中藥制藥過(guò)程控制系統(tǒng)各工段控制要求和方案

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最后更新：	2017-04-29 10:02
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　　中藥過(guò)程控制系統(tǒng)的工藝過(guò)程由動(dòng)態(tài)水提、雙效不銹鋼濃縮罐、醇沉、噴霧干燥等過(guò)程單元組成，主要面向于中藥浸膏生產(chǎn)的階段，后續(xù)階段生產(chǎn)包括制劑、包裝都具有比較成熟的自動(dòng)化控制技術(shù)和生產(chǎn)線，不在本章討論之列。中藥制藥生產(chǎn)線一般可設(shè)計(jì)為專(zhuān)用單品種生產(chǎn)線、專(zhuān)用多品種生產(chǎn)線、可重組多品種生產(chǎn)線。生產(chǎn)線常采用流水線布局和分區(qū)式布局兩種布局方式，采用流水線布局，工藝過(guò)程及設(shè)備布局一目了然，而分區(qū)域布局較為節(jié)省空間。
　　在中藥浸膏生產(chǎn)的工藝過(guò)程中，首先通過(guò)提取過(guò)程將藥材的有效成分提取出來(lái)，水提液經(jīng)過(guò)濾、除雜質(zhì)后進(jìn)行濃縮、醇沉、干燥各工段的處理，除以上工段外，給各工段提供能源和輔助設(shè)施的公共系統(tǒng)和影響產(chǎn)品質(zhì)量的公用系統(tǒng)，如蒸汽、純化水、壓縮空氣、氣體、空調(diào)凈化系統(tǒng)等，也需考慮適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控。下面對(duì)中藥生產(chǎn)幾個(gè)重要工段的控制要求和方案進(jìn)行分析。
　　1、中藥動(dòng)態(tài)提取工段控制要點(diǎn)
　　針對(duì)中藥提取工段，通常采用的多功能濃縮提取設(shè)備是動(dòng)態(tài)提取罐，可單罐提取也可由多個(gè)提取罐組成成套提取裝置，目前改進(jìn)提取罐的提取溫度已經(jīng)能控制在60~80℃。中藥動(dòng)態(tài)提取工段的基本自動(dòng)化控制與操作包括：
　　(1)定量加溶媒和投料：按工藝設(shè)定值啟動(dòng)自吸泵打開(kāi)閥門(mén)向提取罐中加入溶媒，通過(guò)電磁流量計(jì)檢測(cè)加入溶媒的量，達(dá)到設(shè)定的溶媒投放量后關(guān)閉閥門(mén)停泵。按工藝要求投入適量的原料藥材至提取罐。
　　(2)升溫控制：打開(kāi)蒸汽流量調(diào)節(jié)閥和蒸汽直通閥，直接通入蒸汽到提取罐內(nèi)對(duì)藥液進(jìn)行加熱，通過(guò)溫度變送器和壓力變送器對(duì)罐內(nèi)料液溫度和夾套壓力進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)接近沸點(diǎn)溫度時(shí)關(guān)閉蒸汽直通閥。
　　(3)恒溫控制：檢測(cè)料液溫度、夾套壓力，控制蒸汽流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，保持溫度在接近沸點(diǎn)的值，使料液保持微沸狀態(tài)。
　　(4)攪拌控制：對(duì)提取罐藥液定時(shí)進(jìn)行攪拌，根據(jù)物料性質(zhì)的不同和提取工藝要求對(duì)攪拌強(qiáng)度進(jìn)行變頻調(diào)速控制。
　　(5)揮發(fā)油提取：通過(guò)油水分離器對(duì)提取蒸汽中的揮發(fā)油成分進(jìn)行分離，以滿足含揮發(fā)油成分藥材提取揮發(fā)油的需要，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)冷卻水流量，以達(dá)到最佳的收率。
　　(6)出液：加熱提取完成后，開(kāi)啟出液閥，啟動(dòng)出液泵出液。
　　(7)清理：出液完畢后，開(kāi)啟出渣門(mén)排除藥渣，打開(kāi)提取罐底蓋，開(kāi)清洗閥，啟動(dòng)清洗水泵，按設(shè)定時(shí)間進(jìn)行清洗，完成后關(guān)閉底蓋。
