工艺流程设计.ppt
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1、PharmaceuticalEngineering3.1概述概述3.2工工艺艺流程流程设计设计技技术术3.3工工艺艺流程流程图图第第3章章工工艺艺流程流程设计设计PharmaceuticalEngineering工艺流程设计工艺流程设计 3.1概述生产工艺流程设计生产工艺流程设计试验工艺流程设计试验工艺流程设计仅有文献资仅有文献资料,尚未进料,尚未进行生产行生产技术成熟、技术成熟、大量生产大量生产PharmaceuticalEngineering3.1.1工工艺艺流程流程设计设计的作用的作用3.1.2工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务3.1.3工工艺艺流程流程设计设计的基本程序的基本程序3.
2、1.4工工艺艺流程流程设计设计的成果的成果3.1概述GoPharmaceuticalEngineering工工艺艺流流程程设设计计是是工工程程设设计计中中最最重重要要、最最基基础础的的设设计计步步骤骤,工工艺艺流流程程设设计计是是在在确确定定的的原原料料路路线线和和技技术术路路线线的的基基础础上上进进行行的的,它它是是整整个个工工艺艺设设计计的的中中心心,对对后后续续的的物物料料衡衡算算、工工艺艺设设备备设设计计、车车间间布布置置设设计计和和管管道道布布置置设设计计等等单单项项设设计计起起着着决决定定性性的的作作用用,并并与车间布置设计一起决定着车间或装置的基本面貌。与车间布置设计一起决定着车
3、间或装置的基本面貌。3.1.1工工艺艺流程流程设计设计的作用的作用1.确定工艺流程的组成确定工艺流程的组成2.确定载能介质的技术规格和流向确定载能介质的技术规格和流向3.确定操作条件和控制方法确定操作条件和控制方法4.确定安全技术措施确定安全技术措施5.绘制不同深度的工艺流程图绘制不同深度的工艺流程图PharmaceuticalEngineering3.1.2工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务GoPharmaceuticalEngineering工艺流程设计的任务内容:工艺流程设计的任务内容:1.确定工艺流程的组成确定工艺流程的组成确定流程中各生产过程的确定流程中各生产过程的具体内容、顺序和
4、组合方式具体内容、顺序和组合方式,是工艺流程设计的基本任务。是工艺流程设计的基本任务。可用设备之间的可用设备之间的位置关系位置关系和和物物料流向料流向来表示。来表示。3.1.2工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务PharmaceuticalEngineering2.确定载能介质的技术规格和流向确定载能介质的技术规格和流向常用的载能介质:常用的载能介质:水、水蒸汽、冷水、水蒸汽、冷冻盐水、空气冻盐水、空气(真空或压缩真空或压缩)。3.确定操作条件和控制方法确定操作条件和控制方法主要工艺参数有主要工艺参数有温度、压力、浓度、温度、压力、浓度、流量、流速和流量、流速和pHpH值值等。等。3.1.2工
5、工艺艺流程流程设计设计的任的任务务PharmaceuticalEngineering4.确定安全技术措施确定安全技术措施设置相应的预防和应急措施,如阻设置相应的预防和应急措施,如阻火器、报警装置、爆破片、安全阀、火器、报警装置、爆破片、安全阀、安全水封、放空管、溢流管、泄水安全水封、放空管、溢流管、泄水装置、防静电装置、防雷装置和事装置、防静电装置、防雷装置和事故贮槽等。故贮槽等。3.1.2工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务PharmaceuticalEngineering5.5.绘绘制不同深度的工制不同深度的工艺艺流程流程图图u初步设计初步设计u施工图设计施工图设计工艺流程框图工艺流程框图
6、 工艺流程示意图工艺流程示意图 物料流程图物料流程图 带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图 施施工工阶阶段段带带控控制制点点的的工工艺流程图。艺流程图。3.1.2工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务1.工艺路线的选择工艺路线的选择2.确定工艺流程的组成和顺序确定工艺流程的组成和顺序3.绘制工艺流程框图绘制工艺流程框图4.绘制工艺流程示意图绘制工艺流程示意图5.绘制物料流程图绘制物料流程图6.绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图7.绘制施工阶段带控制点的工艺流程图绘制施工阶段带控制点的工艺流程图PharmaceuticalEngineering3.1.3工
