JP2008292186A - バッチプラントにおける精密計量システム - Google Patents

Abstract

【課題】長い母管、枝管およびマニホールドを経由して送液される液が反応器へ滴下される際に生じる、容積計量誤差をなくすバッチプラントにおける精密計量システム。
【解決手段】バッチプラントにおける精密計量システムＥは、液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄと、前記液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄの吐出側に接続された液送用の母管２_Ａ〜２_Ｄと、前記液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄを駆動制御すると共に流量を調節可能な流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄと、前記母管２_Ａ〜２_Ｄから分岐された枝管３_Ａ〜３_Ｄを経由した液の分配を規定するマニホールド１０と、前記マニホールド１０の下方に接続される滴下管２２，２３と、前記滴下管２２，２３を通じて滴下された液を溜めて規定の処理をする反応器３２、３３と、前記マニホールドの内部に介在し容積を計量して前記反応器３２、３３へ滴下することが可能な計量タンク１４と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッチプラントにおける精密計量システムに関する。

医薬品の原薬製造プラントでは、従来１つの系列で製品を製造していたが、設備の運用効率に限界があった。また、新製品を開発するたびに新規プラントを建設する時間や費用は避けないため、多品種小量生産に適したバッチプラントをフレキシブルに運用することが期待されている。

また、下記特許文献１には、複数の出口通路から均等または略均等な流れが得られる改善された流れ分配特性を有するマニホールドが開示されている。具体的には、マニホールドの細長い穴の断面積を変化させることによって、マニホールドの内部の流れを調整する。断面積は、マニホールドの内部の穴に１つまたはそれ以上のインサートを挿入することで変化し、各インサートは、マニホールド内の流れ特性の差を補償するように設計された一定でない断面積をもつ。これと択一的に、マニホールドの内部を、マニホールド内の流れ特性の差を補償するように設計された一定でない断面積に形成することもできる、というものである。

一方、下記特許文献２には、液体取り扱い方法に関する技術が開示されている。すなわち、精密に計量された血液、尿、その他の生物学的液体を、分配マニホールドによって前後の工程に供給するものである。具体的には、大気圧に対し開放された開口を備えた流路および、該流路に沿って配置された一連の弁を有する液体取り扱いシステムにおいて、上記開口と目的位置との間の第１弁を閉じて液体の移動を阻止した状態で、位置決めすべき量の液体の前縁と該前縁の目的位置との間の流路内の圧力を低下させ、第２弁を閉じて前縁と該前縁の目的位置との間にトラップされた減圧領域を与え、そして、第１弁を開いて上記量の液体を開放し、トラップされていた減圧の影響下で目的位置へ向かって移動させる、というものである。
特開平６−２１９５００号公報 特開昭６１−１１００２７号公報

しかしながら、バッチプラントにおける精密計量システムという観点から、特許文献１，２に記載された技術には、いまだ改善余地が残されていた。特にバッチ式マルチパーパス（多品種生産）プラントにおいて、液送ポンプからマニホールドまでの配管の落差・長さ・太さ・曲がり具合等による配管形態、液量調節計の位置、その制御方法、取り扱う液種、液質、送液量、送液速度、環境温度、気圧等、諸々の条件の違いによって、容積計量誤差が生じるという課題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、容積計量誤差をなくすようにしたバッチプラントにおける精密計量システムを提供することを目的とする。特に、取り扱う液種、液質、送液量、送液速度に変化の多い多品種生産用プラントであって、しかも、液送ポンプからマニホールドまでに及ぶ天井近くの高い配管を経由し、高い位置から落し込む反応器までの落差が大きく、全体が逆Ｕ字型の閉塞管内にサイホンの原理によって生じる負圧や気化膨張によって計量誤差が生じ易い配管形態の場合であっても、精密な計量ができるようにしたバッチプラントにおける精密計量システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、第１の発明に係るバッチプラントにおける精密計量システムは、液送ポンプと、前記液送ポンプの吐出側に接続された液送用の母管と、前記液送ポンプを駆動制御すると共に流量を調節可能な流量指示調節部と、前記母管から分岐された枝管を経由した液の分配を規定するマニホールドと、前記マニホールドの下方に接続される滴下管と、前記滴下管を通じて滴下された液を溜めて規定の処理をする反応器と、前記マニホールドの内部に介在し容積を計量して前記反応器へ滴下することが可能な計量タンクと、を備えたことを特徴とする。

