医学专题一制药工艺学(化药工艺4).ppt

中试放大的研究内容中试放大的研究内容1 物料衡算物料衡算2生产工艺规程生产工艺规程3第四章第四章 化学制药工艺化学制药工艺(gngy)(gngy)的放大的放大第一页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容 中试放大（又叫中试放大（又叫中间试验中间试验）,目的目的是是验证、验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件，及及研究选定的工业化生产设备结构、材质、安研究选定的工业化生产设备结构、材质、安装和车间布置装和车间布置(bzh)(bzh)等，等，为正式生产提供数据，以为正式生产提供数据，以及物质量和消耗及物质量和消耗等。等。第二页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 概概 述述 1.1.工艺过程工艺过程在生产过程中凡直接关系到在生产过程中凡直接关系到化学合成反化学合成反应应或或生物合成途径生物合成途径(tjng)(tjng)的的次序、条件次序、条件（配料比、温度、（配料比、温度、反应时间、搅拌方式、后处理方法和精制条件等）反应时间、搅拌方式、后处理方法和精制条件等）统统称为工艺条件。称为工艺条件。由由原料原料到到成品成品之间的各个相互连接的之间的各个相互连接的单元单元操作过程操作过程及其及其质量监控质量监控是生产工艺过程。是生产工艺过程。一个产品由若干一个产品由若干个车间线完成生产。个车间线完成生产。第三页，共一百二十二页。2.2.辅助过程辅助过程其它过程（包括动力供应、原料供应、其它过程（包括动力供应、原料供应、包装、储运、三废包装、储运、三废(snfi)(snfi)处理等）则成为辅助过程。处理等）则成为辅助过程。3.3.放大放大(fngd)(fngd)的概念的概念 将将实验室实验室和和中试车间中试车间(chjin)(chjin)试验试验取得的研究结果应用到取得的研究结果应用到大规模的工业生产中的过程就是大规模的工业生产中的过程就是放大放大。工艺的放大包括工艺的放大包括实验室、小量试制、中试工厂（车间）实验室、小量试制、中试工厂（车间）和生产车间和生产车间4 4个步骤。个步骤。一、中试放大的研究内容一、中试放大的研究内容第四页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容 （1 1）实验室研究阶段：）实验室研究阶段：新药研究的探索阶段，新药研究的探索阶段，目的目的(md)(md)是是发现发现先导化合物和对先导化合物的结构修饰，找出先导化合物和对先导化合物的结构修饰，找出新药苗头。新药苗头。任务任务通过实验找出科学合理的合成路线和最通过实验找出科学合理的合成路线和最佳反应条件尽快完成化合物的合成；利用各种手段，确佳反应条件尽快完成化合物的合成；利用各种手段，确证化学结构；测定化合物的主要物理参数，了解化合物证化学结构；测定化合物的主要物理参数，了解化合物的一般性质。的一般性质。第五页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容 （2 2）实验室小试：）实验室小试：在实验室规模的条件下进行，提供在实验室规模的条件下进行，提供足够足够(zgu)(zgu)数量的药物供临床前评价。数量的药物供临床前评价。考查工艺参数、设考查工艺参数、设备与原料，备与原料，转化率，收率，成本估算转化率，收率，成本估算等等。目的目的是为是为中试中试做技术准备做技术准备。要求收率稳定，质量可靠。确定操作条件，。要求收率稳定，质量可靠。确定操作条件，制成品、半成品、中间品、原料等建立相应的分析方法。制成品、半成品、中间品、原料等建立相应的分析方法。第六页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 1 1）选择比较成熟的工艺路线）选择比较成熟的工艺路线 合成步骤短，总产率高，设备技术条件合成步骤短，总产率高，设备技术条件(tiojin)(tiojin)和工艺和工艺 流程简单，原材料来源充裕而且便宜。流程简单，原材料来源充裕而且便宜。2 2）用工业级原料代替化学试剂）用工业级原料代替化学试剂 找出工业级原料生产的最佳反应条件和处理方找出工业级原料生产的最佳反应条件和处理方 法，达到优质、价廉和高产的目的。法，达到优质、价廉和高产的目的。第七页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 3 3）原料和溶剂的回收套用）原料和溶剂的回收套用 溶剂中含有的反应副产物，反应不完全的剩余溶剂中含有的反应副产物，反应不完全的剩余 原料，挥发性杂质等。