中试放大与生产工艺规程-(2)讲课教案.ppt
《中试放大与生产工艺规程-(2)讲课教案.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中试放大与生产工艺规程-(2)讲课教案.ppt(97页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、一、化学(huxu)制药工艺研究的三个阶段1、实验室研究阶段1)本阶段的任务:通过实验找出科学合理的合成路线和最佳的反应条件,为放大研究提供技术资料。2)小试进行到什么阶段才能中试?工艺过程明确,操作条件确定,产品收率稳定,质量可靠;建立了产品、中间体及原料的质量标准和分析方法;某些设备、管道材质的耐腐蚀实验已经进行,提出所需的一般设备和某些特殊设备及管道材质的性能;有初步的“三废”处理方案和安全生产要求。已提出所需原料的规格和单耗数量第一节中试(zhnsh)放大研究第一页,共97页。2、中试放大1)什么是中试放大 中试放大就是把实验室小试研究(ynji)确定的工艺路线与条件,在中试车间进行试
2、验研究(ynji),考察小试工艺的工业化生产的可能性,核对、校正和补充实验室数据,并优化工艺条件。2)为什么要进行中试放大 原料来源不同 搅拌方式不同 热量的传递方式不同 反应器的材质不同第二页,共97页。表5-1小试(xiosh)工艺与工业化生产工艺的比较第三页,共97页。3)中试放大的目的研究在中试规模装置中各单元反应的条件及变化规律。验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件,并解决实验室阶段所未能解决以及尚未发现的问题。通过中试放大可以得到先进、合理的生产工艺,并获得较确切的消耗定额,为物料衡算以及经济、有效的生产管理创造条件。为临床前药学和药理毒理学研究以及临床试验提供一定数量的
3、药品。研究确定工业化生产所需设备结构、材质、安装和车间(chjin)布置。6、在中试放大的基础上制定生产工艺规程。第四页,共97页。3、工业化生产阶段 设计(shj)、建厂、设备安装完成以后,进入试车阶段,如果一切顺利的话,即可进行正式生产。正式生产后,工艺研究还需要继续进行,这是因为:生产工艺上会继续发生许多以前没有发现的问题;中间体和产品质量要求不断提高;随着原材料和新工艺的发展、新技术的发展,常常迫使车间采用新原料、新工艺设备,于是要求重新研究工艺过程和反应条件;副产品和“三废”的回收、综合利用及处理问题在中试阶段不可能全部解决。第五页,共97页。二、中试放大的研究方法1.相关概念放大系
4、数:在放大过程中,称放大后的试验(或生产)规模(gum)与放大前规模(gum)之比为放大系数。放大现象:由于未充分认识放大规律,因过程规模(gum)变大造成指标不能重复的现象,称为放大现象。放大效应多指放大后反应状况的恶化、转化率下降、选择性下降,造成收率下降或产品质量劣化的现象负放大效应。放大中较好地解决了小型实验中不易解决的诸如计量、传热、搅拌等现象,少数场合也可使反应得到改善正放大效应。第六页,共97页。2、研究方法1)经验放大法:根据小试成功的方法和实验数据,结合研究开发者的经验,不断适当增大实验规模,修正前一次实验的参数,摸索反应过程和反应器的规模而进行的放大研究。优点:每次放大均建
5、立在实验基础上,可靠程度高。缺点:缺乏理论指导,对放大过程中存在的问题(wnt)很难提出解决方法;因放大系数不能太高。开发周期长;对同一过程,每次放大都要建立装置,开发成本高。第七页,共97页。n2相似放大法:主要应用相似理论,即根据放大后体系与原体系之间的相似性进行的放大研究(ynji)n几何相似:n运动相似:n动力相似:n热相似:n化学相似n一般来说,相似模拟放大仅适于简单的物理过程,不适用于化学反应。n3数学模拟放大法:是用数学方程式表达实际过程和实际结果,然后计算机模拟研究(ynji)、设计放大。n数学模拟放大虽有先进性,但建模十分困难,至今成功的例子并不多。第八页,共97页。三、中试
6、放大的研究(ynji)内容1生产工艺路线(lxin)的复审第九页,共97页。2、设备材质与型式(xnsh)的选择根据物质的性质来选择,通过防腐专业工具书,如腐蚀数据手册来选择不同的材质。酸性介质:采用防酸材料的反应釜碱性介质:采用不锈钢反应釜储存浓盐酸:玻璃钢储槽储存浓硫酸:铁质储槽储存浓硝酸:铝制储槽第十页,共97页。3.搅拌(jiobn)器型式与搅拌(jiobn)速度的考查第十一页,共97页。4反应条件(tiojin)的进一步研究第十二页,共97页。5工艺流程(nylichn)与操作方法的确定第十三页,共97页。6原辅材料和中间体的质量(zhling)监控7安全(nqun)生产与“三废”防
