电磁流量计在无菌灌装体系中的使用

现代社会的飞速发展，跟着人们的生活水平的进步和生活节奏的加快，呈现了许多便利带着饮用的瓶装、罐装和袋装型食物及饮料。在制药企业中，也相同有很多的瓶装和袋装的液体药品。这些出产场合的液体饮料和液体药品都需求无菌灌装体系，要求灌装设备体系能够快速、安全、精确地完结灌装。相比较曾经传统的固定容积式的灌装体系，该体系具有更安稳的安全性，包装内容液体的卫生状况大幅改进，无菌灌装体系的要求运用于灌装定量操控的办法发生了改变，一些专业灌装用处流量计进入灌装运用领域，这种动态在线的丈量和操控办法带来了新的应战，在线直接丈量和操控流量的定量操控办法需求专业的流量计来满意灌装的特别需求，运用中不只需求考虑流量计自身的装置和运用，还要归纳考虑流量计集成在体系中时和其他部分的相互影响。文章具体介绍了灌装用电磁流量计的特色以及运用电磁流量计的灌装定量体系的灌装精度的影响要素。

1 无菌灌装体系介绍

1.1 无菌灌装体系的要求

（1）易于清洗和消毒灭菌；（2）高产量、周期短；（3）高精度和高重复性；（4）低消耗和损耗；（5）快速处理不同产品灌装和不同批量灌装；（6）对产品和产品质量要素有较高的透明度；（7）不必保护或许易于修理。

1.2 无菌灌装的规划特色

（1）机器的简略化；（2）外表润滑、无凹凸、无死角、气密密封性好；（3）排水流通，无积水；（4）闭密性要好，防止外界微生物深化；（5）挑选恰当资料，耐高温、耐化学腐蚀；（6）自动化的CIP（原位清洗）/SIP（原位灭菌）；（7）要害设备的守时维护；（8）区分出产区域，无菌和非无菌，出产区域物料、人等阻隔和操控。

1.3 灌装定量操控

在各个分体系中，灌装的定量操控体系是最中心的体系之一，整个灌装机的灌装速度和精度往往由该体系的功能所决议。灌装定量操控体系要害部件包含流量计、操控器、阀门（如图1）。灌装量的丈量由流量计完结，它能快速、精确地计量灌装头的衔接管道中的流体流量，并把信号上传到操控器，由操控器依据设定的定量，操控灌装阀门的启/停，以到达精确灌装。

图1 灌装体系要害部件示意图

1.4 无菌灌装对流量计的要求

1.4.1 快速反应才干和精确的丈量才干。每次灌装一般继续2~5秒，这要求流量计的丈量速度十分快，丈量距离短，只要这样才干跟得上流量的改变曲线。

1.4.2 卫生型规划和衔接。特别的原料和衔接办法。

1.4.3 CIP和SIP的要求。原位清洗和灭菌涉及到酸碱等腐蚀性介质，假如选用高温蒸汽灭菌，则进程中会呈现约140℃的温度。

1.4.4 安稳性和重复性好。

2 Dosimag电磁流量计简介

Dosimag系列流量计是某闻名外表公司自行研制的专业灌装电磁流量计，能确保很高的精确性和重复性，紧凑的外形结构确保了在灌装出产线的各个单元能装置得很近。有快速精确的丈量才干，丈量周期短，丈量频率高。

Dosimag流量计的丈量原理：依据法拉第电磁感应规律，因磁通量改变发生感应电动势，闭合电路的一部分导体在磁场中做切开磁感线运动，导体中就会发生感应电流。在电磁丈量原理中，活动的介质就相当于运动的导体，感应电压和介质的流速成正比，而且经过两个电极直接送到放大器。流体的容积经过管道的截面积能够算出。