原料，挥发性杂质等。4 4）安全生产和环境卫生）安全生产和环境卫生 去掉去掉(q dio)(q dio)有毒物质和有害气体参与的合成反应，提有毒物质和有害气体参与的合成反应，提 出出“三废三废”处理方案。处理方案。第八页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容（3 3）中试放大：）中试放大：把实验室小试研究确定的工艺路线与条把实验室小试研究确定的工艺路线与条件，件，放大放大5050100100倍的中等规模倍的中等规模，进行工艺试验，进行工艺试验，工业工业化生产考查、优化，包括产品质量、经济效益、劳动化生产考查、优化，包括产品质量、经济效益、劳动强度等，确定最佳操作条件强度等，确定最佳操作条件。目的目的是为是为车间设计、施工车间设计、施工安装安装(nzhung)(nzhung)、中间质控，制定质量要求与规程提供数据和资、中间质控，制定质量要求与规程提供数据和资料料。第九页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 制定车间生产工艺：制定车间生产工艺：在大型设备和车间投入生产在大型设备和车间投入生产(shngchn)(shngchn)，试制若干批号后，制定出生产，试制若干批号后，制定出生产(shngchn)(shngchn)工艺规程。工艺规程。（4 4）工业化生产阶段）工业化生产阶段(jidun)(jidun)第十页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 中试中试(zhn sh)放大的重要放大的重要性性1.以便进一步研究在一定规模装置中以便进一步研究在一定规模装置中操作参数操作参数(cnsh)和和条件的变化规律条件的变化规律，验证实验室工艺路线的可行性，验证实验室工艺路线的可行性，并并解解决实验室阶段未能解决或尚未发现的问题决实验室阶段未能解决或尚未发现的问题。2.2.为新药开发过程提供一定数量的样品，通常需要为新药开发过程提供一定数量的样品，通常需要2 210kg10kg数量。数量。第十一页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 中试中试(zhn sh)放大的重要放大的重要性性 3.3.确定工艺路线后，每步化学合成反应或生物合成反确定工艺路线后，每步化学合成反应或生物合成反应不会因小试、中试放大和大型生产条件不同而有明应不会因小试、中试放大和大型生产条件不同而有明显变化，但显变化，但各步各步最佳工艺条件最佳工艺条件，则随试验规模，则随试验规模(gum)(gum)和设和设备等外部条件的不同而有可能需要调整备等外部条件的不同而有可能需要调整。第十二页，共一百二十二页。一一、中试放大的研究中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容 中试中试(zhn sh)放大的重要放大的重要性性 4.4.为原料药的生产报批为原料药的生产报批(bo p)(bo p)和新药审批提供最主要的实和新药审批提供最主要的实验数据。验数据。5.5.为产品投产前的为产品投产前的GMPGMP认证打下一定的基础。认证打下一定的基础。第十三页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容 中试放大中试放大(fngd)的研究的条件的研究的条件 1.1.小试工艺收率稳定，质量可靠。小试工艺收率稳定，质量可靠。2.2.操作条件的确定。操作条件的确定。3.3.产品、中间体、原料产品、中间体、原料(yunlio)(yunlio)分析方法的确定。分析方法的确定。4.4.小试用试剂不影响收率、质量。小试用试剂不影响收率、质量。第十四页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容 中试放大的研究中试放大的研究(ynji)的条件的条件 5.5.进行物料衡算及计算所需原料成本。进行物料衡算及计算所需原料成本。6.6.“三废三废”量的计算量的计算(j sun)(j sun)。7.7.工艺中的注意事项、安全问题提出，并有工艺中的注意事项、安全问题提出，并有 防范措施。防范措施。