年产25吨无菌化学原料药美罗培南车间工艺设计

第一章设计依据及设计基础 11.1设计概述 1 1.2设计依据 3 1.3设计原则 31.4设计思路与步骤 4第二章工艺说明 62.1美罗培南 6 11 3.1设计概述 133.2设计原则 133.3年工作时间分配 13 第一章设计依据及设计基础 11.1设计概述 1 1.2设计依据 3 1.3设计原则 31.4设计思路与步骤 4第二章工艺说明 62.1美罗培南 6 2.1.5带控制点的工艺流程图 11 3.1设计概述 133.2设计原则 133.3年工作时间分配 13 3.6防护服 18 3.5生产方式 193.6生产班制 19第四章物料衡算 204.1物料衡算 204.1.1美罗培南物料衡算过程 20 5.1所用热力学数据的计算 325.2操作单元热量衡算 35第六章工艺设备设计选型与相应说明 416.1选型概述 416.2工艺设备设计与选型的任务 426.3选型计算原则及依据 42 2 26.4生产主要设备选型设计 43还原型合成产区设备选 43 6.5公用系统及辅助设备选型 526.5.1纯化水设备选型原则及过程 53 第七章氢化反应釜设计 59 3.6防护服 18 3.5生产方式 193.6生产班制 19第四章物料衡算 204.1物料衡算 204.1.1美罗培南物料衡算过程 20原工序物料衡算 21 315.1所用热力学数据的计算 325.2操作单元热量衡算 35第六章工艺设备设计选型与相应说明 416.1选型概述 416.2工艺设备设计与选型的任务 426.3选型计算原则及依据 42 2 26.4生产主要设备选型设计 436.4.1还原型合成产区设备选 43 6.5公用系统及辅助设备选型 526.5.1纯化水设备选型原则及过程 53 第七章氢化反应釜设计 59 .2筒体直径和高度的确定 60 1 3 附表一多功能反应釜相关技术指标 70附表二搪玻璃开式搅拌容器技能特性表 71附图一搪玻璃开式搅拌容器主要尺寸 73附图二开式搅拌容器管口尺寸及方位图 74第八章丙酮精馏塔设计 758.1物料衡算 758.2操作条件 768.3塔径计算 788.4塔高计算 838.5压降计算 838.6液体分布器计算 848.7接管管径计算 85第九章车间布置设计 879.1概述 87 1.2筒体直径和高度的确定 607.1.3换热元件的选择与计算 61 7.1.5内筒及夹套的受力计算 63 附表一多功能反应釜相关技术指标 70附表二搪玻璃开式搅拌容器技能特性表 71附图一搪玻璃开式搅拌容器主要尺寸 73附图二开式搅拌容器管口尺寸及方位图 74第八章丙酮精馏塔设计 758.1物料衡算 758.2操作条件 768.3塔径计算 788.4塔高计算 838.5压降计算 838.6液体分布器计算 848.7接管管径计算 85第九章车间布置设计 879.1概述 87的依据 87 9.2车间布置 87 9.3生产区的布置设计说明 89 9.4辅助生产区的布置设计说明 92 9.5洁净区域的划分 929.6人员净化用室、生活用室的布置 939.7物料净化用室的布置 939.8车间内人物流向说明 94第十章公用工程及公用工程的消耗量 94 10.2设计依据及原则 95 10.3公用工程的消耗量 96 10.4给排水系统 98 10.5供电系统 102 第一章第一章设计依据及设计基础 11.1设计概述 1 1.2设计依据 3 1.3设计原则 31.4设计思路与步骤 4第二章工艺说明 62.1美罗培南 6 10.9净化空气系统 108 1概述 11511.2管道布置依据 11611.3管道布置原则 116 11.5管道计算 11811.6管道布置中考虑到的问题 123 安装操作和检修 125 .8洁净厂房内的管道设计 12611.7车间主管平面布置 128第十二章消防安全 12812.1设计概论 12812.2设计依据 12812.3消防危险性物质概述 12812.3.1生产美罗培南危险性物质 129 12.4建筑防火设计 131 12.4.5给排水及工艺设备消防设计 13312.5消防给水 134 10.9净化空气系统 108 1概述 11511.2管道布置依据 11611.3管道布置原则 116 11.5管道计算 11811.6管道布置中考虑到的问题 123 安装操作和检修 125 .8洁净厂房内的管道设计 12611.7车间主管平面布置 128第十二章消防安全 12812.1设计概论 12812.2设计依据 12812.3消防危险性物质概述 12812.3.1生产美罗培南危险性物质 129 12.4建筑防火设计 131 12.4.5给排水及工艺设备消防设计 13312.5消防给水 134 12.6消防灭火系统 135 5 第十三章环境保护 13713.1设计概念 13713.2设计法规和标准 13713.3主要污染源的分析及污染物 138 13.3.6主要污染源及主要污染物汇总 13913.4环境保护措施 140 13.5环境环境监测制度及环境管理规划 142 第十四章劳动安全 14314.1设计概念 14314.2设计依据 14314.3安全防范措施 144 12.6消防灭火系统 135 5 第十三章环境保护 13713.1设计概念 13713.2设计法规和标准 13713.3主要污染源的分析及污染物 138 13.3.6主要污染源及主要污染物汇总 13913.4环境保护措施 140 13.5环境环境监测制度及环境管理规划 142 第十四章劳动安全 14314.1设计概念 14314.2设计依据 14314.3安全防范措施 144 爆安全 145 14.3.8拆卸过程的防护 14714.4储运过程危险因素分析 14714.4.1储存过程火灾爆炸危险因素分析 14714.4.2装卸过程危险因素分析 14814.5意外自然灾害 14814.6厂区绿化 149第十五章节能专篇 15015.1设计概念 15015.2设计依据 15015.3车间节能 151系统的节能 151 515.3.9工艺节能设计 1565.3.10其他节能措施 156第十六章GMP专篇 1571概述 15716.2洁净区域划分和空气洁净等级说明 157 分及设置 158 爆安全 145 14.3.8拆卸过程的防护 14714.4储运过程危险因素分析 14714.4.1储存过程火灾爆炸危险因素分析 14714.4.2装卸过程危险因素分析 14814.5意外自然灾害 14814.6厂区绿化 149第十五章节能专篇 15015.1设计概念 15015.2设计依据 15015.3车间节能 151调系统的节能 151 515.3.9工艺节能设计 15615.3.10其他节能措施 156第十六章GMP专篇 1571概述 15716.2洁净区域划分和空气洁净等级说明 157 分及设置 158 第一章设计依据及设计基础第一章设计依据及设计基础在人类过去，细菌感染曾严重威胁着人类的身体健康。自从弗莱明发现了青霉素以来，不断有新的抗生素问世，但随着抗生素被大量的毫不节制地应用，耐药性问题越来越严重。