当前国内化学合成原料药生产领域整体自动化水平仍较低，应用上多局限于单台设备或局部设备组独立控制，形成数据孤岛^[1]；技术上普遍停留于以安全联锁为核心的基础自动化阶段，深度过程控制能力欠缺，尤其是固体投料、滴加、液 - 液分层、温度调控等关键工序的自动化普及率存在不足，普遍依赖人工操作，制约了生产效率与管控精度的提升。

敞口式人工固体投料方式在制药行业还普遍存在，这种方式不仅效率低下，而且由于化学药合成使用的物料大多具有易燃易爆、有毒有害等危险特性，对操作人员的健康和安全构成威胁，随着技术进步及相关法规实施，自动化密闭化的固体投料方式已逐步得到企业的重视。固体投料装置的选择要根据不同的工艺操作及物料特性进行确定^[5]。

1.1 大批量固体投料

根据 GMP 及工艺洁净等级要求，固体投料可分为合成区与洁净区。

合成区：可以利用自动吊装系统（如无人电动葫芦或机械手）精确地将物料吊运至拆包机上方，拆包机随即自动切割包装袋，物料则在重力的作用下顺畅落入缓冲仓。为确保袋内物料完全清空，可采取轻微抖动包装袋或使用气锤轻拍的措施。再通过真空上料机输送到计量料仓，计量料仓设置称重仪表，设定进料量，当达到设定值时关闭料仓进料口。开启料仓出口阀门后，物料依靠重力顺利流入反应釜。同时，氮气被用来反吹过滤器，有效清除吸附在过滤器表面的残留物料。此外，氮气脉动吹扫料仓，确保所有物料均被彻底送入釜内。料仓顶部设置喷淋球实现在位清洗。

洁净区：带识别系统的机器人将物料从托盘上抓取放置到传送带上，通过信息扫码识别系统进行复核；随后通过包装外清系统进入洁净区，到自动拆包机破包投料，再依次通过粉碎或过筛、真空上料机到料仓，振动给料器配合平台秤进行物料称配投料的操作（或采用 RGV 小车运载 IBC 料桶的形式进行接料），完成整个自动化的投料过程。配合CIP在线清洗功能，避免药品生产中的交叉污染。

1.2 小批量固体

工人在无尘投料站进行投料，此过程中过滤器和除尘风机除尘，无粉尘外泄，可避免污染环境和伤害操作人员。投料结束后关闭料仓进料口。通过真空上料机输送到计量料仓，计量料仓设置称重仪表，设定进料量，当达到设定值时关闭料仓进料口。打开料仓出口阀门，利用重力作用将物料送入反应釜，随后通过氮气反吹过滤器，清除过滤器表面的残留物料。同时，采用氮气脉动吹扫料仓，确保所有物料顺利进入反应釜。料仓顶部设置喷淋球实现在位清洗。

滴加是化学合成原料药生产过程中常见单元操作，传统人工滴加要根据反应釜内的温度情况不断调节手阀的开度，劳动强度大，存在员工误操作导致的安全隐患和质量风险。自动滴加能严格控制液体的滴加速率，保证反应釜内整个反应过程的稳定性及温和性。常见的自动滴加有以下三种控制方式^[6]。

2.1 称重模块控制

称重模块安装在高位槽反应釜上，滴加管道设置切断阀、调节阀、紧急切断阀，其中调节阀与称重模块联锁，紧急切断阀与反应釜温度、压力等联锁。需要注意的是各工艺管道接头部分需要采用软连接，另外需要定期校验称重模块，确保使用精度。

2.2 计量泵控制

有时受现场安装位置限制不能安装高位槽或从节约投资的角度考虑，选择从车间大储罐直接向反应釜滴加进料的方式，此时会选择计量泵，管线上不再设置调节阀，而是将计量泵的频率与反应釜的温度、压力以及流量计进行联锁，通过调整计量泵电机的频率，来满足控制滴加速率的需求。此时车间大储罐的液位也可以作为联锁参数进行佐证，通过储罐液位的下降量，计算出物料的滴加量，滴加时间也是可知的，从而计算出滴加速率。

2.3 流量计控制

滴加管道设置切断阀、流量计、调节阀、紧急切断阀，其中调节阀与流量计联锁，紧急切断阀与反应釜温度、压力等联锁。本方案在实际运用的项目案例不多，主要原因有：大多数滴加反应的滴加速率普遍控制较慢，容易出现不满管的情况，造成流量计读数失真；滴加的物料有时是非导电性或腐蚀性的液体，造成流量计选型困难且产品切换时不易利旧；流量计对现场安装空间有要求；此外选择质量流量计，投资比较大。

2.4 算法控制策略

在实际生产过程中，物料的滴加速度并非恒定不变，需依据反应体系的温度与压力参数进行适应性调整。具体而言，结合实际工况需求，物料滴加过程可划分为多个阶段，各阶段的滴加速度可预先设定。通过将调节阀与反应釜的温度、压力监测系统建立联锁控制，能够实现流速的动态调控；当反应体系的压力或温度超出预设阈值时，系统将自动开启切断阀以终止物料滴加，从而保障反应过程的稳定性与安全性。

反应釜的温度控制是原料药生产过程的核心环节，直接影响产品的质量和收率。常规的间歇反应温度控制一般包括预热、加料升温、反应恒温移热（如滴加）、反应保温、反应降温等阶段，各阶段的温度参数与控制目标均需精准匹配，以保证反应处于最佳的工艺条件。传统间歇反应的温度控制多依赖操作人员经验进行手动调控，一方面，人工判断难以实时匹配反应体系的动态热变化，易导致温度控制精度不足、波动幅度大，进而影响产品质量稳定性；另一方面，人工操作的响应延迟性与个体操作差异，进一步放大了温度调控的滞后性，增加了生产过程的不确定性与工艺偏差风险。因此，实现反应釜温度的自动化控制已成为原料药间歇生产过程中保障工艺稳定性、降低质量风险的关键需求。

