乳化炸藥制藥系統(tǒng)工藝與控制的優(yōu)化

吳藝涵

(福建海峽科化股份有限公司,福建 龍巖 364000)

1 乳化炸藥傳統(tǒng)制藥系統(tǒng)工藝的弊端

在連續(xù)化的中高溫敏化乳化炸藥生產(chǎn)線上,乳化制藥開(kāi)機(jī)過(guò)程復(fù)雜。 首先,在工控機(jī)“產(chǎn)量參數(shù)”界面上,點(diǎn)擊“每小時(shí)產(chǎn)量設(shè)定”圖標(biāo)設(shè)置產(chǎn)能,根據(jù)當(dāng)班產(chǎn)品種類點(diǎn)擊“水相配比”設(shè)置水油相比例,根據(jù)當(dāng)班產(chǎn)品規(guī)格點(diǎn)擊“發(fā)泡劑1 流量配比”和“發(fā)泡劑2 流量配比”設(shè)置發(fā)泡劑流量。 在裝藥生產(chǎn)過(guò)程中,發(fā)泡劑的流量不能由裝藥人員自行調(diào)節(jié),而是聯(lián)系中央控制系統(tǒng)后進(jìn)行調(diào)節(jié),無(wú)法現(xiàn)場(chǎng)操作[1-3]。 在完成產(chǎn)能、配比設(shè)定后,按工藝順序啟動(dòng)系統(tǒng)中的每臺(tái)設(shè)備,操作較復(fù)雜。

粗乳機(jī)由罐體和攪拌槳組成,攪拌槳有雙層葉片,如圖1 所示。 粗乳機(jī)具體開(kāi)機(jī)操作如下:打開(kāi)油相放料閥,10 s 后啟動(dòng)油相泵,以150 r/min 的轉(zhuǎn)速啟動(dòng)粗乳機(jī),當(dāng)罐內(nèi)液面達(dá)到攪拌槳的下葉片高度時(shí),立即打開(kāi)水相放料閥,開(kāi)啟水相輸送泵,并觀察粗乳罐的液面變化情況。 當(dāng)液面高過(guò)攪拌槳下葉片上部時(shí),將轉(zhuǎn)速調(diào)到200 r/min;當(dāng)液面達(dá)到攪拌槳上葉片下部時(shí),將轉(zhuǎn)速調(diào)到300 r/min,當(dāng)液面高過(guò)攪拌槳上葉片上部時(shí),將轉(zhuǎn)速調(diào)到400 r/min。之后,逐漸將轉(zhuǎn)速調(diào)到590 r/min 左右。

圖1 粗乳機(jī)示意圖

當(dāng)液面到達(dá)工藝要求的位置時(shí),迅速打開(kāi)粗乳罐下部的閥門,打開(kāi)基質(zhì)泵前方的旁通放料閥(三通閥),并啟動(dòng)基質(zhì)輸送泵,當(dāng)三通閥有穩(wěn)定均勻的基質(zhì)出來(lái)后,關(guān)閉基質(zhì)泵,將三通閥快速切換到靜態(tài)乳化器管路,然后再開(kāi)啟基質(zhì)泵。 當(dāng)乳化基質(zhì)進(jìn)入料倉(cāng),并達(dá)到規(guī)定的料位后,制藥設(shè)備啟動(dòng)完成。在當(dāng)天生產(chǎn)即將結(jié)束時(shí),按照與開(kāi)機(jī)時(shí)相反的順序調(diào)整粗乳機(jī)轉(zhuǎn)速至150 r/min,最后停止攪拌。

在這個(gè)過(guò)程中,存在兩個(gè)問(wèn)題,一是粗乳機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整,操作煩瑣、步驟多;二是在首次啟動(dòng)基質(zhì)泵時(shí),需要把最前面不太理想的乳化基質(zhì)排出,重復(fù)停機(jī)-切換-開(kāi)機(jī)的操作過(guò)程,不利于聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制[4-5]。

制藥是乳化炸藥產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵工序,而乳化更是制藥中影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。 目前,JWL-III 乳化炸藥生產(chǎn)線制藥開(kāi)機(jī)操作由中央控制系統(tǒng)人員和制藥巡視人員共同完成,對(duì)開(kāi)機(jī)人員的操作熟練度有較高要求。 因此,為降低操作復(fù)雜性,省略啟動(dòng)后設(shè)備的短暫停機(jī)-開(kāi)機(jī)的操作,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制,從工藝和系統(tǒng)上提出改進(jìn)和優(yōu)化的方案。

