摘要：隨著中藥生產(chǎn)技術(shù)的提高，中藥提取車(chē)間為了更好的響應(yīng)guojia GMP 要求，大都采取自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)避免人員誤操作而引起的交叉污染和差錯(cuò)。因此，一些新設(shè)備和儀器逐漸被用于中藥提取過(guò)程中，通過(guò)動(dòng)態(tài)、智能的方式進(jìn)行中藥提取控制。本文簡(jiǎn)要介紹了提取自動(dòng)化設(shè)計(jì)中常用的幾種關(guān)鍵計(jì)量?jī)x表：液位計(jì)、壓力變送器、溫度變送器、流量計(jì)、密度計(jì)，并就提取自動(dòng)化系統(tǒng)的部分關(guān)鍵工藝控制難點(diǎn)提出一些好特的設(shè)計(jì)及解決方法。
1、提取自動(dòng)化設(shè)計(jì)中常用的計(jì)量?jī)x表
提取、濃縮、醇沉是中藥提取過(guò)程中的三道重要工序，但其過(guò)程都具有擾動(dòng)性、多變量、非線(xiàn)性等特點(diǎn)，所以需要對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并實(shí)時(shí)反饋，這些參數(shù)的檢測(cè)離不開(kāi)計(jì)量?jī)x表，也就是說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)中藥提取自動(dòng)化，就必須對(duì)計(jì)量?jī)x表進(jìn)行合理選型，這樣才能保證中藥提取生產(chǎn)的連續(xù)化。提取車(chē)間大部分計(jì)量?jī)x表都安裝在提取罐、儲(chǔ)液罐、單、雙效濃縮器、乙醇儲(chǔ)罐、醇沉罐等設(shè)備。
1.1、液位計(jì)
1.1.1、磁致伸縮液位計(jì)
磁致伸縮液位計(jì)由探測(cè)桿、電路單元和浮子組成。shou先，由電路單元提供電流脈沖，接著脈沖按照磁致伸縮線(xiàn)向下方向傳輸，構(gòu)成環(huán)形磁場(chǎng)。浮子將會(huì)沿著探測(cè)桿并隨液位的變化而往復(fù)移動(dòng)。同時(shí)，浮子內(nèi)的永磁鐵產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。在浮子磁場(chǎng)與電流磁場(chǎng)相碰時(shí)，隨即產(chǎn)生一個(gè)“返回”脈沖。將電流脈沖與“返回”脈沖的時(shí)間差轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，從而計(jì)算出浮子的實(shí)際位置，即液位。磁致伸縮液位計(jì)精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、安裝方便以及防爆型設(shè)計(jì)，適合高精度及危險(xiǎn)場(chǎng)合。由于非常好可動(dòng)部件為
浮子，故障低，維修簡(jiǎn)單，并且量程大，轉(zhuǎn)換連續(xù)性好，便于系統(tǒng)自動(dòng)化工作，但安裝、維護(hù)、成本高。
1.1.2、隔膜靜壓液位計(jì)
靜壓式液位計(jì)的兩線(xiàn)制液位變送器由一個(gè)內(nèi)置毛細(xì)軟管的特殊導(dǎo)氣電纜、一個(gè)抗壓接頭和一個(gè)探頭組成。靜壓式液位計(jì)的探頭構(gòu)造是一個(gè)不銹鋼筒芯，底部帶有膜片，并由一個(gè)帶孔的塑料外殼罩住。通過(guò)測(cè)量探頭上的液體靜壓與實(shí)際大氣壓之差后，再由陶瓷傳感器和電子元件經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線(xiàn)性修正，將壓差轉(zhuǎn)換成 4 ～ 20mA 輸出信號(hào)。靜壓式液位計(jì)量程較大，無(wú)可動(dòng)部件，高可靠性，長(zhǎng)期穩(wěn)定性高，使用壽命長(zhǎng)，具有防爆型可選。由于其受介質(zhì)密度和溫度影響很大，所以精度比較差，為此要搭配其他測(cè)試儀表來(lái)消除影響。
1.1.3、電容式液位計(jì)
電容式液位計(jì)是運(yùn)用電容感應(yīng)原理，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)浸汲測(cè)量電極的高度變化時(shí)，電容也相應(yīng)變化。隨后，它將液位介質(zhì)的高度變化轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，遠(yuǎn)傳至操作顯示控制平臺(tái)。
