制药工程课设——甲磺酸培氟沙星工业生产设计.doc

制药工程课程设计年产260吨甲磺酸培氟沙星车间工艺设计专 业 制 药 工 程 班 级 制药工程101班 姓 名 苏 阳 学 号 3100822018 二零一三 年 七 月目录第一章 产品概述11.1药物名称、结构、理化性质11.2包装规格和储存要求2第二章 生产工艺设计32.1 生产工艺框图32.2 生产工艺操作过程32.3 “三废”的处理和综合利用6第三章 生产原料各项标准和处理73.1 生产原料各项标准73.2 中间体的质量控制标准83.3 产品的质量标准8第四章 物料衡算104.1 物料衡算的目的104.2 物料衡算的依据104.3 物料衡算的基准114.4 假设或经验工艺参数124.5 物料衡算计算13第五章 能量衡算155.1能量衡算的目的155.2 能量衡算的依据155.3 能量衡算的基准15第六章 设备选型226.1 选型的目的226.2 设备选型的依据226.3 设备选型基准226.4 假设或经验工艺参数226.5 主要岗位的操作周期236.6 设备初步选型231第一章 产品概述甲磺酸培氟沙星是法国Roger Bellon公司开发的第三代氟喹诺酮类抗菌药，具有广谱的抗菌功能，自1979年上市以来世界上已经有20多个国家参与生产，我国于1993年开始生产此类药物，主要的药剂形式是片剂、注射剂和胶囊剂。本品和其代谢物主要经肾脏排泄，所以对泌尿系统感染引发的疾病治疗效果较好，由于使用甲磺酸培氟沙星后组织内血药浓度多为血浆中的数倍，因而利于组织深部感染的疾病治疗，如骨髓炎、骨和关节腔内的感染，心内膜炎症和心肌炎等。其具体信息如下：1.1药物名称、结构、理化性质1.1.1 药品名称通用名：甲磺酸培氟沙星汉语拼音：JiahuangsuanPeifushaxing英文名：Pelfoxacin Mesylate化学名：1-乙基-6-氟-1,4-二氢-7-(N-4-甲基-哌嗪基)-4-氧-3-喹啉羧酸甲磺酸盐1.1.2 药物结构、分子式、分子量 分子式：C17H22FN3O3 · CH4SO3 · 2H2O 分子量：465.461.1.3 药物理化性质本药物为白色或微黄色结晶性粉末，无臭，味苦，在乙醇、氯仿和乙醚中几乎不溶，在水中极易溶解，无须加入助溶剂，就可以制成高浓度的注射液，在强光照射下易降解。1.2包装规格和储存要求1.2.1 原料药的包装规格规格包装形式扎口方式20Kg/桶双层塑料膜真空包装，外套牛皮纸遮光装入纸筒封口 封签25Kg/桶1.2.2 原料药的储藏储藏方法储藏温度遮光，密封保存室温阴凉处保存第二章 生产工艺设计2.1 生产工艺框图 见附录。2.2 生产工艺操作过程2.2.1 甲基化化学反应式和操作步骤原料名称规格含量（%）投料比（质量）备注诺氟沙星药用98.01重量甲酸工业85.51.5体积甲醛工业36.71体积乙醇工业80.51体积活性炭药用0.5重量操作步骤：依次向甲基化罐（R1101）中加入诺氟沙星（药用98%）176.95公斤、甲酸（85.5%）323.82公斤、甲醛（36.7%）191.11公斤，加热至100，开始回流2小时；降温至80加入活性炭8.85公斤，再升温至100，回流半小时；降温至60，加入乙醇（80.5%）152.18公斤，搅拌5分钟后放料，趁热压滤至中和罐（R1102-2）。2.2.2 中和化学反应式和操作步骤原料名称规格含量（%）投料比（质量）备注氨水自制12适量比缓慢添加操作步骤：接甲基化罐溶液，搅拌，冷却，加入氨水（12%）保持反应温度不超过45。当反应液pH值在7.0-7.5时，停止加氨水。静止1小时，放料，用去离子水洗至pH值在6.06.5，后甩料3小时。检验，保证收率99%以上，合格品待用。