7、工艺艺流程流程设计设计的基本程序的基本程序GoPharmaceuticalEngineering3.1.3工工艺艺流程流程设计设计的基本程序的基本程序工艺流程设计的基本程序工艺流程设计的基本程序u工艺路线的选择工艺路线的选择u确定工艺流程的组成和顺序确定工艺流程的组成和顺序工业化实施的可行工业化实施的可行性、可靠性和先进性、可靠性和先进性;关键设备和特性;关键设备和特殊工艺条件或参数殊工艺条件或参数容易实现或达到容易实现或达到明确各单元反应和单元明确各单元反应和单元操作的主要设备、操作操作的主要设备、操作条件和基本操作参数条件和基本操作参数(如如温度、压力、浓度等温度、压力、浓度等)。确定各设
8、备之间的确定各设备之间的连接顺序以及载能连接顺序以及载能介质的技术规格和介质的技术规格和流向流向PharmaceuticalEngineeringu绘制工艺流程框图绘制工艺流程框图方方框框、文文字字和和箭箭头头等等形形式式定定性性表表示示出出由由原原料料变变成成产产品品的的路路线线和和顺序,绘制出工艺流程框图。顺序,绘制出工艺流程框图。图图例例、箭箭头头和和必必要要的的文文字字说说明明定定性性表表示示出出由由原原料料变变成成产产品品的的路路线和顺序。线和顺序。u绘制工艺流程示意图绘制工艺流程示意图3.1.3工工艺艺流程流程设计设计的基本程序的基本程序PharmaceuticalEngineer
9、ingu绘制物料流程图绘制物料流程图物料衡算和能量衡算物料衡算和能量衡算物料流程图物料流程图u绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图设备、管道的工艺计算以及仪表自控设计设备、管道的工艺计算以及仪表自控设计初步设计阶段带控制点的工艺流程图初步设计阶段带控制点的工艺流程图设备一览表设备一览表3.1.3工工艺艺流程流程设计设计的基本程序的基本程序PharmaceuticalEngineeringu绘制施工阶段带控制点的工艺流程图绘制施工阶段带控制点的工艺流程图对对工工艺艺流流程程图图中中所所选选用用的的设设备备、管管道道、阀阀门门、仪仪表表等等作作必必要要的的修修改
10、改、完完善善和和进进一一步步的的说说明明。在在此此基基础础上上,可绘制出施工阶段带控制点的工艺流程图。可绘制出施工阶段带控制点的工艺流程图。3.1.3工工艺艺流程流程设计设计的基本程序的基本程序PharmaceuticalEngineering初初步步设设计计阶阶段段的的主主要要成成果果是是初初步步设设计计阶阶段带控制点的工艺流程图段带控制点的工艺流程图;施施工工图图设设计计阶阶段段的的主主要要成成果果是是施施工工阶阶段段带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图。3.1.4工工艺艺流程流程设计设计的成果的成果PharmaceuticalEngineering3.2.1工工艺艺流程流程设计设计中
11、的方案比中的方案比较较3.2.2完善工完善工艺艺流程流程3.2.3工工艺艺流程流程设计设计中中应应考考虑虑的技的技术问题术问题3.2工工艺艺流程流程设计设计技技术术GoPharmaceuticalEngineering在在进进行行方方案案比比较较时时首首先先应应明明确确评评判判标标准准。许许多多技技术术经经济济指指标标,如如产产物物收收率率、原原料料单单耗耗、能能量量单单耗耗、产产品品成成本本、设设备备投投资资、操操作作费费用用等等均均可可作作为为方方案案比比较较的的评评判判标标准准。此此外外,环环保保、安安全全、占占地地面面积积等等也也是是方方案案比比较较时时应应考考虑虑的的重重要要因素。因
12、素。例例3-1、例、例3-2、例、例3-3、例、例3-43.2.1工工艺艺流程流程设计设计中的方案比中的方案比较较PharmaceuticalEngineering实例实例3-1在药品在药品精制精制中,粗品常先用溶剂中,粗品常先用溶剂溶解,然后加入活性炭脱色,最后再滤除活溶解,然后加入活性炭脱色,最后再滤除活性炭等固体杂质。假设溶剂为低沸点易挥发性炭等固体杂质。假设溶剂为低沸点易挥发溶剂,试确定适宜的溶剂,试确定适宜的过滤流程过滤流程。解:首先解:首先选选定定过滤过滤速度速度和和溶溶剂剂收率收率为为方方案案比较的评判标准。比较的评判标准。Example3.1PharmaceuticalEngi