由于電容液位計(jì)體積小，容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳和調(diào)節(jié)，它可測(cè)量強(qiáng)腐蝕型介質(zhì)，高溫介質(zhì)，密封容器的液位，與介質(zhì)的粘度、密度、工作壓力無(wú)關(guān)。但其靈敏度常因被測(cè)液體的介電常數(shù)不穩(wěn)定而引起誤差。
1.2、壓力變送器
壓力變送器是由壓力傳感器、測(cè)量電路及過(guò)程連接件組成。它將壓力傳感器檢測(cè)到的介質(zhì)壓力參數(shù)變換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，供給二次儀表進(jìn)行相應(yīng)測(cè)量、指示和過(guò)程調(diào)節(jié)。我們選型通�？紤]以下幾點(diǎn)：（1）壓力量程。一般選擇大于#大值 1.5 倍左右壓力，這樣有效避免峰值與波動(dòng)帶來(lái)的破壞，提高效應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（2）所要檢測(cè)的介質(zhì)�？紤]黏性液體、泥漿、腐蝕性物質(zhì)等因素，選擇直接的隔離膜及直接與介質(zhì)接觸的材料。（3）精度等級(jí)。非線(xiàn)性，遲滯性，溫度、零點(diǎn)偏置刻度都會(huì)影響精度。（4）溫度范圍。選擇工作狀態(tài)下不被破壞的溫度范圍，并考慮在溫度補(bǔ)償范圍達(dá)到其應(yīng)有的性能指標(biāo)。（5）輸出信號(hào)。采用 mA 輸出的壓力變送器可以解決與控制器間距離較遠(yuǎn)的設(shè)備；如果需要將輸出信號(hào)放大，#好采用具有內(nèi)置放大的壓力變送器；采用頻率輸出可以解決有較強(qiáng)的電子干擾信號(hào)的設(shè)備，如果在射頻干擾或電磁干擾指標(biāo)很高的環(huán)境中，還要考慮特殊的保護(hù)或過(guò)濾器。（6）壓力變送器的封裝。經(jīng)過(guò)超時(shí)工作后，大部分的壓力變送器在會(huì)產(chǎn)生“漂移”，造成穩(wěn)定性降低，因此要考慮壓力變送器的封裝，特別是機(jī)架。再就是工作環(huán)境與濕度，以及安裝方式不當(dāng)造成的振動(dòng)與撞擊等。
1.3、溫度變送器
溫度變送器主要測(cè)溫器件是熱電偶或者熱電阻，由測(cè)溫器件輸出信號(hào)至變送器，然后，再通過(guò)轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)輸出。
常見(jiàn)的溫度變送器分為熱電偶、熱電阻、一體化的溫度變送器，其選型大體參照測(cè)量范圍、精度要求、信號(hào)接口、結(jié)構(gòu)形式和安裝要求。溫度變送器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不含可動(dòng)或彈性元件，其可靠性較高，維護(hù)量少。但在使用中常因線(xiàn)路長(zhǎng)，造成信號(hào)衰減；也因線(xiàn)路阻抗不匹配以及其他信號(hào)干擾，而造成的數(shù)據(jù)顯示不準(zhǔn)確。
1.4、流量計(jì)
1.4.1、電磁流量計(jì)
電磁流量計(jì)是依據(jù)導(dǎo)電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，與流量值成正比關(guān)系來(lái)標(biāo)定管道流量的原理。測(cè)量導(dǎo)管中無(wú)阻力件，壓力損失極��；其流速測(cè)量范圍寬，為每秒 0.5 ～ 10m；范圍度可達(dá) 10:1；精度 0.5 ～ 1.5 級(jí)；口徑可由幾毫米到幾米以上；儀表反應(yīng)快，示值受流動(dòng)狀態(tài)影響較小。但對(duì)氣體、蒸汽等導(dǎo)電率低的介質(zhì)則不能應(yīng)用。電磁流量計(jì)的成本價(jià)格較高，很容易受外磁場(chǎng)信號(hào)的干擾而造成示數(shù)不準(zhǔn)確。
1.4.2、渦街流量計(jì)