目前，世界范围内的耐甲氧西林金黄色葡萄球MRSA耐青霉素肺炎链球菌(PRSP)、耐万古霉素的肠球菌(VRE)。等的出现，使现有许多抗生素对其引起的感染失效。因此，开发对耐药菌株敏感的新型抗生素已成为当今医药科研工作者的主要任务。所以，本次设计结合现代医药工业的发展趋势和技术需求，综合应用所学知识开展工程设计实践活动，围绕“年产25吨无菌化学原料药美罗培南车间工艺设计”展开有关设计。该产品采用间歇式生产，设计产品名称及规模如下表1-1所示:表1-1设计产品名称及生产规模产品名称设计规模(t/a)含量包装规模其他美罗培南99%铝听5Kg/听无菌原料药本次设计内容主要包括：1．工艺流程设计(1)编制物料及热量平衡计算书；(2)绘制带控制点工艺流程图(要求体现控制方案)。2．设备选型及设计(1)设备选型及设计——编制计算说明书；典型定型设备工艺设计；典型非标设备——丙酮精馏塔的工艺设计。(2)编制设备一览表。第一章设计依据及设计基础在人类过去，细菌感染曾严重威胁着人类的身体健康。自从弗莱明发现了青霉素以来，不断有新的抗生素问世，但随着抗生素被大量的毫不节制地应用，耐药性问题越来越严重。目前，世界范围内的耐甲氧西林金黄色葡萄球MRSA耐青霉素肺炎链球菌(PRSP)、耐万古霉素的肠球菌(VRE)。等的出现，使现有许多抗生素对其引起的感染失效。因此，开发对耐药菌株敏感的新型抗生素已成为当今医药科研工作者的主要任务。所以，本次设计结合现代医药工业的发展趋势和技术需求，综合应用所学知识开展工程设计实践活动，围绕“年产25吨无菌化学原料药美罗培南车间工艺设计”展开有关设计。该产品采用间歇式生产，设计产品名称及规模如下表1-1所示:表1-1设计产品名称及生产规模产品名称设计规模(t/a)含量包装规模其他美罗培南99%铝听5Kg/听无菌原料药本次设计内容主要包括：1．工艺流程设计(1)编制物料及热量平衡计算书；(2)绘制带控制点工艺流程图(要求体现控制方案)。2．设备选型及设计(1)设备选型及设计——编制计算说明书；典型定型设备工艺设计；典型非标设备——丙酮精馏塔的工艺设计。(2)编制设备一览表。13．车间设备布置设计(3．车间设备布置设计(1)绘制车间设备平、立面布置图；(2)绘制车间主管平面布置图；(3)鼓励采用三维模型设计。4．设计说明书编制编写《初步设计说明书》，用A4纸双面打印，左侧装订成册。南2．英文名称：Meropenem5．分子式：C17H25N3O5S8．产品用途:美罗培南(meropenem)是非肠道给药的半合成碳青霉烯类抗生素，具有广谱抗菌活性，对绿脓杆菌、肠杆菌、流感嗜血菌及厌氧菌具有强的抗菌活性，在临床上可用于治疗敏感菌引起的各种感染，如慢性支气管急性恶化，下呼吸道感染、泌尿系统感染、腹腔感染、细菌性脑膜炎及败血症9．质量标准:美罗培南(三水化合物)为白色或微黄色结晶性粉末，含量99%，无菌检查符合现行《中国药典》有关规定。23．车间设备布置设计(1)绘制车间设备平、立面布置图；(2)绘制车间主管平面布置图；(3)鼓励采用三维模型设计。4．设计说明书编制编写《初步设计说明书》，用A4纸双面打印，左侧装订成册。南2．英文名称：Meropenem5．分子式：C17H25N3O5S8．产品用途:美罗培南(meropenem)是非肠道给药的半合成碳青霉烯类抗生素，具有广谱抗菌活性，对绿脓杆菌、肠杆菌、流感嗜血菌及厌氧菌具有强的抗菌活性，在临床上可用于治疗敏感菌引起的各种感染，如慢性支气管急性恶化，下呼吸道感染、泌尿系统感染、腹腔感染、细菌性脑膜炎及败血症9．质量标准:美罗培南(三水化合物)为白色或微黄色结晶性粉末，含量99%，无菌检查符合现行《中国药典》有关规定。23》《医药工业洁净厂房设计规范(GB50457-2008)》《建筑设计防火规范(GB50016-2006)》《工业企业设计卫生标准》《化工设备管道外防腐设计规定》《工业设备及管道绝热工程设计规范》《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》安全节能环保相关法规制深度规定》《制药工程学》《制药工程原理与设备》《药厂反应设备及车工艺设计》《化工工艺设计手册(第四版)》《化工单元过程及设备课程设计》《化工基本过程与设备》《化学化工物性数据手册》《腐蚀数据与选材手册》《化工溶剂手册》《溶剂萃取手册》(1)美罗培南为无菌原料药，美罗培南生产班制为两班或三班，每班次8小时，共250天，工序具体生产班制按操作周期确定，生产方式为间歇式生(2)在满足设计任务书要求的前提下，尽可能的降低生产成本，如提高设4备利用率，部分物料采用重力流输送以减少泵的能量消耗等。(3)为了达到洁净度的要求，车间区域布置遵循流程短、无折返原则，有洁净度要求的生产区域严格按GMP规范要求设置与生产环境级别相适应的洁净区域；生产车间的各区域都设置了一定面积的中间体贮存区和中间体检验室，以利于对生产和产品质量进行实时检查和控制；人流、物流分开设置，尽量减少或避免人流、物流之间的交叉和迂回，人员进入不同区域采用不同程序的人净措施，物料需经物净后由气闸或传递窗进出洁净区。(4)生产性质相似的车间尽可能集中布置，工艺流程相联系的车间靠近布(5)产尘和产生有害气体的车间应布置在主导风向的下风向。(6)设备选型在考虑建设业主要求的前提下，根据物料性质选用国内先进的、成熟的且符合GMP要求的高质量设备，部分关键设备则选用国内技术一流且专有的设备；(7)平面布置充分考虑了反应物料的性质及工艺操作过程的要求，主要设备布置均根据工艺过程中的物料流向部分采取了重力流输送的立体布局方式，另一部分采用防爆泵输送。在查阅了很多相关资料，也借鉴了经典案例和前辈的经验之后，团队考虑在设计初期，将项目工作计划分成三个阶段：物料衡算以及工艺设备确定；绘制PID图及车间布置；后期三维制作及文档整理。具体来说，通过解读本次任务书，本次设计的产品的无菌操作是重中之重，后阶段的设备选型、平面布置等均与其息息相关，是后续设计的关键。车间全年工作时间为250天。在分析生产工艺的基础上，本设计最终确定生产瓶颈为美罗培南的氢化还原工序。与此同时，本设计以物料衡算为依据，辅以能量衡算，综合考虑到本设计中设备的生产能力、功率消耗，参考设备价格、主要材质以及日后生产能力的扩大，我们最终确定了设备的选型。根据GMP厂房设计要求以及所选设备的大小，我们确定了每个生产工序布置的面积和技术夹层的高度。5556第二章工艺说明本工程以缩合物、四氢呋喃、钯炭、甲醇、氢气等为原料，经加氢还原得美罗培南三水化合物(收率95%)，然后再经过滤洗涤减压浓缩后经大孔树脂吸附洗脱(收率95%),再经浓缩析晶过滤洗涤干燥得美罗培南三水化合物粗品 (析晶收率98%)，最后再经精制得含量为98%淡黄色结晶性粉末美罗培南三水化合物(收率98%)。其生产全过程包括：氢化还原工段，过滤洗涤工段，真空减压浓缩工段，大孔树脂吸附、洗涤、解吸工段，溶媒结晶工段，脱色工段，脱碳过滤工段，过滤、洗涤、干燥工段。其中氢化还原工段在氢化反应釜中进行操作，过滤洗涤工段在过滤机中操作，真空减压浓缩工段在真空减压浓缩釜中操作，大孔树脂吸附、洗涤、解吸工段在大孔树脂中操作，溶媒结晶工段在结晶釜中操作，脱色工段在脱色釜中操作，过滤、洗涤、干燥工段在过滤洗涤干燥一体机中操作。