2 改進(jìn)方案

改進(jìn)的具體方案:系統(tǒng)設(shè)置組合操作控制界面及聯(lián)機(jī)控制,設(shè)置粗乳機(jī)自動(dòng)調(diào)速,增加靜態(tài)混合器,增加發(fā)泡劑比例調(diào)節(jié)控制器(工控一體機(jī)),實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便操作,以達(dá)到提升產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制的目的。 改進(jìn)后的工藝流程,增加了混合器和液位顯示工控器,具體流程如圖2 所示。

圖2 改進(jìn)后的生產(chǎn)工藝流程

2.1 設(shè)置組合操作控制界面

1)將操作控制界面設(shè)計(jì)為包括液位顯示、手動(dòng)/自動(dòng)的操作組合界面,如圖3 所示。

圖3 操作組合控制界面

2)將粗乳罐液位、料倉(cāng)液位、水相液位、油相液位排在組合界面上,并以百分比柱狀圖的方式顯示,方便現(xiàn)場(chǎng)管理。

3)把水相泵、油相泵、粗乳機(jī)、基質(zhì)泵、精乳器、料倉(cāng)進(jìn)料閥、水油旁通閥、基質(zhì)旁通閥的操控按鍵按工藝流程順序排在同一界面,有利于開(kāi)機(jī)-停機(jī)操作。

4)將“手動(dòng)/自動(dòng)”排在界面,方便切換。 例如:第1 次乳化,系統(tǒng)操作時(shí),將油相泵從自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng),啟動(dòng)油相泵,當(dāng)粗乳罐的液位達(dá)到要求時(shí),將其切換到自動(dòng)狀態(tài),再啟動(dòng)水相泵,水油相均按照規(guī)定比例自動(dòng)調(diào)整送入。 生產(chǎn)結(jié)束時(shí),水油相停料后,將基質(zhì)泵從自動(dòng)切換到手動(dòng),基質(zhì)泵運(yùn)行不再受粗乳罐液位的關(guān)聯(lián)限制,可將粗乳罐內(nèi)的物料連續(xù)送完。

5)生產(chǎn)過(guò)程中,停機(jī)后開(kāi)機(jī),先開(kāi)基質(zhì)泵,再開(kāi)水油相泵,以保持粗乳罐液位穩(wěn)定。 如果需要把大產(chǎn)能轉(zhuǎn)換為小產(chǎn)能,系統(tǒng)應(yīng)在水油相泵、基質(zhì)泵停止后進(jìn)行調(diào)整。 產(chǎn)能設(shè)定和基質(zhì)泵運(yùn)行頻率設(shè)定,同時(shí)完成。

6)設(shè)置基質(zhì)泵的運(yùn)行與粗乳罐液位關(guān)聯(lián),基質(zhì)泵根據(jù)粗乳罐液位反饋值進(jìn)行PID 自動(dòng)調(diào)節(jié),始終保持粗乳罐液位恒定,確保乳化質(zhì)量。

7)水油相泵與水油相出料閥設(shè)置聯(lián)動(dòng),基質(zhì)泵與基質(zhì)出料閥設(shè)置聯(lián)動(dòng),需要手動(dòng)操作時(shí),轉(zhuǎn)到手動(dòng)狀態(tài)。

由于所操控設(shè)備均在一個(gè)界面,設(shè)備內(nèi)的物料狀態(tài)以柱狀圖形式直觀地顯示在屏幕上,一目了然,大大提高了設(shè)備控制的精準(zhǔn)性。

2.2 設(shè)置粗乳機(jī)自動(dòng)調(diào)速

由于攪拌槳葉片在不同位置上的轉(zhuǎn)速要求不同,人工控制難度較大,容易出現(xiàn)失誤。 因此,粗乳機(jī)自動(dòng)調(diào)速設(shè)置尤為重要。 自動(dòng)調(diào)速設(shè)置如下:油相泵啟動(dòng)后,啟動(dòng)粗乳機(jī),其攪拌槳以150 r/min 轉(zhuǎn)速運(yùn)行,當(dāng)粗乳罐料位達(dá)到設(shè)定值(下葉片低點(diǎn),液位約8 cm),啟動(dòng)水相泵,而后攪拌槳轉(zhuǎn)速根據(jù)液位的上升自動(dòng)提速到590 r/min。 具體轉(zhuǎn)速如下:當(dāng)粗乳罐液位在18 cm 時(shí),轉(zhuǎn)速提升為200 r/min;當(dāng)液位在30 cm 時(shí),轉(zhuǎn)速提升為300 r/min;當(dāng)液位在40 cm 時(shí),轉(zhuǎn)速提升為400 r/min;當(dāng)液位達(dá)到45 cm 時(shí),轉(zhuǎn)速提升為590 r/min。 反之,自行降速。生產(chǎn)中停止水油相輸送時(shí),粗乳機(jī)不停機(jī)。

