中藥生產乙醇自動調配回收DCS控制裝置的應用

 

1、概述

在中藥提取車間生產中，大量品種的藥物生產工藝都需要用乙醇作為溶劑，進行醇提、醇沉、大孔樹脂吸附等工序生產，一方面需要對生產所需的不同濃度、不同用量的乙醇進行實時快速調配，另一方面還要精餾回收大量使用過的乙醇再次繼續使用，以滿足生產要求。本文介紹的乙醇自動調配回收DCS控制裝置完全按照產品工藝單線運行需求，在每個工序內部按照模塊化設計，各工序之間明確了各控制模塊的邏輯關系和實時放行原則。

 

2 設計方案

乙醇回收流程如圖1所示

2.1 乙醇回收塔自動控制

乙 醇 回 收

塔 主 要 控 制 功能 及 關 鍵 控 制點如表1所示。

2.1.1 冷 卻 水

聯動控制啟 動 濃 縮器時，自動開啟對應的冷卻水閥，開始進料。濃縮達到濃縮終點后，系統進入停止濃縮程序，聯動控制冷卻水閥關閉。

 

2.1.2 進料控制

根據工藝需求，開啟相應稀乙醇罐出液閥及輸送泵，通過進液調節閥和流量計控制進液速度；蒸餾開始后，進液調節閥結合進液流量計聯動控制進液流速，實現蒸餾過程的不同濃度乙醇蒸餾進液流速的連續調節控制。

 

2.1.3 液位控制

液位在線監測聯鎖控制，連續進液排液，保持液位平穩。

2.1.4 加熱蒸餾控制

（1）預熱控制：系統實時采集反饋塔頂壓力及溫值，與預熱器加熱蒸汽調節閥聯動控制進液乙醇溫度，穩定控制精餾速度；

（2）蒸餾溫度控制：一次進料完成后，精餾塔系統自動開啟加熱蒸汽調節閥，結合塔釜及塔頂溫度自整定PID控制，精確控制蒸餾溫度；

（3）蒸餾壓力控制：聯動保持壓力在限定范圍。

 

2.1.5 回收比控制

蒸餾開始后，系統自動結合塔頂溫度調節控制回流調節閥和出液調節閥，并結合回流流量計和出液流量計實現回流比自動調節控制。

 

2.1.6 排液控制

當塔釜內溫度升高到設定溫度，系統自動排液，將幾乎沒有濃度的溶液直接排出，保證塔釜內酒精濃度在一定時間內穩定，維持系統成品酒精出液量的穩定平衡。

 

2.1.7 精餾結束判斷

當粗酒精進料結束后，在精餾過程中，如果塔頂溫度大于設定溫度，系統判斷精餾結束，系統彈出結束提示，待人工確認后打開排污閥進行排污，精餾結束。

 

2.1.8 生產過程安全控制

在自動程序運行中，有相應權限的操作人員可隨時暫停自動程序，進行手動或其他操作，取消暫停后程序回到自動程序運行當中。

 

2.1.9 儲罐自動進/出液控制

通過對酒精儲罐的進/出液閥門自動控制，結合液位計高低液位報警控制，實現進出液自動控制。

2.1.10 儲罐容量控制

系統通過對儲罐內液位計進行控制，自動換算罐內乙醇量，并實現高低液位報警控制。

2.1.11 儲罐防跑料控制

系統自動報警提示操作人員檢測儲罐出液閥狀態，避免跑料事故的發生。

2.1.12 輸送泵控制

系統自動聯動輸送泵電機，并對電機運行狀態及故障報警自動監控。

2.1.13 自動清洗及排污控制

出液結束后，系統自動啟動清洗系統，定時噴淋清洗，人工確認清洗效果，完成在線清洗過程，完成定時清洗及排污。

 

2.2 酒精調配罐自動控制

酒精調配罐主要控制功能及關鍵控制點如表2所示。酒精調配罐控制功能主要包括配制 罐 液 位 檢 測 ，循環混合控制，稀/濃酒精和水的計量，設定酒精濃度完成自動調配功能，酒精輸送控制，輸送量和濃度檢測等。

2.2.1 設備聯動控制

根據調配罐的位置，自動選擇進液設備，并聯動控制進出乙醇閥，計量添加各個稀/濃/成品濃度的乙醇量。

2.2.2 進料控制

進料前，系統自動選擇調配酒精來源（新鮮酒精、回收高濃度酒精、回收稀濃度酒精、純化水）調配稀酒精，操作人員確認后，系統自動進料完成稀溶媒進料。流量計自動計量添加稀/濃/成品濃度酒精量。

