1、制藥工程學2010-7制藥設計各論1 第十章 制藥車間設計各論 化學制藥車間的設計 生物發酵車間的設計 中藥前處理和提取車間設計 制劑車間設計 基因工程車間設計重點講述-化學制藥車間設計21、反應步驟多、工藝路線長、過程較復雜；2、使用易燃易爆有機溶媒 、有毒有害及腐蝕性物質；3、操作過程中有高溫、高壓等工藝條件 ；4、配套公用工程條件要求較高 設計建筑時應考慮公用工程配套的均衡性、合理性及節能措施；5、原料藥精制崗位有潔凈度要求，設計中要-按現行GMP要求設置精烘包潔凈區。化學制藥車間特點34年產500kg環丙孕酮車間工藝設計項目51、產品名稱及產量 環丙孕酮：500kg年2、年工作日及生產

2、班次 年工作日：300天/年，生產班制：3班/天。 一、設計任務書 6 本項目設計產品生產工藝資料由建設單位提供。 工藝資料-包括各步反應化學方程式、原輔料配比、操作條件、操作周期、各步反應收率及原輔料、中間體、成品等物化性質。二、生產工藝選擇及工藝流程設計1、生產工藝選擇7 生產采用化學合成法，以17-羥基黃體酮作為起始原料，經過脫氫、加成、酰化、環氧、氯化、精制等化學、物理過程生產-環丙孕酮產品。 （1）、生產方法8本車間分七個工段： 第一工段為6和1.6的制備，它以17-羥基黃體酮為原料，經過第二步脫氫而得； 第二工段為環丙物制備； 第三工段為酰化物精品制備； 第四工段為環氧物制備； 第

3、五工段為氯化物制備； 第六工段為環合物制備； 第七工段為精烘包工段。（2）、工藝過程及工序劃分9略（3）、化學反應方程式及各步質量收率10（以第一工段6的制備為例） A、在反應罐中加入乙酸乙酯，然后加入起始原料C000（17-羥基黃體酮）及TCBQ（四氯苯醌），升溫回流溶解，回流反應5h,減壓濃縮回收乙酸乙酯。 B、回收乙酸乙酯后的反應產物放入冷凍結晶罐進行冷凍結晶3.5h，然后進行離心洗滌，結晶物在60下烘干6-8h。 C、烘干物進行二次堿洗（4.5h)，然后過濾洗滌，最后在80下干燥6-8h，得6中間體用于下步反應。2、工藝流程設計（1）、工藝流程簡述11 （第一工段6的制備為例）6制備過

4、程涉及到的單元操作過程： 、間歇回流反應； 、減壓濃縮； 、冷凍結晶； 、離心及洗滌； 、干燥（真空干燥）； 、萃取（堿洗）； 、過濾（壓濾）； 、干燥（帶壓干燥）。（2）、工藝流程設計12 （以6制備為例）（1）、投料及配比 以C000即17-羥基黃體酮為基準，列出生產制備6所需投料及配比表。三、物料衡算和能量衡算 1、物料衡算13（2）、年生產批數計算 根據生產工藝，6制備生產周期約為40h，按2d計算，年工作日取300d，則年生產批數為300/2=150（批/年）。 14（3）、物料衡算過程 、每批起始原料投料量計算 根據成品的年產量及每步收率（或總收率）計算起始原料C000的總投料量為

5、2773.68kg/a，則其批投料量為2773.68/15018.5(kg/批)。 、6制備物料衡算 依據6制備過程各單元操作的原料單位消耗，進行物料衡算，并繪出以下的物料平衡圖。 圖中各物料流的單位為kg/批。 15 C000（17-羥基黃體酮） 加成反應、濃縮冷凍結晶、離心、洗滌、干燥堿洗、離心、洗滌、干燥水1480 TCBQ28 6乙酸乙酯399.6 乙酸乙酯18 NaOH29.6 乙酸乙酯313.1 母液136（去回收） 廢氣3（排放） 母液1507.5(棄去) 廢氣3（排放） 16 藥物生產過程均需要有系統吸收能量或放出能量。相應地，外界需對系統提供能量或移出能量。 由此確定外供的公

