制剂车间布置和管道设计.ppt

第六章制药厂设计概论 第一节概述第二节车间的总体布置第三节设备和通道的布置第四节gmp与 精烘包 工序设计第五节多能车间设计第六节车间布置的方法 步骤和成果第七节管道设计 第四部分车间布置和管道设计 第一节概述一 车间布置的重要性和任务重要性 是工艺专业向非工艺专业提供开展车间设计的基础资料 遵守设计程序 按布置设计原则 合理布置设计 否则 造价高 施工安装不便 人流 物流混乱 易发生事故等 一 车间布置的重要性和任务 任务 1 确定安防等级 卫生标准 2 定建 构 筑物和露天场所尺寸 并对生产 辅助生产和行政 生活区域位置作出安排 3 定工艺设备在车间的空间位置 二 制药车间布置设计的特殊性 原料药作为精细化学品 属化学工业范畴 在车间布置上和化工车间布置有共同要求 但药品作为治病 增强体质的特殊商品 其质量好坏关乎健康 药效 安全 为保证质量必须在洁净环境中生产 以防异物 灰尘 细菌污染药品 所以原料药的成品工序 精 烘 包 与药剂生产的灌封 制粒 干燥 压片工艺一样必须符合gmp制度 这就是药品生产的特殊性 三 车间的组成 1 生产部分 生产区 精烘包工序 控制室 储罐区等 2 辅助生产部分 动力 化验 机修 通风空调室 原料 辅料成品仓库等 3 行政 生活部分 办公 休息 更衣 浴 厕卫生室等 四 车间布置设计的条件 内容和成果 布置设计是在流程 物衡 热衡 设备设计之后进行的 一 初步设计阶段1 设计需要的条件和资料 直接资料 车间外部资料和内部资料 p337 设计规范和规定 是国家技术政策和法令在设计中的体现 必须严格执行 不能违背 如违背造成事故 要承担法律责任 见p271 一 初步设计阶段 2 设计内容 按生产 使用 储存物质的火灾危险性 按规范确定车间火灾危险类别 甲 乙 丙 丁等 再按生产类别 层数和防火分区内的占地面积 确定厂房的耐火等级 按gmp规定确定精烘包工序的洁净级别 确定生产 辅助生产 行政 生活部分的布局定车间场地与建 构 筑物的平面尺寸和高度 定工艺设备的平 立面布置 定人流 物流通道安排管道 电路等 一 初步设计阶段 3 设计成果是平 立面布置图和布置说明 平 立面布置图和设备一览表又是非工艺专业和工艺管道设计的设计条件 二 施工图设计阶段 依据是初步设计布置资料 施工图设计最终完成的文件是车间布置平 立面图 该图是工艺专业向其它非工艺专业提供的基本条件 其它专业以此进行施工图设计 工艺专业以此进行管道布置设计 第二节车间的总体布置 主要讨论 厂房的轮廓 层数 生产 辅助生产 行政 生活设施的布局 一 厂房的组成形式 1 集中式 生产 辅助生产和行政生活部分集中安排在一栋厂房 适于规模小 车间中各工段联系紧密 生产特点 防火 防爆等级和防毒程度 无明显差异的情形 2 单体式 生产 辅助生产和行政生活部分 一部分或几部分相互分离并分散布置在几栋厂房中 适于规模大 车间中各工段生产特点差异显著的情形 二 厂房的层数 层数有单层 多层 或单层和多层组合形式设计时根据工艺流程需要选用 厂房高度决定于工艺 安装 检修 以及采光 通风和安全要求 设计时每层高度应尽量统一 有5m 6m模数 最低4 5m 行政生活部分一般为3m 3 3m 3 6m 如果作三层布置设备的 计量罐 反应罐 离心机 单层厂房 净空高低不能 6m 常见形式如图7 1 三 厂房平面和建筑模数制 一 厂房平面形状和建筑模数制平面外形常采用长方形 l形 t形和 形这些形状从工艺上看 利于设备布置 管线短 便于安排人流 物流进出口 也节省占地面积 厂房的宽度 长度和柱距 除特殊要求 应尽可能满足建筑模数制的要求 1 基本模数为100mm 2 门 窗 洞口和墙板在水平和垂直方向均为300mm的倍数 3 柱网 距 6 6m最大不应超过12m 4 层高为0 3m的倍数 模数制 所谓统一模数制 就是为了实现设计的标准化而制定的一套基本规则 使不同的建筑物及各分部之间的尺寸统一协调 使之具有通用性和互换性 以加快设计速度 提高施工效率 降低造价 为了建筑设计 构件生产以及施工等方面的尺寸协调 从而提高建筑工业化的水平 降低造价并提高建筑设计和建造的质量和速度 建筑设计应采用国家规定的建筑统一模数制 建筑模数是选定的标准尺度单位 