劉飛舟

（山東省醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計(jì)院，濟(jì)南 250013）

醫(yī)藥中間體生產(chǎn)屬于精細(xì)化工，其最終產(chǎn)品是用于醫(yī)藥制劑生產(chǎn)的原料。隨著社會(huì)發(fā)展其生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化要求越來(lái)越高，需要針對(duì)其生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)控制設(shè)計(jì)，并需要對(duì)自控儀器儀表選型提出要求，醫(yī)藥中間體生產(chǎn)工藝與大型化工生產(chǎn)工藝不同，一般具有小型化、單批次間歇化、多功能化3個(gè)特點(diǎn)，下面就針對(duì)這幾個(gè)特點(diǎn)介紹一下其自動(dòng)化控制系統(tǒng)及儀器儀表選型特點(diǎn)。

1 小型化

小型化的最大特點(diǎn)就是反應(yīng)釜小，原料少且要求精準(zhǔn)，尤其是反應(yīng)過(guò)程中流加的液體物料，需要量很小，并且需要控制?？刂品绞匠Ｓ糜袃煞N：一是高精度流量計(jì)+精小型調(diào)節(jié)閥；二是采用計(jì)量泵進(jìn)行控制，分別介紹如下：

1.1 流量計(jì)+精小型調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制方案（見(jiàn)圖1）

2）控制過(guò)程描述：當(dāng)給出滴加控制指令后，打開(kāi)進(jìn)料控制閥，通過(guò)控制調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行滴加流量控制，滴加流量控制的同時(shí)進(jìn)行滴加累積控制，當(dāng)?shù)渭涌偭坷鄯e到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)料控制閥關(guān)閉，滴加控制結(jié)束。

3）儀表選型要求：流量計(jì)選擇小口徑高精度流量計(jì)，流量調(diào)節(jié)閥選用精小型調(diào)節(jié)閥，高位槽液位計(jì)應(yīng)選擇滿足介質(zhì)要求的高精度儀表，如高精度壓差液位計(jì)或磁致伸縮液位計(jì)。

圖1 流量計(jì)+精小型調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制方案Fig.1 Flow meter and fine small control valve automatic control scheme

1.2 計(jì)量泵自動(dòng)控制方案（見(jiàn)圖2）

1）控制說(shuō)明：因計(jì)量泵只有轉(zhuǎn)速輸入信號(hào)，沒(méi)有流量反饋信號(hào)，當(dāng)圖中的高位槽液位位差到達(dá)設(shè)定值時(shí)給出信號(hào)關(guān)閉計(jì)量泵。

2）控制過(guò)程描述：當(dāng)給出控制指令后，啟動(dòng)計(jì)量泵，根據(jù)溫度的控制信號(hào)調(diào)節(jié)計(jì)量泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)圖中高位槽的液位差到達(dá)給定值時(shí)，計(jì)量泵停泵，滴加控制結(jié)束。

3）儀表選型要求：控制泵應(yīng)選擇能大范圍調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的計(jì)量泵，同樣，高位槽的液位計(jì)應(yīng)根據(jù)介質(zhì)特點(diǎn)選擇高精度儀表，如高精度壓差液位計(jì)或磁致伸縮液位計(jì)。

2 單批次間歇化

醫(yī)藥中間體的生產(chǎn)過(guò)程與化工生產(chǎn)過(guò)程不同，一般的化工生產(chǎn)過(guò)程大多為連續(xù)化生產(chǎn)，而醫(yī)藥中間體的生產(chǎn)過(guò)程大多數(shù)是單批次間歇化的，通常為頻繁的單批次生產(chǎn)，需要反復(fù)的進(jìn)行前處理和后處理，并且這些過(guò)程需要滿足《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（GMP）要求，下面介紹一下前處理過(guò)程中氮?dú)庵脫Q的自動(dòng)控制和后處理過(guò)程中的清洗自動(dòng)控制。

