[精选]工艺流程设计与设备选型(PPT 42).pptx
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1、工艺流程设计与设备选型第第2222章章 P282P282本章内容22.1 22.1 制约工艺流程设计制约工艺流程设计22.222.2工艺设备的设计、选型与安装工艺设备的设计、选型与安装基本要求基本要求熟悉工熟悉工艺艺流程流程设计设计的任的任务务、内容、基本程序和成果;了、内容、基本程序和成果;了解工解工艺艺流程流程设计设计的原的原则则、依据。、依据。掌握工掌握工艺艺流程流程设计设计中的方案比中的方案比较较以及以及单单元操作或元操作或单单元反元反响响为为中心,完善工中心,完善工艺艺流程的流程的设计设计技技术术,掌握工,掌握工艺艺流程流程设设计计中中应应考考虑虑的技的技术问题术问题。掌握工掌握工艺
2、艺流程框流程框图图和工和工艺艺流程流程简图简图,熟悉物料流程,熟悉物料流程图图和和带带控制点的工控制点的工艺艺流程流程图图。掌握工掌握工艺设备设计艺设备设计与与选选型的型的阶阶段划分及内容,熟悉工段划分及内容,熟悉工艺艺设备设计选设备设计选型的主要依据。了解制型的主要依据。了解制药设备药设备GMPGMP设计设计的内容。的内容。22.1 22.1 制药工艺流程设计制药工艺流程设计一、制一、制药药工工艺过艺过程及制程及制药药工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务 工工艺艺就是就是选择选择切切实实可靠的生可靠的生产产技技术术路路线线,由原料到,由原料到产产品的加工品的加工过过程。程。典型的制典型的制药
3、药工工艺过艺过程程化学制化学制药药生生产过产过程的心程的心脏脏。1制制药药工工艺过艺过程程 工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务是在确定的原料路是在确定的原料路线线和技和技术术路路线线的基的基础础上,通上,通过图过图解和必要的文字解和必要的文字说说明将原料明将原料变变成成产产品包括品包括污污染物治理的全部染物治理的全部过过程表示出来。程表示出来。工工艺艺流程流程设计设计是是车间车间工工艺设计艺设计的核心,是的核心,是车间设计车间设计最最重要、最基重要、最基础础的的设计设计步步骤骤。工工艺艺流程流程设计设计是工程是工程设计设计所有所有设计设计工程中最先工程中最先进进行的行的一一项设计项设计,但随
4、着,但随着车间车间布置布置设计设计和其他和其他专业设计专业设计的的进进展,展,还还要不断地做一些修改和完善,要不断地做一些修改和完善,结结果几乎是最后果几乎是最后完成。完成。工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务主要是在初步主要是在初步设计阶设计阶段完成。段完成。2制制药药工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务 制制药药工工艺艺流程流程设计设计的任的任务务主要内容:主要内容:方案方案设计设计,确定生,确定生产产方法及生方法及生产产流程,是全部工流程,是全部工艺设计艺设计的的基基础础。物料物料热热量衡算。主要包括物料衡算、量衡算。主要包括物料衡算、热热量衡算以及量衡算以及设备计设备计算、算、设备选设
5、备选型等。型等。车间车间布置布置设计设计。主要任。主要任务务是确定整个工是确定整个工艺艺流程中的全部流程中的全部设设备备在平面和空在平面和空间间中的具体位置,相中的具体位置,相应应地确定厂房或框架的地确定厂房或框架的结结构形式。构形式。管路管路设计设计。确定装置全部管。确定装置全部管线线、阀阀件、管件以及各种管架件、管件以及各种管架的位置,以的位置,以满满足工足工艺艺生生产产的要求。的要求。提供提供设计设计条件。工条件。工艺专业设计艺专业设计人人员员向其他向其他专业专业提供提供设计设计条条件。件。编编制概算制概算书书及及编编制制设计设计文件。文件。对对于于给给定定的的工工艺艺路路线线,工工艺艺
