中藥提取自動化幾種關鍵計量儀表及工藝控制難點探析

賈曉偉，郝濤，劉士玉，張惠斌，武貴元

（1.山東步長制藥股份有限公司；2.山東丹紅制藥有限公司，山東 菏澤 274000）

1 提取自動化設計中常用的計量儀表

提取、濃縮、醇沉是中藥提取過程中的三道重要工序，但其過程都具有擾動性、多變量、非線性等特點，所以需要對關鍵工藝參數進行實時檢測，并實時反饋，這些參數的檢測離不開計量儀表，也就是說，要實現中藥提取自動化，就必須對計量儀表進行合理選型，這樣才能保證中藥提取生產的連續化。提取車間大部分計量儀表都安裝在提取罐、儲液罐、單、雙效濃縮器、乙醇儲罐、醇沉罐等設備。

1.1 液位計

1.1.1 磁致伸縮液位計

磁致伸縮液位計由探測桿、電路單元和浮子組成。首先，由電路單元提供電流脈沖，接著脈沖按照磁致伸縮線向下方向傳輸，構成環形磁場。浮子將會沿著探測桿并隨液位的變化而往復移動。同時，浮子內的永磁鐵產生一個磁場。在浮子磁場與電流磁場相碰時，隨即產生一個“返回”脈沖。將電流脈沖與“返回”脈沖的時間差轉換成脈沖信號，從而計算出浮子的實際位置，即液位。

磁致伸縮液位計精度高、環境適應性強、安裝方便以及防爆型設計，適合高精度及危險場合。由于唯一可動部件為浮子，故障低，維修簡單，并且量程大，轉換連續性好，便于系統自動化工作，但安裝、維護、成本高。

1.1.2 隔膜靜壓液位計

靜壓式液位計的兩線制液位變送器由一個內置毛細軟管的特殊導氣電纜、一個抗壓接頭和一個探頭組成。靜壓式液位計的探頭構造是一個不銹鋼筒芯，底部帶有膜片，并由一個帶孔的塑料外殼罩住。通過測量探頭上的液體靜壓與實際大氣壓之差后，再由陶瓷傳感器和電子元件經過溫度補償和線性修正，將壓差轉換成4 ～20mA 輸出信號。

靜壓式液位計量程較大，無可動部件，高可靠性，長期穩定性高，使用壽命長，具有防爆型可選。由于其受介質密度和溫度影響很大，所以精度比較差，為此要搭配其他測試儀表來消除影響。

1.1.3 電容式液位計

電容式液位計是運用電容感應原理，當被測介質浸汲測量電極的高度變化時，電容也相應變化。隨后，它將液位介質的高度變化轉換成標準電流信號，遠傳至操作顯示控制平臺。

由于電容液位計體積小，容易實現遠傳和調節，它可測量強腐蝕型介質，高溫介質，密封容器的液位，與介質的粘度、密度、工作壓力無關。但其靈敏度常因被測液體的介電常數不穩定而引起誤差。

1.2 壓力變送器

壓力變送器是由壓力傳感器、測量電路及過程連接件組成。它將壓力傳感器檢測到的介質壓力參數變換成標準的電信號，供給二次儀表進行相應測量、指示和過程調節。

我們選型通常考慮以下幾點：（1）壓力量程。一般選擇大于最大值1.5 倍左右壓力，這樣有效避免峰值與波動帶來的破壞，提高效應速度和穩定性。（2）所要檢測的介質。考慮黏性液體、泥漿、腐蝕性物質等因素，選擇直接的隔離膜及直接與介質接觸的材料。（3）精度等級。非線性，遲滯性，溫度、零點偏置刻度都會影響精度。（4）溫度范圍。選擇工作狀態下不被破壞的溫度范圍，并考慮在溫度補償范圍達到其應有的性能指標。（5）輸出信號。采用mA 輸出的壓力變送器可以解決與控制器間距離較遠的設備；如果需要將輸出信號放大，最好采用具有內置放大的壓力變送器；采用頻率輸出可以解決有較強的電子干擾信號的設備，如果在射頻干擾或電磁干擾指標很高的環境中，還要考慮特殊的保護或過濾器。（6）壓力變送器的封裝。經過超時工作后，大部分的壓力變送器在會產生“漂移”，造成穩定性降低，因此要考慮壓力變送器的封裝，特別是機架。再就是工作環境與濕度，以及安裝方式不當造成的振動與撞擊等。

1.3 溫度變送器

溫度變送器主要測溫器件是熱電偶或者熱電阻，由測溫器件輸出信號至變送器，然后，再通過轉換電路將信號轉換為標準電流或電壓信號輸出。

常見的溫度變送器分為熱電偶、熱電阻、一體化的溫度變送器，其選型大體參照測量范圍、精度要求、信號接口、結構形式和安裝要求。溫度變送器結構相對簡單，不含可動或彈性元件，其可靠性較高，維護量少。但在使用中常因線路長，造成信號衰減；也因線路阻抗不匹配以及其他信號干擾，而造成的數據顯示不準確。

1.4 流量計

1.4.1 電磁流量計

電磁流量計是依據導電體在磁場中運動產生的感應電動勢，與流量值成正比關系來標定管道流量的原理。

測量導管中無阻力件，壓力損失極小；其流速測量范圍寬，為每秒0.5 ～10m；范圍度可達10:1；精度0.5 ～1.5 級；口徑可由幾毫米到幾米以上；儀表反應快，示值受流動狀態影響較小。但對氣體、蒸汽等導電率低的介質則不能應用。電磁流量計的成本價格較高，很容易受外磁場信號的干擾而造成示數不準確。

