制藥工程學(xué)課件制作人：XXX2011-7制藥設(shè)計(jì)實(shí)例制藥工程學(xué)課件制作人：XXX2011-7制藥設(shè)計(jì)實(shí)例1

第十章制藥車間設(shè)計(jì)實(shí)例

化學(xué)制藥車間的設(shè)計(jì)

生物發(fā)酵車間的設(shè)計(jì)中藥前處理和提取車間設(shè)計(jì)

制劑車間設(shè)計(jì)

基因工程車間設(shè)計(jì)重點(diǎn)講述---化學(xué)制藥車間設(shè)計(jì)第十章制藥車間設(shè)計(jì)實(shí)例化學(xué)制藥車間的設(shè)計(jì)重點(diǎn)講述-21、反應(yīng)步驟多、工藝路線長、過程較復(fù)雜；2、使用易燃易爆有機(jī)溶媒、有毒有害及腐蝕性物質(zhì)；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(shè)計(jì)建筑時(shí)應(yīng)考慮公用工程配套的均衡性、合理性及節(jié)能措施；5、原料藥精制崗位有潔凈度要求，設(shè)計(jì)中要---按現(xiàn)行GMP要求設(shè)置精烘包潔凈區(qū)。化學(xué)制藥車間特點(diǎn)1、反應(yīng)步驟多、工藝路線長、過程較復(fù)雜；化學(xué)制藥車間特點(diǎn)3制藥工程工藝設(shè)計(jì)課件4年產(chǎn)500kg環(huán)丙孕酮車間工藝設(shè)計(jì)項(xiàng)目項(xiàng)目51、產(chǎn)品名稱及產(chǎn)量環(huán)丙孕酮：500kg∕年2、年工作日及生產(chǎn)班次年工作日：300天/年，生產(chǎn)班制：3班/天。一、設(shè)計(jì)任務(wù)書1、產(chǎn)品名稱及產(chǎn)量一、設(shè)計(jì)任務(wù)書6本項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝資料由建設(shè)單位提供。

工藝資料---包括各步反應(yīng)化學(xué)方程式、原輔料配比、操作條件、操作周期、各步反應(yīng)收率及原輔料、中間體、成品等物化性質(zhì)。二、生產(chǎn)工藝選擇及工藝流程設(shè)計(jì)1、生產(chǎn)工藝選擇本項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)品生產(chǎn)工藝資料由建設(shè)單位提供。二、生產(chǎn)7

生產(chǎn)采用化學(xué)合成法，以17α-羥基黃體酮作為起始原料，經(jīng)過脫氫、加成、酰化、環(huán)氧、氯化、精制等化學(xué)、物理過程生產(chǎn)---環(huán)丙孕酮產(chǎn)品。（1）、生產(chǎn)方法生產(chǎn)采用化學(xué)合成法，以17α-羥基黃體酮作為起始原8本車間分七個(gè)工段：第一工段為Δ6和Δ1.6的制備，它以17α-羥基黃體酮為原料，經(jīng)過第二步脫氫而得；第二工段為環(huán)丙物制備；第三工段為?；锞分苽?；第四工段為環(huán)氧物制備；第五工段為氯化物制備；第六工段為環(huán)合物制備；第七工段為精烘包工段。（2）、工藝過程及工序劃分本車間分七個(gè)工段：（2）、工藝過程及工序劃分9略（3）、化學(xué)反應(yīng)方程式及各步質(zhì)量收率略（3）、化學(xué)反應(yīng)方程式及各步質(zhì)量收率10（以第一工段Δ6的制備為例）

A、在反應(yīng)罐中加入乙酸乙酯，然后加入起始原料C000（17α-羥基黃體酮）及TCBQ（四氯苯醌），升溫回流溶解，回流反應(yīng)5h,減壓濃縮回收乙酸乙酯。

B、回收乙酸乙酯后的反應(yīng)產(chǎn)物放入冷凍結(jié)晶罐進(jìn)行冷凍結(jié)晶3.5h，然后進(jìn)行離心洗滌，結(jié)晶物在60℃下烘干6-8h。