6、用工程消耗，如蒸汽、冷凍水、循環水等用量。 2、能量衡算17 以6制備過程中的加成回流反應過程為例，計算回流冷凝器的冷卻水用量及冷凝器面積 18（1）、加成反應罐容積計算 乙酸乙酯投料量為399.6kg，約合443.8L。 TCBQ投料量為28kg，約合9.3L C000（17-羥基黃體酮）投料量為118.5kg，約合6.2L。 以上物質合計443.8+9.3+6.2=459.3(L)。 考慮到本步反應為較為溫和的吸熱反應，故取裝料系數為0.9。 計算反應罐容積為459.33/0.9=510 L。選用500LK型搪玻璃反應罐，其常用參數如下：計算容積588L,夾套換熱面積22.6m2,電機功率

7、2.2kw,容器內公稱壓力0.251.0Mpa,夾套內公稱壓力0.6Mpa。19（2）、回流反應過程操作條件 反應罐：常壓回流反應，蒸汽加熱，反應溫度77 回流冷凝器：循環水冷卻，單程列管，不銹鋼材質，物料走殼程，循環水走管程。 20（3）、回流冷凝器的冷卻水用量及換熱面積計算 回流冷凝器-主要是對反應罐中蒸發的乙酸乙酯進行冷凝，而乙酸乙酯的蒸發量取決于反應罐加套加熱面積、加熱蒸汽的壓力以及反應熱情況。 乙酸乙酯的蒸發： Q1=Q2+Q3 式中 Q1 夾套蒸汽給反應液傳熱量； Q2 乙酸乙酯蒸發熱； Q3 反應熱，本反應過程為吸熱反應，其反應熱較少，可忽略不計。 21 Q1=K1Ft1 式中

8、K1 總傳熱系數，按類似蒸汽夾套加熱反應液情況取值為：1256kJ/(m2.h.)； F 反應罐夾套傳熱面積，為2.6 m2 t=132-77=55(加熱蒸汽溫度為132,反應溫度為77)。 則Q1=12562.655=179608（kJ/h）。 相應的Q2179608 kJ/h。22 計算回流冷凝器的面積及冷卻水量： 在計算回流冷凝器冷卻水量時，忽略回流冷凝器（外表不保溫，77） 輻射熱損失，僅計算冷凝器傳給空氣的熱傳導損失。 Q2=Q4+Q5 式中 Q2 反應器內乙酸乙酯蒸發熱，同時也是回流冷凝器冷凝熱； Q4 冷卻水帶走熱量； Q5 冷凝器熱損失。 Q4= K4F4t4 式中 K4 回流

9、冷凝器冷凝總傳熱系數，按循環水走管程，乙酸乙酯蒸汽走殼程的情況， 其值取為1465 kJ/(m2.h.)； F4 回流冷凝器面積； 23 t4=(77-32)-(77-37) /In（77-32）/（77-37）=42.5 （循環水溫度為32-37度） Q5= K5F5t5 式中 F5 回流冷凝器外表面積，（本計算過程需進行試差，3m2列管時冷凝器外形尺寸為 273mm1500mm,外表面積約為1.3 m2）； t5=77-40=37。 則Q5= K5F5t5=209*1.3*37=10053（kJ/h）。 24由以上計算可得出 Q4=Q2Q5169555（kJ/h）

10、 Q4= K4F4t4=1465* F4*42.5=169555（kJ/h） F4=2.72 m2 故此回流冷凝器可按3 m2選取。 冷卻水用量W=(179608-10053)/4.187*(37-32)=8099（kg/h） 25 （1）以生產過程所屬的單元操作類型確定設備形式。 （2）以物料衡算結果確定設備容積等參數。 （3）以能量衡算結果確定設備傳熱等參數。 （4）根據物料性質確定設備材質 （5）根據生產過程操作參數確定設備溫度、壓力等指標。 （6）根據同類生產設備的使用情況以及經驗來驗證工藝設備選型的合理型和可靠性，并最終由生產實踐檢驗。 四、工藝設備選擇1、工藝設備選型方法26 （1

11、）、本車間生產過程為間歇式的化學合成過程，操作單元多，有鹽酸、硫酸等強腐蝕物質。 本過程生產設備的反應釜基本上采用搪玻璃K型反應罐；一般冷凝器采用不銹鋼管殼式列管換熱器，有腐蝕性介質的，可采用玻璃冷凝器或聚四氟乙烯管式換熱器；過濾有保溫要求的采用帶加套的過濾器，部分崗位采用不銹鋼三足式離心機；干燥設備按產品要求選用真空干燥箱或熱風循環烘箱。 2、環丙孕酮生產車間主要工藝設備選擇說明27 （2）、設備生產能力按最終產品每批生產5kg計算 其反應罐，洗滌罐的容積均在3002000L之間，換熱器面積為210 m2，其他儲罐、計量罐等容積在1002000L之間，以能夠滿足批量生產為原則。28 （1）、