　　綜上所述，提取工段需要完成的自動(dòng)控制回路包括：提取罐加熱溫度自動(dòng)控制，提取罐加液、補(bǔ)液自動(dòng)控制、提取液攪拌自動(dòng)控制、提取罐出料自動(dòng)控制、提取罐清洗自動(dòng)控制等。在提取過(guò)程中，檢測(cè)儀表有：流量計(jì)、溫度變送器、壓力變送器等。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有：泵、閥門(mén)、變頻器、限位開(kāi)關(guān)等。檢測(cè)參數(shù)：提取罐內(nèi)溫度、壓力、液位、進(jìn)料流量、冷卻罐中冷卻水溫度、出口溫度等。控制參數(shù)：提取液的溫度、提取罐內(nèi)壓力、液位等。
　　2、中藥雙效濃縮工段控制要點(diǎn)
　　濃縮工段是將提取工段得到的藥液進(jìn)一步蒸發(fā)使溶劑減少，使藥液濃度達(dá)到要求的值。蒸發(fā)濃縮既能保持中醫(yī)藥的特色，又對(duì)中藥品種適應(yīng)性廣，在中藥制藥中應(yīng)用最為廣泛。由于中藥部分成分具有熱敏性，因此蒸發(fā)濃縮過(guò)程除了考慮制定較低的蒸發(fā)溫度，還需要考慮提高蒸發(fā)速率以減少藥液在蒸發(fā)器中的停留時(shí)間。
　　雙效真空濃縮系統(tǒng)是目前中藥制藥企業(yè)較為常用的主流藥液濃縮設(shè)備，在雙效濃縮器中物料經(jīng)分配器被均勻的分配到各蒸發(fā)器管內(nèi)，物料在重力和二次蒸汽的作用下形成螺旋形膜狀自上而下流動(dòng)，同時(shí)物料薄膜與列管外壁蒸汽發(fā)生熱量交換，使物料中的水份受熱蒸發(fā)，穩(wěn)定的溫差和傳熱面積，形成穩(wěn)定的水份蒸發(fā)量，被蒸發(fā)的水份所形成的二次蒸汽被多次利用，最大限度的利用熱能，降低蒸汽消耗，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。真空濃縮排除了蒸發(fā)空間的氧氣，有利于提高含有易氧化物質(zhì)的藥液的加工品質(zhì)。雙效濃縮器由2個(gè)加熱器、蒸發(fā)器、分離器等組成。目前真空雙效濃縮機(jī)組的濃縮液溫度可控制在40~80℃。
　　雙效濃縮工段的基本操作包括：
　　(1)進(jìn)料控制：將雙效濃縮器置于準(zhǔn)備好狀態(tài)，開(kāi)真空泵和進(jìn)料閥，控制自動(dòng)進(jìn)料，進(jìn)料達(dá)到蒸發(fā)室液位后自動(dòng)關(guān)進(jìn)料閥，停止進(jìn)料。
　　(2)蒸發(fā)控制：開(kāi)啟蒸汽閥，對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行加熱，調(diào)節(jié)一效和二效的溫度及真空度；控制一效和二效蒸發(fā)室之間的壓力差，保持動(dòng)態(tài)平衡，操作過(guò)程應(yīng)保持平穩(wěn)，防止跑料，調(diào)節(jié)過(guò)程中盡量減少使用放空閥的次數(shù)和時(shí)間，以節(jié)約能源。
　　(3)補(bǔ)料控制：為保持較高的蒸發(fā)速率必須及時(shí)補(bǔ)料，對(duì)一效和二效的液位進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)液位低于一定程度時(shí)補(bǔ)料，補(bǔ)料量以?xún)尚瑫r(shí)有效工作時(shí)間最長(zhǎng)為目標(biāo)，補(bǔ)料時(shí)候由于進(jìn)料藥液溫度不一致，對(duì)系統(tǒng)造成擾動(dòng)，需要作微調(diào)，以免破壞蒸發(fā)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。
　　(4)在蒸發(fā)過(guò)程中還要進(jìn)行冷卻水流量檢測(cè)、冷卻水溫度檢測(cè)、倒料控制和收膏控制。當(dāng)蒸發(fā)室料液濃度達(dá)設(shè)定值時(shí)，停止蒸發(fā)，提示收膏。