2.2.3 成盐化学反应式和操作步骤原料名称规格含量（%）投料比（质量）备注甲基化物自制97.01摩尔甲烷磺酸工业99.01.05摩尔乙醇工业82.54.65摩尔乙醇工业950.09重量活性炭药用0.05重量操作步骤：在成盐罐（R1201）中加入合格的甲基化物（含量97%，水分8%）140.41公斤，乙醇（82.5%）730.12公斤，然后加入甲烷磺酸（99.9%）42.68公斤。升温至78，回流1小时；降温至60，加入活性炭5.62公斤；升温至78，回流1小时。出料，压滤至结晶罐（V1205）。趁热放料至桶中然后转移至冷库中使之冷却结晶，后离心分离。用95%的乙醇洗涤，分离液回收至粗母蒸馏岗位。成品检验，保证收率92%，合格品至精制岗位。2.2.4 精制操作步骤原料名称规格含量（%）投料比（质量）备注成盐物自制98.01重量乙醇工业86.04.65重量乙醇工业95.00.36重量活性炭药用0.05重量操作步骤：在精制罐（V1304）中加入乙醇（86.0%）497.08公斤，粗品升温至45，至溶解；加入活性炭8.24公斤，升温至78，回流30分钟，压滤至结晶罐（V2101）。趁热放料至桶中然后转移至冷库中使之冷却结晶，后离心分离。用乙醇（95%）洗涤，分离液回收至精母蒸馏岗位，保证收率89%，滤渣送至“三废”处理。合格后进干燥室自然干躁，除湿得到产品，母液泵至精馏母液贮罐。2.2.5 粗品母液蒸馏操作步骤将粗品母液在蒸馏罐（V1209）加热蒸馏，收集蒸馏物，当温度达到90时，停止加热，10分钟后将残液收集到粗品母液储罐。2.2.6 精品母液蒸馏操作步骤将精母液在蒸馏罐（V1307）加热蒸馏，收集蒸馏物，当温度达到85时，停止加热，10分钟后，将残液收集到储罐。2.2.7 乙醇的蒸馏操作步骤在蒸馏罐（V1309）将95%的乙醇加热蒸馏，收集蒸馏物，当温度达到82时停止加热，残液弃去。2.3 “三废”的处理和综合利用本生产工艺中产生的母液，主要含有甲酸铵、甲磺酸铵等铵盐类化合物，常压蒸馏浓缩出90%的水分后，室外堆放使其自然干燥，而后在燃料或者助燃材料的存在下，与压滤渣一起，在“三废”焚烧炉内，全部焚烧，完成无害化处理工作。而对于生产中释放出的甲醛等有害气体，彩玉的处理方法主要是由强制通风手段把甲醛空气迅速排至室外吸收池内吸收，并通过碱液处理以实现无害化处理。第三章 生产原料各项标准和处理3.1 生产原料各项标准名称形状检测项目质量标准氟（%）5.4（干品）诺氟沙星类白色或者淡黄色结晶粉末干燥失重（%）5.0有关物质（%）1.0含量测定（%）95.0（干品）熔点（）218-224色度（Pt-Co）20号甲酸无色透明无悬浮物液体含量（%）85.0氯化物（%，以Cl计）0.020硫酸盐（%）0.05铁（%）0.001甲醛无色澄清液体含量（%）36.7-37.4Fe含量（ppm）10含量（%）99.0无色或者淡黄色粘稠状透明液体Fe（ppm）10.0甲烷磺酸Cl（ppm）500SO42- (ppm)250色度100号3.2 中间体的质量控制标准名称项目标准检测方法备注外观淡黄色结晶性粉末培氟沙星含量（%）97.0废水滴定法水分（%）25(正批) 30(回收)干燥失重法外观类白色或淡黄色结晶粉末甲磺酸培氟沙星粗品含量98.0中和法湿度（%）10.0（正批）自然干燥20.0（回收）失重法水分（%）8.5干燥失重法3.3 产品的质量标准品名：甲磺酸培氟沙星规格：20Kg/桶 25Kg/桶批准文号：（95）卫药准字X-277号检验依据：WS-375(X-322)-95和95版中国药典相关规定3.3.1 产品质量的各项具体指标项目名称优等品标准法定标准厂控标准性状白色或类白色结晶粉末白色或类白色结晶粉末白色或类白色结晶粉末鉴别应呈正反应应呈正反应应呈正反应酸度（pH）3.5-4.53.5-4.53.5-4.5氯（%）4.0（干）3.5-4.13.5-4.1有关物质（%）0.51.01.0干燥失重（%）8.28.58.2炽灼残渣（%）0.10.10.1重金属（%）0.00100.00200.0020含量测定（%）99.299.099.0溶液澄清度与颜色黄绿色4号标准，溶液澄清黄绿色4号标准，溶液澄清黄绿色4号标准，溶液澄清铁盐（%）0.0030.0030.003第四章 物料衡算4.1 物料衡算的目的生产工艺流程框图知识定性地表征，在由原料转变成最终产品的过程中，要经过哪些过程和设备，在途中一般以椭圆框表示化工过程和设备，用线条表示无聊管线和公用系统管线，用方框表示物料。