CN111271965A - 一种中药材干燥过程水分在线控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种中药材干燥过程水分在线控制方法及装置，装置包括：干燥箱，干燥箱外设置有与干燥箱内腔相连通的温湿度传感器，干燥箱内安装有传输网带以及位于传输网带传输方向末端上方的分光测色仪，干燥箱箱体连通有向其提供干燥热空气的供热机构；温湿度传感器、分光测色仪与控制器通信连接，控制器中存储有中药材水分含量检测模型；方法为：分别测定干燥箱中由传输网带输送到传输方向末端的多个中药材样品与含目标水分含量的中药材的色差值，同时测量干燥箱中的温度和湿度；采用烘干法分别测定多个中药材样品的水分含量；采用偏最小二乘法建立所述色差值、温度和湿度与所述水分含量之间的水分含量检测模型，以检测待测中药材的水分含量。
Description
技术领域
本申请属于中药制药技术领域，尤其是涉及一种中药材干燥过程水分在线控制方法及装置。
背景技术
中药材的炮制加工直接关系到中药饮片的质量和药效。科学合理的炮制能起到减毒增效的作用，而不科学不合理的炮制往往会使药材有效成分丢失，甚至产生毒副作用。炮制水平的高低，关系到中药饮片中有效成分的含量、存在形式及溶解度，炮制的程度直接影响着中药饮片的疗效，因此中药饮片的炮制对于中药饮片及其制剂的质量至关重要。
中药饮片的干燥是中药炮制加工的重要环节，干燥是中药材长期贮存并保证药材质量的重要手段，如干燥不充分，水分含量过高，饮片容易发霉变质及生虫，更重要的是不满足药典要求；如干燥太过，水分散失较多，则会降低饮片收率，也会导致饮片中有效成分(如热敏性成分)的损失，同时对能源也是一定的浪费。
传统的中药材干燥过程往往缺乏质量检测和控制，多采用人工经验控制，通常是在干燥工段结束后，人工收集若干个样品，通过卡尔·费休水分测定法或热干燥法检测干燥后物料的水分含量，但传统的检测方法无法实现中药材干燥过程中水分的在线检测和干燥终点的判断。再者，由于中药材的大小、粗细及自身水分含量并不相同，导致批次间产品的差异性较大，并影响中药材的质量。虽然，目前已有对样品中的水分进行在线监测的方法及装置，但存在设备装置复杂、定量检测模型建立难度较高、检测准确度差及无法做到在样品移动的时候进行在线检测和无损检测等不足和问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有的样品水分在线检测方法及装置存在的上述技术问题，从而提供一种中药材干燥过程水分在线控制方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种中药材干燥过程水分在线控制方法，包括以下步骤：
往干燥箱中通入干燥热空气对干燥箱中的中药材进行干燥，分别测定干燥箱中由传输网带输送到传输方向末端的中药材样品与含目标水分含量的中药材的色差值，同时测量干燥箱中的温度和湿度；
采用烘干法测定所述中药材样品的水分含量值；
采用偏最小二乘法建立所述色差值、温度和湿度与所述水分含量值之间的水分含量检测模型；
往干燥箱中通入干燥热空气对干燥箱中的待测中药材进行干燥，测定干燥箱中的待测中药材样品与含目标水分含量的中药材的色差值，同时测量干燥箱中的温度和湿度，将色差值、温度和湿度数据输入所述水分含量检测模型，获得所述待测中药材的水分含量值。
优选地，所述干燥热空气由蒸汽经过换热器对干燥空气进行加热得到。
优选地，分别建立中药材的水分含量与蒸汽进入量、空气进风量及中药材的水分含量与传输网带的运行速度之间的水分含量控制模型，用于根据检测到的中药材的水分含量与目标水分含量的差值，实时调控蒸汽进入量、空气进风量或传输网带的运行速度。
优选地，所述检测到的水分含量与目标水分含量的差值超过10％时，调控蒸汽进入量、空气进风量；所述检测到的水分含量与目标水分含量的差值不超过10％时，调控传输网带的运行速度。
优选地，所述蒸汽进入量、空气进风量的比例固定。
本发明还提供一种中药材干燥过程水分在线控制装置，包括：干燥箱，所述干燥箱外设置有与干燥箱内腔相连通的温湿度传感器，所述干燥箱内安装有用于传输中药材的传输网带以及位于传输网带传输方向末端上方的分光测色仪，所述干燥箱箱体连通有向其提供干燥热空气的供热机构；所述温湿度传感器、分光测色仪与控制器通信连接，所述控制器中存储有中药材水分含量检测模型，用于根据接收到的温湿度传感器采集的干燥箱内的温度、湿度数据及分光测色仪获取的待测中药材与含目标水分含量的中药材的色差值实时输出待测中药材的水分含量，并与目标水分含量对比判断所述药材是否达到干燥标准。