6、方方法法所所规规定定的的基基本本操操作作条条件件 或或参参数数,如如反反响响温温度度、压压力力、流流量量、流流速速等等设设计计人人员员不能随意改不能随意改变变。为为实实现现工工艺艺所所规规定定的的基基本本操操作作条条件件或或参参数数设设计计人人员员可以采用不同的技可以采用不同的技术术方案。方案。应应通通过过方案比方案比较较来确定一条最来确定一条最优优的的技技术术方案,方案,进进行工行工艺艺流程的流程的设计设计。方案比方案比较评较评判判标标准:技准:技术经济术经济指指标标,如,如产产物收率、原料物收率、原料单单耗、耗、能量能量单单耗、耗、产产品成本、品成本、设备设备投投资资、操作、操作费费用等。
7、此外,用等。此外,环环保、保、安全、占地面安全、占地面积积等也是方案比等也是方案比较时应较时应考考虑虑的重要因素。的重要因素。3选择选择生生产产方法方法制制药药生生产产方案比方案比较较的前提:保持工的前提:保持工艺过艺过程程的原始信息不的原始信息不变变。1实实例例1 在在药药品品精精制制中中,粗粗品品常常先先用用溶溶剂剂溶溶解解,然然后后参参加加活活性性炭炭脱脱色色,最最后后再再滤滤除除活活性性炭炭等等固固体体杂杂质质。假假设设溶溶剂剂为为低低沸沸点点易易挥挥发发溶溶剂剂,试试确定适宜的确定适宜的过滤过滤流程。流程。首先首先选选定定过滤过滤速度和溶速度和溶剂剂收率收率为为方案比方案比较较的的评
8、评判判标标准。准。方案方案I 常常压过滤压过滤方案。方案。方案方案II 真空抽真空抽滤滤方案。方案。虽虽可可滤滤除活性炭等固体除活性炭等固体杂质杂质,但但过滤过滤速度速度较较慢。慢。过滤过滤速度明速度明显显加快,但由于出加快,但由于出口未口未设设置冷凝器,因而易造成置冷凝器,因而易造成大量低沸点溶大量低沸点溶剂剂的的挥发损挥发损失,失,使溶使溶剂剂的收率下降。的收率下降。方案的比方案的比较较 方案方案III 真空抽率冷凝方案。真空抽率冷凝方案。方案方案 加加压过滤压过滤方案。方案。出口出口设设置了冷凝器,以回收低置了冷凝器,以回收低沸点溶沸点溶剂剂,从而减少了溶,从而减少了溶剂剂的的挥发损挥发
9、损失,提高了溶失,提高了溶剂剂的收率,的收率,因而因而较为较为合理。合理。在在压滤压滤器上部通入器上部通入压缩压缩空气或空气或氮气,即加氮气,即加压过滤压过滤方式,方式,过滤过滤速度快,且溶速度快,且溶剂剂的的挥发损挥发损失很失很少,因而最少,因而最为为合理。合理。2 2实实例例2 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。混混酸酸的的组组成成为为HNOHNO3 3 4747、H H2 2SOSO4 4 4949、H H2 2O O 4 4;氯氯 苯苯 与与 混混 酸酸 中中 HNOHNO3 3的的摩摩尔尔比比1 1:1.11.1;反反响响开开始始温温度度为为40405
10、555,并并逐逐步步升升温温至至80 80 ;硝硝化化时时间间为为2h2h;硝硝化化废废酸酸中中含含硝硝酸酸小小于于1.6%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 1。试试通通过过方方案案的的比比较较,确定适宜的硝化及后,确定适宜的硝化及后处处理工理工艺艺流程。流程。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苯的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。方案方案1 1 硝化硝化别别离方案离方案可可生生产产出出合合格格的的混混合合硝硝基基氯氯苯苯,但但将将别别离离后后的的废废酸酸直直接接出