本工程美罗培南生产的工段划分为:氢化还原工段，过滤洗涤工段，真空减压浓缩工段，大孔树脂吸附、洗涤、解吸工段，溶媒结晶工段，脱色工段，脱碳过滤工段，析晶工段，过滤、洗涤、干燥工段。其工艺特点是:工艺特总收率高，达86.5%，在所查文献中最高；原料便宜易得，所用原料为常见工业原料，价格较为便宜；反应步骤较少，只需一步即可值得美罗培南；操作条件较为温和，反应最高温度为40℃。本工程美罗培南原料药生产的主要化学反应式如下：过滤其生产工艺过程简述如下:1.还原工序过滤其生产工艺过程简述如下:1.还原工序工艺流程图如图2-1所示：钯炭丙磺酸缓冲液浓缩液7缩合物缩合物氢化还原氢化还原钯炭过滤洗涤洗涤减压蒸馏减压蒸馏吸附树脂柱吸附树脂柱缩合物缩合物氢化还原氢化还原钯炭过滤洗涤洗涤减压蒸馏减压蒸馏吸附树脂柱吸附树脂柱其生产工艺过程简述如下:1.还原工序还原工段生产工艺流程图如图2-1所示：四氢呋喃四氢呋喃四氢呋喃丙磺酸缓冲液丙磺酸缓冲液丙磺酸缓冲液废钯炭废钯废钯炭丙磺酸缓冲液有机溶剂对外销售有有机溶剂对外销售浓缩液7纯化水浓缩蒸馏美罗培南(高效液相色谱仪)流水液异纯化水浓缩蒸馏美罗培南(高效液相色谱仪)流水液异丙醇图2-1还原工段设计流程图结晶液8洗涤纯化水洗涤解析解析(高效液相色谱仪)丙酮丙酮异丙醇析晶过滤丙酮洗涤洗涤干燥美罗培南三水化合物粗品干燥美罗培南三水化合物粗品过滤析晶丙酮洗涤纯化水洗涤解析解析(高效液相色谱仪)丙酮丙酮异丙醇析晶过滤丙酮洗涤洗涤干燥美罗培南三水化合物粗品干燥美罗培南三水化合物粗品过滤析晶丙酮残留在树脂中的部分杂质残留在树脂中的残留在树脂中的部分杂质6%异丙醇水溶液6%6%异丙醇水溶液美罗培南收集收收集流水液浓缩蒸馏结晶液图2-1还原工段设计流程图81mol原辅料名称规格质量比(W)≥99%1氢气钯炭10%(W)3-1mol原辅料名称规格质量比(W)≥99%1氢气钯炭10%(W)3-(N-吗啡啉)丙磺酸异丙醇工业工业≥99%工业工业*注：W为缩合物批投料质量在氢化反应釜中，将缩合物加至含四氢呋喃、0.1mol3-(N-吗啡啉)丙，。22~、。，吸附树脂柱(每毫升树脂对美罗培南的吸附量为70mg，树脂每月应进行强化再生一次)，以0.5BV/h(BV为床体积)的流速进行树脂吸附处理，吸附结束后用14BV纯化水以1BV/h的流速进行洗涤以除去残存在树脂中的部分杂质然后使用6%异丙醇水溶液以1BV/h的流速对吸附的美罗培南进行解吸，高效液磺酸缓冲液(总用量的)和甲醇的混合溶液中混合物工艺配比控制温h加入钯炭保持温度和氢气压力续氢化6氢气压力在006MP%氢间将钯炭滤去反应完毕后(N在35~40℃下减压吗啡啉)丙磺酸缓冲液(总用量的10%)洗涤相色谱仪监测收集含美罗培南的流出液。树脂吸附洗脱总收率为95%。流出液在40℃下浓缩蒸除异丙醇。加入丙酮(总用量的90%)析晶，析晶2.5h。结晶液经过滤、丙酮(总用量的10%)洗涤，在40℃下干燥，得到美罗培南三水化合物粗品。丙酮析晶收率为98%。浓缩蒸出的异丙醇溶液对外出售，母液中的丙酮经回收后套用。浓缩所得水溶液通入HP蒸馏除去有机溶剂2.精制工段9浓缩所得溶剂对外出售洗涤液和滤液一并转入浓缩罐中工艺配比氢呋喃90%.~.a，混合物)和甲醇的混合溶液中磺酸缓冲液(总用量的加入钯炭控制温h工艺配比氢呋喃90%.~.a，混合物)和甲醇的混合溶液中磺酸缓冲液(总用量的加入钯炭控制温h氢续氢化6保持温度和氢气压力氢气压力在0间60MP%(N吗啡啉)丙磺酸缓冲液将钯炭滤去反应完毕后(总用量的10%)洗涤在35~40℃下减压洗涤液和滤液一并转入浓缩罐中蒸馏除去有机溶剂浓缩所得溶剂对外出售浓缩所得水溶液通入HP原辅料名称规格质量比(W)≥99%1氢气钯炭10%(W)氢呋喃氢呋喃3-(N-吗啡啉)丙磺酸异丙醇工业工业≥99%工业工业*注：W为缩合物批投料质量在氢化反应釜中，将缩合物加至含四氢呋喃、0.1mol3-(N-吗啡啉)丙9090%，。22~、..~.a，。1mol1mol，吸附树脂柱(每毫升树脂对美罗培南的吸附量为70mg，树脂每月应进行强化再生一次)，以0.5BV/h(BV为床体积)的流速进行树脂吸附处理，吸附结束后用14BV纯化水以1BV/h的流速进行洗涤以除去残存在树脂中的部分杂质然后使用6%异丙醇水溶液以1BV/h的流速对吸附的美罗培南进行解吸，高效液相色谱仪监测收集含美罗培南的流出液。树脂吸附洗脱总收率为95%。流出液在40℃下浓缩蒸除异丙醇。加入丙酮(总用量的90%)析晶，析晶2.5h。结晶液经过滤、丙酮(总用量的10%)洗涤，在40℃下干燥，得到美罗培南三水化合物粗品。丙酮析晶收率为98%。浓缩蒸出的异丙醇溶液对外出售，母液中的丙酮经回收后套用。2.精制工段9致工段生产工艺流程图如图2-2所示:粗品注致工段生产工艺流程图如图2-2所示:粗品注射水活性炭结晶液10-2工艺配比图2-2精制工段设计流程图粗品注射水粗品丙酮结晶釡过滤过滤回收精馏丙酮洗涤回收精馏洗涤干燥淡黄色结晶粉末美罗培南三水化合物粉碎、总混、内包、外包入库粗品丙酮洗涤洗涤干燥粉碎、总混、内包、外包入库淡黄色结晶粉末美罗培南三水化合物粗品注射水粗品丙酮结晶釡过滤过滤回收精馏丙酮洗涤回收精馏洗涤干燥淡黄色结晶粉末美罗培南三水化合物粉碎、总混、内包、外包入库粗品丙酮洗涤洗涤干燥粉碎、总混、内包、外包入库淡黄色结晶粉末美罗培南三水化合物丙酮结晶釡精致工段生产工艺流程图如图2-2所示:脱色釡脱色釡脱色釡脱色釡脱色釡过滤过滤过滤活性炭结晶液图2-2精制工段设计流程图-2工艺配比10原辅料名称规格质量比(W原辅料名称规格质量比(W)粗品1活性炭医用级注射水符合药典标准≥99%在脱色釜中依次加入注射水、粗品、活性炭，控制温度0~5℃，搅拌30min，脱炭过滤。将滤液转至结晶釜中，控制温度0~5℃，加入丙酮(总用量燥，得淡黄色结晶性粉末美罗培南三水化合物(量98%)。精制收率为98%。母液中的丙酮精馏回收套用(浓度≥99%，回收率90%)，残留物送至市政处理。序号工艺过程物料投料方式操作条件操作时间投料量控制方案固体：湿法进料温度：22-28℃1氢化液体：离心泵0.6MPa8h2391.077KgFRC固体：湿法进料2过滤2391.077Kg液体：离心泵固体：湿法进料3洗涤137.39Kg液体：离心泵FRC固体：湿法进料4减压蒸馏2488.697Kg液体：离心泵FRC5树脂吸附洗涤固体：湿法进料液体：离心泵6h5439.937Kg序号工艺过程物料投料方式操作条件操作时间投料量控制方案原辅料名称规格质量比(W)粗品1活性炭医用级注射水符合药典标准≥99%在脱色釜中依次加入注射水、粗品、活性炭，控制温度0~5℃，搅拌30min，脱炭过滤。将滤液转至结晶釜中，控制温度0~5℃，加入丙酮(总用量燥，得淡黄色结晶性粉末美罗培南三水化合物(量98%)。精制收率为98%。母液中的丙酮精馏回收套用(浓度≥99%，回收率90%)，残留物送至市政处理。