用于制藥工業的新型連續生產系統

許多生產廠商漸漸發現：擁有根據他們自身*需求量身定做的化學制品傳送系統具有相當多的好處，因為這樣的工藝過程允許他們充分地表達他們各自的需求。

在這類型的系統中，現有的單元成分能直接被納入到設計中，特殊的操作方式也能很容易地被加以調整。系統可事先全部準備就緒，需要時再將系統安裝到工廠，然后將所有的設施連接起來，zui后接通電源，系統就能夠開始工作了。

生產容積式泵的阿卡狄亞設備有限公司，總部設在美國新澤西州，在公司發現隨著經濟發展他們的業務在不斷縮小的時候，采取了向顧客提供此類設計和制作的做法。他們發現: 這類新的方法特別適用于制藥行業和個人護理用品的日化領域。80年代中期，許多化工廠和石化廠紛紛倒閉，其他的則開始縮小規模。一些工廠再也不能維持供養工廠技師和機械修理工等人員，此外，操作人員的工作也被自動化功能所替代。縮減工程、精簡操作和維護人員的制造商開始向需要低維護、高自動化的系統轉化。阿卡狄亞公司為液相混合和化學制品領域開發了幾個這樣的系統，特別是在制藥和個人護理用品的日化生產領域。

新的系統意味著新的技術。當阿卡狄亞公司發現他們能夠從高準質量流量計提取信號，然后通過容積式泵將采集的信號用于速度控制時，突破性的技術就產生了。結果是：系統度高，重復性好，還可以幫助用戶了解生產的過程。這一系統也成為了許多生產廠商的系統類型。

系統介紹

這種化學制品傳送系統應用于日用消費品領域是非常理想的，如香皂、除臭劑、護發用品等。這些產品性質相似，不同之處只在于顏色和香味。在生產的過程中，可以將不同化學成分轉化成各種產品。日化產品通常是大規模的連續生產，成品zui后高速灌裝入罐。

這種為客戶定制生產過程設備的公司一般都是先從顧客處得到產品“配方”，并聽取有關他們期望的每分鐘生產量等產品意見后，公司才開始著手為該產品設計基于顧客詳細說明的基準上的系統。

為了創建這樣的一個化學制品傳送系統，公司會首先著手繪制工藝過程和儀表總流程圖（P&ID），并確定所有可能需要的儀表。在一個典型的生產肥皂產品的連續生產過程中，需要一個容積式泵和驅動器、一個科里奧利質量流量傳感器、一個控制閥門，以及一個壓力變送器。

使用像高準流量計這樣的科里奧利質量流量傳感器可以監控大量的變量。這些流量計可以讀取密度、溫度和質量流量。由于控制系統能夠直接從質量流量傳感器讀取這些數據，因此沒有必要增加其他的儀器設備。質量流量傳感器使得控制系統更為*。

一個肥皂產品傳送系統長達40英尺（圖1），安裝這樣的系統可能具有一定的挑戰性，尤其是在產品成分需要通過升降機傳送到生產車間的上一層去的時候。為了簡化傳送和安裝，該系統由三個部分組成，且這三部分能在現場進行快速裝配。

圖1 科里奧利傳感器能夠測量某種肥皂產品成分的質量流量、密度和溫度，
也能用作導管傳輸來自壓力變送器的數據

設計化學制品傳送系統的公司會自行從事一些內部的制造工作，而把其他的工作承包給他人（見表1）。例如：阿卡狄亞公司的金屬片制造項目是由公司員工自行設計，由工廠外部人員加工的。他們還將過程儲罐容器和諸如電鍍拋光等的專業表面處理工藝承包給外部承包人。制藥、化妝品和個人護理用品傳送系統的大部分材料是不銹鋼，不銹鋼可以進行機械拋光和處理以達到衛生質量標準。

大部分公司像阿卡狄亞一樣，可能會自行加工內部結構制造和機械裝配，前提是他們要擁有自己的焊接工和管道裝配工; 他們也會自行安裝過程儀器設備和實施滑軌布線。

制藥領域的應用

運用于藥物應用領域的典型性機器具有執行碾盤式涂層的功能（圖2）。碾盤式涂層設備外觀看起來像泥瓦匠用于砌磚工作的混凝土攪拌機。碾盤式涂層低精度應用的一個例子是: 設備將糖衣涂層涂在M&M糖果上。M&M糖果在設備滾筒中滾翻，噴嘴通過一開口通向滾筒，糖漿通過噴嘴噴射到巧克力糖果上。隨著碾盤翻轉會產生波，而糖果在波形中翻滾。糖衣涂層材料會緩慢地涂在碾盤里的巧克力糖果上。

圖2 碾盤式涂層傳送系統（和混凝土攪拌機相似），是一個典型的藥物范例，
在該系統中，一層涂層被噴射到藥片上。隨著滾筒類設備的翻轉，化學藥物被噴射到藥片上。

生產藥物類藥片時，涂層不只是糖衣糖果。涂料可能包括迎合消費者口味的香料，也可能是藥品*釋放層中的一層。由于碾盤的材料中存在一種有效的活性成分，因此生產藥片的度要求比上述所描述的糖果生產更高。