第十五页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容 中试放大中试放大(fngd)研究的基本方研究的基本方法法 中试放大中试放大(fngd)(fngd)的方法有：的方法有：逐级经验放大法逐级经验放大法 相似放大法相似放大法 数学模拟放大法数学模拟放大法第十六页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容逐级经验逐级经验(jngyn)放大法放大法 主要凭借经验通过主要凭借经验通过逐级放大逐级放大（试验装置（试验装置中间装中间装置置中型装置中型装置大型装置）大型装置）来摸索反应器的特征来摸索反应器的特征。是制药工艺研究和药物合成是制药工艺研究和药物合成(hchng)(hchng)科研中的主要方法。科研中的主要方法。前提条件前提条件放大的反应装置必须与提供经验数据的放大的反应装置必须与提供经验数据的装置保持完全相同的操作条件。装置保持完全相同的操作条件。第十七页，共一百二十二页。搅拌搅拌(jiobn)反应器构成：反应器构成：一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容第十八页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容 搅拌器的选型原则搅拌器的选型原则(yunz)(yunz)？搅拌反应器的放大准则？搅拌反应器的放大准则？搅拌搅拌(jiobn)反应器放大设计的基础反应器放大设计的基础第十九页，共一百二十二页。常用常用(chn yn)的搅拌器：的搅拌器：一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容第二十页，共一百二十二页。锥螺带锥螺带(VCR)前进前进(qinjn)式式(AR)最大叶片最大叶片(ypin)式式泛能式泛能式叶片叶片(ypin)组合式组合式扭格子式扭格子式EKATO同轴同轴多臂行星式多臂行星式真空乳化釜真空乳化釜新型立新型立式搅拌式搅拌第二十一页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容搅拌器的搅拌器的分类分类(fn li)选选型型第二十二页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容搅拌器的搅拌器的分类分类(fn li)选选型型第二十三页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容第二十四页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容第二十五页，共一百二十二页。1.空心空心(kngxn)夹套夹套3.螺旋螺旋(luxun)导流板夹套导流板夹套2.半管夹套半管夹套5.内部内部(nib)夹套夹套常用的夹套：常用的夹套：一、中试放大的研究内容一、中试放大的研究内容第二十六页，共一百二十二页。常用常用(chn yn)的挡板：的挡板：一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容第二十七页，共一百二十二页。常用常用(chn yn)的内冷管：的内冷管：一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容第二十八页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容（1 1）几何相似放大）几何相似放大。按反应器各部件的几何尺寸。按反应器各部件的几何尺寸(ch cun)(ch cun)比比例进行放大，放大倍数是实际反应器体积的倍数。当体积例进行放大，放大倍数是实际反应器体积的倍数。当体积放大时，反应器的高度和直径均放大放大时，反应器的高度和直径均放大 。第二十九页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容式中式中:反应器的高度反应器的高度(god)，m；反应器的内径反应器的内径(nijn)，m；下标下标“1”-模型反应器下标模型反应器下标,“2”放大的反应器。放大的反应器。反应器的体积反应器的体积，m3；若按几何相似放大法，当体积增加若按几何相似放大法，当体积增加1010倍时，生物反应器的倍时，生物反应器的直径和高度均放大直径和高度均放大10101/31/3倍。倍。第三十页，共一百二十二页。ha=1Di/4hb=1ha/10=1Di/40一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容第三十一页，共一百二十二页。体积体积(tj)(tj)椭圆形封头体积椭圆形封头体积(tj)：反应器的总体积反应器的总体积(tj)：一、中试放大的研究内容一、中试放大的研究内容第三十二页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容（2 2）恒定等体积搅拌恒定等体积搅拌(jiobn)(jiobn)功率功率放大放大，是一般化学反应器，是一般化学反应器的放大准则。