作为建筑物 建筑构配件 建筑制品以及有关设备尺寸相互间协调的基础 根据国家制订的 建筑统一模数制 我国采用的基本模数m 100mm 同时由于建筑设计中建筑部位 构件尺寸 构造节点以及断面 缝隙等尺寸的不同要求 还分别采用分模数和扩大模数 分模数1 2m 50mm 1 5m 20mm 1 10m 10mm 适用于成材的厚度 直径 缝隙 构造的细小尺寸以及建筑制品的公偏差等 基本模数1m和扩大模数3m 300mm 6m 600mm 等适用于门窗洞口 构配件 建筑制品及建筑物的跨度 进深 柱距 开间 和层高的尺寸等 二 工业厂房常见结构尺寸 常用宽度为12 15 18m 柱网6 6m 6 3 6m 6 6 6m布置 见图7 2 四 辅助生产和行政生活部分的布置 可与车间同置一厂房内 也可独立设置于另一栋厂房中 具体要视车间的性质和规模定 对集中式厂房 常用布置方案见图7 3提示 厂房层高大 对非生产部分可采用多层 见图7 4其余要求就是要方便生产 便于管理 使之与生产部分相互响应 见p236最后一段 第三节设备和通道的布置 任务 定工艺设备在车间的空间位置 定设备露天与否 定车间内人流 物流通道 定管道 包括电气仪表管 暖通管 走向和位置 目的 以此确定车间生产部分建筑物的平立面具体尺寸 的基本依据 一 设备和通道布置的基本要求 一 满足生产工艺的要求1 按工艺流程顺序布置设备 保证水平和垂直方向的连续性 这样才能使物料按流程顺序流动 避免交叉往返 如 计量设备最上层 反应设备具中层 储存分离设备具下层 设备间高差要保证物料顺利进出 2 设备平面排布 按厂房宽度考虑 6 9m 单面排列 操作人背后是通道 12 15m 双排布置 可中间或两边是通道 18m 四排布置 大通道居中 3m 3 单台设备所占位置要考虑操作 检修 堆物 4 相同设备 同类型设备尽可能集中布置 5 为规模扩大留出发展空间 6 设备排列要整齐 避免过挤 过松 既要配管方便 还要使配管最短 二 满足设备安装和检修要求 1 按设备大小 留出相应的空间 2 设备水平方向进出厂房的通道 要保证顺利进出 留门或安装孔洞 对特大设备 可先安装再施工厂房 3 设备垂直运输通道 通过楼层的 在楼面设吊装孔 见图7 5 7 6 起吊高度应大于运输线路上最高设备的高度 4 因设备安装 检修等需设永久性起重设备的 厂房高低设计应将其本身和物料高度考虑在内 三 满足土建要求 1 笨重 运转产生很大振动之设备 如离心机 应布置在厂房底层 以减少楼面载荷和振动 2 静载很大 强振设备之基础不得与建筑物基础相连 以免影响整个厂房之安全 3 穿过楼面的孔 洞决不能穿过主梁 4 操作台要尽可能统一 同标高 以保持美观 5 在楼层允许条件下 将较高设备集中布置于局部提高标高的厂房中 以免提高整个厂房的标高6 设备布置要避开厂房沉降缝和伸缩缝 7 门 窗 梯位置 尺寸要满足人 物料 设备进出 考虑通风采光和安全要求 四 满足安全卫生和防腐的要求 1 高大设备避窗布置 以免影响采光 2 注意和利用自然通风造成的空气对流 3 对产热 有毒厂房更要认真考虑通风 如自然对流通风不能完全满足 应再考虑机械送 排风4 机械排风应对有毒气体处理后 通过高烟囱排入大气 且应置于车间下风向 5 易燃 易爆生产部分 应布置在防火防爆区域内 该区域防火源 静电 设备与管有接地 避雷 和泄压措施 6 按车间 厂房 火灾和爆炸危险等级 合理设置安全出入口 门 楼梯 电梯 7 对使用 生产腐蚀介质空间 须做必要的防腐处理 8 危险和有毒车间尽量远距离控制或控制室操作以改善工人操作条件 9 对噪声严重之设备 布置于地下室或独立房间 二 设备的露天布置 节约建筑面积 利于防火 防爆 防毒 故一般把不常操作或可自控的设备露天 如塔设备储罐等 第四节gmp与 精烘包 工序设计 一 药品生产和质量管理规范 gmp 1 gmp制度的历史与现状2 gmp制度对药厂设计的指导意义gmp中心思想是 任何药品质量的形成是设计和生产出来的 而不是检验出来的 而要确保药品质量 必须以预防为主 在生产过程中建立质量保证体系 实行全面质量管理 gmp内容可概括为硬件和软件 硬件指厂房 设备和环境 一 药品生产和质量管理规范 gmp 软件指先进可靠的生产工艺 