序号工艺过程物料投料方式操作条件操作时间投料量控制方案固体：湿法进料温度：22-28℃1氢化液体：离心泵0.6MPa8h2391.077KgFRC固体：湿法进料2过滤2391.077Kg液体：离心泵固体：湿法进料3洗涤137.39Kg液体：离心泵FRC固体：湿法进料4减压蒸馏2488.697Kg液体：离心泵FRC5树脂吸附洗涤固体：湿法进料液体：离心泵6h5439.937Kg序号工艺过程物料投料方式操作条件操作时间投料量控制方案固体：湿法进料温度：40℃固体：湿法进料液体：离心泵固体：湿法进料液体：离心泵固体：湿法进料液体：离心泵浓缩62固体：湿法进料温度：40℃固体：湿法进料液体：离心泵固体：湿法进料液体：离心泵固体：湿法进料液体：离心泵浓缩62h1981.75Kg液体：离心泵5228.87Kg析晶、过滤、洗涤、干燥温度：40℃SV/Ax脱色过滤6.5h3112.1Kg析晶、过滤、洗涤、干燥8温度：40℃9总时间：36h(1)物料投入方式液体物料选用离心泵进料，并在物料进入管道上增加流量指示控制仪表以计算投料量，便于计量物料投料量。固体物料如缩合物采用湿法进料，事先把甲醇和四氢呋喃加入缩合物罐中，使其溶解，再通过离心泵加入反应釜中。湿法进料可避免固体物料进料的缺点，更好的保护设备，以及防止粉尘等。气体物料运用其密度小的优点直接进料。(2)为了清洗方便，每个房间均加入自来水管和纯化水管通入反应釜中，以便在反应完毕后清洗设备，真正达到无菌操作。(3)浓缩蒸出的异丙醇不应排放到大气中，先进过冷却再冷凝回收以供再次使用。(4)每个储罐旁边都加入换热器，以防止温度过高储罐爆炸，使其过热蒸发出的气体迅速冷凝回流到设备中，减少危险。(5)大孔树脂由于单个体积过大，所以采用五个大孔树脂并联操作，减小高度，便于设计厂房。每个主体设备下方设一个中间罐，以便于稳定生产，使反应之间相互不受影响。(6)管道控制点的设置，氢化反应釜、过滤机、浓缩釜、大孔树脂、过滤洗涤干燥一体机、脱色釜和储罐的物料或介质的流入流出均设阀门控制。带控制点的工艺流程图详见设计册。FRC12浓缩69浓缩69温度：40℃固体：湿法进料温度：40℃2h1981.75Kg液体：离心泵析晶、过滤、洗涤、干燥析晶、过滤、洗涤、干燥温度：40℃SV/Ax5228.87Kg液体：离心泵脱色过滤83419.脱色过滤8液体：离心泵析晶、过滤、洗涤、干燥析晶、过滤、洗涤、干燥FRC温度：40℃6.5h3112.1Kg液体：离心泵总时间：36h(1)物料投入方式液体物料选用离心泵进料，并在物料进入管道上增加流量指示控制仪表以计算投料量，便于计量物料投料量。固体物料如缩合物采用湿法进料，事先把甲醇和四氢呋喃加入缩合物罐中，使其溶解，再通过离心泵加入反应釜中。湿法进料可避免固体物料进料的缺点，更好的保护设备，以及防止粉尘等。气体物料运用其密度小的优点直接进料。(2(2)为了清洗方便，每个房间均加入自来水管和纯化水管通入反应釜中，以便在反应完毕后清洗设备，真正达到无菌操作。(3)浓缩蒸出的异丙醇不应排放到大气中，先进过冷却再冷凝回收以供再次使用。(4)每个储罐旁边都加入换热器，以防止温度过高储罐爆炸，使其过热蒸发出的气体迅速冷凝回流到设备中，减少危险。(5)大孔树脂由于单个体积过大，所以采用五个大孔树脂并联操作，减小高度，便于设计厂房。每个主体设备下方设一个中间罐，以便于稳定生产，使反应之间相互不受影响。(6)管道控制点的设置，氢化反应釜、过滤机、浓缩釜、大孔树脂、过滤洗涤干燥一体机、脱色釜和储罐的物料或介质的流入流出均设阀门控制。带控制点的工艺流程图详见设计册。设计思路：13序号产品名称设计思路：13序号产品名称生产天数(天)含量(%)1美罗培南24999根据设计任务书可知初设要求如下：(2)生产班次：两班/三班、8小时/班。工序具体生产班制按操作周期确定。以达到生产任务为基础，确定每批次生产任务和生产工艺，根据工艺合理安排车间生产、清洁、维护时间，以提高设备利用率并合理计划生产制度。在保障生产效率和产品质量的前提下，最大程度节省人力、物力配置冗余，以实现经济效益最佳。为了方便，本章节以最大生产能力为衡算基准，实际生产过程可以降低生产频度。紧紧围绕设计任务书，考虑的主要原则为：(1)系统设备单元的配置仅考虑产品生产，以合成单元操作为基础，充分考虑设备管道的通用性；(2)考虑化学反应放大效应，所有化学反应器的体积不大于4000升。在仔细研读任务书的前提下，我们决定找到生产过程中的关键瓶颈步骤，确定该步骤的最大生产能力，以此进行方案设计和调整，以达到设计规模(表表3-1药品生产能力度度根据设计任务书可知初设要求如下：(2)生产班次：两班/三班、8小时/班。工序具体生产班制按操作周期确定。以达到生产任务为基础，确定每批次生产任务和生产工艺，根据工艺合理安排车间生产、清洁、维护时间，以提高设备利用率并合理计划生产制度。在保障生产效率和产品质量的前提下，最大程度节省人力、物力配置冗余，以实现经济效益最佳。为了方便，本章节以最大生产能力为衡算基准，实际生产过程可以降低生产频度。紧紧围绕设计任务书，考虑的主要原则为：(1)系统设备单元的配置仅考虑产品生产，以合成单元操作为基础，充分考虑设备管道的通用性；(2)考虑化学反应放大效应，所有化学反应器的体积不大于4000升。在仔细研读任务书的前提下，我们决定找到生产过程中的关键瓶颈步骤，确定该步骤的最大生产能力，以此进行方案设计和调整，以达到设计规模(表表3-1药品生产能力序号产品名称生产天数(天)含量(%)1美罗培南24999初步设计思路：13根据任务书可知，生产中许多物料的投料关系都是有大概比例的，我们首先以原料药的反应为出发点，选择计算该原料药用一个3500L反应釜生产，结合物料衡算，粗略计算出该条件下该种原料药每批次的产量，再根据产量计算达到生产规模时每种原料药所需生产批次；再根据250天的年工作日安排确定反应釜个数。最终设计思路：将初步设计思路的结果用到每一工序后，发现该种原料药共用一套精制设备，而初步设计生产天数的结果不适用于精制工序生产能力，在反复调整尽量套用设备的基础上使三个产品公用处理能力基本平衡，根据物种原料药每日生产量(见下表3-1)，合理规划生产装置年工作时间及生产装置主要设备要求。自动控制的目标是使生产过程达到安全、平稳、优质、高效，它是原料药生产的重要组成部分，是工业生产得以稳定有效进行的基础和保障。一套好的流程控制系统可以实现各种技术经济指标，起到提高经济效益和劳动生产率、降低成本、节约能源等作用，在市场竞争激烈的今天尤为重要。装置工艺过程决定了必须隔离和集中操作和控制，所以，本设计拟采用当今世界上可靠而先进并且便于操作和编程的DCS系统在装置中央控制室对整个装置生产过程进行监视和自动控制。主要的工艺参数中控室由DCS系统显示和控制。不重要的工艺参数，其设定点不经常调整的参数，采用就地显示和控制仪表。必须在现场操作和监视的机组或设备，则在机组或设备附近的现场安装仪表或操作盘。装置的安全联锁系统主要包括工艺安全联锁和全装置联锁，将由独立于分散控制系统(DCS)完成。本车间中架层设备的釜底出料阀均采用电动磁阀控制。根据本车间装置的生产规模、流程特点、产品质量、工艺要求等特点，采用集中监测、分散控制的模式。