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中藥制藥過程控制系統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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詳細說明
　　中藥過程控制系統的工藝過程由動態水提、雙效不銹鋼濃縮罐、醇沉、噴霧干燥等過程單元組成，主要面向于中藥浸膏生產的階段，后續階段生產包括制劑、包裝都具有比較成熟的自動化控制技術和生產線，不在本章討論之列。中藥制藥生產線一般可設計為專用單品種生產線、專用多品種生產線、可重組多品種生產線。生產線常采用流水線布局和分區式布局兩種布局方式，采用流水線布局，工藝過程及設備布局一目了然，而分區域布局較為節省空間。
　　在中藥浸膏生產的工藝過程中，首先通過提取過程將藥材的有效成分提取出來，水提液經過濾、除雜質后進行濃縮、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施的公共系統和影響產品質量的公用系統，如蒸汽、純化水、壓縮空氣、氣體、空調凈化系統等，也需考慮適當的監控。下面對中藥生產幾個重要工段的控制要求和方案進行分析。
　　1、中藥動態提取工段控制要點
　　針對中藥提取工段，通常采用的多功能濃縮提取設備是動態提取罐，可單罐提取也可由多個提取罐組成成套提取裝置，目前改進提取罐的提取溫度已經能控制在60~80℃。中藥動態提取工段的基本自動化控制與操作包括：
　　(1)定量加溶媒和投料：按工藝設定值啟動自吸泵打開閥門向提取罐中加入溶媒，通過電磁流量計檢測加入溶媒的量，達到設定的溶媒投放量后關閉閥門停泵。按工藝要求投入適量的原料藥材至提取罐。
　　(2)升溫控制：打開蒸汽流量調節閥和蒸汽直通閥，直接通入蒸汽到提取罐內對藥液進行加熱，通過溫度變送器和壓力變送器對罐內料液溫度和夾套壓力進行檢測，當接近沸點溫度時關閉蒸汽直通閥。
　　(3)恒溫控制：檢測料液溫度、夾套壓力，控制蒸汽流量調節閥開度，保持溫度在接近沸點的值，使料液保持微沸狀態。
　　(4)攪拌控制：對提取罐藥液定時進行攪拌，根據物料性質的不同和提取工藝要求對攪拌強度進行變頻調速控制。
　　(5)揮發油提取：通過油水分離器對提取蒸汽中的揮發油成分進行分離，以滿足含揮發油成分藥材提取揮發油的需要，動態調節冷卻水流量，以達到最佳的收率。
　　(6)出液：加熱提取完成后，開啟出液閥，啟動出液泵出液。
　　(7)清理：出液完畢后，開啟出渣門排除藥渣，打開提取罐底蓋，開清洗閥，啟動清洗水泵，按設定時間進行清洗，完成后關閉底蓋。
　　綜上所述，提取工段需要完成的自動控制回路包括：提取罐加熱溫度自動控制，提取罐加液、補液自動控制、提取液攪拌自動控制、提取罐出料自動控制、提取罐清洗自動控制等。在提取過程中，檢測儀表有：流量計、溫度變送器、壓力變送器等。執行機構有：泵、閥門、變頻器、限位開關等。檢測參數：提取罐內溫度、壓力、液位、進料流量、冷卻罐中冷卻水溫度、出口溫度等。控制參數：提取液的溫度、提取罐內壓力、液位等。
　　2、中藥雙效濃縮工段控制要點
　　濃縮工段是將提取工段得到的藥液進一步蒸發使溶劑減少，使藥液濃度達到要求的值。蒸發濃縮既能保持中醫藥的特色，又對中藥品種適應性廣，在中藥制藥中應用最為廣泛。由于中藥部分成分具有熱敏性，因此蒸發濃縮過程除了考慮制定較低的蒸發溫度，還需要考慮提高蒸發速率以減少藥液在蒸發器中的停留時間。
　　雙效真空濃縮系統是目前中藥制藥企業較為常用的主流藥液濃縮設備，在雙效濃縮器中物料經分配器被均勻的分配到各蒸發器管內，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，同時物料薄膜與列管外壁蒸汽發生熱量交換，使物料中的水份受熱蒸發，穩定的溫差和傳熱面積，形成穩定的水份蒸發量，被蒸發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，具有高效節能的特點。真空濃縮排除了蒸發空間的氧氣，有利于提高含有易氧化物質的藥液的加工品質。雙效濃縮器由2個加熱器、蒸發器、分離器等組成。目前真空雙效濃縮機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)進料控制：將雙效濃縮器置于準備好狀態，開真空泵和進料閥，控制自動進料，進料達到蒸發室液位后自動關進料閥，停止進料。
　　(2)蒸發控制：開啟蒸汽閥，對蒸發器進行加熱，調節一效和二效的溫度及真空度；控制一效和二效蒸發室之間的壓力差，保持動態平衡，操作過程應保持平穩，防止跑料，調節過程中盡量減少使用放空閥的次數和時間，以節約能源。
　　(3)補料控制：為保持較高的蒸發速率必須及時補料，對一效和二效的液位進行檢測，當液位低于一定程度時補料，補料量以兩效同時有效工作時間最長為目標，補料時候由于進料藥液溫度不一致，對系統造成擾動，需要作微調，以免破壞蒸發系統的動態平衡。
