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제약 산업에서의 유량계 응용: 터빈 유량계와 코리올리 유량계 선택 및 향후 발전 방향
Time : 2025-09-09
제약 생산 공정에서 유량계는 액체 또는 기체의 파이프 내 흐름 속도(체적 또는 질량 유량)를 정확하게 모니터링하기 위한 핵심 측정 장비입니다. 이러한 유량계의 응용 분야에는 생산 비용 최적화, 배출 기준 관리, 제품 품질 보장이 포함됩니다. 제약 생산에 사용되는 유체는 휘발성이 있거나 부식성이거나 고가인 경우가 많기 때문에(특정 활성 의약 성분 등) 정확한 유량 측정이 특히 중요합니다. 예를 들어, 알약 코팅 공정에서는 유량계를 사용하여 코팅기 내 코팅 약제의 투입량과 공기 흐름을 엄격히 제어하는데, 이는 코팅 속도와 코팅 두께에 직접적인 영향을 미칩니다. 본 문서에서는 제약 산업에서 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 유량계인 터빈식 유량계와 코리올리 유량계에 대해 소개하고, 향후 유량 측정 기술의 발전 방향을 탐색해 보겠습니다.
의약 산업에서 유량계의 광범위한 적용
유량 측정 장비는 전반적인 의약품 생산 체인 전반에서 필수적인 역할을 하며, 주로 다음의 직접적 및 간접적 적용 분야에서 사용됩니다:
직접적 적용 분야:
원자재 관리: 정확한 혼합 비율을 보장하기 위해 원자재 투입량을 정밀하게 제어합니다. 원료의약품(API) 제조: 반응물의 흐름을 모니터링하며 제품 화학 합성, 발효, 추출 및 정제 과정에서의 유량을 측정합니다.
제제 생산: 정제, 캡슐 및 주사제 제조 시 원자재, 첨가물, 용매의 유량을 계량합니다.
의약품 충전: 액체 또는 기체 용액의 충전 부피를 정밀하게 제어하여 충전 정확도를 보장합니다.
공정 제어: 혼합, 교반, 여과 및 분리와 같은 단위 공정 중 실시간 유량 모니터링을 통해 공정 안정성과 제품 균일성을 보장합니다.
간접적 적용 분야:
시설 모니터링 및 에너지 관리: 분할 계량을 통해 부서별 비용을 별도로 배분하고, 수자원, 전기, 가스 등의 에너지 소비를 모니터링하며, 자원 할당을 최적화하고, 청구 프로세스를 효율화합니다.
환경 규정 준수: 폐수 및 대기 배출을 모니터링하여 환경 규제 준수를 보장합니다.
제약 생산 공정은 까다롭고, 정밀한 유량 제어는 기업에게 보다 통제 가능한 공정을 제공하여 효율성 향상, 비용 절감 및 일관된 제품 품질 보장을 돕습니다.
터빈 유량계: 경제적이고 일반적으로 사용되는 선택
터빈 유량계는 제약 및 생명공학 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 유량계 유형 중 하나입니다. 작동 원리는 유체 흐름을 이용해 블레이드가 달린 터빈 로터를 구동하는 것입니다. 로터의 회전 속도는 유체 속도에 비례하며, 이를 통해 유량을 계산합니다.
장점 및 응용
터빈 유량계는 구조가 간단하고, 가격 대비 성능이 우수하며, 설치 및 유지보수가 용이하고, 유량 측정 범위가 넓으며, 반응 속도가 빠르기 때문에(약 0.25초) 제약 산업에서 널리 사용됩니다. 위생적인 설계로 인해 흔히 GMP 규정 준수 재질(예: 316L 스테인리스강)을 사용하여 매체의 오염을 방지합니다. 다양한 공정 연결 방식과 맞춤화 옵션을 통해 제약 공정의 특정 온도, 점도, 밀도 요구 조건을 충족시키면서도 압력 강하가 거의 발생하지 않습니다. API 생산, 수처리 시스템, 특정 완제의약품 제조 공정의 유량 모니터링과 같은 정기적이고 내구성이 요구되는 용도에 적합합니다.
제한 사항 및 해결책
터빈 유량계는 선택 시 고려해야 할 몇 가지 제한 사항도 가지고 있습니다:
• 유체 특성에 민감함: 깨끗한 기체와 액체에만 적합하며, 부식성 매체나 고점성 액체에는 적합하지 않습니다. 유체 내 공기 방울 또는 유속 변동이 측정 정확도에 영향을 줄 수 있습니다.
• 안정적인 유속 필요: 정확도를 보장하기 위해 상대적으로 일정한 유속이 요구됩니다. • 필수 장비: 입자 물질로 인해 터빈이 손상되지 않도록 하기 위해 상류 필터가 필요한 경우가 많으며, 캐비테이션을 방지하기 위해 일정한 배압을 유지해야 할 수도 있습니다.
따라서 터빈 유량계는 깨끗하고 점도가 낮으며 유속이 빠르고 안정적인 유체를 취급할 때 가장 효과적이고 경제적입니다.
코리올리 유량계: 높은 정확도 및 위생 기준 준수의 대명사
코리올리 유량계는 코리올리 힘을 기반으로 유체의 질량 유량을 직접 측정합니다. 높은 정확도, 신뢰성 및 우수한 위생 성능으로 인해 특히 측정 요구 조건이 까다로운 분야에서 제약 산업에서 널리 사용되고 있습니다.
유형 선택: 굽은 관과 직관
적용 요구사항에 따라 주요 유형은 두 가지가 있습니다.
• 굽은 관: 높은 측정 감도를 제공하며, 정확하고 일관되며 조정 가능한 측정 범위가 필요한 적용 분야에 적합합니다.
