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1、提取自動化設(shè)計(jì)中常用的計(jì)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(diǎn)，所以需要對關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測，并實(shí)時反饋，這些參數(shù)的檢測離不開計(jì)量儀表，也就是說，要實(shí)現(xiàn)中藥提取自動化，就必須對計(jì)量儀表進(jìn)行合理選型，這樣才能保證中藥提取生產(chǎn)的連續(xù)化。提取車間大部分計(jì)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(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向下方向傳輸，構(gòu)成環(huán)形磁場。浮子將會沿著探測桿并隨液位的變化而往復(fù)移動。同時，浮子內(nèi)的永磁鐵產(chǎn)生一個磁場。在浮子磁場與電流磁場相碰時，隨即產(chǎn)生一個“返回”脈沖。將電流脈沖與“返回”脈沖的時間差轉(zhuǎn)換成脈沖信號，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)，適合高精度及危險場合。由于非常好可動部件為

浮子，故障低，維修簡單，并且量程大，轉(zhuǎn)換連續(xù)性好，便于系統(tǒng)自動化工作，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)的兩線制液位變送器由一個內(nèi)置毛細(xì)軟管的特殊導(dǎo)氣電纜、一個抗壓接頭和一個探頭組成。靜壓式液位計(jì)的探頭構(gòu)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(shí)際大氣壓之差后，再由陶瓷傳感器和電子元件經(jīng)過溫度補(bǔ)償和線性修正，將壓差轉(zhuǎn)換成 4 ～ 20mA 輸出信號。靜壓式液位計(jì)量程較大，無可動部件，高可靠性，長期穩(wěn)定性高，使用壽命長，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，為此要搭配其他測試儀表來消除影響。

 

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)被測介質(zhì)浸汲測量電極的高度變化時，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，遠(yuǎn)傳至操作顯示控制平臺。

 

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、工作壓力無關(guān)。但其靈敏度常因被測液體的介電常數(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、測量電路及過程連接件組成。它將壓力傳感器檢測到的介質(zhì)壓力參數(shù)變換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號，供給二次儀表進(jìn)行相應(yīng)測量、指示和過程調(diào)節(jié)。我們選型通常考慮以下幾點(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帶來的破壞，提高效應(yīng)速度和穩(wěn)定性。（2）所要檢測的介質(zhì)。考慮黏性液體、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。非線性，遲滯性，溫度、零點(diǎn)偏置刻度都會影響精度。（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。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)或過濾器。（6）壓力變送器的封裝。經(jīng)過超時工作后，大部分的壓力變送器在會產(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(zhuǎn)換電路將信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)形式和安裝要求。溫度變送器結(jié)構(gòu)相對簡單，不含可動或彈性元件，其可靠性較高，維護(hù)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(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)電體在磁場中運(yùn)動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，與流量值成正比關(guān)系來標(biāo)定管道流量的原理。測量導(dǎo)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(dá) 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(yīng)快，示值受流動狀態(tài)影響較小。但對氣體、蒸汽等導(dǎo)電率低的介質(zhì)則不能應(yīng)用。電磁流量計(jì)的成本價格較高，很容易受外磁場信號的干擾而造成示數(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型游渦發(fā)生體，通過游渦的速度與流體的速度成一定比例來計(jì)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(jì)的儀表內(nèi)部不存在可動部件，使用壽命長；壓力損失小；范圍度可達(dá) 30:1；輸出為頻率信號；測量精度為 ±0.5% ～ ±1%。但渦街流量計(jì)會產(chǎn)生噪音，對流體流速要求高，這樣才可以產(chǎn)生旋渦。影響測量準(zhǔn)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(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)是采用感熱式測量，通過分體分子帶走的分子質(zhì)量多少來測量流量。質(zhì)量流量計(jì)具有準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，阻流元件和可動部件不存在；可直接測得質(zhì)量流量信號，不受被測介質(zhì)物理參數(shù)的影響，而且精度較高；可以測量多種液體；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，同樣管路的振動會導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。不適用于測量低密度的介質(zhì)。極易受外界振動的干擾，為消除管道振動的影響，對質(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，且價格較貴。

 

1.5、密度計(jì)

1.5.1、差壓式在線密度計(jì)

差壓式在線密度計(jì)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(gòu)成。在兩個壓力中繼器之間設(shè)有一個溫度傳感器，并用它來補(bǔ)償過程液體的溫度變化。差壓式在線密度計(jì)根據(jù)密度和濃度的大小產(chǎn)生相應(yīng)的 4 ～ 20mA 信號，并通過數(shù)字通信進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與校準(zhǔn)。在線密度計(jì)適合安裝于管道和罐體內(nèi)；它采用一體化結(jié)構(gòu)的兩線制變送器，不存在活動部件，所以維護(hù)相對簡單。無過程中斷，可以連續(xù)在線測量液體密度和溫度，可直接用于生產(chǎn)過程的控制，密度和溫度兩參數(shù)可同時顯示，便于進(jìn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(huán)和攪動。因此，在不適合直接測量的地方，要通過增設(shè)測試罐輔助測量，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不大的地方。要求現(xiàn)場安裝密度計(jì)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(xiàn)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(jì)

音叉密度計(jì)是依據(jù)類似于兩齒的音叉元器件產(chǎn)生振動的原理設(shè)計(jì)而成，由叉體位于齒根的一個壓電晶體而產(chǎn)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(wěn)定在固有諧振頻率上。當(dāng)叉體有介質(zhì)流經(jīng)時，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)很多時間去維護(hù)。音叉密度計(jì)可以測量含有氣泡或者固定的混合介質(zhì)密度，對于易結(jié)晶、結(jié)垢介質(zhì)的測量效果則不理想。

 

2、中藥提取自動化系統(tǒng)關(guān)鍵工藝控制難點(diǎn)

中藥提取自動化系統(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、技術(shù)優(yōu)化等。通過分析提取車間工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)，相應(yīng)的自動化系統(tǒng)對生產(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大蒸汽閥門，當(dāng)溫度達(dá)到沸點(diǎn) 90% 左右，自動調(diào)小蒸汽閥門。

 

2.2 出液判堵

采用自動控制系統(tǒng)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(guān)。當(dāng)正常出液過程中泵出口壓力降低到一定值時，流量開關(guān)無信號，則判斷為罐底堵塞；若流量開關(guān)有信號，則判斷為過濾器堵塞。

 

2.3 濃縮器加熱室列管結(jié)垢

濃縮過程需要高溫，自控系統(tǒng)加入適當(dāng)?shù)牟僮骺梢匝娱L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(shè)置自動補(bǔ)液控制。

 

2.4 濃縮終點(diǎn)判斷

濃縮過程使用在線密度計(jì)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(jì)比較準(zhǔn)確；在濃縮密度大于 1.10 時，黏度大時會有較大的誤差，因?yàn)榇藭r濃縮過程中的藥液處于動態(tài)狀態(tài)，某些黏度較大的藥液會帶有大量細(xì)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(fù)核的方式來判斷。如果采用質(zhì)量流量計(jì)檢測，則需要充分考慮其循環(huán)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(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)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(shè)置流量計(jì)計(jì)算上清液體積。

 

3、結(jié)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(jīng)過自動檢測、信息處理、分析判斷、操作控制，實(shí)現(xiàn)人的預(yù)期目標(biāo)的過程。實(shí)現(xiàn)中藥提取自動化，勢必可以減輕勞動強(qiáng)度和危險工作環(huán)境，但同時，我們必須從關(guān)鍵計(jì)量儀表與工藝控制難點(diǎn)入手來提高質(zhì)量問題。