11、出售售,要要消消耗耗大大量量的的硫硫酸酸,使使硫硫酸酸的的单单耗耗居居高高不不下下,另另一一方方面面,由由于于废废酸酸中中含含有有未未反反响响的的硝硝酸酸以以及及少少量量的的硝硝基基氯氯苯苯,直直接接出出售售不不仅仅使使硝硝酸酸的的单单耗耗增增加加,混混合合硝硝基基氯氯苯苯的的收收率率下下降降,而而且且存存在在于于废废酸酸中中的的硝硝酸酸和和硝硝基基氯氯苯苯还还会会使使废废酸的用途受到限制。酸的用途受到限制。方案方案2 2 硝化硝化别别离萃取方案离萃取方案与与方方案案1 1比比回回收收了了废废酸酸中中的的硝硝酸酸,降降低低了了硝硝酸酸的的单单耗耗;提提高高了了混混合合硝硝基基氯氯苯苯的的收收率
12、率。但但该该方方案案仍仍有有1.2%1.3%1.2%1.3%的的原原料料氯氯苯苯,将将其其直直接接出出售售,不不仅仅使使硫硫酸酸的的单单耗耗居居高高不不下下,而而且且会会增增加加氯氯苯苯的的单单耗耗。此此外外,存存在在于于废废酸酸中中的的氯氯苯苯也也会会使使废废酸酸的的用用途途受受到限制。到限制。方案方案3 3 硝化硝化别别离萃取离萃取浓缩浓缩方案方案与与方方案案2 2比比,方方案案3 3萃萃取取之之后后的的废废酸酸经经减减压压浓浓缩缩后后可可循循环环使使用用,从从而而大大大大降降低低了了硫硫酸酸的的单单耗耗。同同时时,由由于于氯氯苯苯与与水水形形成成低低共共沸沸混混合合物物,浓浓缩缩时时氯氯
13、苯苯将将随随水水一起蒸出,一起蒸出,经经冷却后可回收其中的冷却后可回收其中的氯氯苯,从而降低了苯,从而降低了氯氯苯的苯的单单耗。耗。以以单单元操作或元操作或单单元反响元反响为为中心,完善工中心,完善工艺艺流程流程 各各种种不不同同的的生生产产过过程程都都是是由由假假设设干干个个反反响响包包括括化化学学反反响响和和生生物物转转化化反反响响等等和和假假设设干干个个基基本本的的物物理理操操作作串串联联而而成成,每每一一个个基基本本的的物物理理操操作作过过程程都都称称为为一一个个单单元元操操作作,每每个个基基本本的的反反响响称称为为一一个个单单元元反反响响。在在工工艺艺流流程程设设计计中中,常常以以单
14、单元元操操作作或或单单元元反反响响为为中中心心,建建立立与与之之相相适适应应的的工工艺艺流流程。程。实实例例1 工工业业生生产产中,硝化混酸的配制常在中,硝化混酸的配制常在间间歇歇搅搅拌釜中拌釜中进进行,行,试试以以搅搅拌釜拌釜为为中心,完善硝化混酸配制中心,完善硝化混酸配制过过程的工程的工艺艺流流程。程。配配制制混混酸酸需需要要有有一一台台搅搅拌拌釜釜,并并考考虑虑到到混混酸酸配配制制过过程程是是一一个个放放热热过过程程,搅搅拌拌釜釜还还应应有有夹夹套套,以以便便操操作作时时向向夹夹套套中通入冷却水冷却。中通入冷却水冷却。混混酸酸配配制制采采用用间间歇歇操操作作,为为保保证证硫硫酸酸与与硝硝
15、酸酸的的配配比比,应应设设置硫酸置硫酸计计量罐和硝酸量罐和硝酸计计量罐。量罐。在在工工业业生生产产中中,要要配配制制一一定定浓浓度度的的混混酸酸,通通常常不不加加水水调调节节,而而是是用用硝硝化化后后回回收收的的废废酸酸来来调调节节。因因此此,还还应应设设置置废废酸酸计计量罐。量罐。在在工工业业生生产产中中,原原料料硫硫酸酸和和硝硝酸酸须须有有一一定定的的贮贮存存量量,因因此此,要要设设置置硫硫酸酸贮贮罐罐和和硝硝酸酸贮贮罐罐。此此外外,还还需需设设置置废废酸酸贮贮罐以罐以贮贮存硝化后回收的存硝化后回收的废废酸。酸。考考虑虑将将硫硫酸酸、硝硝酸酸和和废废酸酸由由贮贮罐罐送送入入计计量量罐罐的的
16、方方式式。可可以以采采用用泵泵输输送送,为为防防止止工工作作人人员员失失误误使使酸酸溢溢出出计计量量罐罐,可在可在计计量罐和量罐和贮贮罐之罐之间设间设置溢流管。置溢流管。为为了了贮贮存配置好的硝化混酸,存配置好的硝化混酸,应设应设置相置相应应的混酸的混酸贮贮罐。罐。混酸配制混酸配制过程的工程的工艺流程示意流程示意图实实例例2 在合成抗菌在合成抗菌药诺药诺氟沙星的生氟沙星的生产产中,以中,以对氯对氯硝基苯硝基苯为为原料制原料制备对备对氟硝基苯的反响方程式氟硝基苯的反响方程式为为反响反响拟拟在在间间歇釜反响器中歇釜反响器中进进行,行,试试以反响器以反响器为为中心,完善反中心,完善反应过应过程的工程