渦街流量計(jì)主要作用部件是非流線(xiàn)型游渦發(fā)生體，通過(guò)游渦的速度與流體的速度成一定比例來(lái)計(jì)算出體積流量。它可測(cè)量液體、氣體或蒸汽，而且流體溫度、壓力、密度、黏度等變化幾乎對(duì)它無(wú)影響。渦街流量計(jì)的儀表內(nèi)部不存在可動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)；壓力損失��；范圍度可達(dá) 30:1；輸出為頻率信號(hào)；測(cè)量精度為 ±0.5% ～ ±1%。但渦街流量計(jì)會(huì)產(chǎn)生噪音，對(duì)流體流速要求高，這樣才可以產(chǎn)生旋渦。影響測(cè)量準(zhǔn)確度的兩大因素是流體流速分布情況與脈動(dòng)情況，同時(shí)，旋渦發(fā)生體被沾污也能引起一定的誤差。
1.4.3、質(zhì)量流量計(jì)
質(zhì)量流量計(jì)是采用感熱式測(cè)量，通過(guò)分體分子帶走的分子質(zhì)量多少來(lái)測(cè)量流量。質(zhì)量流量計(jì)具有準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，阻流元件和可動(dòng)部件不存在；可直接測(cè)得質(zhì)量流量信號(hào)，不受被測(cè)介質(zhì)物理參數(shù)的影響，而且精度較高；可以測(cè)量多種液體；由于質(zhì)量流量計(jì)不受管內(nèi)流態(tài)的影響，因此，對(duì)于流量計(jì)前后直管段要求并不高；其范圍度可達(dá)到100:1。但是，它的阻力損失較大，存在零點(diǎn)漂移，同樣管路的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確。不適用于測(cè)量低密度的介質(zhì)。極易受外界振動(dòng)的干擾，為消除管道振動(dòng)的影響，對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的流量傳感器安裝固定要求較高。目前也不能應(yīng)用于較大的管徑，僅局限于 150mm 或者 200mm 以下，且價(jià)格較貴。
1.5、密度計(jì)
1.5.1、差壓式在線(xiàn)密度計(jì)
差壓式在線(xiàn)密度計(jì)是利用浮力和重力平衡的原理。它主要由一個(gè)電容式差壓傳感器、一對(duì)壓力中繼器構(gòu)成。在兩個(gè)壓力中繼器之間設(shè)有一個(gè)溫度傳感器，并用它來(lái)補(bǔ)償過(guò)程液體的溫度變化。差壓式在線(xiàn)密度計(jì)根據(jù)密度和濃度的大小產(chǎn)生相應(yīng)的 4 ～ 20mA 信號(hào)，并通過(guò)數(shù)字通信進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與校準(zhǔn)。在線(xiàn)密度計(jì)適合安裝于管道和罐體內(nèi)；它采用一體化結(jié)構(gòu)的兩線(xiàn)制變送器，不存在活動(dòng)部件，所以維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單。無(wú)過(guò)程中斷，可以連續(xù)在線(xiàn)測(cè)量液體密度和溫度，可直接用于生產(chǎn)過(guò)程的控制，密度和溫度兩參數(shù)可同時(shí)顯示，便于進(jìn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)密度換算。
由于所測(cè)液體并非全是靜止的，有時(shí)在不斷地循環(huán)和攪動(dòng)。因此，在不適合直接測(cè)量的地方，要通過(guò)增設(shè)測(cè)試罐輔助測(cè)量，為保證密度計(jì)讀數(shù)的穩(wěn)定，務(wù)必讓密度計(jì)工作在流速較小和波動(dòng)不大的地方。要求現(xiàn)場(chǎng)安裝密度計(jì)時(shí)確保兩只壓力中繼器在同一垂直面上 , 這樣才會(huì)避免測(cè)量誤差。為保證正確測(cè)量，現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)液體還要保持沒(méi)過(guò)兩個(gè)測(cè)量傳感器。
1.5.2、音叉密度計(jì)
音叉密度計(jì)是依據(jù)類(lèi)似于兩齒的音叉元器件產(chǎn)生振動(dòng)的原理設(shè)計(jì)而成，由叉體位于齒根的一個(gè)壓電晶體而產(chǎn)生振動(dòng)，而振動(dòng)的頻率則通過(guò)另一個(gè)壓電晶體檢測(cè)出來(lái)，并通過(guò)移相和放大電路，將叉體穩(wěn)定在固有諧振頻率上。當(dāng)叉體有介質(zhì)流經(jīng)時(shí)，介質(zhì)質(zhì)量不斷地改變，并引起諧振頻率的相應(yīng)變化。音叉密度計(jì)即插即用，安裝方便，不需要花費(fèi)很多時(shí)間去維護(hù)。音叉密度計(jì)可以測(cè)量含有氣泡或者固定的混合介質(zhì)密度，對(duì)于易結(jié)晶、結(jié)垢介質(zhì)的測(cè)量效果則不理想。