的放大准则。以以单位体积液体所分配的搅拌轴功率相同单位体积液体所分配的搅拌轴功率相同这一准这一准则进行的反应器的放大，是一般机械搅拌式化学反应器则进行的反应器的放大，是一般机械搅拌式化学反应器的放大准则。的放大准则。第三十三页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容根据根据(gnj)第三十四页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容（3 3）恒定恒定(hngdng)(hngdng)混合时间混合时间放大放大混合时间混合时间是指在反应器中加入物料，到它们被是指在反应器中加入物料，到它们被混合均混合均匀时所需的时间匀时所需的时间。在小反应器中，比较。在小反应器中，比较(bjio)容易混合均匀，容易混合均匀，而在大反应器中，则较为困难。而在大反应器中，则较为困难。第三十五页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容对于几何对于几何(jh)相似的反应器相似的反应器，时时，从上式可以从上式可以(ky)得出：得出：注意注意 经验放大法适用于经验放大法适用于反应器的搅拌形反应器的搅拌形式、结构等反应条件相似的情况，而式、结构等反应条件相似的情况，而且放大倍数不宜过大且放大倍数不宜过大。第三十六页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容v 例：某厂在例：某厂在100L100L的机械搅拌反应罐的机械搅拌反应罐中进行对氨基苯酚中进行对氨基苯酚(bn fn)(bn fn)生产生产试验，所用的原料为对硝基苯酚试验，所用的原料为对硝基苯酚(bn fn)(bn fn)，并获得良好的试验效果，并获得良好的试验效果，反应液的反应液的密度密度1020kg/m1020kg/m3 3。v 现拟现拟放大至放大至20m20m3 3生产罐生产罐。试验罐的尺寸为：。试验罐的尺寸为：直径直径D D375mm375mm，搅，搅拌叶轮拌叶轮D Di i=125mm=125mm，高径比，高径比H/DH/D2.42.4，液深，液深H HL L1.5D1.5D，4 4块挡板的块挡板的W/DW/D0.10.1；装液量为装液量为60L60L，使用两档圆盘六直叶涡轮搅拌器，使用两档圆盘六直叶涡轮搅拌器，转速转速n n为为350r/min350r/min。试用。试用P/VP/VL L相等的原则进行放大计算。相等的原则进行放大计算。第三十七页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容对试验对试验(shyn)(shyn)罐，有罐，有同理，对放大同理，对放大(fngd)(fngd)罐，有罐，有根据根据P/VLP/VL相等原则，相等原则，则有则有第三十八页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容由题设，知由题设，知n1350r/min，Di1=125mm按照几何按照几何(j h)(j h)相似原则放大，放大罐的相似原则放大，放大罐的Di2=0.72m用用D Di1i1和和D Di2i2的值代入，可求得出放大的值代入，可求得出放大(fngd)(fngd)罐的搅拌转速：罐的搅拌转速：第三十九页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容项项 目目试验罐试验罐放大罐放大罐公称体积公称体积V/m30.120装料体积装料体积VL/m30.0612放大倍数放大倍数1200高径比高径比H/D2.42.4液柱高液柱高VL/D1.51.5搅拌转速搅拌转速n350109第四十页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容相似相似(xin s)放放大法大法 根据根据(gnj)(gnj)相似理论，保持无因次准数（相似准数）相相似理论，保持无因次准数（相似准数）相等的原则进行放大等的原则进行放大。基于对过程的了解，确定影响因素，。基于对过程的了解，确定影响因素，用因次分析求得相似准数，根据相似理论的第一定律，用因次分析求得相似准数，根据相似理论的第一定律，系统相似时同一相似准数的数值相同，计算后，进行放系统相似时同一相似准数的数值相同，计算后，进行放大。大。