第１の発明に係るバッチプラントにおける精密計量システムによれば、枝管と滴下管の間に位置するマニホールド内に計量タンクを介在させたことにより、負圧および／または気化膨張が解消される。したがって、負圧および／または気化膨張を原因として生じていた容積計量誤差をなくすことが可能になる。

ここで、マニホールドの内部に計量タンクが介在せず、液送ポンプ→母管→流量指示調節部→母管→枝管→マニホールド→滴下管→反応器へと、逆Ｕ字型に配管されたひとつながり密閉管によって液が滴下されたならば、流量指示調節部で液流を停止中に、サイホンの原理によって流量指示調節部から反応器に到る管内に発生する負圧および／または気化膨張による容積計量誤差を避けられなかった。

そこで、母管および枝管からマニホールドへ滴下される液を、マニホールドの内部に介在する計量タンクで予め計量してから反応器へ滴下するようにした。そうすると、精密に計量された液が反応器へ滴下されるので計量誤差をなくすことが可能になる。より詳しくは、母管から枝管を経由し、マニホールドから滴下管を通して反応器へ滴下される際に生じる、負圧および／または気化による容積計量誤差をなくすことが可能になる。

また、第２の発明に係るバッチプラントにおける精密計量システムは、前記計量タンクの計量した結果に応じた計量信号を出力する計量センサと、前記計量信号に基づいて前記流量指示調節部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明に係るバッチプラントにおける精密計量システムによれば、計量タンクに液が溜められたことを計量センサが検出すると、計量信号を出力して制御部へ入力する。この計量信号に基づいて、制御部が流量指示調節部に液送停止の制御を行なう。このとき、精密に計量された容積の液が計量タンクに溜められており、それだけを反応器へ滴下するので、滴下された液量は正確である。

また、第３の発明に係るバッチプラントにおける精密計量システムは、前記マニホールドの流通経路の変化に応じて前記計量タンクの内部を洗浄可能な洗浄手段を備えたことを特徴とする。

第３の発明に係るバッチプラントにおける精密計量システムによれば、マニホールドの接続形態が変化して液種を切り換える毎に、洗浄手段を作動して計量タンクの内部を洗浄する。そうすることにより、計量タンクの内容物を滴下して空にした後に残留する微量の液を完全に洗い落とされるので、計量タンクは多種類の液で汚濁することなく兼用利用できる。したがって、多液を混入する工程、または、別製品の製造工程に切り替わる際にも、１または少数の計量タンクを兼用して継続使用することが可能である。

本発明によれば、長い母管、枝管およびマニホールドを経由して送液される液が、マニホールドから反応器へ滴下される際に生じる、サイホンの負圧および／または気化膨張による容積計量誤差をなくすことが可能なバッチプラントにおける精密計量システムを提供できる。
さらに、前記計量タンクを多液混入のため多種類の液に及んで兼用する場合であっても、１または少数の計量タンクで足りる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について、構成と動作を適宜織り交ぜて説明する。なお、図１において、Ａ〜Ｄ液毎に独立したＡ〜Ｄ系統の配管系統に関し、同一機能には同一符号を付して説明を省略する。例えば、液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄ、母管２_Ａ〜２_Ｄ、枝管３_Ａ〜３_Ｄはそれぞれ同一機能の液送ポンプ１、母管２、枝管３をＡ〜Ｄ液毎に区別しているだけであり、配管構成は同一である。

図１は、本実施形態に係るバッチプラントにおける精密計量システム（以下、「本システム」という）Ｅの配管図である。図１に示すように、本システムＥは、液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄと、前記液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄの吐出側に接続された液送用の母管２_Ａ〜２_Ｄと、前記液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄを駆動制御すると共に流量を調節可能な流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄと、前記母管２_Ａ〜２_Ｄから分岐された枝管３_Ａ〜３_Ｄを経由した液の分配を規定するマニホールド１０と、前記マニホールド１０の下方に接続される滴下管２２，２３と、前記滴下管２２，２３を通じて滴下された液を溜めて規定の処理をする反応器３２、３３と、前記マニホールドの内部に介在し容積を計量して前記反応器３２、３３へ滴下することが可能な計量タンク１４と、を備えて構成されている。なお、マニホールド１０は、接続形態を切り換えることによりＡ〜Ｄ液の分配を適宜に規定するものである。

