉塵附著、環(huán)境振動、來料高度和角度對其測量精度影響比較大，特別不適用于小流量測量。 4．1．4 差分配料秤（或稱失重秤） 這種方法具有前幾種方法無法比擬的測量精度，它是以靜態(tài)方式測量物料重量，動態(tài)方式輸送的一種配料稱。但其成本比較高。 4．2 連續(xù)式配料系統(tǒng)的混合方式 4．2．1 機(jī)械式混合 機(jī)械式連續(xù)混合方法很多，有螺旋混合機(jī)、螺帶混合機(jī)、漿葉混合機(jī)、犁刀混合機(jī)等，還有將多種方式綜合在一體的混合機(jī)械。 4．2．2 旋轉(zhuǎn)混合 采用多方向旋轉(zhuǎn)的密封容器進(jìn)行混合。 4．2．3 振動混合 采用振動原理進(jìn)行混合 4．2．4 離心混合 采用離心原理，根據(jù)不同的物料用不同的離心速度，邊旋轉(zhuǎn)邊混合。 4．2．5 氣流混合 這種方式通常用于固液相物料配料的包覆工藝、霧化工藝、催化工藝中。 根據(jù)不同工藝要求采用不同的混合方法，許多工業(yè)應(yīng)用中同時采用兩種或多種混合方式進(jìn)行多級混合以達(dá)到混合均勻的效果。 5 連續(xù)式配料工藝在工業(yè)中的應(yīng)用 天津市大澤科技法發(fā)展有限公司是一個專業(yè)化的流體控制工程公司，主要從事固態(tài)粉狀物料、顆粒物料、液態(tài)物料在工業(yè)生產(chǎn)過程中的在線流量檢測及控制方法的研究及相關(guān)機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)。下面就我們近年來在實際應(yīng)用中的一些實例做一下介紹和說明。 5．1 定量控制連續(xù)式配料 a.在面粉生產(chǎn)線的配麥工藝 在許多生產(chǎn)專用高品質(zhì)、高等級的面粉廠中，根據(jù)所生產(chǎn)的面粉品質(zhì)和用途的不同，需要使用不同的原料。為了合理使用小麥，用不同類型的小麥混合加工出符合要求的面粉，在配麥工藝上我們采用多臺“DZ-MP型質(zhì)量流量控制器”在一條輸送螺旋上一字排開，每臺流量控制器根據(jù)工藝人員的設(shè)定流量，自動控制其瞬時流量進(jìn)入螺旋混合機(jī)中，邊輸送邊混合。構(gòu)成了一個完整的定量控制的連續(xù)式配料系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中若出現(xiàn)某一臺無料或堵塞等工藝故障和設(shè)備本身的機(jī)械故障，系統(tǒng)發(fā)出報警信號，同時控制系統(tǒng)中的其他質(zhì)量流量控制器同時關(guān)機(jī)，停止配料。這種方法的應(yīng)用已成功地在國內(nèi)200多條小麥加工生產(chǎn)線中使用。 b.在精制米廠的配米工藝 在許多生產(chǎn)小包裝精制大米的工廠中，需要根據(jù)原料大米的品質(zhì)和市場的需求進(jìn)行配米。其工作原理和模式與小麥搭配工藝是很相似的，混合部分采用皮帶輸送機(jī)和旋轉(zhuǎn)離心混合機(jī)，已成功地應(yīng)用在國內(nèi)近100條大米生產(chǎn)線中。 5．2隨動配料工藝 a.在面粉生產(chǎn)中有時需要投加各種微量元素或食品添加劑到面粉中，投加量的比例是面粉的千分之幾至萬分之幾，這是一種典型的小比例大流量配料工藝。采用間歇式配料方式，混合的均勻度的指標(biāo)變異系數(shù)CV%大多超過了中國“公眾營養(yǎng)與發(fā)展中心”規(guī)定的要求CV%<10%的標(biāo)準(zhǔn)（經(jīng)武漢工業(yè)學(xué)院和國家飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心測定），******的能夠達(dá)到47%。另一方面，采用這種方式進(jìn)行微量元素的投加也是很不經(jīng)濟(jì)的和效率比較低的。因此目前國內(nèi)大多數(shù)面粉廠在生產(chǎn)中不采用這種辦法，而是采用在生產(chǎn)線的集粉螺旋輸送機(jī)上放置若干臺微量干粉投加機(jī)，進(jìn)行定量投加。這實際上是一種比較原始的連續(xù)配料方式。由于面粉生產(chǎn)過程中受到諸多因素影響，使面粉流量并不是完全恒定的，而干粉投加機(jī)卻是定量的投加，這樣就會造成配料比例或稱為投加比例產(chǎn)生波動性的變化， |