7、治措施的研究第十四页,共97页。第二节物料衡算物料衡算:是根据质量作用定律,对某体系进、出口处物料进行定量计算。研究某一个体系内进、出物料及组成的变化情况。体系:就是物料衡算的范围,可以是一个设备或多个设备,可以是一个单元操作或整个化工过程。意义:通过物料衡算,可深入分析生产过程,了解原料消耗定额,揭示(jish)物料利用情况;了解产品收率是否达到最佳数值,设备生产能力还有多大潜力;各设备生产能力是否匹配等。第十五页,共97页。物料衡算有两种情况:对已有的生产设备和装置,利用实际测定的数据,计算出另一些不能直接测定的物料量,利用计算结果,可对生产情况进行分析,作出判断,提出改进措施(cush)
8、。为了设计一种新的设备或装置,根据设计任务,先作物料衡算,求出每个主要设备进出的物料量,然后再作能量衡算,求出设备或过程的热负荷,从而确定设备尺寸及整个工艺流程。第十六页,共97页。1、物料衡算的理论(lln)基础n物料(wlio)衡算的理论基础为质量守恒定律:n即进入一个系统的全部物料(wlio)量必等于离开系统的全部物料(wlio)量,再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。n进入反应器的物料(wlio)量流出反应器物料(wlio)量反应器中的转化量反应器中的积累量n在化学反应系统中,物质的转化服从化学反应规律,可以根据化学反应方程式求出物质转化的定量关系。第十七页,共97页。2、确定物料
9、衡算的计算基准及每年设备操作(cozu)时间(1)物料衡算的基准(2)每年设备操作(cozu)时间第十八页,共97页。消耗定额是指生产1千克成品所消耗的各种原料的千克数原料成本是指生产1千克成品所消耗各种物料价值的总和操作工时是指每一操作工序从开始至终了所需的实际作业(zuy)时间(以小时计)生产周期是指从合成的第一步反应开始到最后一步获得成品为止,生产一个批号成品所需时间的总和(以工作天数计)。第十九页,共97页。n3、收集有关计算数据(shj)n相关计算数据(shj)n反应物的配料比,原辅材料、半成品、成品n副产品等的浓度、纯度或组成,车间总产率n阶段产率,转化率。n转化率n对某一组分来说
10、,反应物所消耗的物料量与投n入反应物料量之比简称该组分的转化率。一般n以百分率表示。第二十页,共97页。收率(产率)某重要产物实际收得量与投入原料计算的理论产量之比值(bzh),也以百分率表示。第二十一页,共97页。选择性各种(zhn)主、副产物中,主产物所占分率。第二十二页,共97页。例1甲氧苄氨嘧啶生产中由没食子酸经甲基化反应(fnyng)制备三甲氧苯甲酸工序,测得投料没食子酸25.0kg,未反应(fnyng)的没食子酸2.0kg,生成三甲氧苯甲酸24.0kg。试求没食子酸的转化率、选择性和产品收率。第二十三页,共97页。第二十四页,共97页。n甲苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。已知甲苯的甲
11、苯用浓硫酸磺化制备对甲苯磺酸。已知甲苯的投料量为投料量为1000kg1000kg,反应产物,反应产物(chnw)(chnw)中含对甲苯中含对甲苯磺酸磺酸1460kg1460kg,未反应的甲苯,未反应的甲苯20kg20kg。试分别计算甲。试分别计算甲苯的转化率、对甲苯磺酸的收率和选择性。苯的转化率、对甲苯磺酸的收率和选择性。n解:化学反应方程式为解:化学反应方程式为 分子量分子量 92 98 17218 第二十五页,共97页。n则甲苯则甲苯(ji bn)的转化率为的转化率为n对甲苯对甲苯(ji bn)磺酸的收率为磺酸的收率为n对甲苯对甲苯(ji bn)磺酸的选择性为磺酸的选择性为第二十六页,共9
12、7页。4、车间(chjin)总收率Y=Y1Y2Y3Y4例2甲氧苄氨嘧啶生产中,有甲基化反应工序Y1=83.1;酯化反应工序Y291.0;肼化反应工序)Y386.0;氧化(ynghu)反应工序Y476.5;缩合反应工序Y578.0;环合反应工序Y678.0;精制Y791.0,求车间总收率。Y=Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7=83.191.086.076.578.078.091.0=27.56第二十七页,共97页。n5、物料衡算的步骤n明确衡算的目的n确定衡算对象。收集必需的基本数据,写出化学反应方程式,包括主反应和副反应;根据给定条件画出流程简图,物料的流向用箭头表示n画出衡算的范围n选定衡算基准