13、neering图图3-1常压过滤方案常压过滤方案 采用常压过滤方案采用常压过滤方案虽可滤除活性炭等虽可滤除活性炭等固体杂质,但过滤固体杂质,但过滤速度较慢速度较慢SchemeI:常常压过滤压过滤PharmaceuticalEngineering 图图3-2真空抽滤方案真空抽滤方案SchemeII:真空抽真空抽滤滤采用真空抽滤采用真空抽滤 方式,过滤速度明显加快,方式,过滤速度明显加快,从而克服了方案从而克服了方案I过滤速度较过滤速度较慢的缺陷,但由于出口未设慢的缺陷,但由于出口未设置冷凝器,因而易造成大置冷凝器,因而易造成大 量量低沸点溶剂的挥发损失低沸点溶剂的挥发损失,使溶剂的收率下降使溶剂
14、的收率下降PharmaceuticalEngineeringSchemeIII:真空抽真空抽滤滤冷凝冷凝图图3-3真空抽滤真空抽滤-冷凝方案冷凝方案 在出口设置了冷在出口设置了冷凝器,以回收低凝器,以回收低沸点溶剂,从而沸点溶剂,从而减少了溶剂的挥减少了溶剂的挥发损失,提高了发损失,提高了溶剂的收率溶剂的收率PharmaceuticalEngineeringSchemeIV:加压过滤:加压过滤图图3-4加压过滤方案加压过滤方案 在压滤器上部通入压在压滤器上部通入压缩空气或氮气,即采缩空气或氮气,即采用加压过滤方式,过用加压过滤方式,过滤速度快,且溶剂的滤速度快,且溶剂的挥发损失挥发损失 很少很
15、少PharmaceuticalEngineering 实实例例3-2用用混混酸酸硝硝化化氯氯苯苯制制备备混混合合硝硝基基氯氯苯苯。已已知知混混酸酸的的组组成成为为:HNO347%、H2SO449%、H2O4%;氯氯苯苯与与混混酸酸中中HNO3的的摩摩尔尔比比为为1:1.1;反反应应开开始始温温度度为为4055oC,并并逐逐渐渐升升温温至至80oC;硝硝化化时时间间为为2h;硝硝化化废废酸酸中中含含硝硝酸酸小小于于1.6%,含含混混合合硝硝基基氯氯苯苯为为获获得得混混合合硝硝基基氯氯苯苯量量的的1%。试试通通过过方方案案比比较较,确确定定适适宜的宜的硝化及后处理工艺流程硝化及后处理工艺流程。解解
16、:首首先先选选定定混混合合硝硝基基氯氯苯苯的的收收率率以以及及硫硫酸酸、硝硝酸酸及及氯氯苯的苯的单单耗作耗作为为方案比方案比较较的的评评判判标标准。准。Example3.2PharmaceuticalEngineeringSchemeI:硝化硝化分离分离硝化硝化-分离方案分离方案 PharmaceuticalEngineeringSchemeII:硝化硝化分离分离萃取萃取硝化硝化-分离分离-萃取方案萃取方案 PharmaceuticalEngineeringSchemeIII:硝化硝化分离分离萃取萃取浓缩浓缩硝化硝化-分离分离-萃取萃取-浓缩方案浓缩方案 PharmaceuticalEngin
17、eering 例例3-3在在加加压压连连续续釜釜式式反反应应器器中中,用用混混酸酸硝硝化化苯苯制制备备硝硝基基苯苯。已已知知混混酸酸组组成成为为:HNO35%、H2SO465%、H2O30%;苯苯与与混混酸酸中中HNO3的的摩摩尔尔比比为为1:1.1;反反应应压压力力为为0.46MPa,反反应应温温度度为为130oC;反反应应后后的的硝硝化化液液进进入入连连续续分分离离器器,分分离离出出的的酸酸性性硝硝基基苯苯和和废废酸酸的的温温度度约约为为120oC;酸酸性性硝硝基基苯苯经经冷冷却却、碱碱洗洗、水水洗洗等等处处理理工工序序后后送送精精制制工工段段。试试以以单单位位能能耗耗为为评评判判标标准准
18、,确确定定适适宜的工艺流程宜的工艺流程。解解:以以单单位位能能耗耗为为方方案案比比较较的的评评判判标标准准,确确定定适适宜宜的工的工艺艺流程。流程。Example3.3PharmaceuticalEngineeringSchemeI:间接水冷:间接水冷-常压浓缩常压浓缩间接水冷间接水冷-常压浓缩方案常压浓缩方案 PharmaceuticalEngineeringSchemeII:原料预热:原料预热-闪蒸浓缩闪蒸浓缩原料预热原料预热-闪蒸浓缩方案闪蒸浓缩方案 PharmaceuticalEngineering 例例3-4甲甲苯苯用用浓浓硫硫酸酸磺磺化化制制备备对对甲甲苯苯磺磺酸酸的的反反应应方方
19、程程式式为为已已知知反反应应在在间间歇歇釜釜(磺磺化化釜釜)中中进进行行,磺磺化化反反应应速速度度与与甲甲苯苯浓浓度度成成正正比比,与与硫硫酸酸含含水水量量的的平平方方成成反反比比。为为保保持持较较高高的的反反应应速速度度,可可向向甲甲苯苯中中慢慢慢慢加加入入浓浓硫硫酸酸。同同时时,应应采采取取措措施施将将磺磺化化生生成成的的水水及及时时移移出出磺磺化化釜釜。试试通通过过方方案案比比较较,确确定定适宜的适宜的脱水工艺流程脱水工艺流程。解解:磺磺化化过过程程中中产产生生的的水水能能否否及及时时移移走走以以及及脱脱水水后后的的甲甲苯能否及苯能否及时时返回磺化釜可作返回磺化釜可作为为方案比方案比较较