1.4.2 渦街流量計

渦街流量計主要作用部件是非流線型游渦發生體，通過游渦的速度與流體的速度成一定比例來計算出體積流量。它可測量液體、氣體或蒸汽，而且流體溫度、壓力、密度、黏度等變化幾乎對它無影響。渦街流量計的儀表內部不存在可動部件，使用壽命長；壓力損失小；范圍度可達30:1；輸出為頻率信號；測量精度為±0.5%～±1%。但渦街流量計會產生噪音，對流體流速要求高，這樣才可以產生旋渦。影響測量準確度的兩大因素是流體流速分布情況與脈動情況，同時，旋渦發生體被沾污也能引起一定的誤差。

1.4.3 質量流量計

質量流量計是采用感熱式測量，通過分體分子帶走的分子質量多少來測量流量。質量流量計具有準確性高、穩定性強等特點，阻流元件和可動部件不存在；可直接測得質量流量信號，不受被測介質物理參數的影響，而且精度較高；可以測量多種液體；由于質量流量計不受管內流態的影響，因此，對于流量計前后直管段要求并不高；其范圍度可達到100:1。但是，它的阻力損失較大，存在零點漂移，同樣管路的振動會導致測量不準確。不適用于測量低密度的介質。極易受外界振動的干擾，為消除管道振動的影響，對質量流量計的流量傳感器安裝固定要求較高。目前也不能應用于較大的管徑，僅局限于150mm 或者200mm 以下，且價格較貴。

1.5 密度計

1.5.1 差壓式在線密度計

差壓式在線密度計是利用浮力和重力平衡的原理。它主要由一個電容式差壓傳感器、一對壓力中繼器構成。在兩個壓力中繼器之間設有一個溫度傳感器，并用它來補償過程液體的溫度變化。差壓式在線密度計根據密度和濃度的大小產生相應的4 ～20mA 信號，并通過數字通信進行遠程監測與校準。在線密度計適合安裝于管道和罐體內；它采用一體化結構的兩線制變送器，不存在活動部件，所以維護相對簡單。無過程中斷，可以連續在線測量液體密度和溫度，可直接用于生產過程的控制，密度和溫度兩參數可同時顯示，便于進行行業標準密度換算。

由于所測液體并非全是靜止的，有時在不斷地循環和攪動。因此，在不適合直接測量的地方，要通過增設測試罐輔助測量，為保證密度計讀數的穩定，務必讓密度計工作在流速較小和波動不大的地方。要求現場安裝密度計時確保兩只壓力中繼器在同一垂直面上，這樣才會避免測量誤差。為保證正確測量，現場被測液體還要保持沒過兩個測量傳感器。

1.5.2 音叉密度計

音叉密度計是依據類似于兩齒的音叉元器件產生振動的原理設計而成，由叉體位于齒根的一個壓電晶體而產生振動，而振動的頻率則通過另一個壓電晶體檢測出來，并通過移相和放大電路，將叉體穩定在固有諧振頻率上。當叉體有介質流經時，介質質量不斷地改變，并引起諧振頻率的相應變化。音叉密度計即插即用，安裝方便，不需要花費很多時間去維護。音叉密度計可以測量含有氣泡或者固定的混合介質密度，對于易結晶、結垢介質的測量效果則不理想。

2 中藥提取自動化系統關鍵工藝控制難點

中藥提取自動化系統不僅要實現數字化信息管理，保持生產數據的完整性，提高產品批間穩定性，達到生產記錄可追溯，而且還要做到節能環保、安全保險、技術優化等。通過分析提取車間工藝控制關鍵點，相應的自動化系統對生產工藝的控制也相當重要。

2.1 提取罐溫度控制

提取過程要求罐內溫度均勻快速升至沸點溫度并保持微沸，而自控系統的溫度檢測常采用溫度探頭，但由于外有套管，傳熱有一定的延遲，容易造成蒸汽調節不是很準確。故在升溫前期可適度開大蒸汽閥門，當溫度達到沸點90%左右，自動調小蒸汽閥門。

2.2 出液判堵

采用自動控制系統后，出液順暢與否，出液判堵檢測很重要。可在出液泵出口安裝壓力變送器，在罐底到過濾器之間的出液管道上安裝流量開關。當正常出液過程中泵出口壓力降低到一定值時，流量開關無信號，則判斷為罐底堵塞；若流量開關有信號，則判斷為過濾器堵塞。

2.3 濃縮器加熱室列管結垢

濃縮過程需要高溫，自控系統加入適當的操作可以延長濃縮器的使用壽命，所以在雙效倒罐后適量加水控制降溫，在濃縮過程中低液位時設置自動補液控制。

2.4 濃縮終點判斷

濃縮過程使用在線密度計自動檢測密度時，濃縮密度在1.10 以下且黏度不大的藥液，使用密度計比較準確；在濃縮密度大于1.10 時，黏度大時會有較大的誤差，因為此時濃縮過程中的藥液處于動態狀態，某些黏度較大的藥液會帶有大量細小氣泡造成音叉探頭檢測誤差，這時需要人工離線檢測密度復核的方式來判斷。如果采用質量流量計檢測，則需要充分考慮其循環管道的清洗問題。

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，但可以根據生產經驗固定管道位置，出液閥自控，同時，在上清液出液的主管道上設置流量計計算上清液體積。

3 結語

中藥提取自動化就是在中藥提取車間沒有人或者較少人參與的情況下，按照人的要求，經過自動檢測、信息處理、分析判斷、操作控制，實現人的預期目標的過程。實現中藥提取自動化，勢必可以減輕勞動強度和危險工作環境，但同時，我們必須從關鍵計量儀表與工藝控制難點入手來提高質量問題。