C、烘干物進(jìn)行二次堿洗（4.5h)，然后過濾洗滌，最后在80℃下干燥6-8h，得Δ6中間體用于下步反應(yīng)。2、工藝流程設(shè)計(jì)（1）、工藝流程簡述（以第一工段Δ6的制備為例）2、工藝流程設(shè)計(jì)（111（第一工段Δ6的制備為例）Δ6制備過程涉及到的單元操作過程：①、間歇回流反應(yīng)；②、減壓濃縮；③、冷凍結(jié)晶；④、離心及洗滌；⑤、干燥（真空干燥）；⑥、萃?。▔A洗）；⑦、過濾（壓濾）；⑧、干燥（帶壓干燥）。（2）、工藝流程設(shè)計(jì)（第一工段Δ6的制備為例）Δ6制備過程涉及到的單元操12（以Δ6制備為例）（1）、投料及配比以C000即17α-羥基黃體酮為基準(zhǔn)，列出生產(chǎn)制備Δ6所需投料及配比表。三、物料衡算和能量衡算

1、物料衡算（以Δ6制備為例）三、物料衡算和能量衡13（2）、年生產(chǎn)批數(shù)計(jì)算

根據(jù)生產(chǎn)工藝，Δ6制備生產(chǎn)周期約為40h，按2d計(jì)算，年工作日取300d，則年生產(chǎn)批數(shù)為300/2=150（批/年）。（2）、年生產(chǎn)批數(shù)計(jì)算14（3）、物料衡算過程

①、每批起始原料投料量計(jì)算根據(jù)成品的年產(chǎn)量及每步收率（或總收率）計(jì)算起始原料C000的總投料量為2773.68kg/a，則其批投料量為2773.68/150≈18.5(kg/批)。

②、Δ6制備物料衡算依據(jù)Δ6制備過程各單元操作的原料單位消耗，進(jìn)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。

（3）、物料衡算過程15C000（17α-羥基黃體酮）

加成反應(yīng)、濃縮冷凍結(jié)晶、離心、洗滌、干燥堿洗、離心、洗滌、干燥水1480

TCBQ28Δ6乙酸乙酯399.6

乙酸乙酯18NaOH29.6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）

C16藥物生產(chǎn)過程均需要有系統(tǒng)吸收能量或放出能量。相應(yīng)地，外界需對系統(tǒng)提供能量或移出能量。

由此確定外供的公用工程消耗，如蒸汽、冷凍水、循環(huán)水等用量。

2、能量衡算藥物生產(chǎn)過程均需要有系統(tǒng)吸收能量或放出能量。相應(yīng)17

以Δ6制備過程中的加成回流反應(yīng)過程為例，計(jì)算回流冷凝器的冷卻水用量及冷凝器面積

以Δ6制備過程中的加成回流反應(yīng)過程為例，計(jì)算回流冷凝器的冷18（1）、加成反應(yīng)罐容積計(jì)算乙酸乙酯投料量為399.6kg，約合443.8L。TCBQ投料量為28kg，約合9.3LC000（17α-羥基黃體酮）投料量為118.5kg，約合6.2L。以上物質(zhì)合計(jì)443.8+9.3+6.2=459.3(L)?？紤]到本步反應(yīng)為較為溫和的吸熱反應(yīng)，故取裝料系數(shù)為0.9。

計(jì)算反應(yīng)罐容積為459.33/0.9=510L。選用500LK型搪玻璃反應(yīng)罐，其常用參數(shù)如下：計(jì)算容積588L,夾套換熱面積22.6m2,電機(jī)功率2.2kw,容器內(nèi)公稱壓力0.25∽1.0Mpa,夾套內(nèi)公稱壓力0.6Mpa。（1）、加成反應(yīng)罐容積計(jì)算19（2）、回流反應(yīng)過程操作條件反應(yīng)罐：常壓回流反應(yīng)，蒸汽加熱，反應(yīng)溫度77℃

回流冷凝器：循環(huán)水冷卻，單程列管，不銹鋼材質(zhì)，物料走殼程，循環(huán)水走管程。

（2）、回流反應(yīng)過程操作條件20（3）、回流冷凝器的冷卻水用量及換熱面積計(jì)算

回流冷凝器---主要是對反應(yīng)罐中蒸發(fā)的乙酸乙酯進(jìn)行冷凝，而乙酸乙酯的蒸發(fā)量取決于反應(yīng)罐加套加熱面積、加熱蒸汽的壓力以及反應(yīng)熱情況。

乙酸乙酯的蒸發(fā)：Q1=Q2+Q3式中Q1夾套蒸汽給反應(yīng)液傳熱量；Q2乙酸乙酯蒸發(fā)熱；Q3反應(yīng)熱，本反應(yīng)過程為吸熱反應(yīng)，其反應(yīng)熱較少，可忽略不計(jì)。

