自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于中藥提取生產(chǎn)領(lǐng)域的探討

摘 要：針對(duì)中藥提取生產(chǎn)過程中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，采用動(dòng)態(tài)多級(jí)逆流提取、多效濃縮和真空低溫連續(xù)干燥等新型高效節(jié)能單元工藝裝備對(duì)中藥提取生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)中藥提取生產(chǎn)操作過程及關(guān)鍵質(zhì)量技術(shù)參數(shù)和工藝條件全程在線監(jiān)控，達(dá)到產(chǎn)品保障質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)能源成本下降的目的。文章就中藥提取生產(chǎn)線自動(dòng)化改造中的相關(guān)問題進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：中藥提取；濃縮；動(dòng)態(tài)提取；自動(dòng)控制系統(tǒng)；驗(yàn)證

1 中藥提取工藝特點(diǎn)

1.1 中藥提取必須符合藥品生產(chǎn)法規(guī)要求

在提取工業(yè)生產(chǎn)過程中，按照國(guó)家藥品生產(chǎn)相關(guān)規(guī)范要求，藥品的生產(chǎn)必須符合GMP（藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范）要求，生產(chǎn)過程必須按照規(guī)定生產(chǎn)處方生產(chǎn)，按照規(guī)定的工藝規(guī)程進(jìn)行制造。即中藥提取生產(chǎn)須按規(guī)定的配方（產(chǎn)品及原輔材料組分）、生產(chǎn)一定量的中藥提取物，按所需生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)操作條件（加熱、攪拌、沉淀、過濾等）進(jìn)行生產(chǎn)。

1.2 中藥提取過程是整個(gè)中成藥品生產(chǎn)過程中能源消耗最大的環(huán)節(jié)。中藥提取過程中大量消耗蒸汽、飲用水用于藥物蒸煮，濃縮過程中真空消耗電力能源等。

1.3 中藥成分含量測(cè)定準(zhǔn)確性，由于中藥成分較為復(fù)雜，提取過程的控制對(duì)含量具有一定的影響。

2 中藥提取自動(dòng)控制系統(tǒng)及設(shè)備

2.1 控制系統(tǒng)構(gòu)成

中藥提取生產(chǎn)設(shè)備主要為動(dòng)態(tài)提取罐，過濾裝置、雙效濃縮器，乙醇計(jì)量罐、真空帶式干燥機(jī)等裝備，內(nèi)容包括：

DCS中控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等；現(xiàn)代化的中央控制平臺(tái)（可擴(kuò)充性、高展示性）；自動(dòng)化儀器儀表系統(tǒng)；生產(chǎn)設(shè)備視頻監(jiān)控系統(tǒng)；成分在線檢測(cè)系統(tǒng)；制造過程能源在線統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。

DCS控制系統(tǒng)軟件操作平臺(tái)采用WINDOWS2000，應(yīng)用程序?yàn)槿形牟僮鹘缑妫藱C(jī)界面友好，操作方便、安全。具有數(shù)據(jù)文字顯示、實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示、棒形圖顯示、工藝流程動(dòng)態(tài)畫面顯示，操作人員可隨時(shí)了解提取罐、儲(chǔ)罐、濃縮罐等的運(yùn)行狀態(tài)和各種監(jiān)控參數(shù)。使中藥生產(chǎn)的工藝操作和參數(shù)得到科學(xué)的、有效的、嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)和控制，保證生產(chǎn)過程平穩(wěn)性和可控性，保證產(chǎn)品的穩(wěn)定和均一，實(shí)現(xiàn)中藥生產(chǎn)過程智能化、檢測(cè)自動(dòng)化。