第四十一页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容数学模拟放大数学模拟放大(fngd)法法 数学模拟放大是数学模拟放大是用数学方程式表述用数学方程式表述实际过程实际过程和实验结果，然后和实验结果，然后(rnhu)(rnhu)计算机模拟研究、设计，放大。计算机模拟研究、设计，放大。一般地，先对过程一般地，先对过程进行合理简化，提出物理模型，模拟进行合理简化，提出物理模型，模拟实际过程实际过程。再对物理模型。再对物理模型进行数学描述，从而得到数学进行数学描述，从而得到数学模型模型。最后。最后在计算机上研究各参数在计算机上研究各参数的变化对过程的影响。的变化对过程的影响。第四十二页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 中试放大的研究中试放大的研究(ynji)内内容容1.1.生产工艺路线生产工艺路线(lxin)(lxin)的复审的复审 在中试放大阶段，只是确定具体工艺操作和条件以适应在中试放大阶段，只是确定具体工艺操作和条件以适应工业生产。工业生产。但是当选定的工艺路线和工艺过程，但是当选定的工艺路线和工艺过程，在中试放在中试放大时暴露出难以克服的重大问题时，就需要复审实验大时暴露出难以克服的重大问题时，就需要复审实验室工艺路线，修正其工艺过程。室工艺路线，修正其工艺过程。第四十三页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容2.2.设备材质与型式设备材质与型式(xn sh)(xn sh)的选的选择择 开始中试放大时应考虑所需各种开始中试放大时应考虑所需各种设备的材质设备的材质和和型式型式，并并考查考查(koch)(koch)是否合适是否合适，尤其应注意，尤其应注意接触腐蚀性物料的接触腐蚀性物料的设备材质的选择设备材质的选择。第四十四页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 一般来讲，如果反应是在酸性介质中进行一般来讲，如果反应是在酸性介质中进行(jnxng)(jnxng)，就要用就要用防酸材料的设备防酸材料的设备,如搪玻璃容器如搪玻璃容器。如果是在碱性。如果是在碱性介质中反应，就得采用介质中反应，就得采用防碱材料的设备防碱材料的设备，如，如不锈钢设备不锈钢设备。贮存贮存浓盐酸应采用玻璃容器浓盐酸应采用玻璃容器，贮存，贮存浓硫酸应采用铁制容浓硫酸应采用铁制容器器，贮存，贮存浓硝酸应采用铝浓硝酸应采用铝制容器。制容器。第四十五页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容3.3.搅拌器型式搅拌器型式(xn sh)(xn sh)与搅拌速度的考查与搅拌速度的考查 药物合成反应中的反应大多是非均相反应，其反应热药物合成反应中的反应大多是非均相反应，其反应热效应较大效应较大(jio d)(jio d)。在实验室中由于物料体积较小，搅拌效率好，传热、在实验室中由于物料体积较小，搅拌效率好，传热、传质的问题表现不明显，但是在中试放大时，由于传质的问题表现不明显，但是在中试放大时，由于搅拌搅拌效率的影响，传热，传质的问题效率的影响，传热，传质的问题就突出地暴露出来。就突出地暴露出来。第四十六页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 因此，中试放大时必须根据因此，中试放大时必须根据物料性质物料性质(xngzh)(xngzh)和和反应反应特点特点注意研究搅拌器的型式，考察搅拌速度对反应规律的注意研究搅拌器的型式，考察搅拌速度对反应规律的影响，特别是在固液非均相反应时，要选择合乎反应要影响，特别是在固液非均相反应时，要选择合乎反应要求的求的搅拌器型式搅拌器型式和和适宜的搅拌速度适宜的搅拌速度。第四十七页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容4.4.反应条件反应条件(tiojin)(tiojin)的进一步研的进一步研究究 实验室阶段获得的最佳反应条件不一定能符合中实验室阶段获得的最佳反应条件不一定能符合中试放大要求。应该就其中的试放大要求。应该就其中的主要的影响因素，主要的影响因素，如放如放热反应中的热反应中的加料速度加料速度，反应罐的，反应罐的传热面积与传热系数传热面积与传热系数，以及制冷剂等以及制冷剂等因素因素进行深入的试验研究进行深入的试验研究(ynji)，掌握它掌握它们在中试装置中的变化规律，以得到更合适的反应条件们在中试装置中的变化规律，以得到更合适的反应条件。第四十八页，共一百二十二页。例如：磺胺例如：磺胺5 5甲氧嘧啶生产的中间体甲氧嘧啶生产的中间体甲氧基乙醛缩二甲酯甲氧基乙醛缩二甲酯是由是由氯乙醛缩二甲酯氯乙醛缩二甲酯与与甲醇钠甲醇钠反应制得的。