整个厂区的设备采用中控室集中控制、主(分)站PLC控制、就地手动控制三级控制。分控制站主要是氢化反应间的控制室。15工程整个生产过程实行自动化控制，包括自动检测、自动保护、自动操纵和自动控制等多方面的内容。生产过程的控制和监督系统包括生产过程的控制和监督系统包括数字控制系统(DCS)，系统包括操作台，通过总线系统与中央控制装置连在一起。中央控制装置与外围的分系统连在一起，整个工厂生产有控制系统实现，所有的相关参数都可控制、说明和记录。并可连锁运营，能保证连续、高效、高质量生产。本工程所设计的自动操纵控制系统可以根据预先规定的步骤自动地对生产过程、重要设备进行周期性操作，将生产过程自动地投入运行或自动停车，从而极大减轻操作人员的重复体力劳动，减轻劳动强度同时提高了工艺参数获取的及时性。在实际生产操作过程中，当某些工艺关键性参数受到外界干扰影响而偏离正常状态时，自动操纵控制系统能自动通过调节控制变量，调节参数回到设定数值范围内，保障生产连续安全地进行。为对生产过程中各种工艺参数进行测量、指示和记录，本厂设有大量检测仪表，代替了操作人员对工艺参数的不断人工观察与记录，节省了大量的人力与时间。同时，在自动检测过程中，一旦发现工艺参数超过了设定允许范围，计算机自控系统自动地发出声光报警信号，告诫操作人员注意，与此同时连锁系统立即采取应急措施，打开安全阀或切断某些管道，必要时紧急停车，以防事故的发生和扩大，最大限度的保护操作人员的安全。反应釜温度控制：设有温度检测和报警仪表，温度过高或过低都会报警，通过温度检测仪表与对蒸汽与冷凝水的流量控制仪表的串级连接来控制反应釜内的温度。顶部压力控制：反应釜顶部设有压力监控仪表与安全阀，压力过高会自动泄压；并设有压力高低限报警系统，当反应釜内的压力不在压力控制范围内时，会以发出警报的形式通知控制人员。对于氢化反应釜，因为涉及到易爆气体氢气，所以在罐体上部安装有冷凝水的喷洒装置，一旦出现紧急情况，不管是压力过高还是温度过高报警，DCS系统会自动控制冷凝水的输出，做到足够的安全措施。底部出料，也是由液位的高低来控制，包括废液的排放，也不能直接开阀放液，必须要根据液位的高低以及罐内的压力大小开阀门，通过一系列的负反馈调节，作用于气开式阀门，严格控制料液的出釜流量。16液位控制：各类设备均需控制液位，因此底部设有液位控制仪表。压力控制：顶部设有压力控制仪表，在加压过滤机上配有压力记录仪表，并能传送信息至控制室，首先通过压力报警仪表，万一压力过高并且无法调控，会立马报警，使加氮管道关闭，对于在可允许压力变动数值内，将信息传送给控制室内的PIC压力显示控制，再将数值传递给控制室内的流量显示控制报警仪表，通过计算机辅助计算得出可控制压力大小的气体流量大小，压力过高，阀门开小，压力过低，阀门开大。总而言之，通过负反馈调节，可根据罐内压力的高低来控制氮气气动阀门的开度，进而来控制罐内压力；并设有安全阀，压力过高会自动泄压。温度控制：装置上配备温度监控仪表，相似与压力的控制，温度相对高蒸汽阀门会开小，温度相对低，蒸汽阀门会开大，在类似于三合一设备的分离装置中，罐体上装有显示仪表，通过温度转换器输入到控制室里的温度显示控制报警装置，一旦温度温度过高无法调节，立马报警紧急停车，在可控范围内的温度，温度显示控制仪对蒸汽的流量显示控制报警装置进行调节，同样是负反馈调节，这是通过蒸汽流量来控制温度，当然在温度要求比较小时可通过对冷凝水的流量调节来控制温度。液位控制：各类设备均需控制罐内的液位，因此底部设有液位控制仪表。压力控制：顶部设有压力控制仪表，控制阀可根据罐内压力的高低来控制阀门的开度，来控制罐内压力；并设有安全阀，压力过高会自动泄压。气体流量控制：设备的压力用压力转换器传到控制室，压力过高，有报警系统，压力信号转换成流量信号，通过计算，进行调整。国内权威专著《药品生产验证指南》中对在线清洗的解释为：系统或较大型的设备、管线、系统，在原安装位置不作拆卸及移动条件下的清洁工作。CIP系统装置主要包括清洗剂及灭菌剂的储罐、输送泵、回收泵、管道和各种控制阀门及清洗喷头。清洗液储罐均装有0-100℃温度传感器和蒸汽加热17装置；另外，CIP清洗系统中还应配1套子系统：加碱罐、加酸罐和加消毒剂罐，其作用是通过微机在线检测仪的电导率测定，自动控制流量泵来补充酸、碱量，及时调整碱罐、酸罐的清洗液浓度，并及时补充清洗过程中酸碱的消耗，保证大罐的清洗液的有效浓度。当CIP清洗站工作时，按照预先设定的程序用送液泵把清洗液泵入要清洗的管道和设备，再用回液泵把清洗后的洗液送回到清洗液储罐。在清洗过程中，清洗液的浓度被稀释，可通过清洗液补给装置添加相应的高浓度介质，调节清洗液的浓度。根据生产过程，配液系统的CIP步骤大致如下：菌空气的流量为0.2m³/min，时间控制在3min。这样做的目的是尽量减少工艺过程残留液体，用来降低清洗的负荷工作2.使用纯化水清洗一次，纯化水在管道中运行的速度为2m/s，总共通水10min。这是对与管道内表面和罐体的表面进行一次粗清洗；3.使用无菌空气进行第二次吹洗，无菌空气的流量为0.2m³/min，时间控制在3min。减少第二步的残留的液体，提高清洗效果。4.使用碱液进行清洗，碱液的浓度为3-4mol/L，清洗时碱液在管道中的流速控制在2m/s，时间为15min。在进行这一步骤时，为了能够对设备清洗彻底，应该是碱液对设备浸泡5min。这样做的目的是将工艺过程中残留的液体用碱洗除为。5.使用酸液进行清洗，酸液浓度控制在1-2mol/L，清洗时酸液在管道中运行的速度为2m/s，时间为15min，同时为了更好的对碱液进行综合，酸液应该5min浸泡。6.使用无菌空气进行第三次吹洗，无菌空气的流量为0.2m³/min，时间控制在3min。减少第四步的残留的液体，提高下道工序的注射用水的置换效率。7.使用温度为80℃的纯化水进行漂洗。为了防止对于某些地方不能清洗到，因此预先使用纯化水进行浸泡预处理。通入注射水时水流在管道内部流速8.使用无菌空气进行第四次吹洗，无菌空气的流量为0.2m³/min，时间控制在3min，将设备吹干。18在原料药生产车间中有很多有毒和腐蚀性物质，有的可以透皮吸收，对人体造成伤害，为了工人的身体健康，在工作时必须穿防护服。基本的OSHA标准要求四级保护：LevelA--表示最大的危险程度：对人的呼吸、眼睛或皮肤造成伤害。A级防护服的配置配有最高级别的呼吸及皮肤眼睛防护，供呼吸所需的气体(SCBA或气体管道)全压缩型的化学防护服内部和外部抗化学物手套抗化学物长靴坚固的帽子。LevelB--表示环境要求最高的呼吸保护，但对皮肤无害或不经皮肤吸收B级防护服的配置，与A级同样的呼吸防护，加有头罩的化学防护服，但对皮肤防护要求不高，可防化学物飞溅即可，其他配置同A级相同。LevelC--表示化学污染物不会对暴露的皮肤及呼吸造成损害。C级防护服的配置无呼吸防护轻微皮肤防护，化学手套、化学长靴、安全眼镜或风镜、坚固的帽子。D级防护服–属于一次性防护服(例：实验室)总结：A、B、C、D四级是根据危险级别的不同配备相应级别的防护装备。