• 직관: 우수한 배수성과 세척성을 제공하며, ASME BPE 등의 위생 기준을 준수하여 재료 이송 및 교차 오염을 효과적으로 방지하며, 특히 위생과 온라인 세척/살균(CIP/SIP)이 필요한 적용 분야에 적합합니다.
제약 산업에서의 핵심 장점
코리올리 유량계의 장점은 이를 많은 핵심 공정에서 선호되는 선택으로 만듭니다.
• 높은 측정 정확도: 정확도가 ±0.1% 또는 그 이상에 달하며, 유체 온도, 압력, 밀도, 점도 또는 전도도의 변화가 측정에 영향을 미치지 않습니다. 정확한 비율 조절이 중요한 API 혼합 및 백신 보조제 첨가와 같은 공정에 있어 매우 중요합니다.
• 우수한 위생 설계 및 규정 준수: 직관 설계는 매끄럽고 이음매 없는 완전 용접 가능한 내부를 제공합니다. 부식 저항성 금속 합금(예: 하스텔로이)을 사용하여 청소 및 살균이 용이하며, GMP 및 FDA와 같은 엄격한 규정을 준수하여 오염 위험을 크게 줄입니다.
• 다양한 응용 분야: 코리올리 유량계는 부식성 및 유독성 매체뿐만 아니라 고온 및 고압 유체를 포함한 다양한 액체, 기체 및 증기를 측정할 수 있습니다. 다양한 유체와의 호환성으로 인해 원자재 처리(예: 고도로 산성 용액)부터 완제품 충전에 이르기까지 전체 공정에 걸쳐 폭넓게 적용할 수 있습니다.
• 낮은 총 보유 비용: 초기 구매 비용은 높을 수 있지만, 거의 유지보수가 필요 없는 설계와 높은 신뢰성, 긴 수명으로 인해 장기적으로 다운타임을 줄이고 운영 비용을 절감할 수 있습니다.
코리올리 유량계는 주입용수(WFI), 역삼투압(RO) 수돗물, 탈이온수(DI) 측정에 적극 추천됩니다. 이는 수처리 시스템에서 고순도를 보장할 뿐 아니라 오염의 위험도 없습니다. 정제 코팅 공정에서의 정밀 코팅, 생물반응기 내 영양 공급, 그리고 제품 충전 공정에도 훌륭한 선택입니다.
유량계의 미래 트렌드
유량 측정 기술은 산업 자동화 및 지능화 기술의 발전과 함께 끊임없이 발전하고 있으며, 향후 제약 산업 내 적용 범위는 더욱 심화되고 확대될 것입니다.
- 지능화 및 네트워크화: 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능(AI) 기술이 통합된 스마트 유량계가 주류로 발전하고 있습니다. 이는 원격 모니터링, 실시간 데이터 수집, 고장 진단 및 예측 경고(배관 막힘 또는 누출 등), 데이터 분석을 통해 생산 공정 최적화, 생산 효율 향상, 예지 정비가 가능하게 합니다. Modbus 및 Profibus 등의 프로토콜을 통해 PLC 및 DCS 시스템과 통합되어 디지털 공장의 일부를 형성할 수 있습니다. 2. 다중 매개변수 통합 및 소형화: 미래의 유량계는 유량 측정뿐만 아니라 온도, 압력, 밀도, 점도 등의 다중 매개변수 측정을 통합하여 사용자에게 보다 포괄적인 공정 정보를 제공하고 필요한 계측기 수를 줄일 수 있습니다. 소형화 설계는 공간이 제한되거나 실험실 규모의 응용 분야에서도 적용이 가능하게 합니다.
- 확대된 적용 분야: 유량계 적용 분야는 기존의 제약 생산을 넘어 스마트 환경 보호(오염물질 배출 모니터링), 정밀 농업(농업 및 제약용수 관리), 스마트 시티 내 제약 물류 관리 등으로 확대될 것입니다.
- 높아진 위생 기준 및 사용 편의성: 점점 엄격해지는 규제에 따라 유량계의 위생적 설계는 지속적으로 최적화되어 청소 및 살균 공정이 보다 간편하고 효율적으로 이루어질 것입니다. 인간-기계 인터페이스(HMI)는 한층 더 사용자 친화적으로 발전하여 휴대용 장치인 태블릿 및 스마트폰을 통해 직관적인 설정, 진단 정보 접근, 과거 데이터 로그 확인이 가능해져 운용 편의성과 생산성이 크게 향상될 것입니다.
결론
제약 산업에서 유량계는 제품 품질, 생산 효율성 및 규정 준수를 보장하는 데 있어 핵심 장비입니다. 터빈 유량계는 경제성과 실용성이라는 특징을 바탕으로 적절한 유체와 운전 조건에서 효과적인 선택지가 됩니다. 코리올리 유량계는 초고정도, 우수한 위생성 및 넓은 적응성을 갖추고 있어 엄격한 제약 공정 및 규정 요구사항을 충족시키는 강력한 수단으로 자리잡고 있습니다.
기술 발전은 유량계를 더 똑똑하고 통합적이며 편리한 기능 쪽으로 발전하게 하고 있습니다. 제약회사가 적절한 유량계를 선택하고 그 기술 동향을 모니터링하는 것은 공정 품질 향상, 운영 비용 절감, 의약품 안전 보장 및 스마트 제조 트렌드 수용에 매우 중요합니다. 향후 소형화 및 다중 파라미터 통합 기술이 성숙함에 따라 유량계의 제약 산업에서의 가치는 더욱 두드러질 것입니다.