3.1 单回路控制

因投资成本较低，以反应釜内温度为唯一检测点、通过釜温信号与热媒调节阀形成联锁控制的单回路策略，成为当前反应釜温度自动化控制的主流技术方案。尽管其已实现基础自动化调控，但在实际生产场景中仍存在控温稳定性与精度不足的问题：主要是反应釜内温度易受多重扰动因素干扰，如外界环境温度波动、物料投入量偏差、搅拌速率变化等，而单回路控制难以对这些动态扰动作出快速精准的响应，进而导致釜内温度波动幅度增大，最终影响反应过程的平稳性及产品质量的一致性。

3.2 串级控制

为提高温度控制精度，需要多个反应釜测温点：反应釜釜内温度、反应釜夹套温度，并采用串级回路控制策略^[7]。即以反应釜釜内温度作为主控回路测量值，夹套温度作为副控回路测量值，通过串级调节控制机制，副回路能够更快速地响应干扰，及时修正热媒调节阀的开度，从而有效抑制温度波动，控温精度可达到 ±1 ℃，能较好地满足常规原料药反应过程的温度控制要求。

3.3 TCU 控温单元

针对温度控制精度要求更为严苛的场景，可采用温度控制单元（TCU）实施调控^[8]。TCU 作为成套温控设备，通常采用 PLC 系统控制，可采用通信的方式接入 DCS 系统，其与反应釜夹套相连且温控系统分为两级：一级系统借助现有热能（如蒸汽、冷冻水）与进入反应釜夹套的单一导热介质（如导热油、乙二醇）进行热交换，二级系统则通过该导热介质在夹套与反应釜间实现热量传递；一级系统配置冷却换热器与加热换热器各一组，可根据工艺需求启动对应换热器，并通过比例调节阀精确调控输入换热器的冷热量，再经导热介质传递至反应釜夹套实现温度控制，其控温精度可达 ±0.5 ℃，基本能满足对温度控制精度要求苛刻的反应控制需求。

当前单台 TCU 市场价格介于十万元至数十万元之间，投资成本相对较高；此外，针对配置 TCU的高危工艺反应釜，建议额外增设冷冻水管线，因TCU 降温速率较慢，不能满足异常工况下反应釜紧急冷却的需求。

在原料药生产过程中，液液分层操作是关键步骤之一，包括萃取分层、中和水洗分层等单元操作，分层效果直接关系到产品的品质和收率。目前精细化工的液液分层主要还是依赖人工操作，手动分层时，操作人员通过视镜观察物料外观，凭借经验进行分层操作，由于人的判断存在主观性和局限性，难以准确把握分层时机，进而影响产品质量及收率，同时还伴随着分层时间长、工人劳动强度大等问题。实现液液自动高效分层的关键是依据工艺条件挑选合适的分析仪表^[9]，如基于电导率、密度、流量、光谱成像及超声波检测原理的专用仪表，并将其与调节阀、开关阀及集散控制系统（DCS）进行协同联动，构建完整的液液分层自动化控制体系。

4.1 基于电导率

陈涛等^[10]基于油相和水相电导率差异，利用在线电导率仪作为前端信号采集设备，电导率值与水相、油相管道切断阀联锁，设定电导率联锁值，当实时监测的电导率低于设定联锁值时，变化控制出口阀门自动切换，实现水相与油相分离，在炔螨特原油生产中进行验证，程序自动切换分水，分水率（洗涤水/ 分层水，%）在 98%~103% 之间，结果稳定，具有可重复性。

4.2 基于质量流量计

李美松等^[11]利用质量流量计设计了一款自动分层出料装置，质量流量计检测的累计流量 / 密度值与阀门联锁，当累计流量 / 密度达到设定值时，系统自动切换阀门，进行水相 / 油相的分层操作。该装置使用时必须保证液体满管，不然质量流量计测的数值不准确，会影响分层效果。

4.3 基于光谱成像分析

现在市面上有厂家利用光谱成像分析仪[12]进行液液分层，且在一些项目上取得了不错的效果。光谱成像分析仪的工作流程包含三个主要环节：一是利用水相、油相和中间相对光吸收度的差异，输出光吸收度曲线数据；二是通过算法对生成的二维图像进行实时处理与分析；三是将光谱数据的时空维度（即空间、光谱和时间）借助动态可视化技术，转化为连续的视频流。光吸收数据和视频流都可以传输到 DCS 系统，其中吸收数据与水相、油相、中间相管道切断阀联锁，当达到设定的分层条件时，系统自动控制出料阀门，实现精确的分层出料操作。该装置长时间使用时存在光源衰减的问题，可能出现测量误差和光谱失真的现象。为保证使用精度，需要定期进行维护。

在原料药生产的固体投料、滴加控制、釜温控制、液液分层等关键工序中，目前的自动化水平仍主要依赖于人工操作或仅限于安全自动化的范畴，尚未能实现该工序的过程自动化控制。这些“断点”不仅限制了车间整体全流程自动化生产的效率，也使业主前期的一些自动化改造的预期效益难以充分释放。针对这些工序在不同的工艺条件下提出一些具体的自动化解决方案，希望这些方案能够协助相关企业克服实际生产中的难题，为企业的自动化升级提供技术参考。

展望未来，随着智能化技术的持续发展和政策层面的不断扶持，原料药化学合成的自动化生产将开启更加广阔的发展空间。这不仅将为整个行业的可持续发展注入新的动力，还将推动整个行业朝着更高效、更环保、更智能的方向发展。