　　(4)在蒸發過程中還要進行冷卻水流量檢測、冷卻水溫度檢測、倒料控制和收膏控制。當蒸發室料液濃度達設定值時，停止蒸發，提示收膏。
　　除以上操作外，還包括蒸發器末效真空度控制、消泡控制、液位控制、冷凝水排放控制、設備在線清洗控制、不銹鋼濃縮罐煮罐控制等。以上為蒸發器的輔助控制系統，對蒸發操作的平穩、節能以及產品質量的影響非常重要，需要針對不同的工藝環境和條件選擇參數加以控制。
　　3、中藥醇沉工段控制要點
　　醇沉也叫醇析，是向溶液中加入醇后使不易溶解的物質析出的過程。對中藥濃縮液加入適當乙醇反復多次沉降，利用有效成分能溶于乙醇而雜質不溶于乙醇的特性，將有效成分轉溶于乙醇中，將雜質沉淀出來，最后得到澄明液體。醇沉的目的是為了除去雜質保留藥物有效成分，因而醇沉單元操作關系著中藥產品的安全性、穩定性與有效性。醇沉的主要設備是攪拌醇沉罐。
　　在醇沉過程中，濃縮液和乙醇按工藝要求，投入各自的配比量并開啟冷凍鹽水或冷卻水，攪拌混和均勻，達到料液所需的溫度后停止攪拌，繼續在夾套內通入冷凍鹽水或冷卻水，保證所需的液溫。待沉淀完成后開啟上清液出料閥，用自吸泵將上清液抽出，罐內裝有浮球式出液器，隨上清液液面逐漸下降，浮球也隨液面下降，待上清液抽完，因濁液密度遠大于上清液，浮球浮在沉淀物表面不再下降，出液器自動停止出液。此時可打開出渣口，將沉淀物排出。根據物料不同沉淀物質不一樣，可先打開底部蝶閥將稀料放出。對于某些如淀粉類的沉淀物可能會結塊，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壁清洗干凈，關閉蝶閥。基本操作包括進料、按配比進乙醇、攪拌、沉淀定時、冷卻控制、出渣、清洗等。醇沉過程是非連續性操作過程，需要靜置沉淀的時間較長。
　　4、中藥噴霧干燥工段控制要點
　　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品的一種干燥過程。噴霧干燥可分為三個基本過程階段：一是料液霧化成霧滴；二是霧滴和干燥介質接觸、混合及流動，即進行干燥：三是干燥產品與空氣分離。
　　產品的最終含水量與干燥器熱風進口溫度、加熱器出口溫度及干燥器內負壓等參數有直接關系。在噴霧干燥過程中，料液從噴嘴呈霧狀噴出，霧狀液滴均勻地分布在干燥室中。由引風機吸入的干燥介質空氣經過過濾器過濾后經排風口中的預熱器預熱后，由風機送入換熱器加熱到指定溫度后進入干燥室對霧狀料液進行千燥。干燥過程中蒸汽和干燥介質從干燥塔下部排風口排出。由于目前在線測量產品濕度比較困難，在大多數噴霧干燥系統中，常采用由干燥機排除的出口空氣溫度作為控制參數，可以利用排風溫度和進風溫度差擬合出與產品含水率的一個近似函數曲線來代替產品含水率這一關鍵控制變量。
　　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、空調凈化系統、蒸汽、供電電源及照明等的測控；中藥制藥的廠房環境是藥品生產質量保證體系的重要組成部分，為了使潔凈廠房達到GMP標準，還必須加強對廠房的溫度、濕度、壓力、照度、潔凈度等指標的測控；為保證生產的安全性，還需要在醇沉、溶媒回收區加強安全監測并采取防火、防爆措施；在中藥浸膏生產過程中要產生大量的廢液、藥渣，還要考慮在生產過程中采用清潔生產技術，實施廢水廢渣的自動化處理。總之，在基礎自動化實施中需要根據中藥制藥工藝控制要求及GMP規范建立較為完善的自動化控制系統。
　　5、中藥制藥企業過程控制系統的主要缺點
　　通過對成都市幾家中藥制藥企業生產車間的工藝設備和自動化生產情況進行調察和分析，得出目前中小型藥制藥企業的過程控制系統存在以下缺點：
　　(1)自動化程度不高：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，產品質量不穩定。
　　(2)信息集成能力不強：控制器與現場設備之間靠I/O連接，傳送4~20mA模擬量信號或24VDC等開關量信號，并以此對現場設備進行監控，造成控制器獲取信息量有限，設備運行參數、故障數據等底層數據不全，難以滿足綜合自動化系統建設對底層數據的要求。
　　(3)系統開放性差：底層設備的不同廠家產品之間缺乏互操作性、互換性，系統兼容接口少，很難將一些高層應用軟件如先進過程控制軟件、工藝流程和配方軟件加入到系統中去，開放性和可升級性差。
　　(4)可靠性不易保證，設備可維護性差：由于大范圍的分布式系統，存在大量的I/O電纜及敷設施工，系統可靠性不易保證。現場設備信息不全，在線故障診斷、報警、記錄功能不強，不能實現設備的遠程參數設定、修改等功能，影響了系統的可維護性。
　　因此，在設備集成的基礎上，構建底層控制網絡是實現各工段自動化控制的基礎。
滄州瑞泰機械制造有限公司(http://www.hbruitai.com)通過十多年的生產實踐，在設計、制造等方面積累了豐富的技術管理和質量管理經驗，濃縮罐、不銹鋼夾層鍋、不銹鋼濃縮提取設備、樹脂柱機組、多功能提取罐、質量有優良的保證。
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