反应制得的。ClCHClCH2 2CH(OCHCH(OCH3 3)2 2 CHCH3 3OCHOCH2 2CH(OCHCH(OCH3 3)2 2 实验室阶段甲醇钠浓度用实验室阶段甲醇钠浓度用2020左右，在反应罐内显示左右，在反应罐内显示101010105 5PaPa的的压力时，反应温度才能达到为压力时，反应温度才能达到为140140。中试时中试时在反应罐上安装了在反应罐上安装了分分馏塔馏塔，随着甲醇馏分流出，罐内甲醇钠浓度逐渐升高，同时反应生，随着甲醇馏分流出，罐内甲醇钠浓度逐渐升高，同时反应生成物沸点较高，反应物可在常压下顺利加热到成物沸点较高，反应物可在常压下顺利加热到140 140，从而，从而(cng r)(cng r)把原来把原来加压条件加压条件改进为改进为常压条件常压条件。CH3ONa一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容第四十九页，共一百二十二页。一、中试放大的研究一、中试放大的研究(ynji)(ynji)内容内容5.5.工艺流程工艺流程(n y li chn)(n y li chn)与操作方法的确定与操作方法的确定 在中试放大阶段由于在中试放大阶段由于(yuy)处理物料增加，因而又必要处理物料增加，因而又必要考虑使反应与后处理的操作方法如何适应工业生产的要考虑使反应与后处理的操作方法如何适应工业生产的要求，特别要注意求，特别要注意缩短工序、简化操作缩短工序、简化操作。主要从。主要从加料加料方法方法、物料分离物料分离和和输送输送等方面考虑。等方面考虑。第五十页，共一百二十二页。一、中试一、中试(zhn sh)(zhn sh)放大的研究内容放大的研究内容6.6.原辅材料和中间体的质量原辅材料和中间体的质量(zhling)(zhling)控制控制 1)1)原辅材料、中间体的物理性质和化工参数的测定。原辅材料、中间体的物理性质和化工参数的测定。如比热、粘度、如比热、粘度、爆炸爆炸(bozh)(bozh)极限极限等。等。2)2)原辅材料、中间体质量标准的制定。原辅材料、中间体质量标准的制定。第五十一页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 7.7.安全生产与安全生产与“三废三废(snfi)(snfi)”防治措施的研究防治措施的研究 小试时由于原料用量少，安全生产与小试时由于原料用量少，安全生产与“三废三废”问问题不时很明显题不时很明显(mngxin)，但在中试阶段，原料用量多，但在中试阶段，原料用量多，安全生产与安全生产与“三废三废”问题就会明显问题就会明显(mngxin)暴露出来，暴露出来，因此，在因此，在该阶段应就使用易燃、易爆和有毒物质的该阶段应就使用易燃、易爆和有毒物质的安全生产和劳动保护等问题进行研究，提出妥善的安全生产和劳动保护等问题进行研究，提出妥善的安全技术措施。安全技术措施。第五十二页，共一百二十二页。一、中试放大一、中试放大(fngd)(fngd)的研究内容的研究内容 8.8.消耗定额、原料消耗定额、原料(yunlio)(yunlio)成本、操作工时与生产周期的计算。成本、操作工时与生产周期的计算。1 1成品所消耗各成品所消耗各种物料种物料(w(w li li o)o)的千克数。的千克数。1 1成品所消耗各种物成品所消耗各种物料价值的总和。料价值的总和。每一操作工序每一操作工序从开始至从开始至终了所需的终了所需的实际作业时实际作业时间间从合成的第一步反应开始到从合成的第一步反应开始到最后一步获得成品为止，最后一步获得成品为止，生生产一个批号成品产一个批号成品所需时间的所需时间的总和。总和。第五十三页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算 物料衡算也反应了生产过程的实际情况和完善程度，物料衡算也反应了生产过程的实际情况和完善程度，如果对一个生产过程的物料衡算做的很完善，就表示我如果对一个生产过程的物料衡算做的很完善，就表示我们对这个生产过程的了解比较们对这个生产过程的了解比较(bjio)深入。深入。根据根据(gnj)(gnj)质量守恒定律，以生产过程或生产单元设质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其备为研究对象，对其进出口处进行定量计算进出口处进行定量计算，称为物，称为物料衡算。料衡算。