图2 电磁流量计原理示意图

Ue=B×L×v

Q=A×v

Q=A×v=A×Ue/B×L

式中：Ue——感应电压

B——磁场强度

L——磁极距离

v——流体速度

Q——流体流量

A——管道截面积

I——电流强度

从以上公式能够看出，当磁场强度和磁极距离一守时，流体流量和感应电压成正比。

3 Dosimag流量计特性

3.1 特色

（1）快速丈量才干，每秒钟完结80次以上的精确丈量；（2）流量达1.66L/s；（3）流体温度可达130℃，半小时内耐受150℃；（4）作业压力可达16bar；（5）可进行在线原位清洗（CIP）和在线原位灭菌（SIP）；（6）特别运用内衬：PFA（可溶性聚四氟乙烯）；（7）不锈钢外壳。

3.2 运用领域

可用于导电率大于等于5μs/cm的液体丈量，如食物职业、化妆品职业、制药职业、化学药品职业

3.3 食物/卫生职业相关认证

3A认证/EHEDG测验/契合FDA要求。

4 装置办法、运用条件及注意事项

4.1 装置条件

（1）进口管道长度大于5倍DN，如图3；（2）出口管道长度大于2倍DN，如图3；（3）传感器和变送器有必要接地；（4）传感器在管道中居中装置。

4.2 装置办法及方位

灌装流量计装置调试简略；对管道的轰动不是很灵敏。灌装流量计只要在管道彻底满地条件下才干正确丈量，根据这个原因，主张在批量出产前要做灌装实验。

图3 装置直管段示意图

4.2.1 装置办法一般来讲有旋转灌装形式和线形灌装形式，如图4和图5所示：

图4 旋转灌装形式

图5 线形灌装形式

4.2.2 装置方位。装置在阀门邻近，灌装流量计不能装置在操控阀的下贱（图6），假如装在操控阀的下贱，在一个灌装周期完毕后，传感器的丈量管道彻底排空，这样会严重影响下个周期的丈量。

图6 流量计和阀门的装置方位示意图（1代表灌装流量计）

4.2.3　装置方向。合理的装置方向（图7），能够防止空气在丈量管道中的堆积和寄存。

图7 装置示意图（1代表灌装流量计）

4.2.4 装置注意事项。

（1）在过热的条件中运用时（比方在线清洗和在线消毒），强烈要求变送器装在下面，这样能够下降变送器部分过热的危险，如图8。

（2）在轰动十分凶猛的条件下，要确保管道和传感器的安全。

图8 防止变送器过热的装置方向示意图

4.3 影响灌装的一般要素

4.3.1 流量计的计量精度：该项目标受流速、灌装继续时刻、丈量流体状况等影响。

表1 灌装时刻和重复性的联系

4.3.2 灌装体系中可动部件的动作速度和机械重复性：首要是堵截阀的敞开和封闭操作的速度和一致性。

4.3.3 灌装机械中流体的状况安稳性，包含温度改变（影响密度）、背压是否安稳（影响流速）、液位凹凸。

4.3.4 操控体系的作业办法和操控程序规划是否优化。

5 Dosimag灌装流量计的实践运用问题剖析

下面以灌装流量计在国内某企业运用进程中呈现重复性差的问题为例来剖析。

5.1 现场灌装的基本状况

直线式灌装形式，灌装机上装置有20台Dosimag5BH12/15，别离对应于20根灌装头，如图5所示的线性装置办法；灌装液体来自于设备上方的储罐，经过下贱管道进入两路分流支总管（DN40），每分流支总管下带10个DN15的灌装管；流量计后方，灌装口上方100mm处装置有气动堵截阀（结构较特别，两级行程，堵截阀杆坐落管道内流体中）；每次灌装约220mL，可是差错不安稳，从差错1~2mL到5~6mL。

5.2 该运用中影响精度的原因

电磁流量计归于速度式流量外表，它经过丈量管道流速来核算体积流量，流速的骤变会必定程度增大丈量差错。本运用中，影响精度的原因是管道内的液体流速，经过实验剖析液体的流速受以下三个方面的影响。

5.2.1 工艺影响。管道的选型和排设对液体的流速会有影响。如本运用中，假如下贱管道进入两路分流支总管远小于DN40，那么流过各灌装管内的液体流速会有比较大的差错，选用适宜的总支管和正确的排设，能够改进灌装管内液体流速的不平衡性。