优选地，所述供热机构包括出口与干燥箱连通的空气换热器，所述空气换热器的入口连通风机，所述空气换热器内设有蒸汽加热管，所述蒸汽加热管的入口管接蒸汽输入管，所述蒸汽加热管的出口管接疏水管，所述蒸汽输入管上设置有蒸汽调节阀，所述疏水管上设置有疏水阀。
优选地，所述控制器还与传输网带驱动单元、蒸汽调节阀驱动单元、风机驱动单元通信连接，所述传输网带驱动单元、蒸汽调节阀驱动单元、风机驱动单元分别与传输网带、蒸汽调节阀、风机电连接，所述控制器中存储有待测中药材的水分含量控制模型，用于根据检测到的中药材的水分含量与目标水分含量的差别，实时调控蒸汽调节阀的开度以及空气进风量或传输网带的运行速度。
优选地，所述干燥箱通过设于干燥箱底部的开设有多个孔洞的分配盘与空气换热器的出口连通，用于使干燥的热空气在干燥箱中均匀分布。
优选地，所述干燥箱内安装有由上至下设置的多条传输网带，相邻两条传输网带的左右两端交错设置。
优选地，所述干燥箱箱体上设置有湿风输出管，所述湿风输出管上连接有排湿风机。
优选地，所述控制器与显示屏通信连接，用于将待测中药材的水分含量发送给所述显示屏。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一种中药材干燥过程水分在线控制方法及装置，无需从干燥箱中取出中药材，也无需对中药材进行预处理，仅需通过中药材样品与含目标水分含量的中药材的色差值及干燥箱中的温度和湿度即可准确地在线检测中药材中的水分含量，实现出料口的中药材水分含量的实时监测；同时，通过建立中药材的水分含量与蒸汽进入量、空气进风量、传输网带的运行速度之间的水分含量控制模型，即可根据检测到的中药材的水分含量与目标水分含量的差值，实时调控蒸汽进入量、空气进风量或传输网带的运行速度，以调控出料口的中药材水分含量，为中药材干燥提供了全新的在线质量管控技术，极好地把控了干燥中药材的质量。此外，中药材在移动状态下进行干燥的同时完成了对干燥中药材成品水分含量的调控，同时提高了干燥效率和产品质量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例1的中药材干燥过程水分在线检测及控制装置结构示意图；
图2是本申请实施例2的枇杷叶校正集中水分含量预测值与实测值的相关性图。
图中的附图标记为：1-干燥箱、2-温湿度传感器、3-传输网带、4-分光测色仪、5-蒸汽调节阀、6-风机、7-排湿风机、8-疏水阀、9-分配盘、10-加料器、11-出料口。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种中药材干燥过程水分在线控制装置，如图1所示，包括：干燥箱1，所述干燥箱1外设置有与干燥箱1内腔相连通的温湿度传感器2，所述干燥箱1内安装有用于传输中药材的传输网带3以及位于传输网带3传输方向末端上方的分光测色仪4，所述干燥箱1箱体连通有向其提供干燥热空气的供热机构，所述供热机构包括出口与干燥箱1连通的空气换热器，所述空气换热器的入口连通风机6，所述空气换热器内设有蒸汽加热管，所述蒸汽加热管的入口管接蒸汽输入管，所述蒸汽加热管的出口管接疏水管，所述蒸汽输入管上设置有蒸汽调节阀5，所述疏水管上设置有疏水阀8；所述温湿度传感器2、分光测色仪4与控制器通信连接，所述控制器中存储有中药材对应的水分含量检测模型，用于根据接收到的温湿度传感器2采集的干燥箱1内的温度、湿度数据及分光测色仪4获取的待测中药材与含目标水分含量的中药材的色差值实时输出待测中药材的水分含量，并与目标水分含量对比判断所述药材是否达到干燥标准。
进一步，所述控制器还与传输网带驱动单元、蒸汽调节阀驱动单元、风机驱动单元通信连接，所述传输网带驱动单元、蒸汽调节阀驱动单元、风机驱动单元分别与传输网带3、蒸汽调节阀5、风机6电连接，所述控制器中存储有待测中药材的水分含量控制模型，用于根据检测到的中药材的水分含量与目标水分含量的差别，实时调控蒸汽调节阀5的开度以及空气进风量或传输网带3的运行速度。
进一步，所述干燥箱1通过设于干燥箱1底部的开设有多个孔洞的分配盘9与空气换热器的出口连通，用于使干燥的热空气在干燥箱1中均匀分布。
进一步，所述干燥箱1箱体上还设置有湿风输出管，所述湿风输出管上连接有排湿风机7。
进一步，所述干燥箱1内安装有由上至下设置的多条传输网带3，相邻两条传输网带3的左右两端交错设置。