在這樣的應用中，通常碾盤上應該有多個噴嘴，圖2的范例中要求有6個噴嘴。每個噴嘴的流量由它們各自的科里奧利流量計控制。每柱噴流由相伴容積式泵控制。使用大量的過程控制來確保涂層恰好涂在藥物上。

對于這些類型的應用，小型化的微處理器控制程序，例如高準MVDTM技術，非常有利于使控制面板更加集成化。可能還會有多個變送器，但相對而言，他們體積很大。而小型的核心處理器在壓縮控制面板上的該類系統方面真正地體現了它的*性，從而節約了大量空間。

日用品領域的應用

個人護理用品的生產也可能要求投入使用大量的設備（圖3）。再以肥皂生產系統為例，每一種材料成分由它各自的泵系統控制。必須對系統加以調整并將他們連接起來，以形成一個由各個單獨控制環組成的連續生產系統。如果產品呈粘稠蠟狀，則需要使用加熱的夾套式儲罐來存儲這些材料，含有硬脂酸鹽和其他成分的產品在被噴射到工藝過程中去之前需要*行溶解。

圖3 持續肥皂生產系統多路傳輸單獨環路的產品成分。在滑軌右邊加熱和加工粘性蠟質材料

各個儲罐擁有其各自的泵設備和流量計。由于生產商希望混合能連續進行，因此在各個噴射點后面，在管道中安裝了一個靜態混合器。隨著材料流下管道，一部分的產品成分添加、混合，接著另一部分的產品成分會添加并混合。如此反復，一直到所有的產品成分都被加入為止。

有時工藝流程中還包括裝放香料、香味和zui終成分的第二道滑軌。這常常需要進行pH值調整。如果是肥皂產品，則其粘性需要用鹽水來加以控制，添加鹽水是zui后步驟或完工步驟。

每一道滑軌可能都會擁有自己的Allen-Bradley PLC系統，這使得它們成為獨立的設備。整個過程由中央計算機控制，而通過遙控輸入/輸出通信來協調操作。

工藝的控制

利用Wonderware的人機界面軟件（HMI）來顯示前端的工藝過程使得操作員界面更為清晰可視。操作員能夠看到泵、閥門和流量計的照片。操作員或是利用鼠標驅動程序，或是利用觸控板驅動程序來直接控制輸入設備。

由于所有的科里奧利流量計通常被設計為采用Modbus通信協議，且Modbus通信協議直接連接應用到PLC系統上，因此它能夠將來自高準變送器的所有附加數據點直接傳送給操作員。這意味著操作員不僅能夠看到加工單閉環的部分質量流量，而且還能夠監控密度和查看溫度。

利用高準技術，諸如來自變送器等的附加模擬信號能夠通過科里奧利流量計進行傳送，科里奧利流量計大大提高了控制系統的現代化程度。Allen-Bradley PLC5 rack上的Pro-Soft Modbus卡能夠簡化這種類型的系統，為顧客節約大量的成本。使用科里奧利流量計，可節省昂貴的布線費用，如從滑軌出口的傳感器到面板上的變送器，從面板到監控整個操作的PLC主機。不僅省略了全部的中間步驟，而且節省了硬件費用，還可以大大降低安裝成本。

一些傳送系統設計商參與了美國保險商實驗所的控制建設計劃，因此在產品進入工廠之前他們已具備對設備進行功能性檢查的內在能力。這樣一來，在設備安裝之前，他們就能夠確保許多可能會發生的突發事件得以解決。像阿卡狄亞公司這樣從事藥物生產工業的公司，需要提供大量的認證文件。采用驗證工藝過程的顧客要求公司到美國食品、藥品監督管理局（FDA）進行調研考察，然后將從供應商處獲得的信息提供給顧客。安裝驗證程序（IQ）和操作驗證程序（OQ）同樣非常重要，在驗證程序的安裝過程中，各個安裝程序可依據型號和序列號來加以識別。設備列示完畢信號的程序已被安裝就緒。為了確保和操作驗證程序相一致，必須對所有的范圍進行檢查以確保儀器的使用范圍和列入清單的*一致。

像阿卡狄亞公司這樣較小型的公司可能沒有通過*，因此他們不受制于ISO 9000質量體系認證規范。盡管這些需要提供大量認證文件的公司，如阿卡狄亞公司等要通過*非常容易。在顧客方面，認證文件有助于滿足FDA的要求，并且無需花費費用雇傭工程師執行驗證。

zui后，色譜分析可被納入到正在進行的工藝過程中，以提供更大的度來調和昂貴產品成分，如添加到個人護理用品中的香味、香料和顏色。

小結

在制藥、化工、日用品生產領域使用這種新型連續生產系統，可以簡化工藝步驟，節省安全成本和運行成本。