淺談醫(yī)藥中間體生產(chǎn)工藝特點(diǎn)及自動控制

劉飛舟

（山東省醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計院，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。隨著社會發(fā)展其生產(chǎn)過程自動化要求越來越高，需要針對其生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行自動控制設(shè)計，并需要對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個特點(diǎn)，下面就針對這幾個特點(diǎn)介紹一下其自動化控制系統(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+精小型調(diào)節(jié)閥；二是采用計量泵進(jìn)行控制，分別介紹如下：

1.1 流量計+精小型調(diào)節(jié)閥自動控制方案（見圖1）

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

3）儀表選型要求：流量計選擇小口徑高精度流量計，流量調(diào)節(jié)閥選用精小型調(diào)節(jié)閥，高位槽液位計應(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或磁致伸縮液位計。

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

1.2 計量泵自動控制方案（見圖2）

1）控制說明：因計量泵只有轉(zhuǎn)速輸入信號，沒有流量反饋信號，當(dāng)圖中的高位槽液位位差到達(dá)設(shè)定值時給出信號關(guān)閉計量泵。

2）控制過程描述：當(dāng)給出控制指令后，啟動計量泵，根據(jù)溫度的控制信號調(diào)節(jié)計量泵的轉(zhuǎn)速，當(dāng)圖中高位槽的液位差到達(dá)給定值時，計量泵停泵，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)速的計量泵，同樣，高位槽的液位計應(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或磁致伸縮液位計。

2 單批次間歇化

醫(yī)藥中間體的生產(chǎn)過程與化工生產(chǎn)過程不同，一般的化工生產(chǎn)過程大多為連續(xù)化生產(chǎn)，而醫(yī)藥中間體的生產(chǎn)過程大多數(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程中氮?dú)庵脫Q的自動控制和后處理過程中的清洗自動控制。

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，就必須改變封閉的教育狀態(tài)、開闊眼界。在開放時代和信息化社會，教師的知識已不僅僅來源于書本，更多的是來自于社會實(shí)踐。這是因?yàn)楫?dāng)今任何一本教科書都無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)科的新知識融入自己的專業(yè)知識之中，開闊了自己的知識視野，使自己成為一專多能、文理滲透的教師。

2.1 氮?dú)庵脫Q過程自動控制方案（見圖3）

圖2 計量泵自動控制方案Fig.2 Metering pump automatic control scheme

圖3 氮?dú)庵脫Q過程自動控制方案Fig.3 Automatic control scheme for nitrogen displacement process

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

圖4 清洗過程自動控制方案Fig.4 Automatic control scheme for cleaning process

2）控制過程描述：當(dāng)給出置換指令后，首先打開進(jìn)氮?dú)饪刂崎yHV-101，當(dāng)反應(yīng)釜壓力達(dá)到設(shè)定值時，關(guān)閉HV-101，打開反應(yīng)釜抽真空控制閥HV-102，當(dāng)壓力降到設(shè)定值時，關(guān)閉HV-102，然后再打開HV-101；當(dāng)壓力上升到設(shè)定值時，關(guān)閉HV-101，檢測反應(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)上述過程，直到檢測到的氧氣濃度低于設(shè)定值時，氮?dú)庵脫Q結(jié)束。為了保證氮?dú)庵脫Q過程的可靠性，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，即使檢測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儀需要一個量程比很大的儀表，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)選用高密封等級閥門。

2.2 清洗過程自動控制方案（見圖4）

1）控制說明

GMP對制藥設(shè)備清洗有嚴(yán)格的規(guī)定，即要保證清洗有效，清洗過程中的清洗水壓力、有效清洗時間應(yīng)同時滿足要求。清洗壓力指噴頭的壓力，受該壓力檢測困難的限制，一般采用瞬時流量來代替。有效清洗時間指瞬時壓力（這里用瞬時流量代替）滿足條件時的時間，所以在清洗控制中程序應(yīng)自動扣除瞬時流量小于設(shè)定值時的時間。如果圖中的總控制閥供多個反應(yīng)釜清洗使用，每個反應(yīng)釜清洗時均可控制該閥門打開，當(dāng)收到所有反應(yīng)釜的清洗過程結(jié)束信號時該總控制閥關(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）控制過程描述

當(dāng)清洗指令給出后，清洗水總控制閥門首先開啟，然后開啟反應(yīng)釜的清洗控制閥，流量計啟動，當(dāng)有效清洗時間到達(dá)設(shè)定值時給出停止信號，關(guān)閉反應(yīng)釜清洗水控制閥門并給出總控制閥關(guān)閉信號，該反應(yīng)釜清洗過程結(jié)束。在沒有清洗操作時，可通過控制“打開排凈”控制閥門和總控制閥進(jìn)行排凈控制。

3）儀表選型要求

流量計應(yīng)選用穩(wěn)定可靠的流量計，一般選用渦街流量計或渦輪流量計，控制閥門應(yīng)選用衛(wèi)生級隔膜閥，選用的儀表和閥門材質(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，為了完成這些過程的精確控制，在設(shè)計控制方案和儀表選型時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（見圖5）

1）控制過程描述

當(dāng)工藝要求的控制溫度需要熱水調(diào)節(jié)時，確認(rèn)攪拌電機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)后，打開夾套熱水進(jìn)出控制閥門，通過調(diào)節(jié)熱水調(diào)節(jié)閥的開度控制反應(yīng)釜溫度；當(dāng)工藝要求的控制溫度需要蒸汽調(diào)節(jié)時，首先關(guān)閉其它閥門，然后打開氣液分離系統(tǒng)控制閥門和進(jìn)壓縮氣體控制閥門進(jìn)行壓空夾套內(nèi)液體的控制，壓水完成后（一般為時間控制）關(guān)閉進(jìn)壓縮氣體閥門、打開進(jìn)蒸汽控制閥并全打開進(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（時間控制），關(guān)閉氣液分離系統(tǒng)控制閥門，打開出蒸汽控制閥門進(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，可打開進(jìn)出冷卻水控制閥門。溫度控制的整個過程攪拌均處于運(yùn)行狀態(tài)，整個過程完成后關(guān)閉所有閥門。

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）控制說明

如果熱水或冷卻水回水系統(tǒng)為開環(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，需要考慮反應(yīng)釜內(nèi)物料的有效檢測位置和反應(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，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（見圖6）

1）控制過程描述

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

2）控制說明

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)過程的溫度控制和蒸餾過程的溫度控制。

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，回收罐的液位選用高精度液位計，如高精度壓差液位計或磁致伸縮液位計。

4 結(jié)束語

醫(yī)藥中間體屬于藥品生產(chǎn)的上游產(chǎn)品，其生產(chǎn)過程中的儀表選型除需要滿足《自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》（HG/T20507）和《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(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，在儀表選型時應(yīng)符合下列要求：內(nèi)外表面光潔，易拆洗，無死角，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)期使用條件下不會失真變形。如：與物料接觸的檢測元件不能有死角，與物料直接接觸控制閥門需選用衛(wèi)生級隔膜閥；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)過程的3個特點(diǎn)，并針對這些特點(diǎn)給出了一些自動控制方案和儀表選型要求，實(shí)際運(yùn)行時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不斷地豐富和提高。