　　除以上操作外，還包括蒸發(fā)器末效真空度控制、消泡控制、液位控制、冷凝水排放控制、設(shè)備在線清洗控制、不銹鋼濃縮罐煮罐控制等。以上為蒸發(fā)器的輔助控制系統(tǒng)，對(duì)蒸發(fā)操作的平穩(wěn)、節(jié)能以及產(chǎn)品質(zhì)量的影響非常重要，需要針對(duì)不同的工藝環(huán)境和條件選擇參數(shù)加以控制。
　　3、中藥醇沉工段控制要點(diǎn)
　　醇沉也叫醇析，是向溶液中加入醇后使不易溶解的物質(zhì)析出的過(guò)程。對(duì)中藥濃縮液加入適當(dāng)乙醇反復(fù)多次沉降，利用有效成分能溶于乙醇而雜質(zhì)不溶于乙醇的特性，將有效成分轉(zhuǎn)溶于乙醇中，將雜質(zhì)沉淀出來(lái)，最后得到澄明液體。醇沉的目的是為了除去雜質(zhì)保留藥物有效成分，因而醇沉單元操作關(guān)系著中藥產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性與有效性。醇沉的主要設(shè)備是攪拌醇沉罐。
　　在醇沉過(guò)程中，濃縮液和乙醇按工藝要求，投入各自的配比量并開(kāi)啟冷凍鹽水或冷卻水，攪拌混和均勻，達(dá)到料液所需的溫度后停止攪拌，繼續(xù)在夾套內(nèi)通入冷凍鹽水或冷卻水，保證所需的液溫。待沉淀完成后開(kāi)啟上清液出料閥，用自吸泵將上清液抽出，罐內(nèi)裝有浮球式出液器，隨上清液液面逐漸下降，浮球也隨液面下降，待上清液抽完，因濁液密度遠(yuǎn)大于上清液，浮球浮在沉淀物表面不再下降，出液器自動(dòng)停止出液。此時(shí)可打開(kāi)出渣口，將沉淀物排出。根據(jù)物料不同沉淀物質(zhì)不一樣，可先打開(kāi)底部蝶閥將稀料放出。對(duì)于某些如淀粉類(lèi)的沉淀物可能會(huì)結(jié)塊，造成出渣不暢，可向沉淀物通入加熱蒸汽使其軟化后將渣排出。待沉淀物排凈后用水將罐內(nèi)壁清洗干凈，關(guān)閉蝶閥。基本操作包括進(jìn)料、按配比進(jìn)乙醇、攪拌、沉淀定時(shí)、冷卻控制、出渣、清洗等。醇沉過(guò)程是非連續(xù)性操作過(guò)程，需要靜置沉淀的時(shí)間較長(zhǎng)。
　　4、中藥噴霧干燥工段控制要點(diǎn)
　　噴霧干燥是將原料液用霧化器分散成霧滴，并用熱空氣與霧滴直接接觸的方式而獲得粉粒狀產(chǎn)品的一種干燥過(guò)程。噴霧干燥可分為三個(gè)基本過(guò)程階段：一是料液霧化成霧滴；二是霧滴和干燥介質(zhì)接觸、混合及流動(dòng)，即進(jìn)行干燥：三是干燥產(chǎn)品與空氣分離。
　　產(chǎn)品的最終含水量與干燥器熱風(fēng)進(jìn)口溫度、加熱器出口溫度及干燥器內(nèi)負(fù)壓等參數(shù)有直接關(guān)系。在噴霧干燥過(guò)程中，料液從噴嘴呈霧狀噴出，霧狀液滴均勻地分布在干燥室中。由引風(fēng)機(jī)吸入的干燥介質(zhì)空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾后經(jīng)排風(fēng)口中的預(yù)熱器預(yù)熱后，由風(fēng)機(jī)送入換熱器加熱到指定溫度后進(jìn)入干燥室對(duì)霧狀料液進(jìn)行千燥。干燥過(guò)程中蒸汽和干燥介質(zhì)從干燥塔下部排風(fēng)口排出。由于目前在線測(cè)量產(chǎn)品濕度比較困難，在大多數(shù)噴霧干燥系統(tǒng)中，常采用由干燥機(jī)排除的出口空氣溫度作為控制參數(shù)，可以利用排風(fēng)溫度和進(jìn)風(fēng)溫度差擬合出與產(chǎn)品含水率的一個(gè)近似函數(shù)曲線來(lái)代替產(chǎn)品含水率這一關(guān)鍵控制變量。
　　除上述主要工段外，還包括提供全廠公用工程包括制備工藝用水、壓縮空氣、空調(diào)凈化系統(tǒng)、蒸汽、供電電源及照明等的測(cè)控；中藥制藥的廠房環(huán)境是藥品生產(chǎn)質(zhì)量保證體系的重要組成部分，為了使?jié)崈魪S房達(dá)到GMP標(biāo)準(zhǔn)，還必須加強(qiáng)對(duì)廠房的溫度、濕度、壓力、照度、潔凈度等指標(biāo)的測(cè)控；為保證生產(chǎn)的安全性，還需要在醇沉、溶媒回收區(qū)加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)并采取防火、防爆措施；在中藥浸膏生產(chǎn)過(guò)程中要產(chǎn)生大量的廢液、藥渣，還要考慮在生產(chǎn)過(guò)程中采用清潔生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)施廢水廢渣的自動(dòng)化處理。總之，在基礎(chǔ)自動(dòng)化實(shí)施中需要根據(jù)中藥制藥工藝控制要求及GMP規(guī)范建立較為完善的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。