5.2.2 其他元件的影响。在无菌灌装体系中，一般用到四种阀，即定量阀（加料阀）、导向阀、压力操控阀、操控阀。

在灌装体系中用到快速堵截阀（定量阀）来操控灌装的启停。快速堵截阀的操控原理：当电磁阀接收到PLC的输出信号（由PLC收集灌装流量计的脉冲信号后处理的输出信号）时开端动作，经过执行机构带动阀杆和阀芯向上运动，阀芯和阀座分隔，流体经过阀座进入灌装管道，开端灌装，当电磁阀接收到PLC输出信号封闭阀门时，阀杆向下运动，带动阀芯向下运动，使阀芯和阀座触摸，然后堵截流体到达完毕灌装。本运用中操控阀的阀杆在管道中，流体从上向下贱经整个阀体，阀杆的动作行程分两级，对应于小流量和较大流量。

敞开时，阀杆向上抬起，逆流而上，关于管道中的流体构成逆冲，瞬间减小管道流速；相对速度越大，影响越大；闭合时，阀杆向下压下，关于管道中的流体发生加快，瞬间增大管道流速（图9）。

本运用中的灌装操控阀有两级行程，在从小流量变换为大流量时，阀杆的二次动作使管道内的流速明显减小，增大了丈量差错（图9）。灌装操控阀的结构和作业办法，影响了管道中的液体流速，是差错的首要构成要素来历。但实验证明，能够经过调整阀杆的行程来改进。

图9 未加处理的阀门二行程的流量曲线。

5.2.3 液位操控及背压操控。液位和背压影响灌装进程中的流速，流速的动摇会构成灌装量的动摇。该动摇的影响首要体现在体系宣布阀门堵截指令到阀门彻底封闭的推迟时刻段中。

本灌装体系中的上部罐体尺度较小，约60L。假如液位操控在80%，则上部的气体空间为12L，下部液体空间为48L；若每次灌装250mL，2s内完结，则20个瓶需求5000mL，即5L，对液位的影响为8%，对气压的影响为5L/12L=40%；因为灌装有间歇性中止，关于液位和背压的自动操控来说，进程为非接连安稳状况，操控的难度比一般进程要大（压力变送器上看到有压力值的改变，实践上或许有1~2秒钟以内的阻尼，实践进程中的快速动摇或许更大）。

灌装头因为装置灌装操控阀的需求，在灌装操控阀及下部的灌装头共约400mm。

部分为DN25的管道，灌装流量计及流量计之上的管道内径为15mm/16mm。二者管道截面积相差近2倍。在安稳流量下，则这两部分的流速相差近2倍，表现为流量计处快，下部管道内慢。考虑到阀杆的影响，则流速相差约1倍。

灌装头的终究出口部分为10~14mm的可替换缩口。经过缩口，能够发生背压，一般缩口内置蜂窝状虹吸管，确保灌装前后的管道满管。从测验的流量波形上看，10mm的灌装头发生恰当的阻尼作用，流量曲线较安稳。

5.3 解决计划

计划1：选用灌装阀一级操控，即选用小流量行程的单次敞开和闭合。

测验成果：流量平稳度添加，灌装的差错明显减小。

计划2：对灌装阀的第2次行程改变进行操控，经过减缓阀的气动排气，下降阀杆第2次上台的速度，见图10：

图10 添加排气过滤阀，减缓小流量转大流量时的阀杆上抬速度后的流量曲线

计划3：恰当下降液位，如操控在50%或更低，以减小批次灌装对背压的影响，一起有助于进步背压安稳性。

6 结语

从本文的剖析能够看出，灌装流量计作为丈量的要害元件，它是确保罐装精度完成的要素之一，整个罐装体系的规划在满意无菌灌装的工艺要求和出产功率要求的前提下，有必要考虑怎么确保罐装流量计安稳、可靠地作业以及怎么选用适宜的部件，如操控阀，并优化操控办法，将各种或许的搅扰要素降到最低，以完成体系差错最小