根据我们的车间平面布置：一楼主要为一般生产区、洁净区、制水间、空调室，二楼为主反应釜区、配液区。一楼洁净区和制水间是整个车间里面最安全的区域，所以不用穿防护服，但是要穿特定的服装，即洁净服；在一般生产区，如在减压浓缩的时候，会有甲醇、四氢呋喃、异丙醇等气体的溢出，具有腐蚀性，要求穿防护服，所以选择A级防护服。二楼为主反应釜区及配液区，在主反应釜区许多反应物都有挥发性，如丙酮等，而且人吸入后会对人身体造成伤害；且在配液区，工人在配置一些溶液的时候，会存在溶液漏出的情况，而且在称取一些固体原料时，如氢氧化钠等具有腐蚀性，所以对防护服的要求也很高，因此工人在此层车间工作的时候要穿A级防护服。生产班制的安排是根据各工段连续性安排采用不同班制，具体的生产岗位时间安排表如附表所示表3-2生产班制安排表产品生产班制美罗培南氢化过滤洗涤减压蒸馏树脂吸附洗涤浓缩析晶、过滤、干燥脱色过滤析晶、过滤、洗涤美罗培南原料药按间歇式生产19美罗培南原料药按间歇式生产生产班制的安排是根据各工段连续性安排采用不同班制，具体的生产岗位时间安排表如附表所示表3-2生产班制安排表产品生产班制美罗培南氢化过滤洗涤减压蒸馏树脂吸附洗涤浓缩析晶、过滤、干燥脱色过滤析晶、过滤、洗涤19物物料衡算是医药工艺设计的基础。根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算，可以得到单耗、副产品量、输出过程物料损耗量以及“三废”生成量等，使设计由定性转向定量。物料衡算中相关单位：物料衡算中相关单位：质量(kg)、体积(L)一、工艺收率及所用原料的物性工作参数结合工艺过程、文献数据，工艺收率及所用原料的物性工作参数见表4-1。表4-1各工段的相关经验参数第四章物料衡算20步骤收率原辅料分子量质量比质量含量密度(g/cm3)氢化还原缩合物四氢呋喃啉)丙磺酸钯炭氢气配制缓冲溶液的纯化水21适量110.889*1041过滤1啉)丙磺酸配制缓冲溶液洗涤减压蒸馏树脂吸附洗脱析晶过滤干燥脱色处理析晶过滤洗涤111的纯化水美罗培南三水化合物浓缩液纯化水异丙醇丙酮注射水活性炭丙酮适量11111物物料衡算是医药工艺设计的基础。根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算，可以得到单耗、副产品量、输出过程物料损耗量以及“三废”生成量等，使设计由定性转向定量。物料衡算中相关单位：物料衡算中相关单位：质量(kg)、体积(L)第四章物料衡算一、工艺收率及所用原料的物性工作参数结合工艺过程、文献数据，工艺收率及所用原料的物性工作参数见表4-1。表4-1各工段的相关经验参数步骤收率原辅料分子量质量比质量含量密度(g/cm3)氢化还原缩合物四氢呋喃啉)丙磺酸钯炭氢气配制缓冲溶液的纯化水21适量110.889*1041过滤1啉)丙磺酸配制缓冲溶液洗涤减压蒸馏树脂吸附洗脱析晶过滤干燥脱色处理析晶过滤洗涤111的纯化水美罗培南三水化合物浓缩液纯化水异丙醇丙酮注射水活性炭丙酮适量11111201.美罗培南实际日生产量=美罗培南年产量/(工作日-1)=1.美罗培南实际日生产量=美罗培南年产量/(工作日-1)=100.40kg美罗培南实际纯品日生产量=美罗培南实际日生产量*纯度=99.40kg美罗培南中杂质量=美罗培南日生产量-美罗培南纯品日生产量=1kg9批91kg还原工序:(氢化反应:95%树脂吸附洗脱：95%析晶：98%)精制工序：98%总收率=单程收率=氢化还原工段总收率*精制工序工段总收率*粉碎包装工段总收率=86.5%根据计算，年产量及工作日见表4-2所示：表4-2年产量及工作日年产量(kg)工作日实际生产纯品美罗培南(kg)理论生产纯品美罗培南(kg)25000249一、氢化反应工段物料衡算(1)纯缩合物投料量=日产量美罗培南*缩合物分子量/美罗培南的分子量38=1.85kgg1.美罗培南实际日生产量=美罗培南年产量/(工作日-1)=100.40kg美罗培南实际纯品日生产量=美罗培南实际日生产量*纯度=99.40kg美罗培南中杂质量=美罗培南日生产量-美罗培南纯品日生产量=1kg9批91kg还原工序:(氢化反应:95%树脂吸附洗脱：95%析晶：98%)精制工序：98%总收率=单程收率=氢化还原工段总收率*精制工序工段总收率*粉碎包装工段总收率=86.5%根据计算，年产量及工作日见表4-2所示：表4-2年产量及工作日年产量(kg)工作日实际生产纯品美罗培南(kg)理论生产纯品美罗培南(kg)25000249一、氢化反应工段物料衡算(1)纯缩合物投料量=日产量美罗培南*缩合物分子量/美罗培南的分子量38=1.85kgg22(4)3-(N-吗啡啉)丙磺酸投料量：缩合物的投料量*投量比N*0.99=21.46kg3-(N-吗啡啉)丙磺酸中杂质量=丙磺酸投料量-丙磺酸投料量纯品=21.67-(7)配制缓冲液用的水量：缓冲液纯品投料量/缓冲液的分子式/缓冲液的质量摩(1)缩合物的反应量=缩合物纯品投料量*氢化转化率=183.38*95%=174.21kg.17kg(2)二氧化碳生成量=缩合物的反应量*二氧化碳的分子量/缩合物的分子量(5)3-(N-吗啡林)丙磺酸出料量=3-(N-吗啡林)丙磺酸纯品投料量=21.46kg氢气反应量：缩合物的反应量*氢气的分子量*物质的量/缩合物的分子量(7)美罗培南三水化合物生成量=缩合物的反应量*美罗培南三水化合物/缩合物(8)对氨甲基甲苯生成量=缩合物的反应量*对氨甲基甲苯/缩合物的分子量(9)水生成量=缩合物反应量*水的分子量/缩合物的分子量(9)水生成量=缩合物反应量*水的分子量/缩合物的分子量的水：1025.52kg(11)氢化反应工段总杂质量=缩合物中杂质量+四氢呋喃中杂质量+甲醇中杂质量+3-(N-吗啡林)丙磺酸中杂质量+氢气中杂质量=24.751kg氢化还原工段进出料平衡通过计算，氢化还原工段各种物料进出料见表表4-3氢化还原进出料平衡进出料名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量缩合物缩合物残留量氢气杂质钯炭废水四氢呋喃二氧化碳氢气3-N(吗菲3-N(吗菲丙磺酸缓冲丙磺酸缓冲液液纯化水四氢呋喃美罗培南三水化合物对氨甲基甲苯钯炭合计1合计1三、过滤工段的物料平衡23(9)水生成量=缩合物反应量*水的分子量/缩合物的分子量的水：1025.52kg(11)氢化反应工段总杂质量=缩合物中杂质量+四氢呋喃中杂质量+甲醇中杂质量+3-(N-吗啡林)丙磺酸中杂质量+氢气中杂质量=24.751kg氢化还原工段进出料平衡通过计算，氢化还原工段各种物料进出料见表表4-3氢化还原进出料平衡进出料名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量缩合物缩合物残留量氢气杂质钯炭废水四氢呋喃二氧化碳氢气3-N(吗菲3-N(吗菲丙磺酸缓冲丙磺酸缓冲液液纯化水四氢呋喃美罗培南三水化合物对氨甲基甲苯钯炭合计1合计1三、过滤工段的物料平衡23总出料量-滤渣量=2369.827kg通过计算，过滤工段的各种物料进出料见表表4-4过滤工段进出料平衡24进