这种框图只有定性地概念，没有定量的概念，只有经过车间物料衡算，才能得出进行与离开每个过程或设备的各种物料数量、组分，以和各组分的比例，这就是进行物料衡算目的。车间物料衡算的结果是车间能量衡算、设备选型、确定原材料消耗定额、进行化工管路设计等各种设计项目的依据。对于已经投产的生产车间，通过物料衡算可以寻找出生产中的薄弱环节，为改进生产、完善管理提供可靠的依据，并可以作为检查原料利用率和三废处理完善程度地一种手段。4.2 物料衡算的依据在进行车间物料衡算前，首先要确定生产工艺流程示意框图，此图先定了车间物料衡算的范围，以指导设计计算既不遗漏，也不重复。其次要收集必要的数据、资料，如各种物料的名称、组成和含量；各种物料之间的配比，主、副反应方程式、主要原料的转化率、总收率和各部收率等。4.3 物料衡算的基准本设计中的化工过程均属于间歇操作过程，其计算基准是将车间所处理的各种物料量折算成以天数计的平均值，从起始原料的投入到最终成品的产出，按天数平均值计将恒定不变。由设计任务规定的产品年产量和年工作日，计算出产品的平均日产量，日产量去顶后，再根据总收率可以折算出起始原料的日投料量，以此为基础完成车间物料衡算。年产量（kg）工作日日产精品药物（kg）日产理论精品药物（kg）2600003301201.4787.88工段收率（%）甲基物回收率（%）原料名称规格分子量投料比含量(%)含水(%)密度(kg/L)诺氟沙星药用 319.3198.01.344甲基化甲酸工业46.031.8385.51.22099.00甲醛工业30.031.0836.70.820乙醇工业46.070.8680.50.790活性炭工业12.010.05氨水工业17.0334.00.880纯化水自制18.021.000甲基物自制333.4197.08.01.320成盐92.020甲烷磺酸工业96.110.30499.01.480乙醇工业46.075.2082.50.790活性炭工业12.010.04纯化水自制18.021.000甲氟粗品自制465.5198.05.0精制乙醇工业46.074.6586.00.79089.020活性炭工业12.010.09精品甲氟药用465.599.05.0单程回收率：74.05% 总收率：82.08%4.4 假设或经验工艺参数 （1） 甲基化离心岗位中，20.00kg水能够洗1.00kg甲基物； （2） 甲基化中和岗位中，77.94kg 12%氨水能中和60.00kg诺氟沙星； （3） 成盐离心岗位中，0.94kg 95%乙醇洗10.00kg甲氟粗品； （4） 精致离心岗位中，25.00kg 95%乙醇洗70.00kg甲氟精品； （5） 甲基物回收岗位中，11.6kg 12%氨水中和10.00kg甲基物； （6） 甲基物回收岗位中，25.00kg水能洗100.00kg物料； （7） 甲基物中和岗位中，40%甲酸可同水共沸蒸出且被回收，回收浓度为85%； （8） 甲基物回流岗位中，100%甲醛在回流中损失；无法回收； （9） 甲基化中和岗位中，80%乙醇可被回收，回收浓度95%； （10） 乙醇蒸馏岗位中，80%乙醇可被回收，回收浓度为95%； （11） 滤渣为活性炭投料量的25%； （12） 离心机可将物料离心至含水20%，而后物料可在空气中干燥至含水5%。