當(dāng)代教師要提高自己的智能素質(zhì)、強(qiáng)化綠色教育意識(shí)，就必須改變封閉的教育狀態(tài)、開(kāi)闊眼界。在開(kāi)放時(shí)代和信息化社會(huì)，教師的知識(shí)已不僅僅來(lái)源于書(shū)本，更多的是來(lái)自于社會(huì)實(shí)踐。這是因?yàn)楫?dāng)今任何一本教科書(shū)都無(wú)法概括和吸收所有最新研究成果。所以，現(xiàn)在的教師中，不少人正在努力加強(qiáng)與自己教學(xué)專業(yè)有關(guān)的邊緣學(xué)科知識(shí)的了解和學(xué)習(xí)。有許多教師還把教育學(xué)、心理學(xué)、管理學(xué)等學(xué)科的新知識(shí)融入自己的專業(yè)知識(shí)之中，開(kāi)闊了自己的知識(shí)視野，使自己成為一專多能、文理滲透的教師。

2.1 氮?dú)庵脫Q過(guò)程自動(dòng)控制方案（見(jiàn)圖3）

圖2 計(jì)量泵自動(dòng)控制方案Fig.2 Metering pump automatic control scheme

圖3 氮?dú)庵脫Q過(guò)程自動(dòng)控制方案Fig.3 Automatic control scheme for nitrogen displacement process

1）控制說(shuō)明：為了保證生產(chǎn)過(guò)程的安全可靠，在反應(yīng)階段反應(yīng)釜內(nèi)不允許有氧氣（空氣）存在，所以置換過(guò)程就是用氮?dú)庵脫Q氧氣（空氣）的過(guò)程，為了確保置換徹底，采用置換次數(shù)（需要驗(yàn)證）和氧氣濃度檢測(cè)值相結(jié)合的控制方式。

圖4 清洗過(guò)程自動(dòng)控制方案Fig.4 Automatic control scheme for cleaning process

2）控制過(guò)程描述：當(dāng)給出置換指令后，首先打開(kāi)進(jìn)氮?dú)饪刂崎yHV-101，當(dāng)反應(yīng)釜壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉HV-101，打開(kāi)反應(yīng)釜抽真空控制閥HV-102，當(dāng)壓力降到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉HV-102，然后再打開(kāi)HV-101；當(dāng)壓力上升到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉HV-101，檢測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的氧氣濃度是否低于設(shè)定值。如果濃度不低于該設(shè)定值，重復(fù)上述過(guò)程，直到檢測(cè)到的氧氣濃度低于設(shè)定值時(shí)，氮?dú)庵脫Q結(jié)束。為了保證氮?dú)庵脫Q過(guò)程的可靠性，一般要求氮?dú)庵脫Q次數(shù)不低于某一數(shù)值（如3次），即在置換次數(shù)低于3次時(shí)，即使檢測(cè)到的氧氣濃度低于設(shè)定值也需要置換到3次才能結(jié)束。

3）儀表選型標(biāo)準(zhǔn)及要求：反應(yīng)釜的操作條件變化很大，圖中的在線氧氣濃度探測(cè)儀需要一個(gè)量程比很大的儀表，該儀表應(yīng)在低濃度范圍內(nèi)（如0%～3%）確保精確，還應(yīng)能在0%～30%范圍內(nèi)穩(wěn)定。進(jìn)氮?dú)饪刂崎y和抽真空控制閥應(yīng)選用高密封等級(jí)閥門(mén)。

2.2 清洗過(guò)程自動(dòng)控制方案（見(jiàn)圖4）

1）控制說(shuō)明

GMP對(duì)制藥設(shè)備清洗有嚴(yán)格的規(guī)定，即要保證清洗有效，清洗過(guò)程中的清洗水壓力、有效清洗時(shí)間應(yīng)同時(shí)滿足要求。清洗壓力指噴頭的壓力，受該壓力檢測(cè)困難的限制，一般采用瞬時(shí)流量來(lái)代替。有效清洗時(shí)間指瞬時(shí)壓力（這里用瞬時(shí)流量代替）滿足條件時(shí)的時(shí)間，所以在清洗控制中程序應(yīng)自動(dòng)扣除瞬時(shí)流量小于設(shè)定值時(shí)的時(shí)間。如果圖中的總控制閥供多個(gè)反應(yīng)釜清洗使用，每個(gè)反應(yīng)釜清洗時(shí)均可控制該閥門(mén)打開(kāi)，當(dāng)收到所有反應(yīng)釜的清洗過(guò)程結(jié)束信號(hào)時(shí)該總控制閥關(guān)閉。