料物名出料物名称缩合物残质量/kg含量称质量/kg含量留量钯炭杂质滤渣美罗培南缩合物残废水留量二氧化碳杂质氢气3-N(吗菲废水丙磺酸缓二氧化碳冲液氢气3-N(吗菲四氢呋喃丙磺酸缓冲液美罗培南三水化合四氢呋喃物对氨甲基美罗培南三水化合钯炭合计滤液物对氨甲基1合计13-(N-吗啡林)丙磺酸杂质=丙磺酸投料量-丙磺酸投料量纯品=2.41-总出料量-滤渣量=2369.827kg通过计算，过滤工段的各种物料进出料见表表4-4过滤工段进出料平衡进料物名出料物名称缩合物残质量/kg含量称质量/kg含量留量钯炭杂质滤渣美罗培南缩合物残废水留量二氧化碳杂质氢气3-N(吗菲废水丙磺酸缓二氧化碳冲液氢气3-N(吗菲四氢呋喃丙磺酸缓冲液美罗培南三水化合四氢呋喃物对氨甲基美罗培南三水化合钯炭合计滤液物对氨甲基1合计13-(N-吗啡林)丙磺酸杂质=丙磺酸投料量-丙磺酸投料量纯品=2.41-24(2)配置缓冲液所用水量：缓冲液投料量纯品/缓冲液的分子量/缓冲液的质(2)配置缓冲液所用水量：缓冲液投料量纯品/缓冲液的分子量/缓冲液的质(2)美罗培南三水化合物(残留在滤渣中)：2.73kg(3)3-(N-吗啡林)丙磺酸=丙磺酸投料量纯品=2.38kg通过计算，洗涤工段的各种物料进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量滤渣废钯炭3-N(吗菲啉)丙磺酸缓冲液杂质废水0配制缓冲液所用水美罗培南三水化合物3-N(吗啡丙磺酸缓冲液合计1合计1表4-5洗涤工段进出料平衡25五、减压蒸馏工段进出料平衡蒸出(1)四氢呋喃=967.53kg(3)美罗培南三水化合物浓缩液:1377.767kg通过计算，减压蒸馏工段的各种物料进出量，见表表4-6减压蒸馏进出料平衡(2)配置缓冲液所用水量：缓冲液投料量纯品/缓冲液的分子量/缓冲液的质(2)美罗培南三水化合物(残留在滤渣中)：2.73kg(3)3-(N-吗啡林)丙磺酸=丙磺酸投料量纯品=2.38kg通过计算，洗涤工段的各种物料进出料平衡表4-5洗涤工段进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量滤渣废钯炭3-N(吗菲啉)丙磺酸缓冲液杂质废水0配制缓冲液所用水美罗培南三水化合物3-N(吗啡丙磺酸缓冲液合计1合计1五、减压蒸馏工段进出料平衡蒸出(1)四氢呋喃=967.53kg(3)美罗培南三水化合物浓缩液:1377.767kg通过计算，减压蒸馏工段的各种物料进出量，见表表4-6减压蒸馏进出料平衡25进料物名称质量/进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量缩合物残留量杂质四氢呋喃馏出液废水浓缩液美罗培南三水化二氧化碳合物浓缩液氢气3-N(吗菲啉)丙磺酸缓冲液四氢呋喃美罗培南三水化合物对氨甲基甲苯废钯炭杂质0废水美罗培南三水化合物3-N(吗啡啉)丙磺酸缓冲液合计1合计126六、树脂吸附洗脱1)美罗培南浓缩液含量=1377.767kg进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量缩合物残留量杂质四氢呋喃馏出液废水浓缩液美罗培南三水化二氧化碳合物浓缩液氢气3-N(吗菲啉)丙磺酸缓冲液四氢呋喃美罗培南三水化合物对氨甲基甲苯废钯炭杂质0废水美罗培南三水化合物3-N(吗啡啉)丙磺酸缓冲液合计1合计1六、树脂吸附洗脱1)美罗培南浓缩液含量=1377.767kg6/70/10^3=1560.57L)26进料物名称质量/kg含进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量美罗培南三水美罗培南三水化合物浓缩液化合物浓缩液纯化水异丙醇异丙醇异丙醇中杂质0废水杂质合计1合计1(2)异丙醇=异丙醇纯品投料量=112.54kg63.13kg通过计算，树脂吸附洗脱工段的各种物料进出料，见表表4-7树脂吸附洗脱进出料七、蒸除异丙醇(1)美罗培南三水化合物进料量=103.78kg(1)美罗培南三水化合物出料量=美罗培南三水化合物进料量=103.78kg63.13kg27(2)异丙醇=异丙醇纯品投料量=112.54kg63.13kg通过计算，树脂吸附洗脱工段的各种物料进出料，见表表4-7树脂吸附洗脱进出料进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量美罗培南三水美罗培南三水化合物浓缩液化合物浓缩液纯化水异丙醇异丙醇异丙醇中杂质0废水杂质合计1合计1七、蒸除异丙醇(1)美罗培南三水化合物进料量=103.78kg(1)美罗培南三水化合物出料量=美罗培南三水化合物进料量=103.78kg63.13kg27(4)蒸除的异丙醇=异丙醇进料量=112.54kg通过计算，蒸除异丙醇的各种物料进出量，见表3.78kg=24.86kg63.13kg通过计算，析晶过滤干燥的各种物料进出量，见表4-9。进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量美罗培南美罗培南三水化合物三水化合物水水杂质杂质异丙醇异丙醇合计1合计1表4-8蒸除异丙醇进出量平衡28(4)蒸除的异丙醇=异丙醇进料量=112.54kg通过计算，蒸除异丙醇的各种物料进出量，见表表4-8蒸除异丙醇进出量平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量美罗培南美罗培南三水化合物三水化合物水水杂质杂质异丙醇异丙醇合计1合计13.78kg=24.86kg63.13kg通过计算，析晶过滤干燥的各种物料进出量，见表4-9。28表4-9吸晶过滤干燥的进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg表4-9吸晶过滤干燥的进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量美罗培南美罗培南三水化合物三水化合物丙酮杂质水丙酮杂质0损耗美罗培南0挥发的丙酮水合计1合计1出料物名称一、脱色过滤g2.出料量滤液(1)注射水出料量=进料量=3308.21kg通过计算，脱色过滤工段的各种物料进出料，见表4-10。质量/kg表4-10脱色过滤工段进出料平衡质量/kg进料物名称含量含量美罗培南粗品注射水滤液美罗培南粗品注射水29表4-9吸晶过滤干燥的进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量美罗培南美罗培南三水化合物三水化合物丙酮杂质水丙酮杂质0损耗美罗培南0挥发的丙酮水合计1合计1一、脱色过滤g2.出料量滤液(1)注射水出料量=进料量=3308.21kg通过计算，脱色过滤工段的各种物料进出料，见表4-10。表4-10脱色过滤工段进出料平衡质量/kg含量质量/质量/kg含量质量/kg含量出料物名称滤液美罗培南粗品注射水滤液美罗培南粗品注射水品注射水29活性炭1活性炭活性炭1活性炭合计合计滤渣1丙酮中杂质美罗培南三水化合物滤液{(2)注射水量=3308.21kg(3)美罗培南三水化合物粗品量=101.70kg}g通过计算，析晶过滤洗涤工段的各种物料进出料，见表4-11。