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用于制药工业的新型连续生产系统 |
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作者：Doug White |
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许多生产厂商渐渐发现：拥有根据他们自身独特需求量身定做的化学制品传送系统具有相当多的好处，因为这样的工艺过程允许他们充分地表达他们各自的需求。
在这类型的系统中，现有的单元成分能直接被纳入到设计中，特殊的操作方式也能很容易地被加以调整。系统可事先全部准备就绪，需要时再将系统安装到工厂，然后将所有的设施连接起来，最后接通电源，系统就能够开始工作了。
生产容积式泵的阿卡狄亚设备有限公司，总部设在美国新泽西州，在公司发现随着经济发展他们的业务在不断缩小的时候，采取了向顾客提供此类设计和制作的做法。他们发现: 这类新的方法特别适用于制药行业和个人护理用品的日化领域。80年代中期，许多化工厂和石化厂纷纷倒闭，其他的则开始缩小规模。一些工厂再也不能维持供养工厂技师和机械修理工等人员，此外，操作人员的工作也被自动化功能所替代。缩减工程、精简操作和维护人员的制造商开始向需要低维护、高自动化的系统转化。阿卡狄亚公司为液相混合和化学制品领域开发了几个这样的系统，特别是在制药和个人护理用品的日化生产领域。
新的系统意味着新的技术。当阿卡狄亚公司发现他们能够从高准质量流量计提取信号，然后通过容积式泵将采集的信号用于速度控制时，突破性的技术就产生了。结果是：系统精确度高，重复性好，还可以帮助用户了解生产的过程。这一系统也成为了许多生产厂商的首选系统类型。
系统介绍
这种化学制品传送系统应用于日用消费品领域是非常理想的，如香皂、除臭剂、护发用品等。这些产品性质相似，不同之处只在于颜色和香味。在生产的过程中，可以将不同化学成分转化成各种产品。日化产品通常是大规模的连续生产，成品最后高速灌装入罐。
这种为客户定制生产过程设备的公司一般都是先从顾客处得到产品“配方”，并听取有关他们期望的每分钟生产量等产品意见后，公司才开始着手为该产品设计基于顾客详细说明的精确基准上的系统。
为了创建这样的一个化学制品传送系统，公司会首先着手绘制工艺过程和仪表总流程图（P&ID），并确定所有可能需要的仪表。在一个典型的生产肥皂产品的连续生产过程中，需要一个容积式泵和驱动器、一个科里奥利质量流量传感器、一个控制阀门，以及一个压力变送器。
使用像高准流量计这样的科里奥利质量流量传感器可以监控大量的变量。这些流量计可以读取密度、温度和质量流量。由于控制系统能够直接从质量流量传感器读取这些数据，因此没有必要增加其他的仪器设备。质量流量传感器使得控制系统更为先进。
一个肥皂产品传送系统长达40英尺（图1），安装这样的系统可能具有一定的挑战性，尤其是在产品成分需要通过升降机传送到生产车间的上一层去的时候。为了简化传送和安装，该系统由三个部分组成，且这三部分能在现场进行快速装配。
图1 科里奥利传感器能够测量某种肥皂产品成分的质量流量、密度和温度，
也能用作导管传输来自压力变送器的数据
设计化学制品传送系统的公司会自行从事一些内部的制造工作，而把其他的工作承包给他人（见表1）。例如：阿卡狄亚公司的金属片制造项目是由公司员工自行设计，由工厂外部人员加工的。他们还将过程储罐容器和诸如电镀抛光等的专业表面处理工艺承包给外部承包人。制药、化妆品和个人护理用品传送系统的大部分材料是不锈钢，不锈钢可以进行机械抛光和处理以达到卫生质量标准。
大部分公司像阿卡狄亚一样，可能会自行加工内部结构制造和机械装配，前提是他们要拥有自己的焊接工和管道装配工; 他们也会自行安装过程仪器设备和实施滑轨布线。
制药领域的应用
运用于药物应用领域的典型性机器具有执行高端碾盘式涂层的功能（图2）。碾盘式涂层设备外观看起来像泥瓦匠用于砌砖工作的混凝土搅拌机。碾盘式涂层低精度应用的一个例子是: 设备将糖衣涂层涂在M&M糖果上。M&M糖果在设备滚筒中滚翻，喷嘴通过一开口通向滚筒，糖浆通过喷嘴喷射到巧克力糖果上。随着碾盘翻转会产生波，而糖果在波形中翻滚。糖衣涂层材料会缓慢地涂在碾盘里的巧克力糖果上。
图2 高端碾盘式涂层传送系统(和混凝土搅拌机相似)，是一个典型的药物范例，
在该系统中，一层涂层被喷射到药片上。随着滚筒类设备的翻转，化学药物被喷射到药片上。