第五十四页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算 物料衡算的理论物料衡算的理论(lln)基础基础物料衡算有两种情况：物料衡算有两种情况：针对已有的生产设备和装置针对已有的生产设备和装置，利用实际，利用实际(shj)(shj)测定的测定的数据，数据，计算出一些不能直接测定的物料量计算出一些不能直接测定的物料量。利用计算结果，。利用计算结果，对对生产生产情况进行情况进行分析和判断分析和判断，提出改进措施提出改进措施；也可用于；也可用于检查原料利用率检查原料利用率和和“三废三废”处理处理情况。情况。第五十五页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算 物料物料(w lio)衡算的理论基础衡算的理论基础 为了为了(wi le)(wi le)设计一种新的设备或装置设计一种新的设备或装置，根据，根据设计设计任务，任务，先作物料衡算，再经能量平衡求出设备或过先作物料衡算，再经能量平衡求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个设备流程。程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个设备流程。第五十六页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算 确定物料衡算的计算确定物料衡算的计算(j sun)基准基准 (1)(1)以以每批操作每批操作为基准，适用于为基准，适用于间歇操作设备间歇操作设备、标准标准或定型设备或定型设备的物料平衡，合成药物的物料平衡，合成药物(yow)(yow)的生产以间歇操的生产以间歇操作居多。作居多。(2)(2)以以单位时间单位时间为基准，适用于为基准，适用于连续操作设备连续操作设备的物料的物料衡算。衡算。(3)(3)以以每公斤产品每公斤产品为基准，以确定为基准，以确定原材料的消耗定原材料的消耗定额额。第五十七页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算 每年设备操作每年设备操作(cozu)时时间间 车间设备车间设备每年正常开工生产的天数每年正常开工生产的天数(tinsh)(tinsh)，一般以，一般以330330天计算天计算，余下的，余下的3636天作为车间检修时间天作为车间检修时间。对于工艺技术。对于工艺技术尚未成熟或腐蚀性大的车间一般以尚未成熟或腐蚀性大的车间一般以300300天或更少一些时间天或更少一些时间计算（计算（270270天）。天）。连续操作连续操作设备也有按每年设备也有按每年8000800070007000小时为设计计小时为设计计算的基础。算的基础。第五十八页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算 物料物料(w lio)衡算步骤衡算步骤1)1)收集和计算所必需收集和计算所必需(bx)(bx)的基本数据。的基本数据。4)4)进行物料衡算进行物料衡算2)2)列出化学反应方程式，包括主反应和副反应；列出化学反应方程式，包括主反应和副反应；根据给定条件画出流程简图。根据给定条件画出流程简图。3)3)选择物料计算的基准。选择物料计算的基准。第五十九页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算 物料物料(w lio)衡算步骤衡算步骤5)5)列出物料平衡表：列出物料平衡表：输入与输出的物料衡算表；输入与输出的物料衡算表；“三废三废”排放量表；排放量表；计算计算(j sun)(j sun)原辅材料消耗定额，原辅材料消耗定额，通常按生产通常按生产1kg1kg产品计算。产品计算。第六十页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算物理物理(wl)(wl)过程过程例例1 1 拟拟用用连连续续精精馏馏塔塔分分离离苯苯和和甲甲苯苯混混合合液液。已已知知混混合合液液的的进进料料流流量量为为200kmol200kmol h h-1-1，其其中中(qzhng)(qzhng)含含苯苯0.40.4(摩摩尔尔分分率率，下下同同)，其其余余为为甲甲苯苯。若若规规定定塔塔底底釜釜液液中中苯苯的的含含量量不不高高于于0.010.01，塔塔顶顶馏馏出出液液中中苯苯的的回回收收率率不不低低于于98.5%98.5%，试试通通过过物物料料衡衡算算确确定定塔塔顶顶馏馏出出液液、塔塔釜釜釜釜液液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。