また、このバッチプラント全体のなかで、枝管３_Ａ〜３_Ｄおよびマニホールド１０は高い位置に配設され、これらよりも低い位置に反応器３２，３３が配設されている。これらの落差を利用して、マニホールド１０から滴下管２２，２３を通して反応器３２，３３へと液を滴下させる配管構成である。すなわち、Ａ〜Ｄ液は、それぞれの液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄにより母管２_Ａ〜２_Ｄの低い位置から高い位置までポンプアップされ、母管２_Ａ〜２_Ｄ→枝管３_Ａ〜３_Ｄ→マニホールド１０→滴下管２２，２３→反応器３２，３３まで滴下させるように構成されている。

このため、母管２_Ａ〜２_Ｄは高い位置まで延設されており、例えば、６階建てビルディングであれば６階の天井部まで配管が延設されている。この最高地点において、母管２_Ａ〜２_Ｄを分岐した枝管３_Ａ〜３_Ｄが下向きに延設されている。この枝管３_Ａ〜３_Ｄに沿って最高地点から少しだけ下がったところにマニホールド１０が配設されている。つまり、マニホールド１０より高い位置の枝管３_Ａ〜３_Ｄからマニホールド１０を経由した液が、滴下管２２，２３を重力により滴下して反応器３２，３３に収容されるように構成されている。

また、マニホールド１０には滴下管２２に連通する滴下穴１２_Ａ〜１２_Ｄが配設されている。このマニホールド１０は、内蔵された計量タンク１４を利用しない従来型接続モードにおいては、滴下穴１２_Ａ〜１２_Ｄと枝管３_Ａ〜３_Ｄが接続できるように構成されており、同様に、滴下管２３に接続する滴下穴１３_Ａ〜１３_Ｄも枝管３_Ａ〜３_Ｄと接続できるように構成されている。

一方、計量タンク１４を用いて滴下管２２→反応器３２へ滴下する場合には、滴下穴１２_Ａ〜１２_Ｄの全部または何れかに計量タンク１４で精密計量されたＡ〜Ｄ液を注ぎ込むように構成されている。同様に、計量タンク１４を用いて滴下管２３→反応器３３へ滴下する場合には、滴下穴１３_Ａ〜１３_Ｄの全部または何れかに計量タンク１４で精密計量されたＡ〜Ｄ液を注ぎ込むように構成されている。

反応器３２，３３に収容されたＡ〜Ｄ液は、撹拌羽根５２，５３により適宜撹拌されながら規定の反応をした後に、２段目のマニホールド４２，４３を経由してつぎの処理場所へ重力によって分配・移動される。すなわち、液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄによって母管２_Ａ〜２_Ｄの最高地点まで圧送されたＡ〜Ｄ液は、母管２_Ａ〜２_Ｄ→枝管３_Ａ〜３_Ｄ→マニホールド１０→滴下管２２，２３→反応器３２，３３→マニホールド４２，４３→（２段目の）滴下管→（２段目の）反応器……と、重力によって自然に滴下するように構成されている。

このマニホールド１０は、制御部１６により、Ａ〜Ｄ液の何れにどのタイミングで接続するか、あるいは、Ａ〜Ｄ液種の何れの液種をどの分量だけ反応器３２，３３へ滴下するか、といったことを制御される。

また、流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄは、制御部１６との間で制御信号を授受しながら、Ａ〜Ｄ系統の流量を適宜に調整する。なお、流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄ、制御部１６および制御信号は、例えば、図示せぬプログラムを実行するマイクロコンピュータ等に設定された、Ａ〜Ｄ液種の選択、各液の流量、滴下タイミング、等の制御を実現可能な制御手段を構成している。すなわち、Ａ〜Ｄ系統の主要部は液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄからマニホールド１０までを接続している母管２_Ａ〜２_Ｄの途中に液量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄが介挿され、制御部１６の指示どおりに液流を調節することが可能であるように構成されている。

つぎに、マニホールド１０、計量タンク１４、制御部１６、流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄおよび制御信号に関して説明する。
計量タンク１４には、所望の容積が充填されたことを検出して計量信号１５を出力する計量センサ１４Ｓが配設されている。詳しくは、この計量信号１５が制御部１６に入力されると、その計量信号１５のレベルに応じて液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄおよび流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄが指示どおりに液流を調節することが可能なように構成されている。

すなわち、計量タンク１４に所望の容積が充填されつつあることを計量センサ１４Ｓが検出すると、計量信号１５を出力して制御部１６へ入力する。この計量信号１５に基づいて制御部１６が、流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄを制御する。したがって、反応器３２，３３へ滴下する容積計量誤差をなくすことが可能である。