生产药物类药片时，涂层不只是糖衣糖果。涂料可能包括迎合消费者口味的香料，也可能是药品限时释放层中的一层。由于碾盘的材料中存在一种有效的活性成分，因此生产药片的精确度要求比上述所描述的糖果生产更高。
在这样的应用中，通常碾盘上应该有多个喷嘴，图2的范例中要求有6个喷嘴。每个喷嘴的流量由它们各自的科里奥利流量计控制。每柱喷流由相伴容积式泵控制。使用大量的过程控制来确保涂层恰好涂在药物上。
对于这些类型的应用，小型化的微处理器控制程序，例如高准MVDTM技术，非常有利于使控制面板更加集成化。可能还会有多个变送器，但相对而言，他们体积很大。而小型的核心处理器在压缩控制面板上的该类系统方面真正地体现了它的优越性，从而节约了大量空间。
日用品领域的应用
个人护理用品的生产也可能要求投入使用大量的设备（图3）。再以肥皂生产系统为例，每一种材料成分由它各自的泵系统控制。必须对系统加以调整并将他们连接起来，以形成一个由各个单独控制环组成的连续生产系统。如果产品呈粘稠蜡状，则需要使用加热的夹套式储罐来存储这些材料，含有硬脂酸盐和其他成分的产品在被喷射到工艺过程中去之前需要先进行溶解。
图3 持续肥皂生产系统多路传输单独环路的产品成分。在滑轨右边加热和加工粘性蜡质材料
各个储罐拥有其各自的泵设备和流量计。由于生产商希望混合能连续进行，因此在各个喷射点后面，在管道中安装了一个静态混合器。随着材料流下管道，一部分的产品成分添加、混合，接着另一部分的产品成分会添加并混合。如此反复，一直到所有的产品成分都被加入为止。
有时工艺流程中还包括装放香料、香味和最终成分的第二道滑轨。这常常需要进行pH值调整。如果是肥皂产品，则其粘性需要用盐水来加以控制，添加盐水是最后步骤或完工步骤。
每一道滑轨可能都会拥有自己的Allen-Bradley PLC系统，这使得它们成为独立的设备。整个过程由中央计算机控制，而通过遥控输入/输出通信来协调操作。
工艺的控制
利用Wonderware的人机界面软件（HMI）来显示前端的工艺过程使得操作员界面更为清晰可视。操作员能够看到泵、阀门和流量计的照片。操作员或是利用鼠标驱动程序，或是利用触控板驱动程序来直接控制输入设备。
由于所有的科里奥利流量计通常被设计为采用Modbus通信协议，且Modbus通信协议直接连接应用到PLC系统上，因此它能够将来自高准变送器的所有附加数据点直接传送给操作员。这意味着操作员不仅能够看到加工单闭环的部分质量流量，而且还能够监控密度和查看温度。
利用高准技术，诸如来自变送器等的附加模拟信号能够通过科里奥利流量计进行传送，科里奥利流量计大大提高了控制系统的现代化程度。Allen-Bradley PLC5 rack上的Pro-Soft Modbus卡能够简化这种类型的系统，为顾客节约大量的成本。使用科里奥利流量计，可节省昂贵的布线费用，如从滑轨出口的传感器到面板上的变送器，从面板到监控整个操作的PLC主机。不仅省略了全部的中间步骤，而且节省了硬件费用，还可以大大降低安装成本。
一些传送系统设计商参与了美国保险商实验所的控制建设计划，因此在产品进入工厂之前他们已具备对设备进行功能性检查的内在能力。这样一来，在设备安装之前，他们就能够确保许多可能会发生的突发事件得以解决。像阿卡狄亚公司这样从事药物生产工业的公司，需要提供大量的认证文件。采用验证工艺过程的顾客要求公司到美国食品、药品监督管理局（FDA）进行调研考察，然后将从供应商处获得的信息提供给顾客。安装验证程序（IQ）和操作验证程序（OQ）同样非常重要，在验证程序的安装过程中，各个安装程序可依据型号和序列号来加以识别。设备列示完毕信号的程序已被安装就绪。为了确保和操作验证程序相一致，必须对所有的范围进行检查以确保仪器的使用范围和列入清单的完全一致。
像阿卡狄亚公司这样较小型的公司可能没有通过ISO认证，因此他们不受制于ISO 9000国际质量体系认证规范。尽管这些需要提供大量认证文件的公司，如阿卡狄亚公司等要通过ISO认证非常容易。在顾客方面，认证文件有助于满足FDA的要求，并且无需花费费用雇佣工程师执行验证。
最后，色谱分析可被纳入到正在进行的工艺过程中，以提供更大的精确度来调和昂贵产品成分，如添加到个人护理用品中的香味、香料和颜色。
小结
在制药、化工、日用品生产领域使用这种新型连续生产系统，可以简化工艺步骤，节省安全成本和运行成本。
原载PROCESS《流程工业》(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(8/2/2006) |
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