粗乳機(jī)設(shè)置自動(dòng)調(diào)速,解決了人工控制不及時(shí)、不準(zhǔn)確的問(wèn)題,有利于提升系統(tǒng)運(yùn)行自動(dòng)化水平,減少調(diào)速工作強(qiáng)度,減少人工操作帶來(lái)的失誤,確保設(shè)備安全、穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)行。

2.3 增加靜態(tài)混合器

由于粗乳機(jī)攪拌槳距離罐子底部有一定的高度,對(duì)初始乳化的質(zhì)量有一定的影響。 目前,在生產(chǎn)起步階段,在第1 次開(kāi)基質(zhì)泵時(shí),通過(guò)基質(zhì)泵旁通把這部分初始乳化的基質(zhì)排出。 排出后,關(guān)閉基質(zhì)泵,切換三通閥至精乳方向,再啟動(dòng)基質(zhì)泵。 這個(gè)過(guò)程,很難實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制。 若起步階段不需要這個(gè)過(guò)程,則為系統(tǒng)自動(dòng)控制提供極大的方便。因此,在水油相混合管道上加裝靜態(tài)混合器,以增強(qiáng)粗乳效果,不用排出初始乳化基質(zhì),就可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)聯(lián)動(dòng)控制。

增加靜態(tài)混合器,即把靜態(tài)混合器安裝在水油相混合管道內(nèi),流體(水相、油相混合液)在通過(guò)混合器時(shí),產(chǎn)生分流、合流、旋轉(zhuǎn),以達(dá)到不同流體之間良好分散和充分混合的目的,進(jìn)而提高粗乳質(zhì)量。 建議采用蜂窩式靜態(tài)混合器,如圖4 所示,它適用黏度范圍廣,也可以在層流、過(guò)度流或紊流等不同情況下操作[6-7]。

圖4 蜂窩式靜態(tài)混合器

2.4 配置工控一體機(jī)

裝藥生產(chǎn)的發(fā)泡劑用量由中央控制系統(tǒng)設(shè)定和調(diào)整。 在生產(chǎn)中,由于水相溫度、裝藥溫度和pH值的變化,裝藥中需要對(duì)發(fā)泡劑用量實(shí)時(shí)調(diào)整,以確保裝藥重量和裝藥密度符合質(zhì)量控制的要求。料倉(cāng)物料高度對(duì)裝藥重量影響較大。 根據(jù)料倉(cāng)物料高度實(shí)時(shí)調(diào)整裝藥產(chǎn)能,以保持料倉(cāng)高度恒定,確保裝藥質(zhì)量,是非常必要的。 雖然中央控制系統(tǒng)人員在“工藝參數(shù)”界面上可以看到,但是現(xiàn)場(chǎng)裝藥人員無(wú)法看到。 因此,設(shè)置一臺(tái)工控機(jī)對(duì)發(fā)泡劑用量進(jìn)行在線調(diào)整,根據(jù)料倉(cāng)高度實(shí)時(shí)調(diào)整裝藥產(chǎn)能。 設(shè)置后,既可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)外聯(lián)動(dòng),又方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié),使在線調(diào)控能力得到增強(qiáng)。

3 實(shí)施

對(duì)乳化炸藥制藥系統(tǒng)按照改進(jìn)方案進(jìn)行調(diào)整:組合控制操作界面,可在中央控制系統(tǒng)室操作工控機(jī)“設(shè)備控制”界面上進(jìn)行升級(jí)合成;粗乳機(jī)自動(dòng)調(diào)速,可通過(guò)工控機(jī)“設(shè)備控制”進(jìn)行編程完成;安裝在裝藥工位的工控一體機(jī)與控制系統(tǒng)PLC 連接并編程,可實(shí)現(xiàn)料倉(cāng)料位顯示和發(fā)泡劑流量調(diào)整;將靜態(tài)混合器安裝于水油相混合管道內(nèi),在水油三通閥前。 其他保持原系統(tǒng)的運(yùn)行模式。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)升級(jí),系統(tǒng)更加完善,進(jìn)一步提升了乳化炸藥生產(chǎn)線的工藝技術(shù)水平和自動(dòng)化水平,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)安全的可靠控制。