2.2 自動(dòng)控制操作功能

2.2.1 動(dòng)態(tài)提取工段

實(shí)現(xiàn)功能：藥品的批次控制；純化水量，有機(jī)溶劑的計(jì)量和控制；浸泡、升溫、保溫煎煮溫度、壓力控制；浸泡、保溫煎煮時(shí)間控制；提取雙向循環(huán)控制；藥渣乙醇回收控制；提取罐底出渣鎖、出渣門開啟裝置的聯(lián)鎖與保護(hù)；模糊出料控制；提取罐的自動(dòng)清洗；貯液罐貯存時(shí)間自動(dòng)記錄；斷氣、斷水、斷電實(shí)時(shí)系統(tǒng)安全保護(hù)；生產(chǎn)過程報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)表及曲線、歷史報(bào)表及曲線、報(bào)警、手自動(dòng)轉(zhuǎn)換等功能。

2.2.2 提取工藝控制保護(hù)

從設(shè)備和人身安全考慮，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到安全保護(hù)措施，通過控制系統(tǒng)對(duì)提取過程進(jìn)行有效的保護(hù)。

2.2.3 雙效濃縮工段

常見的外循環(huán)濃縮包括單效，雙效，三效濃縮，但基本的控制方案一致。濃縮過程主要包括進(jìn)料，濃縮及出料、酒精回收等四部分，在該工藝過程控制中我們把藥液的進(jìn)料量、濃縮溫度、真空度、密度、及時(shí)消泡、自動(dòng)回收醇等為主要控制目標(biāo)。

實(shí)現(xiàn)功能：藥品的批次控制；濃縮器溫度、液位、真空度的檢測(cè)與控制；濃縮器夾套壓力控制；濃縮器泡沫控制，解決中藥提取液在減壓和加熱狀態(tài)下容易發(fā)泡的問題；濃縮終點(diǎn)判斷及出料控制；冷凝水受液罐自動(dòng)排液；夾套冷凝水排放控制；冷卻循環(huán)水控制；真空開關(guān)控制；濃縮器的自動(dòng)清洗；生產(chǎn)過程報(bào)表、實(shí)時(shí)報(bào)表及曲線、歷史報(bào)表及曲線、報(bào)警、手自動(dòng)轉(zhuǎn)換等功能。

2.2.4 浸膏干燥工段

實(shí)現(xiàn)與DCS系統(tǒng)的通訊和監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)本地控制和DCS系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控的有機(jī)融合。真空帶式干燥工段的本地控制是通過現(xiàn)場(chǎng)西門子300系統(tǒng)單獨(dú)控制。

實(shí)現(xiàn)功能：浸膏預(yù)熱溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控；布料器出液速度監(jiān)控；干燥機(jī)筒體內(nèi)加熱段和冷卻段溫度監(jiān)控；履帶速度監(jiān)控；干燥真空度監(jiān)控；生產(chǎn)數(shù)據(jù)曲線記錄；超限報(bào)警；生產(chǎn)報(bào)表自動(dòng)記錄。

3 中藥提取生產(chǎn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 編程軟件的選擇

程序語(yǔ)言一般采用控制設(shè)備（西門子、歐姆龍等）供應(yīng)商提供的編程/組態(tài)語(yǔ)言，主要有：LD（梯形圖語(yǔ)言）、FB（功能塊圖）、SFC（順序功能圖）、ST（結(jié)構(gòu)化文本語(yǔ)言）和C++、VB等專用編程語(yǔ)言。選擇編程軟件時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同情況，進(jìn)行合理選擇多種語(yǔ)言。

3.2 上位機(jī)組態(tài)軟件的選擇

在用上位機(jī)+下位機(jī)構(gòu)造控制系統(tǒng)時(shí)，上位機(jī)（操作員站、工程師站）組態(tài)軟件可選擇硬件廠商提供的軟件，也可選擇通用組態(tài)軟件。選擇時(shí)，不僅要看其常用組態(tài)功能是否完整，還要了解其是否可提供的如下可選軟件包：BATCH（批量控制）、SPC/SQC（在線或離線統(tǒng)計(jì)過程控制）、ERP管理信息系統(tǒng)接口等。