第六十一页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算对全塔进行对全塔进行(jnxng)总物料衡算得总物料衡算得(a)对苯进行物料衡算得对苯进行物料衡算得(b)由塔顶馏出液中苯的回收率得由塔顶馏出液中苯的回收率得(c)联解式联解式(a)(a)、(b)(b)和和(c)(c)得得=80kmol h-1，=120kmol h-1，=0.985第六十二页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算表表1 1 苯和甲苯精馏过程苯和甲苯精馏过程(guchng)(guchng)的物料平衡表的物料平衡表摩尔组摩尔组成成/%/%苯：苯：0.010.01甲苯甲苯(ji bn)(ji bn)：0.990.99输输入入物料物料名称名称流量流量/kmol/kmol h h-1摩尔组摩尔组成成/%/%输输出出物料物料名称名称流量流量/kmol/kmol h h-1苯和苯和甲苯甲苯混合混合液液200200苯：苯：0.40.4甲苯：甲苯：0.60.6馏出液馏出液8080釜液釜液120120总计总计200200总计总计200200第六十三页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算1.1.收集收集(shuj)(shuj)有关计算数据有关计算数据 为了进行物料衡算，应根据中试放大数据或生产操作为了进行物料衡算，应根据中试放大数据或生产操作记录，收集下列各项数据：记录，收集下列各项数据：反应物的配料比反应物的配料比，原辅材料原辅材料、半成品半成品、成品成品及及副产品副产品等的等的名称、浓度、纯度名称、浓度、纯度(chnd)或组或组成等成等。化学过程化学过程第六十四页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算2.2.限制反应物限制反应物 在参与在参与(cny)(cny)反应的反应物中，其中之一为有限的，反应的反应物中，其中之一为有限的，以最小的化学计量存在的反应物。以最小的化学计量存在的反应物。第六十五页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算3.3.过量反应物过量反应物 该反应物超过该反应物超过(chogu)(chogu)与限制反应物反应的化学计量。与限制反应物反应的化学计量。反应物的过量反应物的过量(guling)程度，常以过量程度，常以过量(guling)百分数表示，即百分数表示，即第六十六页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算4.4.反应反应(fnyng)(fnyng)完全程度完全程度 这是用以衡量反应是否进行完全。这是用以衡量反应是否进行完全。第六十七页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算5.5.转化率转化率 对某一组分来说，对某一组分来说，反应物所消耗的物料量反应物所消耗的物料量与与投入反投入反应物料量应物料量之比简称该组分的转化率。一般之比简称该组分的转化率。一般(ybn)(ybn)以百分以百分率表示。率表示。第六十八页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算 某些化学反应过程，主要反应物经一次反应的转化率某些化学反应过程，主要反应物经一次反应的转化率不高，甚至很低，但未反应的主要反应物经分离回收后不高，甚至很低，但未反应的主要反应物经分离回收后可循环使用可循环使用(shyng)(shyng)，此时的转化率有单程转化率和总转化，此时的转化率有单程转化率和总转化率之分。率之分。单程单程(dnchng)(dnchng)转化率与总转化率转化率与总转化率第六十九页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡算例例2 2 用苯氯化制备氯苯时，为减少副产物二氯苯的生成用苯氯化制备氯苯时，为减少副产物二氯苯的生成量，应控制量，应控制(kngzh)(kngzh)氯的消耗量。已知每氯的消耗量。已知每100mol100mol苯与苯与40mol40mol氯反应，反应产物中含氯反应，反应产物中含38mol38mol氯苯、氯苯、1mol1mol二氯苯以及二氯苯以及61mol61mol未反应的苯。反应产物经分离可回收未反应的苯。反应产物经分离可回收60mol60mol的苯，的苯，损失损失1mol1mol苯。试计算苯的单程转化率和总转化率。苯。试计算苯的单程转化率和总转化率。单程单程(dnchng)(dnchng)转化率与总转化率转化率与总转化率第七十页，共一百二十二页。二、物料二、物料(w lio)(w lio)衡算衡