圖5 多種傳熱介質(zhì)的溫度控制方案Fig.5 Temperature control schemes for various heat transfer media

2）控制過(guò)程描述

當(dāng)清洗指令給出后，清洗水總控制閥門(mén)首先開(kāi)啟，然后開(kāi)啟反應(yīng)釜的清洗控制閥，流量計(jì)啟動(dòng)，當(dāng)有效清洗時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)給出停止信號(hào)，關(guān)閉反應(yīng)釜清洗水控制閥門(mén)并給出總控制閥關(guān)閉信號(hào)，該反應(yīng)釜清洗過(guò)程結(jié)束。在沒(méi)有清洗操作時(shí)，可通過(guò)控制“打開(kāi)排凈”控制閥門(mén)和總控制閥進(jìn)行排凈控制。

3）儀表選型要求

流量計(jì)應(yīng)選用穩(wěn)定可靠的流量計(jì)，一般選用渦街流量計(jì)或渦輪流量計(jì)，控制閥門(mén)應(yīng)選用衛(wèi)生級(jí)隔膜閥，選用的儀表和閥門(mén)材質(zhì)一般為316L不銹鋼。

3 多功能化

醫(yī)藥中間體生產(chǎn)中的反應(yīng)釜通常需要進(jìn)行多步反應(yīng)或多種工藝，要求在不同階段進(jìn)行不同的溫度控制或壓力控制，為了完成這些過(guò)程的精確控制，在設(shè)計(jì)控制方案和儀表選型時(shí)就需要考慮滿足大范圍調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，下面是溫度控制的兩種方案：

3.1 多種傳熱介質(zhì)的溫度控制方案（見(jiàn)圖5）

1）控制過(guò)程描述

當(dāng)工藝要求的控制溫度需要熱水調(diào)節(jié)時(shí)，確認(rèn)攪拌電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)后，打開(kāi)夾套熱水進(jìn)出控制閥門(mén)，通過(guò)調(diào)節(jié)熱水調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度控制反應(yīng)釜溫度；當(dāng)工藝要求的控制溫度需要蒸汽調(diào)節(jié)時(shí)，首先關(guān)閉其它閥門(mén)，然后打開(kāi)氣液分離系統(tǒng)控制閥門(mén)和進(jìn)壓縮氣體控制閥門(mén)進(jìn)行壓空夾套內(nèi)液體的控制，壓水完成后（一般為時(shí)間控制）關(guān)閉進(jìn)壓縮氣體閥門(mén)、打開(kāi)進(jìn)蒸汽控制閥并全打開(kāi)進(jìn)蒸汽調(diào)節(jié)閥排出夾套內(nèi)壓縮氣體，壓縮氣體排完后（時(shí)間控制），關(guān)閉氣液分離系統(tǒng)控制閥門(mén)，打開(kāi)出蒸汽控制閥門(mén)進(jìn)入溫度控制程序，溫度控制完成后關(guān)閉進(jìn)出蒸汽控制閥和蒸汽調(diào)節(jié)閥，如果需要降溫，可打開(kāi)進(jìn)出冷卻水控制閥門(mén)。溫度控制的整個(gè)過(guò)程攪拌均處于運(yùn)行狀態(tài)，整個(gè)過(guò)程完成后關(guān)閉所有閥門(mén)。

圖6 單一傳熱介質(zhì)的溫度控制方案Fig.6 Temperature control scheme for a single heat transfer medium

2）控制說(shuō)明

如果熱水或冷卻水回水系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，可不設(shè)置氣液分離系統(tǒng)，壓縮氣體壓出的熱水或冷卻水可直接壓回至熱水或冷卻水回水系統(tǒng)中。