3.3 軟件功能及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一般包含如下內(nèi)容：實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理，操作順序控制，泵/電機(jī)的邏輯控制，溫度、壓力等模擬量的連續(xù)調(diào)節(jié)控制，過程連鎖，安全連鎖，過程I/O。實(shí)時(shí)生產(chǎn)管理功能，在上位機(jī)實(shí)現(xiàn)，其它功能在控制器實(shí)現(xiàn)，在需要進(jìn)行過程重組的應(yīng)用中，操作順序控制應(yīng)在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)一般遵循結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原則。整個(gè)生產(chǎn)線控制軟件應(yīng)層級(jí)設(shè)計(jì)，分成生產(chǎn)線單元、設(shè)備單元、模塊與操作單元三個(gè)層次。

4 控制點(diǎn)設(shè)置和自動(dòng)化儀表、閥門的選擇

4.1 控制點(diǎn)的設(shè)置

控制方式的選擇和控制點(diǎn)的設(shè)置，一般由生產(chǎn)工藝人員提出條件，自控和設(shè)備人員聯(lián)合設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)基于工藝處方、設(shè)備、儀器儀表、閥門等因素綜合考慮。

4.2 自動(dòng)化儀表、閥門的選型

選型基本原則應(yīng)采用可靠、穩(wěn)定、符合GMP要求。儀表選擇盡量選用衛(wèi)生型。中藥生產(chǎn)各種罐的底部經(jīng)常有一些膠質(zhì)、鞣質(zhì)、黏質(zhì)，應(yīng)盡量避免采用靜壓式和電纜式液位計(jì)，尤其是纜式液位其與藥品接觸的材質(zhì)不能提供驗(yàn)證，保證其不發(fā)生藥液變化，流量計(jì)的選擇應(yīng)該根據(jù)藥液特性分別選擇不同形式。根據(jù)藥液特性以及各種閥門的特點(diǎn)、流體曲線來(lái)選擇閥門型號(hào)。

用于藥液、水、酒精等介質(zhì)管道的開關(guān)閥采用氣動(dòng)衛(wèi)生球閥，重點(diǎn)物料流動(dòng)性、粘性、含固量對(duì)閥門的影響，采購(gòu)閥門前，可先提供物料特性個(gè)閥門供應(yīng)商，避免在日后運(yùn)行過程中閥門故障對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行的影響。流量、液位、壓力等變送器選擇應(yīng)該考慮容易清潔和可耐高溫消毒；閥門及控制器件應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)防爆要求。

4.3 控制系統(tǒng)方案評(píng)估與驗(yàn)證

目前國(guó)內(nèi)對(duì)中藥制造業(yè)提取濃縮干燥成套設(shè)備自動(dòng)化改造的研究仍屬初級(jí)階段。國(guó)內(nèi)制藥企業(yè)應(yīng)用中藥提取自動(dòng)化改造有較多成功案例，但也有因工藝、選型等原因造成改造不盡人意，因此，中藥提取控制系統(tǒng)的方案應(yīng)對(duì)其先進(jìn)性、完整性、可靠性、可維護(hù)性、開放性、經(jīng)濟(jì)性、售后服務(wù)等進(jìn)行全面評(píng)估。

中藥提取自動(dòng)控制系統(tǒng)建成后，應(yīng)根據(jù)藥品GMP法規(guī)的要求，進(jìn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)驗(yàn)證，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)確認(rèn)、安裝確認(rèn)、運(yùn)行確認(rèn)、性能確認(rèn)，確保系統(tǒng)符合藥品生產(chǎn)質(zhì)量要求。

當(dāng)今能源壓力巨大、國(guó)家提倡節(jié)約型社會(huì)。自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用于高效節(jié)能單元裝備，在提高藥材利用率、減少溶劑用量、縮短生產(chǎn)時(shí)間等方面優(yōu)勢(shì)顯著，大大地降低了能耗和生產(chǎn)成本。這些有益效果，將有助于制藥裝備研究人員對(duì)設(shè)備節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，提高我國(guó)制藥裝備的整體技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

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作者簡(jiǎn)介：張志文（1981-），男，廣東韶關(guān)人，職稱助理工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：動(dòng)力及制藥設(shè)備電氣自動(dòng)化改造。