进一步，所述控制器与显示屏通信连接，用于将待测中药材的水分含量发送给所述显示屏。
应用时，开启蒸汽调节阀5和风机6，使蒸汽对空气进行加热后进入干燥箱1内部，保持进风温度稳定，待干燥箱1内温度达到初始设定温度时，打开干燥箱1的加料器10连续加料，同时通过传输网带驱动单元驱动传输网带3运转，不断将中药材传输到出料口11，该过程中通过温湿度传感器2采集干燥箱1内的温度、湿度数据，同时通过分光测色仪4获取待测中药材与含目标水分含量的中药材的色差值，控制器将接收到的温度、湿度数据及色差值输入至其内存储的水分含量检测模型中，计算干燥箱1内中药材的水分含量Wr；之后，控制器根据计算得到的中药材的水分含量Wr与水分含量标准值Wt对比判断所述中药材是否达到干燥标准；进一步，当待测中药材的水分含量高于目标水分含量时，控制器根据水分含量控制模型调大传输网带3的运行速度，或者降低蒸汽调节阀5的开度以及空气进风量，而当待测中药材的水分含量低于目标水分含量时，调小传输网带3的运行速度，或者增大蒸汽调节阀5的开度以及空气进风量。
实施例2
本实施例提供一种枇杷叶干燥过程水分在线控制方法，包括如下步骤：
步骤一：水分含量检测模型的建立
1)取不同批次的100份待干燥的枇杷叶丝，分为10组，分别通过实施例1所述的中药材干燥过程在线控制装置干燥5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min后取出，并记录控制器采集的实时数据：待测中药材与含目标水分含量的中药材的色差值ΔE*ab值、干燥箱1内的温度T(℃)以及相对湿度RH(％)，其中：分光测色仪的观察区域直径为100mm，测量区域直径25mm，工作高度范围65-115mm，测量时间100毫秒，无须改变环境照明条件，无须安装保护系统感应器的遮光设施；蒸汽调节阀5的开度为50％，蒸汽温度为150℃；通过风机6通入除湿处理后的洁净空气，进风量为3.6m3/s，进风温度为65℃，偏差±0.5℃；当干燥箱1内温度达到50℃时，打开干燥箱1的加料器10，连续加料；
2)取上述步骤得到的枇杷叶丝，精密称取2g于干燥恒重的扁形瓶中，置烘箱内100-105℃干燥5h，移至干燥器中冷却30min，精密称定，再在上述温度下干燥1h，冷却，称重，至连续两次重量差不超过5mg，计算水分含量；
3)采用偏最小二乘法(PLS)建立样品中水分含量与色差值ΔE*ab值、温度T(℃)以及相对湿度RH(％)的分析模型，模型建立前先对检测的水分含量数据和系统采集的实时数据进行分析，找出异常点并剔除；所建立模型的相关系数R2＝0.9920，校正标准差RMSEC＝0.245，交叉验证均方根RMSECV＝0.295；
4)根据建立的枇杷叶丝水分含量的定量模型，选取20份样品作为校正集，对校正集中的样品采用步骤1)的方法干燥30min，并利用建立的水分含量模型进行水分含量的预测，预测结果的均方差RMSEP＝0.076，相关系数Rp＝0.9339，此外，上述20份样品的水分含量预测结果与采用步骤2)的烘干法得到的样品水分含量测定结果的相对偏差RSEP在正负3％以内，校正集中水分含量预测值与实测值的相关性图见图2，可见，预测结果极为准确，可满足中药生产过程水分含量分析的要求。
步骤二：枇杷叶干燥过程水分控制方法
1)在启动干燥程序之前，开启蒸汽调节阀5、风机6、排湿风机7，设置传输网带3的传输速度为80cm/min，蒸汽调节阀5开度为50％，通过蒸汽输入管往干燥箱1内通入120℃-200℃的高温蒸汽，通过风机6往干燥箱1内通入除湿处理后的洁净空气，进风量3.6m3/s，并设定初始进风温度恒定在65℃，偏差±0.5℃，设定目标水分含量为10.0％；
2)当干燥箱1内温度达到50℃时，打开干燥箱1的加料器10，连续加料，温湿度传感器2将实时监控的干燥箱1内饿温湿度数值传输至控制器，分光测色仪4将采集的传输网带3传输方向末端的样品颜色与含目标水分含量的中药材颜色的色差值ΔE*ab传输给控制器，分光测色仪4的工作条件同步骤一的1)步骤，采集频率5s/次；
3)控制器根据建立的水分含量检测模型计算所检测中药材的水分含量Wr；
如检测到的水分含量Wr等于目标水分含量Wt(10％)时，出料；
如检测到的水分含量Wr(7％)低于目标水分含量Wt(10％)，控制器调快传输网带3的输送速度，输送速度S＝S0+a(Wt-Wr)＝80+532*0.03＝95.96cm/min，其中，所述常数a为532，通过多次实验可以预先得到；
