溫度自動控制在藥品生產(chǎn)中的應(yīng)用

黃桂榮

(江西國藥有限責(zé)任公司，江西 南昌 330052)

1 引言

當(dāng)前，國內(nèi)藥品生產(chǎn)的競爭日益激烈，生產(chǎn)高質(zhì)量低成本的藥品是藥品生產(chǎn)企業(yè)生存的關(guān)鍵，也是贏得更多消費(fèi)者的法寶，降低消耗，節(jié)約能源是降低產(chǎn)品成本的重要手段。因此，在藥品生產(chǎn)中利用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備和自動控制技術(shù)來保證生產(chǎn)質(zhì)量;智能化、高精度的計(jì)量儀器儀表在藥品生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。在藥品生產(chǎn)的每個環(huán)節(jié)，從原料藥的發(fā)酵、提煉及干燥成品的每個環(huán)節(jié)，都需要對藥品的中間體進(jìn)行溫度測量和控制，以保證藥品工藝質(zhì)量的穩(wěn)定性。溫度測量儀器在生產(chǎn)控制過程中就顯得十分重要。下面就溫度測量儀器在藥品干燥中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

2 溫度測量的分類

溫度測量按測溫方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。

接觸式測溫儀表比較簡單、可靠，測量精度高;但因測溫傳感器與被測物質(zhì)需要進(jìn)行充分的熱交換，且需要一定的時間才能達(dá)到熱平衡，所以存在測溫的延遲現(xiàn)象;同時受耐高溫材料和藥品本身的特性限制，不能用很高的溫度進(jìn)行干燥和測量，必須采取一些有效的控制方式來進(jìn)行溫度控制，以保證藥品的干燥度和質(zhì)量。通常用的接觸式測溫儀器一般是雙金屬溫度計(jì)、熱電阻、熱電偶等。

非接觸式儀表測溫是通過熱輻射原理來測量溫度的，測溫傳感器不需與被測物質(zhì)直接接觸，測溫范圍廣，不受測溫上限的限制，反應(yīng)速度比較快;設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方便。非接觸式測溫儀表一般指紅外測溫儀。

3 接觸式測溫儀器的選型與應(yīng)用

雙金屬溫度計(jì)、熱電阻、熱電偶接觸式測溫元件在制藥生產(chǎn)中主要用于鍋爐蒸汽溫度、熱風(fēng)管道溫度或者反應(yīng)罐溫度的測量，通過在測量設(shè)備上打孔固定。所測量的溫度變化不大，變化緩慢，控制要求不高的測溫場合。

熱電阻作為溫度測量傳感器可以直接測量生產(chǎn)過程中的－200℃ ～500℃溫度，熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時本身的電阻也隨之變化的特性來測量溫度的，所測的藥品溫度就是依據(jù)這個原理來測量的。

現(xiàn)代化的數(shù)字顯示技術(shù)充分應(yīng)用了PLC的模擬量輸入模板，根據(jù)PLC的模擬量輸入模板決定電壓、電流輸入方式，最新的Pt100熱電阻、熱電偶都帶有轉(zhuǎn)換模塊，可以直接提供4～20mA的電流，使抗干擾性、通用性得到提高。熱電偶用來直接測量各種生產(chǎn)過程中0～1800℃范圍內(nèi)的流體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。它是由兩種不同成分的導(dǎo)體兩端接合成回路，當(dāng)兩接合點(diǎn)溫度不同時，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電勢。當(dāng)熱電偶的工作端與參照端存在溫差時，熱電偶的熱電勢將隨著測量端溫度升高而增長，其大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關(guān)，與熱電極的長度、直徑無關(guān)。轉(zhuǎn)換器可將熱電偶產(chǎn)生的熱電勢轉(zhuǎn)換為4～20mA的電流信號。熱電阻作為溫度測量傳感器可以直接測量各種生產(chǎn)過程中 －200℃ ～+500℃范圍內(nèi)的液體和氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時本身電阻也隨之變化的特性來測量溫度，所測的溫度是感溫元件所在測量范圍內(nèi)一定時間的平均溫度。如果熱電阻、熱電偶輸出為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的電流信號，需將SIEMENS的模擬量輸入模板的量程卡設(shè)為電流，PLC編程中可以調(diào)用SIEMENS的標(biāo)準(zhǔn)功能FC105SCALE使模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號用于控制。如果熱電阻沒有轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA的輸出電流信號，熱電阻的接線可以直接與模擬量輸入模板連接。使用時必須把SIEMENS的模擬量輸入模板的量程卡設(shè)為PT100選項(xiàng)，PLC編程中溫度值是模擬通道整數(shù)輸入值的1/10。