2.2.3 液位控制

酒精調配罐的液位計實時檢測罐內調配酒精的液位，修正因濃度影響液位變化導致的液位測量偏差，防止調配液溢出。

2.2.4 調配濃度控制

配置時采用計算法自動計算，根據調配設置的乙醇濃度參數，同時根據在線濃度計檢測到的稀乙醇儲罐對應濃度值，以及人工輸入的濃乙醇濃度值、成品乙醇濃度值，自動計算稀/濃/成品乙醇的加入量，啟動出液泵和罐出液閥門及循環閥，進行自循環混合操作，使罐內酒精濃度均勻。控制濃/稀酒精進液量，實時檢測罐內濃度，達到設定濃度目標后停止進液。

2.2.5 出液控制

酒精調配結束后，系統自動完成調配后，酒精根據使用需求自動輸送至使用點，并經過在線質量流量計計量出液流量。

2.2.6 自動清洗和排污

出液結束后，系統自動啟動清洗系統，定時噴淋清洗，人工確認清洗效果，完成在線清洗過程，完成定時清洗及排污。

2.3 公用系統監測和聯動控制

監測蒸汽母管流量、壓力，壓縮空氣母管壓力，飲用水母管流量、壓力，循環水母管壓力、溫度，實現公用系統監測及異常報警功能。斷氣、斷水、斷電實時系統安全保護。

 

2.4 DCS控制系統

2.4.1 系統架構

系統投產后，操作人員在操作間操作站通過組態軟件可完成對相關系統的監控和運行管理。DCS選用西門子高端、成熟的CPU；通信設備選用西門子高端交換機。以上硬件設備配合xianjin的人機界面軟件構成一個可靠、高性能的自動化系統，實現對相關系統的監控調度管理功能。操作人員通過人機界面即可實時監控生產，并依據生產數據進行生產調度和管理。同時提供管理平臺，控制程序數據和工具的存取，對過程進行管理、處理、歸檔和建立控制文件；同時在不組態狀態下，作為操作員站使用。

 

操作員站在Windows操作平臺下，結合DCS控制系統軟件，作為過程管理窗口，操作人員、維護人員以及監控人員均可對操作人員的過程活動進行跟蹤，有權限的人員可修改工藝參數、批量順序、編輯需求的過程操作數值，或與過程設備進行通信，同時實現系統報警和生產操作提示，以便操作人員進行確認。通過系統軟件建立操作靈活、人機界面友好的組態界面，實現生產過程可視化的生產過程概況，方便交叉瀏覽各種設備視圖，能快速識別各種事件，并簡單、快速地完成所要求的操作輸入，從而保證設備的安全運行。操作模式包含但不限以下三種：（1）現場人機界面上，現場手動監視和控制；（2）操作間操作站計劃總手動監視和控制；（3）操作間操作站集中自動監視和控制。

 

2.4.2 工藝單元自動運行

內部設置程序模塊，可根據工藝流程需求進行靈活組態，自動調整。

2.4.3 聯鎖保護控制

程序提供兩種級別類型的聯鎖保護：設備級聯鎖和單元操作聯鎖。

2.4.4 監控操作

可在程序組態監控畫面通過按鈕執行生產操作。

 

2.4.5 報警管理

可實現報警的自動設置、自動采集、自動報警、自動分級、自動發送功能。

2.4.6 報表、記錄的存儲功能

可連續存儲半年以上的報表和生產記錄數據。數據存儲采用xianjin的動態壓縮算法。

2.4.7 定接入智能制造體系。

 

3 應用效果

上述方案在多個制藥企業提取生產車間實際配置使用，在解決了現場可能發生的諸多實際問題后，可達到無人值守、連續生產的控制效果，從乙醇調配到乙醇回收，通過DCS控制系統的自動聯鎖運行，生產數據的完全自動采集和監測，通過計算機系統進行高效、準確、完整的數據匯總和分析處理，避免了傳統手工記錄方式容易產生的生產數據滯后、缺失及出錯等問題，既可滿足GMP驗證要求的生產數據完整性以及審計追蹤需求，又可起到節能環保作用，系統投運后，平均降低能耗15%～18%，同時節省人力投入，可減少操作人員3～5人，提升生產效率達30%，具有非常理想的推廣價值。

 

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