つぎに、本システムＥにおけるマニホールド１０の内部で、計量タンク１４を用いて滴下液量を精密に計量する動作を簡単に説明する。
液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄの吐出力により母管２_Ａ〜２_Ｄに沿って高い位置まで押し上げられたＡ〜Ｄ液は、その高い位置の母管２_Ａ〜２_Ｄから枝分かれした枝管３_Ａ〜３_Ｄから、少しだけ低い位置のマニホールド１０へ滴下される。マニホールド１０の内外は、ある程度の通気が可能であるため、サイホン負圧や気化膨張による正圧が生じたとしても大気圧に通じて無害化される。

このように、容積計量誤差の原因となっていた正負の圧力（以下、「誤差圧」ともいう）が生じないマニホールド１０の内部に滴下されたＡ〜Ｄ液を計量タンク１４が所望の容積に計量する。計量タンク１４は計量枡を構成しており、この計量枡でＡ〜Ｄ液を精密に計量された分量の液だけが滴下管２２，２３を通って反応器３２、３３へ滴下される。

このように、本システムＥにおけるマニホールド１０の内部で計量タンク１４を用いて、Ａ〜Ｄ液の滴下液量を精密に計量しながら滴下することにより、容積計量誤差をなくすことが可能である。つまり、高い位置を長く引き回された母管２_Ａ〜２_Ｄ→枝管３_Ａ〜３_Ｄ→マニホールド１０→滴下管２２，２３→反応器３２，３３へ滴下される際、従来の閉塞された逆Ｕ字型管内で生じたようなサイホン負圧および／または気化膨張による容積計量誤差をなくすことが可能である。

すなわち、従来のバッチ式マルチパーパス多品種生産用プラントにおける逆Ｕ字型の配管構成は、本システムＥでは形成されない。なぜならば、逆Ｕ字型のほぼ頂点に位置するマニホールド１０の内部で管路が開放状態であるため、サイホン負圧は生じ難い。また、液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄ→母管２_Ａ〜２_Ｄ→枝管３_Ａ〜３_Ｄの間で小規模に残された逆Ｕ字型管の配管構成を原因とするサイホン負圧の悪影響も、計量タンク１４の精密計量により解消される。

このように、本システムＥでは、制御部１６が流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄを制御しながら、指示どおりのＡ〜Ｄ液を、指示どおりの容積だけ計量タンク１４で計量した分量だけを反応器３２，３３に仕込む（滴下する）。詳しくは、反応器３２，３３に、Ａ〜Ｄ液種の何れかを、計量タンク１４で規定どおりの容積だけ計量し、どのタイミングで、反応器３２，３３へ投入するか、といったことを、オペレータ（人）の意思またはコンピュータ・プログラムの実行に基づいた制御部１６の制御動作によって総合的に操作される。具体的には、以下のとおりである。

まず、マニホールド１０内部でＡ〜Ｄ液の分配は、制御部１６が液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄおよび流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄを制御することに応じて規定される。例えば、制御部１６の制御動作によって、指定された液送ポンプ１_Ａが駆動されてポンプアップされたＡ液は、母管２_Ａ内を低所から高所へと圧送される。高い位置の母管２_Ａに配管された枝管３_Ａから、マニホールド１０へ滴下されたＡ液が、マニホールド１０の内部で外部と通気自在に開放状態で介在する計量タンク１４に滴下される。

ついで、計量タンク１４にＡ液が充填されつつあることを計量センサ１４Ｓにより検出し、計量信号１５を出力して制御部１６へ入力する。この計量信号１５に基づいて、制御部１６が流量指示調節部３０_Ａを制御し、計量タンク１４にＡ液が充填されたタイミングでまたは適宜早めに液送ポンプ１_Ａを停止する。そうすると、所望の容積に計量されたＡ液が、例えば滴下管２２を通じて反応器３２へ滴下される。

なお、液流停止の制御タイミングは、配管形態、液種Ａ〜Ｄ、気温、気圧等の天候条件に応じたタイミングで実行する。すなわち、容積計量誤差をなくすために、計量タンク１４に所望の容積が満たされるより以前に計量信号１５を出力して、適切なタイミングで液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄおよび流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄに液流停止の指示を発令する。しかし、このような制御タイミングによる制御にもかかわらず、計量タンク１４から所望の容積を超えて溢れた液は、図示せぬ補助タンク等に溜めておき、次回の滴下に融通するようにしても構わない。

