平行位移输送泵在中成药制造行业中的应用分析

张胜ZHANG Sheng；徐烁XU Shuo

（广州白云山潘高寿药业股份有限公司，广州 510000）

0 引言

在制药、食品、饮料、化妆品、生物、精细化工等众多的工业生产领域，经常会遇到高黏稠、高敏感度、高硬度并带有颗粒、或者气-液或固-液混合输送的问题。长期以来，针对这类产品的输送难题，人们设计出了多种不同的输送泵，如转子泵、离心泵、螺杆泵、蠕动泵、隔膜泵、柱塞泵等。但在工业生产实践中，它们普遍存在兼容性差、使用和维护成本高、能耗大、设备性价比低等问题，很多时候不能满足生产要求[1]。基于此，本文以某中成药制造企业为研究对象，针对平行位移输送泵的优势及应用效果进行分析讨论。

1 平行位移输送泵的工作原理

平行位移输送泵也叫平行泵、平移泵。整个泵系统由泵体、传动箱体、驱动电机三个主要部分组成。泵体是核心部件，由自吸负压进料腔体，无损物料输送腔体，平行转子，高压排料腔体，双机械密封腔体，高强度传动轴等部件组成。

工作原理：泵体特殊设计的螺旋系统，相互啮合，与腔体内壁紧密配合，形成一系列动态的、空间曲面相互密封的平行小室。相对运动形成的动态旋转曲面密封结构，随着连续的啮合和分离运动，从前到后连续不断重复发生，将腔体中的流体沿着螺旋方向连续推移，高压平稳输出[2]。

2 平行位移输送泵的特点及优势

平行泵作为卫生级的输送泵，特别适合高粘度、高敏感度、高颗粒物料的输送[4]。与传统的物料输送泵相比，有较明显的优势：①平行泵优于转子泵：不但可输送中高粘度物料，也可输送极低粘度物料；最高粘度可达2000000cps。②平行泵优于齿轮泵，对物料没有任何的挤压、剪切、破坏；可输送包含多种大小不同颗粒的物料，能够进行气-液、固-液等不均匀相的混合稳定输送。③平行泵优于螺杆泵：不但体积小，能耗低，效率高；只有非接触螺旋转子对，同步旋转的转子，没有定子结构，更没有金属间的直接接触，因此没有磨损，不需要定期更换转子—定子。模块化结构，安装维护方便。④平行泵优于蠕动泵，优于柱塞泵，优于隔膜泵，物料输出平稳连续，抗气蚀，抗冲击，没有脉动波动，没有震动和噪音。⑤平行泵独特的动态旋转曲面密封结构，优于液环自吸泵，自吸力非常强大；可形成-0.98bar真空负压。⑥平行泵的输送方向与物料流动方向相同，沿轴向输送，扬程高，流量大：压力约在6-25bar，流量可达235m3/h。⑦平行泵可以高速旋转，最高转速可达4000转/分，不需要减速电机，不但可以干转，而且可以反转，可根据工艺需要而任意改变流向。

3 某中成药制造企业的平行泵应用

某中成药制造企业主要生产膏剂产品，以葡萄糖浆作为原料，每年葡萄糖浆的使用量超2000吨，随着产能的增加，且呈逐年递增的趋势。为了解决日益增加的产能需求与落后生产方式之间的矛盾，该企业新建了一套葡萄糖浆输送系统，以实现提质增效、绿色生产，降低劳动强度，实现节能和清洁生产改造，创建绿色工厂，提高自动化程度，提升安全生产和经营管理水平。

3.1 葡萄糖浆的特性

葡萄糖浆是一种以淀粉为原料在酶或酸的作用下产生的一种淀粉糖浆，主要成分有葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖及以上等。

葡萄糖浆作为一种粘稠性液体，其粘度不仅影响生产、运输时的泵送摩擦力，还与被加工产品的口感、粘度、成型均息息相关。粘度决定着流体的力学特征，是流体的重要物性参数之一，影响着流体的传热和传质特性，反映着流体在流动过程中的内部阻力[4]。

根据实验数据表明，葡萄糖浆会随着温度的增加，粘度呈下降趋势，15℃时糖浆粘度为9220mPa·s，60℃时糖浆粘度下降至237.5mPa·s。这是因为液体分子的粘度主要来源于分子间内聚力，当温度升高时，体积膨胀，分子间距离增大，分子间的摩擦力减小，糖浆的流动性增大，表现为随着温度的升高，糖浆粘度下降。温度与葡萄糖浆粘度的关系如图1所示。

3.2 平行泵的应用背景

该企业的葡萄糖浆由供应商分装成桶，经货车运输至企业仓库。由于常温下葡萄糖浆的流动性差、粘度高，生产使用时，需要员工运至生产大楼4楼，经工业微波炉加热后，用气动隔膜泵输送至使用点。该企业平均每天需要8批葡萄糖浆，每批22桶计（40g/桶），人工每天至少需要搬抬176桶，劳动强度大，操作繁琐，而且采用工业微波炉进行加热，功率大（两台各90kW），能耗高，能源利用率低。

3.3 项目建设目标

项目采用平行泵，建成一套自动化葡萄糖浆输送系统，有效容积60T，能力5-6T/H，实现葡萄糖浆的储存输送、定量分配、设备和管道系统的在线清洗及葡萄糖浆的水浴循环保温。

3.4 平行泵的测试及选型

考虑到葡萄糖浆的特性，针对本项目的应用背景及建设目标，平行泵及转子泵均可满足葡萄糖浆的输送要求。由于这两种类型输送泵在结构及功能上具有一定的共性，为此针对平行泵及转子泵的特点进行对比，如表1所示。