20、的的评评判判标标准。准。Example3.4PharmaceuticalEngineeringSchemeI:间歇脱水:间歇脱水图图3-10间歇脱水方案间歇脱水方案 PharmaceuticalEngineeringSchemeII:连续脱水:连续脱水 图图3-11连续连续脱水方案脱水方案 根据单元操作或单元反应所涉及的主要设备为单位根据单元操作或单元反应所涉及的主要设备为单位标明进料和出料的名称、组成及工艺条件;标明进料和出料的名称、组成及工艺条件;根据单元操作或单元反应过程的温度、热效应等情况根据单元操作或单元反应过程的温度、热效应等情况确定传热设备和载能介质的技术规格;确定传热设备和载能
21、介质的技术规格;根据单元操作或单元反应过程的参数显示和控制方式根据单元操作或单元反应过程的参数显示和控制方式确定仪表和自动控制方案;确定仪表和自动控制方案;根据单元操作或单元反应过程的燃烧、爆炸、毒害情况,根据单元操作或单元反应过程的燃烧、爆炸、毒害情况,确定相应的安全技术措施;确定相应的安全技术措施;根据单元操作或单元反应过程所产生的污染物根据单元操作或单元反应过程所产生的污染物确定相应的污染治理方案等等。确定相应的污染治理方案等等。以以单单元元操操作作或或单单元元反反应应为为中中心心,完完善善工工艺艺流程流程PharmaceuticalEngineering 例例工工业业生生产产中中,硝硝
22、化化混混酸酸的的配配制制常常在在间间歇歇搅搅拌拌釜釜中中进进行行,试试以以搅搅拌拌釜釜为为中中心心,完完善善硝硝化化混混酸酸配配制制过过程程的的工工艺艺流程。流程。3.2.2完善工完善工艺艺流程流程PharmaceuticalEngineering图图3-12混酸配制过程的工艺流程示意图混酸配制过程的工艺流程示意图 3.2.2完善工完善工艺艺流程流程PharmaceuticalEngineering 例例在在合合成成抗抗菌菌药药诺诺氟氟沙沙星星的的生生产产中中,以以对对氯氯硝硝基苯为原料制备对氟硝基苯的反应方程式为基苯为原料制备对氟硝基苯的反应方程式为 反反应应拟拟在在间间歇歇釜釜式式反反应应
23、器器中中进进行行,试试以以反反应应器器为为中心中心,完善反应过程的工艺流程。,完善反应过程的工艺流程。3.2.2完善工完善工艺艺流程流程PharmaceuticalEngineering图图3-13氟化反氟化反应过应过程的工程的工艺艺流程示意流程示意图图 3.2.2完善工完善工艺艺流程流程PharmaceuticalEngineering1.生生产产方式的方式的选择选择 2.提高提高设备设备利用率利用率 3.物料的回收与套用物料的回收与套用 4.能量的回收与利用能量的回收与利用 5.安全技术措施安全技术措施6.仪仪表和控制方案的表和控制方案的选择选择3.2.3工工艺艺流程流程设计设计中中应应考
24、考虑虑的技的技术问题术问题GoPharmaceuticalEngineeringv产品的生产方式产品的生产方式连续生产连续生产间歇生产间歇生产联合生产方式联合生产方式1.生生产产方式的方式的选择选择 PharmaceuticalEngineering 例例3-7某某产产品品的的生生产产过过程程由由磺磺化化、冷冷却却中中和和、浓浓缩缩三三道道工工序序组组成成,磺磺化化液液和和中中和和液液均均为为液液态态,磺磺化化釜釜的的操操作作周周期期为为12h,冷冷却却中中和和釜釜的的操操作作周周期期为为4h,浓浓缩缩釜釜的的操操作作周周期期为为8h。试试确确定定适适宜宜的设备配置方案。的设备配置方案。解:该
25、产品的生产过程有多种不同的设备配解:该产品的生产过程有多种不同的设备配置方案置方案.2.提高提高设备设备利用率利用率 设备设备名称名称磺化釜磺化釜冷却中和釜冷却中和釜浓缩浓缩釜釜操作周期操作周期/h1248方方案案I设备设备台数台数11111(1/6)1(1/3)日日总总操作批数操作批数1(2)1(6)1(3)每台设备日闲置时间每台设备日闲置时间/h12(0)20(0)16(0)为为保保持持主主要要设设备备之之间间的的能能力力平平衡衡,提提高高设设备备利利用用率率,设设备备台数、批生台数、批生产产能力和操作周期之能力和操作周期之间应满间应满足下列关系足下列关系(3-1)Pharmaceutic
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