13、n列出物料衡算方程进行求解n根据物料衡算结果(jigu),编制物料平衡表n输入与输出的物料衡算表n“三废”排量表n计算原辅材料消耗定额,通常按生产1kg产品计算。第二十八页,共97页。组分组分 输入输入 输出输出 kg/h kg/h w%w%kmol/h kmol/h y%y%kg/h kg/h w%w%kmol/h kmol/h y%y%A AB BC C总计总计第二十九页,共97页。n硝化混酸配制过程的物料硝化混酸配制过程的物料(w lio)(w lio)衡算。衡算。已知混酸组成为已知混酸组成为H2SO4 46%(H2SO4 46%(质量百分比,质量百分比,下同下同)、HNO3 46%HN
14、O3 46%、H2O 8%H2O 8%,配制混酸用的,配制混酸用的原料为原料为92.5%92.5%的工业硫酸、的工业硫酸、98%98%的硝酸及含的硝酸及含H2SO4 69%H2SO4 69%的硝化废酸。试通过物料的硝化废酸。试通过物料(w(w lio)lio)衡算确定配制衡算确定配制1000kg1000kg混酸时各原料的混酸时各原料的用量。为简化计算,设原料中除水外的其用量。为简化计算,设原料中除水外的其它杂质可忽略不计。它杂质可忽略不计。第三十页,共97页。解解:混混酸酸配配制制过过程程可可在在搅搅拌拌釜釜中中进进行行。以以搅搅拌拌釜釜为为衡衡算算范范围围,绘绘出出混混酸酸配配制制过过程程的
15、的物物料料衡衡算算示示意意图图。图图中中 GH2SO4GH2SO4为为92.5%92.5%的的硫硫酸酸(li(li sun)sun)用用量量,GHNO3 GHNO3 为为98%98%的的硝硝酸酸用用量量,G G废废 为为含含69%69%硫硫酸酸(li sun)(li sun)的废酸用量。的废酸用量。硝化混酸硝化混酸 1000kg 1000kg 混酸配制混酸配制搅搅 拌拌 釜釜图图4-1 4-1 混酸配制过程物料衡算示意图混酸配制过程物料衡算示意图第三十一页,共97页。解:取设备为衡算体系,解:取设备为衡算体系,1000kg1000kg混酸为计算基准混酸为计算基准对对HNO3HNO3进行物料衡算
16、得进行物料衡算得0.98 G0.98 G硝酸硝酸=0.46=0.46 1000 (a)1000 (a)对对H2SO4H2SO4进行物料衡算得进行物料衡算得0.925 G0.925 G硫酸硫酸(li sun)+0.69G(li sun)+0.69G废酸废酸=0.46=0.46 1000 1000 (b)(b)对对H2OH2O进行物料衡算得进行物料衡算得0.02G0.02G硝酸硝酸+0.075G+0.075G硫酸硫酸(li sun)+0.31G(li sun)+0.31G废酸废酸=0.08=0.08 1000 (c)1000 (c)解得:解得:G G硝酸硝酸=469kg,G=469kg,G硫酸硫酸
17、(li sun)=399.5kg,(li sun)=399.5kg,G G废酸废酸=131.1kg=131.1kg 混酸配制过程的物料平衡表混酸配制过程的物料平衡表(略)略)第三十二页,共97页。n一种废酸,组成为一种废酸,组成为2323(w%)HNO3(w%)HNO3,5757H2SO4H2SO4和和2020H2OH2O,加入,加入9393的的H2SO4H2SO4及及9090的的HNO3HNO3,要求,要求混合混合(hnh)(hnh)成成 27 27HNO3HNO3,6060H2SO4H2SO4的混合的混合(hnh)(hnh)酸,计算所需废酸及加入浓酸的量。酸,计算所需废酸及加入浓酸的量。n
18、解:(解:(1 1)画出流程简图)画出流程简图混合过程混合过程废酸 xkgHNO3 0.23H2SO4 0.57H2O 0.20 z kgHNO3 0.90H2O 0.10混合酸 HNO3 0.27H2SO4 0.60H2O 0.13y kgH2SO4 0.93H2O 0.07第三十三页,共97页。n(2 2)选择计算基准)选择计算基准(jzhn)4(jzhn)4个物流均可选,个物流均可选,选取选取100kg100kg混酸为基准混酸为基准(jzhn)(jzhn)。n(3 3)列物料衡算式)列物料衡算式n总物料衡算式总物料衡算式 x+y+z=100 x+y+z=100nH2SO4H2SO4的衡算