4.5 物料衡算计算（1）甲基化m诺氟沙星=176.95×98%=173.411kgM诺氟沙星=319.34 M甲基化物=333.36可得m甲基化物-理论=181.024kgm甲基化物-实际=201.546kg×97%×（1-8%）=179.860kg 产率=99.36% （2）中和 甲基化中和岗位中，77.94kg 12%氨水能中和60.00kg诺氟沙星，此工艺下使用诺氟沙星176.95kg，故至少应使用12%氨水229.858kg。 （3）成盐m甲基化物=140.41kg×97%×（1-8%）=125.302kg M甲基化物=333.36 M成盐物=463.79可得m成盐物-理论=174.327kgm成盐物-实际=155.405kg×98%×（1-5%）=144.682kg 产率=83.00% （4）精制 已知m甲基化物-粗品=125.302kg m甲基化物精品-理论=125.302kg m甲基化物精品-实际=112.504kg（已折合过含量百分比） 产率=89.79% 单程收率=99.36%×83.00%×89.79%=74.05%第五章 能量衡算5.1能量衡算的目的 能量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质和工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算得。5.2 能量衡算的依据 能量衡算的主要依据是能量守恒定律。 能量衡算是以车间物料衡算的结果为基础进行的，所以，车间物料衡算表是进行车间能量衡算的首要条件，其次还必须收集有关物质的热力学数据，如比热容、相变热、反应热等。本设计还将涉和到的所有物料的热力学数据汇总成一张表格，以便于计算。5.3 能量衡算的基准 能量衡算的基本方程为： 由环境输入到系统的能量=系统输出环境的能量+系统内积累的能量 所用原料比热的推算： （kJ/(kg·)）式中 M化合物分子量； n分子中同种元素原子数； cs元素的原子比热容；第六章 设备选型6.1 选型的目的 化工生产是原料通过一系列的化学、物理变化的过程，其变化的条件是化工设备提供的。因此，选择适当型号的设备、设计符合要求的设备，是完成生产任务、获得良好效益的重要前提。6.2 设备选型的依据 设备的选择时根据物料衡算、能量衡算的数据进行的，根据物料衡算的数据可以从化工工艺设计手册上查取并选择所需的设备型号，再根据其所对应的的参数结合能量衡算的数据对所选设备进行校核，使其经济上合理，技术上先进，投资省，耗材少，加工方便，采购容易，运行费用低，水电汽消耗少，操作清洗方便，耐用易维修。6.3 设备选型基准 根据个单元操作反应的周期，计算出生产批次，再由总体积计算出单批生产体积，由此数据查找化工工艺设计手册，对设备进行选择。6.4 假设或经验工艺参数 在甲基化反应岗位中假设甲酸每秒钟的回流量为其总质量的0.05% 在甲基化结晶岗位中假设氨挥发量占其投入总量的1.00% 在成盐反应岗位中假设乙醇每秒钟的回流量为其总质量的0.05% 在精制反应岗位中假设乙醇每秒钟的回流量为其总质量的0.05% 在甲基化回流岗位中假设甲醛挥发量占其投入总量的100%6.5 主要岗位的操作周期岗位名称甲基化中和成盐粗制精制结晶操作周期（min）300750144200902006.6 设备初步选型 此次使用的生产甲磺酸培氟沙星的工艺流程中，反应器均为间歇式反应器。甲基化罐使用电加热反应器，体积为500m3；中和罐使用不锈钢反应锅，体积为500m³；成盐罐使用搪玻璃反应器，体积为400m³；精制罐使用PP动态反应器，体积为500m³。粗品母液蒸馏罐、精品母液蒸馏罐均使用塔板式蒸馏塔。连接蒸馏塔的两储罐均使用不锈钢卧式储罐。甲醛附录：诺氟沙星工艺流程框图乙醇甲基化活性炭甲酸过滤中和冲氨纯化水结晶成盐乙醇甲基化物储罐活性炭蒸馏结晶甲烷磺酸乙醇离心粗品滤液过滤乙醇 精制活性炭储罐三废处理过滤蒸馏结晶滤液乙醇离心成品