由表1可看出平行本整体的性能参数优于转子泵，且由于平行泵可输送低、中、高各种粘度的物料，具备二合一的功能，既可作为葡萄糖浆的输送泵，又可作为CIP的清洗泵，所以在本项目中选用平行泵作为输送泵更为合适，可简化系统，有效避免系统冗余。

表1 平行泵及转子泵对比

同时为了确保葡萄糖浆在极寒天气下的输送效果，对不同型号的平行泵在极端条件下的输送性能进行了模拟测试，测试效果如表2所示。

表2 葡萄糖浆针对不同型号平行泵的测试效果

通过上述测试，葡萄糖浆在温度6℃的工况下，达到扬程0.2MPa及以上的压差要求，可很好的完成葡萄糖浆低温常压条件下，衔接室外储罐进行出料并输送至四楼车间的工作。

3.5 项目建设主要内容

葡萄糖浆输送系统整体工艺流程实现半自动化控制，系统按照模块化控制理念设计，划分为葡萄糖浆储存单元和分配单元。

物料储存前输送：物料经运输车到厂区后，经过一楼平行泵输送至三个储存罐内（15T一个）。通过平行泵将一楼储罐内的物料输送至四楼（层高20m）洁净区缓存罐，缓存罐通过液位计检测，达到要求后自动停止一楼平行泵，关闭进料阀门。一楼两台平行泵通过管道和阀门的配置达到物料储存前输送和前置送料两个功能。

物料分配系统：使用时，四楼缓存罐中葡萄糖浆经四楼平行泵输送至需要加料的储罐内，通过质量流量计进行精准计量。质量流量计信息通过PLC系统处理，自动控制四楼供料泵启停，实现对相应储罐的加料。主管道系统中的压力是实时监控的，并由PLC与平行泵的工作状况联动，通过编程—识别—启动这种工作方式控制，卫生，安全，可靠。

水浴系统：葡萄糖浆的粘度及流动性受温度的影响极大，为确保冬季极寒天气物料的正常输送，避免对平行泵造成过大负载，需对一楼3个15T储罐及一楼至四楼的物料管道采用循环水浴电加热保温，温度恒定在20度±5度，保证低温天气下正常的生产活动不受影响。

清洗系统：一楼三个储罐的清洗通过二楼下放沸水进入三个储存罐顶部洗罐器，罐内沸水到达一定量后，一楼平行泵启动，罐内沸水经平行泵进行清洗循环，达到清洗效果，节约用水。一楼到四楼物料管道的清洗可通过平行泵将一楼储存罐内洁净的沸水输送至四楼缓存罐，沸水再经缓存罐排放，从而达到管道清洗的效果。

项目所用主要设备及规格型号如表3所示。

表3 项目平行泵型号

4 平行泵的应用效益分析

4.1 经济效益

人工成本：

改造前该司用于葡萄糖浆搬运岗位共有3人，项目建成后基本实现自动化控制，可节省2个人工，该企业在该岗位平均每年为每人支出的薪酬为8万元计算，则每年可节约人工费：2×8=16万元

物料成本：

项目建成后，葡萄糖浆由桶装改为槽罐车运输，每吨葡萄糖浆的单价可降低50元。按照年使用量为2000吨计算，每年节约物料成本：50×2000=10万元

能耗成本：

改造前葡萄糖浆输送前需采用工业微波炉加热，每台工业微波炉功率为90kW，项目建成后，原工业微波炉取消，新设备总功率为20kW，改造前后各半年的用电量如表4所示。

表4 改造前后上半年的用电量 单位：kW·h

本项目于2019年12月开始申请立项，至2020年6月开始施工，同年8月全部完工，施工周期3个月。通过上述实际用电数据分析，项目改造后年节约用电量：

106600kW·h-10440kW·h=96160kW·h

设备维护成本：

原工业微波炉的发热管为易损件，需定期进行维护，每年备件的购置费用约5万元。

改造后，能耗成本显著降低，自动化程度提升，有效降低劳动程度，实现节能减排、降本增效，达到了项目预期目标。同时随着公司生产产量的不断增加，节省电量能耗更多，经济效益更加显著。

4.2 社会效益

①项目淘汰老旧、高能耗设备，建成自动化、智能化的物料输送系统，有助于推进中成药制造数字化、网络化、智能化建设，加强技术集成和工艺创新，提升企业中成药装备制造水平，加速中成药生产流程的标准化、现代化，有效推动我国中医药产业朝着更加规范、高质量的方向发展，为行业中众多急需进行设备升级改造的老工厂提供成功的样本，由此促进整个行业的新一轮转型升级和淘汰落后产能。因此，项目的建设对中药制造业的高质量发展起到一定的推动作用。②新版GMP及近年来相关法律法规的修订，旨在督促企业建立起严密的生产管理体系和完善的质量保障体系。改造前该企业葡萄糖浆采用桶装，存在一定的风险，改造后，所有物料采用卫生级管道密闭输送，降低了质量风险，保证产品质量，确保适应相关法律法规的最新要求[5]。③项目建成投产后，节能降耗，响应国家的节能减排降耗政策，同时生产工序得到简化，生产用时减少，产能增加，在原有生产用地不变的情况下，提高设备的效率及时间的利用率，实现生产装备效益的最大化，即公司效益的最大化。

5 结论

平行泵有独特的设计和优异的性能，通过实际应用可以看出，平行泵适用各种流体介质，扬程高、噪音小、能耗低、输送平稳等特点。平行泵作为新型物料输送泵，一泵多能，随着各行各业生产的逐渐精细化，人们对平行泵的认识会逐步加深，平行泵本身也可以与传统的输送泵形成有效的互补，未来在制药、乳制品、食品、肉制品、饮料、化妆品、化工等行业会有更加广阔的应用前景。