17、的工艺艺流程。流程。一一台台搅搅拌拌釜釜,由由于于反反响响温温度度较较高高,搅搅拌拌釜釜应应带带有有夹夹套套,以以作作为载热为载热体流体流动动空空间间。要要确确定定载载热热体体的的技技术术规规格格。选选择择较较普普遍遍的的导导热热油油如如联联苯苯混混合合物物作作为为载载热热体体。它它是是一一种种常常用用的的高高温温有有机机载载热热体体,沸沸点点为为258,可在,可在较较低的低的压压力下得到力下得到较较高的加高的加热热温度。温度。由由于于过过程程的的温温度度较较高高,物物料料中中的的低低沸沸点点组组分分可可能能挥挥发发,对对环环境境造造成成污污染染,因因此此,在在反反响响器器的的上上部部应应设设
18、置置一一台台回回流流冷冷凝器,并用冷却水冷却,以回收易凝器,并用冷却水冷却,以回收易挥发组挥发组分。分。氟氟化化反反响响是是液液固固非非均均相相反反响响,反反响响液液经经冷冷却却后后,其其中中固固体体应应滤滤除除。因因此此,在在反反响响器器的的下下部部可可设设置置一一台台过过滤滤器器。由由于于溶溶剂剂等等的的沸沸点点均均较较高高,可可考考虑虑采采用用减减压压抽抽滤滤,以以提提高高过过滤滤速度。速度。氟化反响过程的工艺流程图:氟化反响过程的工艺流程图:尽可能采用先尽可能采用先进设备进设备、先、先进进生生产产方法及成熟的科学方法及成熟的科学技技术术成就,以保成就,以保证产证产品品质质量。量。“就地
19、取材、充分利用当地原料,以便就地取材、充分利用当地原料,以便获获得最正得最正确的确的经济经济效果。效果。所采用的所采用的设备设备效率高、降低原材料消耗及水效率高、降低原材料消耗及水电电气消气消耗。耗。按按GMP要求要求对对不同的不同的药药物物剂剂型型进进行分行分类类的工的工艺艺流流程程设计设计。4工工艺艺流程流程设计设计的原的原则则 内内酰酰胺胺类类药药品品包包括括青青霉霉素素类类、头头孢孢菌菌素素类类按按单单独独分分开开的的建建筑筑厂厂房房进进行行工工艺艺流流程程设设计计。中中药药制制剂剂和和生生化化药药物物制制剂剂涉涉及及中中药药的的前前处处理理,单单独独设设立立前前处处理理车车间间其其他
20、他如如激激素素,抗抗肿肿瘤瘤药药、生生产产用用毒毒菌菌种种、活活疫疫苗苗与与灭灭活疫苗等按特殊要求活疫苗等按特殊要求进进行工行工艺艺流程流程设计设计。遵遵循循“三三协协调调原原则则即即人人流流物物流流协协调调、工工艺艺流流程程协协调调、洁净级别协调洁净级别协调。充充分分预预计计生生产产的的故故障障,以以便便即即时时处处理理、保保证证生生产产的的稳稳定性。定性。主主要要从从原原料料性性质质、产产品品质质量量和和品品种种、生生产产能能力力以以及及今今后后开开展余地等方面考展余地等方面考虑虑。五工五工艺艺流程流程设计设计的依据:的依据:六工六工艺艺流程的分流程的分类类1.从工从工艺艺和技和技术术角度
21、来看,角度来看,应满应满足以下要求。足以下要求。尽量采用能使物料和能量有高利用率的尽量采用能使物料和能量有高利用率的连续过连续过程。程。间间歇操作歇操作半半间间歇操作歇操作连续连续操作操作七工七工艺艺流程流程设计应设计应考考虑虑的的问题问题反响物在反响物在设备设备中的停留中的停留时间时间既要使之反响完全,又要尽既要使之反响完全,又要尽可能地短。可能地短。维维持各个反响在最适宜的工持各个反响在最适宜的工艺艺条件下条件下进进行。行。设备设备或器械的或器械的设计设计要考要考虑虑到流到流动动形形态对过态对过程的影响,也程的影响,也要考要考虑虑某些因素可能的某些因素可能的变动变动,如原料成分,如原料成分
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