2、中藥提取自動(dòng)化系統(tǒng)關(guān)鍵工藝控制難點(diǎn)
中藥提取自動(dòng)化系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息管理，保持生產(chǎn)數(shù)據(jù)的完整性，提高產(chǎn)品批間穩(wěn)定性，達(dá)到生產(chǎn)記錄可追溯，而且還要做到節(jié)能環(huán)保、安全保險(xiǎn)、技術(shù)優(yōu)化等。通過(guò)分析提取車(chē)間工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)，相應(yīng)的自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)工藝的控制也相當(dāng)重要。
2.1、提取罐溫度控制
提取過(guò)程要求罐內(nèi)溫度均勻快速升至沸點(diǎn)溫度并保持微沸，而自控系統(tǒng)的溫度檢測(cè)常采用溫度探頭，但由于外有套管，傳熱有一定的延遲，容易造成蒸汽調(diào)節(jié)不是很準(zhǔn)確。故在升溫前期可適度開(kāi)大蒸汽閥門(mén)，當(dāng)溫度達(dá)到沸點(diǎn) 90% 左右，自動(dòng)調(diào)小蒸汽閥門(mén)。
2.2 出液判堵
采用自動(dòng)控制系統(tǒng)后，出液順暢與否，出液判堵檢測(cè)很重要�？稍诔鲆罕贸隹诎惭b壓力變送器，在罐底到過(guò)濾器之間的出液管道上安裝流量開(kāi)關(guān)。當(dāng)正常出液過(guò)程中泵出口壓力降低到一定值時(shí)，流量開(kāi)關(guān)無(wú)信號(hào)，則判斷為罐底堵塞；若流量開(kāi)關(guān)有信號(hào)，則判斷為過(guò)濾器堵塞。
2.3 濃縮器加熱室列管結(jié)垢
濃縮過(guò)程需要高溫，自控系統(tǒng)加入適當(dāng)?shù)牟僮骺梢匝娱L(zhǎng)濃縮器的使用壽命，所以在雙效倒罐后適量加水控制降溫，在濃縮過(guò)程中低液位時(shí)設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)液控制。
2.4 濃縮終點(diǎn)判斷
濃縮過(guò)程使用在線(xiàn)密度計(jì)自動(dòng)檢測(cè)密度時(shí)，濃縮密度在1.10 以下且黏度不大的藥液，使用密度計(jì)比較準(zhǔn)確；在濃縮密度大于 1.10 時(shí)，黏度大時(shí)會(huì)有較大的誤差，因?yàn)榇藭r(shí)濃縮過(guò)程中的藥液處于動(dòng)態(tài)狀態(tài)，某些黏度較大的藥液會(huì)帶有大量細(xì)小氣泡造成音叉探頭檢測(cè)誤差，這時(shí)需要人工離線(xiàn)檢測(cè)密度復(fù)核的方式來(lái)判斷。如果采用質(zhì)量流量計(jì)檢測(cè)，則需要充分考慮其循環(huán)管道的清洗問(wèn)題。
2.5、醇沉罐上清液出液控制
醇沉罐出液分層雖然不好控制，但可以根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)固定管道位置，出液閥自控，同時(shí)，在上清液出液的主管道上設(shè)置流量計(jì)計(jì)算上清液體積。
3、結(jié)語(yǔ)
中藥提取自動(dòng)化就是在中藥提取車(chē)間沒(méi)有人或者較少人參與的情況下，按照人的要求，經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)、信息處理、分析判斷、操作控制，實(shí)現(xiàn)人的預(yù)期目標(biāo)的過(guò)程。實(shí)現(xiàn)中藥提取自動(dòng)化，勢(shì)必可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和危險(xiǎn)工作環(huán)境，但同時(shí)，我們必須從關(guān)鍵計(jì)量?jī)x表與工藝控制難點(diǎn)入手來(lái)提高質(zhì)量問(wèn)題。
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