（3）、回流冷凝器的冷卻水用量及換熱面積計(jì)算21Q1=K1FΔt1式中K1總傳熱系數(shù)，按類似蒸汽夾套加熱反應(yīng)液情況取值為：1256kJ/(m2.h.℃)；F反應(yīng)罐夾套傳熱面積，為2.6m2Δt=132-77=55℃(加熱蒸汽溫度為132℃,反應(yīng)溫度為77℃)。則Q1=1256╳2.6╳55=179608（kJ/h）。相應(yīng)的Q2≈179608kJ/h。Q1=K1FΔt122計(jì)算回流冷凝器的面積及冷卻水量：在計(jì)算回流冷凝器冷卻水量時(shí)，忽略回流冷凝器（外表不保溫，77℃）輻射熱損失，僅計(jì)算冷凝器傳給空氣的熱傳導(dǎo)損失。Q2=Q4+Q5式中Q2反應(yīng)器內(nèi)乙酸乙酯蒸發(fā)熱，同時(shí)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=K4F4Δt4式中K4回流冷凝器冷凝總傳熱系數(shù)，按循環(huán)水走管程，乙酸乙酯蒸汽走殼程的情況，其值取為1465kJ/(m2.h.℃)；F4回流冷凝器面積；計(jì)算回流冷凝器的面積及冷卻水量：23Δt4=[(77-32)-(77-37)]/[In（77-32）/（77-37）]=42.5℃（循環(huán)水溫度為32-37度）

Q5=K5F5Δt5式中F5回流冷凝器外表面積，（本計(jì)算過程需進(jìn)行試差，3m2列管時(shí)冷凝器外形尺寸為ф273mm╳1500mm,外表面積約為1.3m2）；Δt5=77-40=37℃。則Q5=K5F5Δt5=209*1.3*37=10053（kJ/h）。Δt4=[(77-32)-(77-324由以上計(jì)算可得出

Q4=Q2—Q5=179608—10053=169555（kJ/h）Q4=K4F4Δt4=1465*F4*42.5=169555（kJ/h）F4=2.72m2

故此回流冷凝器可按3m2選取。

冷卻水用量W=(179608-10053)/[4.187*(37-32)]=8099（kg/h）由以上計(jì)算可得出25（1）以生產(chǎn)過程所屬的單元操作類型確定設(shè)備形式。（2）以物料衡算結(jié)果確定設(shè)備容積等參數(shù)。（3）以能量衡算結(jié)果確定設(shè)備傳熱等參數(shù)。（4）根據(jù)物料性質(zhì)確定設(shè)備材質(zhì)（5）根據(jù)生產(chǎn)過程操作參數(shù)確定設(shè)備溫度、壓力等指標(biāo)。（6）根據(jù)同類生產(chǎn)設(shè)備的使用情況以及經(jīng)驗(yàn)來驗(yàn)證工藝設(shè)備選型的合理型和可靠性，并最終由生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)。四、工藝設(shè)備選擇1、工藝設(shè)備選型方法四、工藝設(shè)備選擇1、工藝設(shè)備選型方法26

（1）、本車間生產(chǎn)過程為間歇式的化學(xué)合成過程，操作單元多，有鹽酸、硫酸等強(qiáng)腐蝕物質(zhì)。本過程生產(chǎn)設(shè)備的反應(yīng)釜基本上采用搪玻璃K型反應(yīng)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(zhì)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(jī)；干燥設(shè)備按產(chǎn)品要求選用真空干燥箱或熱風(fēng)循環(huán)烘箱。

2、環(huán)丙孕酮生產(chǎn)車間主要工藝設(shè)備選擇說明（1）、本車間生產(chǎn)過程為間歇式的化學(xué)合成過程，操27

（2）、設(shè)備生產(chǎn)能力按最終產(chǎn)品每批生產(chǎn)5kg計(jì)算其反應(yīng)罐，洗滌罐的容積均在300~2000L之間，換熱器面積為2~10m2，其他儲(chǔ)罐、計(jì)量罐等容積在100~2000L之間，以能夠滿足批量生產(chǎn)為原則。（2）、設(shè)備生產(chǎn)能力按最終產(chǎn)品每批生產(chǎn)5kg計(jì)算28（1）、根據(jù)生產(chǎn)車間工序多少、設(shè)備數(shù)量、物料輸送情況、允許占地面積等因素確定車間層數(shù)。在可能條件下，盡量采用單層框架廠房。（2）、根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備大小及布置方式、物料輸送、車間通風(fēng)等因素確定車間層高。（3）、根據(jù)各生產(chǎn)工序物料性質(zhì)、生產(chǎn)條件等確定車間內(nèi)部的分隔。一般“精烘包”崗位、各輔助房間等需進(jìn)行區(qū)域分隔。對于以下崗位應(yīng)進(jìn)行區(qū)域分隔或單獨(dú)設(shè)置。五、車間平面布置1、合成藥車間布置需考慮的因素五、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(xiǎn)性大的崗位；D、有刺激性氣體排放的崗位；E、生產(chǎn)物料污染較大的崗位。需分割的崗位A、有毒崗位；需分割的崗位30