表4-11析晶过滤洗涤工段进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量丙酮注射水美罗培南三水30活性炭1活性炭11滤渣合计合计滤液{(2)注射水量=3308.21kg(3)美罗培南三水化合物粗品量=101.70kg}g通过计算，析晶过滤洗涤工段的各种物料进出料，见表4-11。表4-11析晶过滤洗涤工段进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量丙酮丙酮美罗培南三水化合美罗培南三水化合物美罗培南三水30合计5228.合计5228.871合计5228.871四、粉碎包装三、溶剂回收含量=丙酮进料量*回收率=2716.92*90%=2445.228kg通过计算，溶液回收的各种物料进出量，见表4-12。表4-12溶液回收进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量丙酮1回收液废液合计1合计1当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时，根据能量守恒定律可得出热量平衡方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6中，Q1———物料带入设备的热量，kJ;Q2———加热剂或冷却剂传给设备或物料的热量，kJ;化合物粗品化合物粗品化合物粗品注射水丙酮损耗量注射水丙酮损耗量丙酮气体损耗量丙酮损耗量丙酮气体损耗量合计5228.871合计5228.871三、溶剂回收含量=丙酮进料量*回收率=2716.92*90%=2445.228kg通过计算，溶液回收的各种物料进出量，见表4-12。表4-12溶液回收进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量丙酮1回收液废液合计1合计1四、粉碎包装当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时，根据能量守恒定律可得出热量平衡方程式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6中，Q1———物料带入设备的热量，kJ;Q2———加热剂或冷却剂传给设备或物料的热量，kJ;32Q3———过程热效应(吸热为负，放热为正)，kJ;Q4———物料离开设备所带走的热量，kJ;Q5———加热或冷却设备所消耗的热量，kJ;Q6———设备向环境散失的热量，kJ.计算(1)气体的比热容理想气体的定压比热容：Cp=4.187*(2n+3)/Mn———化合物分子中原子个数；M———化合物的摩尔质量，kg/kmol;体比热容等温压强校正表得，实际气体与理想气体的定压比热容之差△Cp=27(2)固体的比热容CiAA为原子摩尔质量，kg/kmol;为各原子的比热容表5-1各原子的比热容CHO46N26S(3)液体的比热容对有机化合物的比热容：Cp=∑(ni*Ci)/M式中，ni为分子中i种基团的个数；Ci为基团的摩尔热容，J/(mol*℃)d.美罗培南三水化合物的比热容：g33表5-2基团摩尔热熔单位：J/(mol*℃)基团温度25℃—CH341.7—CH2—28.3—CH—24.9—O—29.743.5—OH—44CHO46N26S(3)液体的比热容对有机化合物的比热容：Cp=∑(ni*Ci)/M式中，ni为分子中i种基团的个数；Ci为基团的摩尔热容，J/(mol*℃)表5-2基团摩尔热熔单位：J/(mol*℃)基团温度25℃—CH341.7—CH2—28.3—CH—24.9—O—29.743.5—OH—44d.美罗培南三水化合物的比热容：g33溶质是固态时，溶解热为其熔融热，即:溶质是固态时，溶解热为其熔融热，即:Jkg首先有机物燃烧热的估算：对复杂的有机物，Qc=109.07*n+∑k△式中，k为分子中同样取代基的数目；△为取代基和键的热量校正值；n为化合物在燃烧时的电子转移数。n=2*(需要的氧数-化合物中已有的氧数)；对热量校正值，可查表5-3。34表5-3卡拉奇公式中的热量校正值取代基合建的性质结构式热量校正值⊿/(kJ/mol)乙烯键C＝C(顺式)C＝C(反式)69.154.4脂族或芳族的酮基(Ar)R—CO—R(Ar)27.2仲型脂基与烃基之间的键R2CH—OH27.2羧基—COOH41.2脂肪族的酯R—COOR69.036脂族仲胺R—NH—R81.6脂肪叔胺R3N108.8a.缩合物的电子转移数：n=2*(2*32+1/2*34+5*2+2-11)=104b.美罗培南三水化合物的电子转移数：n=2*(2*17+1/2*31+2*3+2-8)=99美罗培南三水化合物的燃烧热：cn+2)=41由以上数据，可计算得，该反应的反应热：溶质是固态时，溶解热为其熔融热，即:KJkg首先有机物燃烧热的估算：对复杂的有机物，Qc=109.07*n+∑k△式中，k为分子中同样取代基的数目；△为取代基和键的热量校正值；n为化合物在燃烧时的电子转移数。n=2*(需要的氧数-化合物中已有的氧数)；对热量校正值，可查表5-3。表5-3卡拉奇公式中的热量校正值取代基合建的性质结构式热量校正值⊿/(kJ/mol)乙烯键C＝C(顺式)C＝C(反式)69.154.4脂族或芳族的酮基(Ar)R—CO—R(Ar)27.2仲型脂基与烃基之间的键R2CH—OH27.2羧基—COOH41.2脂肪族的酯R—COOR69.036脂族仲胺R—NH—R81.6脂肪叔胺R3N108.8a.缩合物的电子转移数：n=2*(2*32+1/2*34+5*2+2-11)=104b.美罗培南三水化合物的电子转移数：n=2*(2*17+1/2*31+2*3+2-8)=99美罗培南三水化合物的燃烧热：cn+2)=41由以上数据，可计算得，该反应的反应热：3435b.甲醇的汽化潜热：-1109KJ/kgc.丙酮的汽化潜热：-524KJ/kgd.四氢呋喃的汽化潜热：-410KJ/kg5.2操作单元热量衡算一、氢化反应的热量衡算Q206KJQ4=Q4(二氧化碳)+Q4(美罗培南三水化合物)+Q4(对氨基甲苯)+Q4(水生成量)+Q4(缩合物残留量)+Q4(氢气残留量)+Q1(四氢呋喃)+Q1(甲醇)+Q1(3—364.Q5与Q6一起估算即热损失，取Q5+Q6=10%Q总二、过滤、洗涤的热量衡算三、减压浓缩的热量衡算1.Q1=上步反应带出的Q4=21417.2236KJQ4=Q4(二氧化碳)+Q4(美罗培南三水化合物)+Q4(对氨基甲苯)+Q4(水生成37量)+Q4(缩合物残留量)+Q4(氢气残留量)+Q4(四氢呋喃)+Q4(甲醇)+Q4(3—(NQ3=甲醇相变的汽化热+四氢呋喃相变的汽化热=-159030.6-396687.3=-四、树脂吸附洗脱的热量衡算Q1=上步反应的Q4-Q4(四氢呋喃)-Q4(甲醇)+Q1(异丙醇)+Q1(配制