3）儀表選型要求

反應(yīng)釜溫度傳感器的插入深度選擇時(shí)，需要考慮反應(yīng)釜內(nèi)物料的有效檢測(cè)位置和反應(yīng)釜頂部的空間高度。蒸汽、熱水、冷卻水、氣體管道上的控制閥應(yīng)選用高密封性閥門(mén)，調(diào)節(jié)閥可選用單座調(diào)節(jié)閥。

3.2 單一傳熱介質(zhì)的溫度控制方案（見(jiàn)圖6）

1）控制過(guò)程描述

根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的要求，打開(kāi)相應(yīng)的控制閥門(mén)（如在不需要冷凝回流的反應(yīng)過(guò)程時(shí)，關(guān)閉冷凝器進(jìn)出冷媒閥門(mén)，打開(kāi)回流閥門(mén)，關(guān)閉采出閥門(mén)；在需要冷凝回流的反應(yīng)過(guò)程時(shí)，打開(kāi)冷凝器進(jìn)出冷媒閥門(mén)，打開(kāi)回流閥門(mén)，關(guān)閉采出閥門(mén)；在蒸餾過(guò)程時(shí)，打開(kāi)冷凝器進(jìn)出冷媒閥門(mén)，關(guān)閉回流閥門(mén)，打開(kāi)采出閥門(mén)），給出溫度控制指令后，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)溫度和控制溫度的偏差值調(diào)節(jié)圖中3個(gè)調(diào)節(jié)閥的一個(gè)或兩個(gè)組合的開(kāi)度進(jìn)行溫度控制[2]。

2）控制說(shuō)明

該控制方案能滿足多給定值溫度控制系統(tǒng)，如由TV-101和TV-102組合的分程控制[1]可完成不需要冷凝回流的反應(yīng)過(guò)程的溫度控制；由TV-102和TV-103組合的分程控制，可分別完成需要冷凝回流的反應(yīng)過(guò)程的溫度控制和蒸餾過(guò)程的溫度控制。

3）儀表選型要求

回流和采出的控制閥采用衛(wèi)生級(jí)隔膜閥，冷熱媒管道上調(diào)節(jié)閥選用單座調(diào)節(jié)閥，冷熱媒管道上的控制閥選用高密封性閥門(mén)，回收罐的液位選用高精度液位計(jì)，如高精度壓差液位計(jì)或磁致伸縮液位計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

醫(yī)藥中間體屬于藥品生產(chǎn)的上游產(chǎn)品，其生產(chǎn)過(guò)程中的儀表選型除需要滿足《自動(dòng)化儀表選型設(shè)計(jì)規(guī)范》（HG/T20507）和《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50058）等規(guī)范外，還需要滿足《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（GMP）要求。GMP的宗旨是防止污染和交叉污染，在儀表選型時(shí)應(yīng)符合下列要求：內(nèi)外表面光潔，易拆洗，無(wú)死角，自排凈，不吸附所接觸的介質(zhì)，不污染所接觸的介質(zhì)和所在的生產(chǎn)環(huán)境，在預(yù)期使用條件下不會(huì)失真變形。如：與物料接觸的檢測(cè)元件不能有死角，與物料直接接觸控制閥門(mén)需選用衛(wèi)生級(jí)隔膜閥；反應(yīng)釜底部的卸料閥采用上展式卸料閥；進(jìn)入潔凈區(qū)的儀表應(yīng)選用不易積塵、易于擦拭的外殼（如不銹鋼外殼）。

上面介紹了醫(yī)藥中間體生產(chǎn)過(guò)程的3個(gè)特點(diǎn)，并針對(duì)這些特點(diǎn)給出了一些自動(dòng)控制方案和儀表選型要求，實(shí)際運(yùn)行時(shí)還有很多適用可靠的自控方案，并且隨著儀器儀表行業(yè)的發(fā)展，控制方案和儀表選型也會(huì)不斷地豐富和提高。