19、式的衡算式 0.57x+0.93y=100 0.57x+0.93y=100 0.6=600.6=60nHNO3HNO3的衡算式的衡算式 0.23x+0.90z=1000.27=27 0.23x+0.90z=1000.27=27n解方程得:解方程得:x=41.8kg;y=39kg;z=19.2kg x=41.8kg;y=39kg;z=19.2kg第三十四页,共97页。n例2、在精馏塔中分离(fnl)苯和甲苯的混合液。已知混合液的进料流量为200kmol.h-1,其中含苯40%(摩尔分数),其余为甲苯。若规定塔底釜液中苯的含量不高于1%,塔顶馏出液中苯的回收率不低于98.5%,试通过物料衡算确定塔
20、顶馏出液、塔底釜液的流量。第三十五页,共97页。n解:以连续精馏塔解:以连续精馏塔为衡算范围为衡算范围,绘出绘出物料物料(w lio)(w lio)衡衡算示意图。图中算示意图。图中F F为混合液的进料流为混合液的进料流量量,D,D为塔顶馏出液为塔顶馏出液的流量的流量,W,W为塔底釜为塔底釜液的流量液的流量,x,x为苯的为苯的摩尔分率。摩尔分率。n 图中共有图中共有3 3股物料股物料(w lio)(w lio),3 3个未个未知数,需列出知数,需列出3 3个个独立方程。独立方程。图图4-2 4-2 苯和甲苯混合液精馏苯和甲苯混合液精馏过程物料衡算过程物料衡算F=200kmol.h-1 xF=0.
21、4D,xDW,xW=0.01第三十六页,共97页。n对全塔进行对全塔进行(jnxng)(jnxng)总物料衡算得总物料衡算得 n D+W=200 (a)D+W=200 (a)n对苯进行对苯进行(jnxng)(jnxng)物料衡算得物料衡算得 nDxD+0.01W=200DxD+0.01W=200 0.4 (b)0.4 (b)n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 nDxD =200DxD =200 0.4 0.4 0.985 (c)0.985 (c)n联解式联解式(a)(a)、(b)(b)和和(c)(c)得得 nD=80kmolD=80kmol h-1h-1,W=120 kmo
22、lW=120 kmol h-1h-1,xD=0.985xD=0.985第三十七页,共97页。n例3浓度为20%(质量分数)的KNO3水溶液以1000kg/h流量送入蒸发器,在某温度下蒸出一部分水而得到浓度50%的KNO3水溶液,再送入结晶器冷却析出含有4%水分的KNO3晶体并不断取走。浓度为37.5%的KNO3饱和母液则返回蒸发器循环处理,该过程为连续(linx)稳定过程。试求结晶产品量、水分蒸发量、循环母液量、浓缩量。第三十八页,共97页。n例3:乙苯用混酸硝化,原料(工业用)乙苯的纯度为95%,混酸中(HNO3 32%H2SO4 56%、H2O 12%),HNO3过剩率(HNO3过剩量与理
23、论消耗量之比)为0.052,乙苯的转化率99%,转化为对、邻、间位分别为52%、43%和4%,若年产300吨对硝基(xio j)乙苯,年工作日300天,试以一天为基准作硝化反应的物料衡算。第三十九页,共97页。n解:(解:(1 1)每天应生产)每天应生产(shngchn)(shngchn)的对硝基乙苯的对硝基乙苯的量为:的量为:n 300 1000/300=1000kg 300 1000/300=1000kgn(2 2)每天需投料乙苯:)每天需投料乙苯:n (纯乙苯)(纯乙苯)n n x=1351/0.95=1422kg x=1351/0.95=1422kg(工业品)(工业品)第四十页,共97
24、页。n(3)每天副产邻、间位硝基(xio j)乙苯:1351第四十一页,共97页。n(4)每天需投料的混酸:第四十二页,共97页。n(5)反应消耗(xioho)乙苯:13510.99=1337.5kgn剩余乙苯:1351-1337.5=13.5kgn(6)反应消耗(xioho)HNO3:n剩余HNO3:843.7-793.9=49.8kgn(7)反应生成的H2O:第四十三页,共97页。n最后将物料(w lio)衡算列成表格:第四十四页,共97页。第四十五页,共97页。n例4兹以每年产300吨的安替比林为例,试作出重氮化过程(苯胺重氮化系整个生产工序的第一工序)的物料衡算。n设已知自苯胺开始的总
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 放大 生产工艺 规程 讲课 教案
限制150内