12、根據生產車間工序多少、設備數量、物料輸送情況、允許占地面積等因素確定車間層數。在可能條件下，盡量采用單層框架廠房。 （2）、根據生產設備大小及布置方式、物料輸送、車間通風等因素確定車間層高。 （3）、根據各生產工序物料性質、生產條件等確定車間內部的分隔。一般“精烘包”崗位、各輔助房間等需進行區域分隔。 對于以下崗位應進行區域分隔或單獨設置。五、車間平面布置1、合成藥車間布置需考慮的因素29A、有毒崗位；B、易燃易爆崗位；C、高溫、高壓、氫化等危險性大的崗位；D、有刺激性氣體排放的崗位；E、生產物料污染較大的崗位。需分割的崗位30 （4）、對于振動較大、質量較大的設備宜布置在底層。有劇烈振動的設

13、備，其操作臺和基礎不得與建筑物的柱、墻、基礎連在一起。 （5）、設備應避免布置在建筑物的沉降縫或伸縮縫處。設備布置應避免影響人和物的通行。設備應盡可能避免布置在窗前，以免影響采光和開窗，如必需布置在窗前時，設備與墻間的凈距應大于0.6m。 （6）、車間布置盡可能考慮未來工藝路線的改進并預留一定的發展空間。31（1）、車間布置 本車間為主體單層，局部三層廠房，長54m，寬18m，包括各步合成反應、中間體制備等。合成區域，層高7.5m,內設鋼平臺，其標高為2.3m。輔助生產區、“精烘包”、辦公化驗等。 其中：一層主要為門廳、熱水制備、干燥間、原輔料存放間、原料烘房、精烘包等；二層主要為更衣、淋浴間

14、、空調、配電及操作間等；三層為辦公室、化驗室、資料室等。 2、環丙孕酮車間布置及工藝設備安裝說明32 主要反應罐布置在合成區域2.3m鋼平臺上，計量罐與換熱器放在3.5m的小鋼平臺上，過濾器、離心機及儲罐等方在室內地面上，HCl吸收裝置、酸堿儲罐、水噴射真空泵等設備在室外。局部設備和工序設局部排風，整個合成區域頂部開設天窗以利自然通風。 環丙孕酮車間平面布置見圖 33343536 （2）、工藝設備安裝 本車間為一座三層樓房，共布置有各種工藝設備131臺，總質量約為58.5t。其中最大的設備為循環水箱，其外形尺寸為2000mm*2000mm*1500mm，重約0.7t；最重的設備為水析釜，其外形

15、尺寸為夾套直徑1300mm,筒體高1000mm，重約1.906t. 本車間設備按下述方式運輸和安裝。37 A、布置在底層的設備一般均可由廠房大門進入，位于二層以上的小型設備可有貨梯提升到各層。中型和少數大型設備可就方便處留墻洞就近吊入廠房，具體提升方案有施工單位現場確定。 B、設備進入廠房后，均可用小車或木排運至設備就位處，吊裝就位。 運輸和安裝方式說明38 C、需要安裝地腳螺栓的設備，位于底層和室外的，采用在設備基礎上預留地腳螺栓安裝孔，待設備安裝就位后再進行二次澆注的方案。位于二層以上的設備，當地腳螺栓小于M20時，采用先在設備基礎上預埋鋼板，待設備安裝時再焊接地腳螺栓的方案；對于大于M2

16、0的地腳螺栓，則采用預埋地腳螺栓和預留地腳螺栓安裝孔等方案。 D、本車間底層有大型鋼結構操作臺一座，總構造面積為468m2 操作臺及設備支架共需各種鋼材約為38t。位于操作臺和設備支架上的設備均采用普通螺栓連接固定。亦可由施工單位視現場情況確定。39 （1）、確定車間主管系統。 環丙孕酮車間的主管系統為：蒸汽管、自來水管、熱水管、循環水管、冷凍鹽水、空壓管、真空管。六、車間主管設計和配管設計1、車間主管設計40 （2）、車間主管計算 根據主管介質流量，按合理經濟流速確定管徑；根據介質壓力和介質性質，確定管道公稱壓力。對壓降有要求管道需進行管道阻力計算。對于熱力管道還需進行管道應力計算，并采取相應的應力補償措施。 41 （3）、車間主管布置 化學藥物合成車間主管線一般布置在走廊或操作臺上等