如检测到的水分含量Wr(21％)高于目标水分含量Wt(10％)，控制器调大蒸汽调节阀开度，同时按比例调大空气进入量，调节蒸汽调节阀开度X＝X0+b(Wt-Wr)＝0.5+2.55*0.11＝78.05％，进风量为5.65m3/s，其中，所述常数b为2.55，通过多次实验可以预先得到；
间隔3分钟后，分光测色仪4、温湿度传感器2继续将实时采集的色差ΔE*ab值、温度T、湿度RH输送给控制器，再次检测水分含量，直至检测到的水分含量等于目标水分含量，出料。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种中药材干燥过程水分在线控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
往干燥箱中通入干燥热空气对干燥箱中的中药材进行干燥，分别测定干燥箱中由传输网带输送到传输方向末端的中药材样品与含目标水分含量的中药材的色差值，同时测量干燥箱中的温度和湿度；
采用烘干法测定所述中药材样品的水分含量值；
采用偏最小二乘法建立所述色差值、温度和湿度与所述水分含量值之间的水分含量检测模型；
往干燥箱中通入干燥热空气对干燥箱中的待测中药材进行干燥，测定干燥箱中的待测中药材与含目标水分含量的中药材的色差值，同时测量干燥箱中的温度和湿度，将色差值、温度和湿度数据输入所述水分含量检测模型，获得所述待测中药材的水分含量值。
2.根据权利要求1所述的中药材干燥过程水分在线控制方法，其特征在于，所述干燥热空气由蒸汽经过换热器对干燥空气进行加热得到。
3.根据权利要求2所述的中药材干燥过程水分在线控制方法，其特征在于，分别建立中药材的水分含量与蒸汽进入量、空气进风量及中药材的水分含量与传输网带的运行速度之间的水分含量控制模型，用于根据检测到的中药材的水分含量与目标水分含量的差值，实时调控蒸汽进入量、空气进风量或传输网带的运行速度。
4.根据权利要求3所述的中药材干燥过程水分在线控制方法，其特征在于，所述检测到的水分含量与目标水分含量的差值超过10％时，调控蒸汽进入量、空气进风量；所述检测到的水分含量与目标水分含量的差值不超过10％时，调控传输网带的运行速度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的中药材干燥过程水分在线控制方法，其特征在于，所述蒸汽进入量、空气进风量的比例固定。
6.一种中药材干燥过程水分在线控制装置，其特征在于，包括：干燥箱(1)，所述干燥箱(1)外设置有与干燥箱(1)内腔相连通的温湿度传感器(2)，所述干燥箱(1)内安装有用于传输中药材的传输网带(3)以及位于传输网带(3)传输方向末端上方的分光测色仪(4)，所述干燥箱1箱体连通有向其提供干燥热空气的供热机构；所述温湿度传感器(2)、分光测色仪(4)与控制器通信连接，所述控制器中存储有中药材对应的水分含量检测模型，用于根据接收到的温湿度传感器(2)采集的干燥箱(1)内的温度、湿度数据及分光测色仪(4)获取的待测中药材与含目标水分含量的中药材的色差值实时输出待测中药材的水分含量，并与目标水分含量对比判断所述药材是否达到干燥标准。
7.根据权利要求6所述的中药材干燥过程水分在线控制装置，其特征在于，所述供热机构包括出口与干燥箱(1)连通的空气换热器，所述空气换热器的入口连通风机(6)，所述空气换热器内设有蒸汽加热管，所述蒸汽加热管的入口管接蒸汽输入管，所述蒸汽加热管的出口管接疏水管，所述蒸汽输入管上设置有蒸汽调节阀(5)。
8.根据权利要求7所述的中药材干燥过程水分在线控制装置，其特征在于，所述控制器还与传输网带驱动单元、蒸汽调节阀驱动单元、风机驱动单元通信连接，所述传输网带驱动单元、蒸汽调节阀驱动单元、风机驱动单元分别与传输网带(3)、蒸汽调节阀(5)、风机(6)电连接，所述控制器中存储有待测中药材的水分含量控制模型，用于根据检测到的中药材的水分含量与目标水分含量的差别，实时调控蒸汽调节阀(5)的开度以及空气进风量或传输网带(3)的运行速度。
9.根据权利要求6-8任一项所述的中药材干燥过程水分在线控制装置，其特征在于，所述干燥箱(1)通过设于干燥箱(1)底部的开设有多个孔洞的分配盘(9)与空气换热器的出口连通。
10.根据权利要求6-9任一项所述的中药材干燥过程水分在线控制装置，其特征在于，所述干燥箱(1)内安装有由上至下设置的多条传输网带(3)，相邻两条传输网带(3)的左右两端交错设置。
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