　　5、中藥制藥企業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)
　　通過(guò)對(duì)成都市幾家中藥制藥企業(yè)生產(chǎn)車(chē)間的工藝設(shè)備和自動(dòng)化生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)察和分析，得出目前中小型藥制藥企業(yè)的過(guò)程控制系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：
　　(1)自動(dòng)化程度不高：特別是提取工段和濃縮工段，通常采取人工控制的方式，難以保證操作的一致性，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。
　　(2)信息集成能力不強(qiáng)：控制器與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間靠I/O連接，傳送4~20mA模擬量信號(hào)或24VDC等開(kāi)關(guān)量信號(hào)，并以此對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，造成控制器獲取信息量有限，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、故障數(shù)據(jù)等底層數(shù)據(jù)不全，難以滿足綜合自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)對(duì)底層數(shù)據(jù)的要求。
　　(3)系統(tǒng)開(kāi)放性差：底層設(shè)備的不同廠家產(chǎn)品之間缺乏互操作性、互換性，系統(tǒng)兼容接口少，很難將一些高層應(yīng)用軟件如先進(jìn)過(guò)程控制軟件、工藝流程和配方軟件加入到系統(tǒng)中去，開(kāi)放性和可升級(jí)性差。
　　(4)可靠性不易保證，設(shè)備可維護(hù)性差：由于大范圍的分布式系統(tǒng)，存在大量的I/O電纜及敷設(shè)施工，系統(tǒng)可靠性不易保證。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息不全，在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能不強(qiáng)，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等功能，影響了系統(tǒng)的可維護(hù)性。
　　因此，在設(shè)備集成的基礎(chǔ)上，構(gòu)建底層控制網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)各工段自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)。
滄州瑞泰機(jī)械制造有限公司(http://www.hbruitai.com)通過(guò)十多年的生產(chǎn)實(shí)踐，在設(shè)計(jì)、制造等方面積累了豐富的技術(shù)管理和質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)，濃縮罐、不銹鋼夾層鍋、不銹鋼濃縮提取設(shè)備、樹(shù)脂柱機(jī)組、多功能提取罐、質(zhì)量有優(yōu)良的保證。

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