（4）、對于振動(dòng)較大、質(zhì)量較大的設(shè)備宜布置在底層。有劇烈振動(dòng)的設(shè)備，其操作臺和基礎(chǔ)不得與建筑物的柱、墻、基礎(chǔ)連在一起。

（5）、設(shè)備應(yīng)避免布置在建筑物的沉降縫或伸縮縫處。設(shè)備布置應(yīng)避免影響人和物的通行。設(shè)備應(yīng)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(shí)，設(shè)備與墻間的凈距應(yīng)大于0.6m。

（6）、車間布置盡可能考慮未來工藝路線的改進(jìn)并預(yù)留一定的發(fā)展空間。（4）、對于振動(dòng)較大、質(zhì)量較大的設(shè)備宜布置在底層。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(yīng)、中間體制備等。合成區(qū)域，層高7.5m,內(nèi)設(shè)鋼平臺，其標(biāo)高為2.3m。輔助生產(chǎn)區(qū)、“精烘包”、辦公化驗(yàn)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、空調(diào)、配電及操作間等；三層為辦公室、化驗(yàn)室、資料室等。

2、環(huán)丙孕酮車間布置及工藝設(shè)備安裝說明（1）、車間布置2、環(huán)丙孕酮車間布置及工藝設(shè)備安裝說明32

主要反應(yīng)罐布置在合成區(qū)域2.3m鋼平臺上，計(jì)量罐與換熱器放在3.5m的小鋼平臺上，過濾器、離心機(jī)及儲(chǔ)罐等方在室內(nèi)地面上，HCl吸收裝置、酸堿儲(chǔ)罐、水噴射真空泵等設(shè)備在室外。局部設(shè)備和工序設(shè)局部排風(fēng)，整個(gè)合成區(qū)域頂部開設(shè)天窗以利自然通風(fēng)。

環(huán)丙孕酮車間平面布置見圖

主要反應(yīng)罐布置在合成區(qū)域2.3m鋼平臺上，計(jì)量罐33制藥工程工藝設(shè)計(jì)課件34制藥工程工藝設(shè)計(jì)課件35制藥工程工藝設(shè)計(jì)課件36

（2）、工藝設(shè)備安裝

本車間為一座三層樓房，共布置有各種工藝設(shè)備131臺，總質(zhì)量約為58.5t。其中最大的設(shè)備為循環(huán)水箱，其外形尺寸為2000mm*2000mm*1500mm，重約0.7t；最重的設(shè)備為水析釜，其外形尺寸為夾套直徑1300mm,筒體高1000mm，重約1.906t.

本車間設(shè)備按下述方式運(yùn)輸和安裝。（2）、工藝設(shè)備安裝37

A、布置在底層的設(shè)備一般均可由廠房大門進(jìn)入，位于二層以上的小型設(shè)備可有貨梯提升到各層。中型和少數(shù)大型設(shè)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(xiàn)場確定。

B、設(shè)備進(jìn)入廠房后，均可用小車或木排運(yùn)至設(shè)備就位處，吊裝就位。

運(yùn)輸和安裝方式說明A、布置在底層的設(shè)備一般均可由廠房大門進(jìn)入，位于38

C、需要安裝地腳螺栓的設(shè)備，位于底層和室外的，采用在設(shè)備基礎(chǔ)上預(yù)留地腳螺栓安裝孔，待設(shè)備安裝就位后再進(jìn)行二次澆注的方案。位于二層以上的設(shè)備，當(dāng)?shù)啬_螺栓小于M20時(shí)，采用先在設(shè)備基礎(chǔ)上預(yù)埋鋼板，待設(shè)備安裝時(shí)再焊接地腳螺栓的方案；對于大于M20的地腳螺栓，則采用預(yù)埋地腳螺栓和預(yù)留地腳螺栓安裝孔等方案。

D、本車間底層有大型鋼結(jié)構(gòu)操作臺一座，總構(gòu)造面積為468m2操作臺及設(shè)備支架共需各種鋼材約為38t。位于操作臺和設(shè)備支架上的設(shè)備均采用普通螺栓連接固定。亦可