4 自動控制系統(tǒng)在蟲草菌粉干燥中的應(yīng)用

電熱干燥箱被廣泛應(yīng)用于藥品的干燥過程，電熱干燥箱主要由工作室、鼓風(fēng)裝置、自動控制系統(tǒng)組成，用蒸汽作為熱源。適用于干燥、熱處理及其加熱，配套的鼓風(fēng)裝置可促成箱內(nèi)熱空氣機(jī)械對流，溫度均勻藥品置于其內(nèi)進(jìn)行烘干可獲的一致的結(jié)果，其工作室溫度可用溫度計(jì)測量，最高工作溫度可達(dá)300℃，在此范圍內(nèi)可任意選定工作溫度，選定溫度后可借助自動控制系統(tǒng)使工作室溫度恒定。

在早期的生產(chǎn)過程控制中，對溫度的測量不受重視，測溫元件較少，溫度控制要求也不高。傳統(tǒng)的電熱干燥箱由雙金屬溫度計(jì)測溫，沒有自動控制裝置，測溫反應(yīng)遲緩，干燥溫度約為110℃左右，干燥溫度高，干燥質(zhì)量不理想，能耗高。

隨著技術(shù)進(jìn)步和控制要求的逐步提高，在蟲草生產(chǎn)控制中，測溫元器件逐步增多，不僅要測量蟲草發(fā)酵溫度、熱風(fēng)溫度，對蒸汽溫度、對提煉溫度等也進(jìn)行測量，測量點(diǎn)大大增加，溫度控制回路功能逐步完善，大部分溫度測量信號作為反饋信號參與PID控制，使生產(chǎn)過程工作在所要求的范圍之內(nèi)，從而提高對產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定控制，提高生產(chǎn)率，降低能耗。

針對原設(shè)備現(xiàn)狀，我們對原電熱干燥箱進(jìn)行改造。測溫元件采用PT100鉑電阻進(jìn)行測量，具有反應(yīng)靈敏和信號可以遠(yuǎn)程輸送的特點(diǎn)，通過對溫度點(diǎn)進(jìn)行溫度測試及更換測溫位置的實(shí)驗(yàn)來確定自動控溫的溫度及控溫點(diǎn)，使用PT100的熱電阻來測量干燥箱中的溫度，PT100熱電阻將溫度信號變?yōu)殡娮栊盘枺瑐鬏數(shù)綗o紙記錄儀，通過無紙記錄儀設(shè)定控溫溫度，通過控制電磁閥的開關(guān)來控制進(jìn)氣閥的開度，將干燥箱的烘干溫度控制在85℃，從而大大減小了蒸汽消耗，節(jié)能效果顯著。

電熱干燥箱自動控制圖

5 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和效益自查情況

一個干燥箱內(nèi)蟲草半成品的重量為350kg，含水量為50%，干燥箱烘干后重量為 150kg，含水量降低至7% 。原干燥箱的烘干溫度為110℃，現(xiàn)干燥箱的烘干溫度為85℃ 。按工程計(jì)算:通過焓熵表查85℃的飽和水蒸氣和110℃的飽和水蒸氣焓值，利用焓值差計(jì)算所節(jié)約熱量焓值差 =461.33－355.92=105.41千焦?fàn)?公斤，105410/4.182千卡/噸 =25206千卡/噸;水蒸氣的重量大概是350×50% －150×7%=175－10.5=164.5公斤;即每個干燥箱每批次節(jié)約的熱量為25206×0.1645=4146.387 千卡。

總之，溫度測量在生產(chǎn)控制過程中十分重要。溫度測量和控制精度不高，將直接影響藥品的內(nèi)在質(zhì)量。必須從選型開始就嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，使用過程中，加強(qiáng)維護(hù)和校驗(yàn)，使測溫元器件發(fā)揮應(yīng)有的性能，保證藥品的工藝質(zhì)量，節(jié)能降耗，提高企業(yè)的竟?fàn)幠芰Α?/p>