また、計量タンク１４には送液する液種Ａ〜Ｄを切り換える毎に、計量タンク１４の内部を洗浄可能な洗浄手段１７を備えることが好ましい。すなわち、送液する液種Ａ〜Ｄを切り換える毎に洗浄手段１７を作動して計量タンク１４の内部を洗浄することにより、バッチプラントにおいて、計量タンクの内容物を滴下して空にした後に残留する微量の液を完全に洗い落とされるので、計量タンクは多種類の液で汚濁することなく兼用利用できる。したがって、多液種Ａ〜Ｄを混入する工程、または、別製品の製造工程に切り替わる際にも、１または少数の計量タンクを多くの液種Ａ〜Ｄに及んで洗浄しながら兼用して継続使用することが可能である。

なお、上述した実施の形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。例えば、計量信号１５に基づいて制御部１６が、液送ポンプ１_Ａ〜１_Ｄおよび流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄを制御する制御手段は既存のものでも構わない。特に、反応器３２，３３へ滴下する容積計量誤差をなくすタイミング制御手段に関しては、ある程度の予測も交えて制御するＰＩＤ制御等により実現できる。好ましくは、配管形態、液種Ａ〜Ｄ、気温、気圧等の天候条件に応じて、タイミング制御の補正係数等を経験則から補正テーブル等に読み出し自在に記憶して精密制御に供すると良い。

また、本システムＥは、薬品、食品、酒類、農薬、肥料、燃料、血液、尿、その他の生物学的液体の分野を問わず適用可能である。そのように適用する分野に応じて、バッチプラントの大小規模が変わることは当然である。そして、マニホールド１０の前後に、図示せぬ別工程の枝管、マニホールド、反応器があって複合的に接続されている実施形態も本発明に含まれる。

なお、各部の呼称に関しては、他の表現であっても実質同一であれば、本発明に含まれる。例えば、多品種生産プラントをマルチパーパスプラント、枝管３_Ａ〜３_Ｄをヘッダー、反応器３２，３３を液溜、計量タンク１４を計量枡（ます）、流量指示調節部３０_Ａ〜３０_Ｄを流量指示調節計（ＦＩＣ）等に読み替えても実質同一である。

要するに、ポンプアップされるＡ〜Ｄ液を上方まで液送する母管２_Ａ〜２_Ｄと、この母管２_Ａ〜２_Ｄから分岐された枝管３_Ａ〜３_Ｄと、この枝管３_Ａ〜３_Ｄを経由したＡ〜Ｄ液の分配を規定されるマニホールド１０と、このマニホールドの下方に接続される滴下管２２，２３と、これら滴下管２２，２３を通じて滴下された液を溜めて規定の処理する反応器３２、３３と、マニホールド１０の内部に介在し所望の容積を計量して反応器３２，３３へ滴下することが可能な計量タンク１４と、を備えた技術はすべて本発明に含まれる。

本発明の一実施形態に係るバッチプラントにおける精密計量システムの概略構成を示す配管図である。

符号の説明

１_Ａ〜１_Ｄ…液送ポンプ、 ２_Ａ〜２_Ｄ…母管、 ３_Ａ〜３_Ｄ…枝管、
１０…マニホールド １４…計量タンク、 １４Ｓ…計量センサ、
１５…計量信号、 １６…制御部、 １７…洗浄手段、 ２２，２３…滴下管、
３０_Ａ〜３０_Ｄ…流量指示調節部、 ３２，３３…反応器、
５２，５３…撹拌羽根
Ｅ…バッチプラントにおける精密計量システム（本システム）、

Claims (3)

1. 液送ポンプと、
   前記液送ポンプの吐出側に接続された液送用の母管と、
   前記液送ポンプを駆動制御すると共に流量を調節可能な流量指示調節部と、
   前記母管から分岐された枝管を経由した液の分配を規定するマニホールドと、
   前記マニホールドの下方に接続される滴下管と、
   前記滴下管を通じて滴下された液を溜めて規定の処理をする反応器と、
   前記マニホールドの内部に介在し容積を計量して前記反応器へ滴下することが可能な計量タンクと、を備えたことを特徴とするバッチプラントにおける精密計量システム。
2. 前記計量タンクの計量した結果に応じた計量信号を出力する計量センサと、
   前記計量信号に基づいて前記流量指示調節部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のバッチプラントにおける精密計量システム。
3. 前記マニホールドの流通経路の変化に応じて前記計量タンクの内部を洗浄可能な洗浄手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバッチプラントにおける精密計量システム。

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