严格的管理制度及质量控制 指导意义 设计者要遵守规范要求 在硬件上为药品生产达到保障质量的要求 提供经济 合理的厂房及设备和环境条件 以及厂房和设备合理的布局 目的 解决药品生产中的交叉污染和混杂问题 交叉污染 指通过人流 工具传递 物流 空气流动等使不同品种药品互相干扰 污染 或因人 工器具 物料 空气等不恰当的流向使洁净级别低的区域的污染物传入洁净级别高的生产岗位造成污染 混杂 指因车间平面布局不当及管理不严 造成不合格原料 中间体及半成品误作合格品而继续加工 包装或出厂 一 药品生产和质量管理规范 gmp 二 精烘包工序设计 精烘包是原料药生产的最后工序 如溶解 脱色 过滤 结晶 干燥 粉碎 筛分 包装等这些都是影响成品质量的关键步骤 其过程视成品性质不同均有洁净等级要求 一 总体设计 精烘包应布置在主导风向上风侧 原料药生产区应布置在下风侧 周围环境应清洁 人 物流很少穿越的地区 周围道路用不起尘的材料构筑 露土地面用耐寒草皮覆盖或种植不产生花絮的树木 二 明确生产环境洁净级别 1 空气洁净度环境控制分区概念空气洁净有两个概念 洁净空气 比较洁净的空气 净化空气 空气净化的对象的洁净程度叫 洁净度 指用一定面积或体积空气中所含污染物质的大小和数量表示 gmp规范把车间按不同岗位的洁净度要求 按洁净度划分为一般生产区 控制区和洁净区 对应洁净级别见平p341表6 12 2 原料药精烘包环境洁净级别 gmp规范规定 口服原料药成品的结晶 干燥 过滤 包装的洁净级别为10万级 通常采用初 中效二级过滤的洁净空气即可 对无菌原料药的结晶 干燥 过筛 包装采用1万级洁净空气 三 工艺布局及土建要求 1 精烘包应与原料药生产区分隔并自成一个独立的区域 精烘包与上一工序的联系 交接应方便成品送仓储区路线要合理 避免通过严重污染区2 精烘包工序按工艺流程 一般应分成重结晶 分离室 干燥室 包装室 留验室和合格品储存室 和人 物料净化室和通道 虽然因功能不同而分设 但要相互呼应成为一体 3 有洁净度要求的厂房 经常性费用 水 电 汽 高 故在满足工艺要求前提下 应尽可能减少其建筑面积 三 工艺布局及土建要求 4 车间底层的室内标高应高出室外地坪0 5 1 5m车间层高2 8 3 5m 技术夹层净高2 0 2 5m 办公 生活房高度2 6 3 2m 5 安排好暗敷管道的走向及竖井 通常管道和通风夹墙 技术走廊合并处理 6 把洁净级别相同的房间尽可能结合在一起 洁净级别不同房间相互联系要有防污染措施 如气闸 风淋室 缓冲间及传递窗等 7 在有窗的厂房中 应把洁净要求高的房间布置在内侧或中心部位 8 精烘包工序 人 物流入口应尽可能少 以便控制全车间的洁净度 9 布置时 空调室应紧靠洁净区 使通风管道线路最短 10 工艺用水 压缩空气 n2按工艺要求进行净化处理 三 工艺布局及土建要求 四 人员 物料净化和安全 1 人 物净化出入口分设 避免交叉 2 进洁净或控制区人员应按图7 7程序净化注意 这些卫生通道的洁净度由外到内逐步提高 所以越往内 送风量应越大 以便造成由内到外的正压 防止污染空气倒流入内 四 人员 物料净化和安全 3 物料 成品 包装材料 工器具等 入控制区前应在缓冲室先刷掉表面之灰尘污染 再用消毒水消毒 后经紫外灯传递窗口入洁净区 4 精烘包耐火等级不低于二级 安全出口不少于二个 易燃 易爆 有毒精烘包工序应符合 建筑设计防火规范 要求 五 室内装修 1 墙 顶表面应光洁 平整 墙与墙 地面 顶相接处应有一定弧度 不起灰 易清洗 有洁净度要求房间 可用特殊涂料或彩钢板等墙面材料 无洁净度要求 则可用石灰刷白 2 地面应光滑 平整 易清洗 常用不起尘的水磨石 塑料 耐酸磁板等 3 门窗要简单 不易积尘 清扫方便 密封要好 门的开启方向应由洁净级别高向洁净级别低 六 设备和管道 1 洁净区只布置必要的设备 易污染 散热大的设备布置在洁净区外 2 设备用耐腐 耐磨 不生锈材料制造 结构要简单 内部避免死角 外表光滑 3 考虑设备起吊 进场的运输路线和孔洞 必要时可将隔墙设计成可拆卸的轻质墙 4 设备安装跨越不同洁净等级房间或墙面时 应采取可靠密封隔断方法 5 防止传动机械漏油 起尘 振动 噪声 6 洁净度 10万级 管道可明敷 1万级暗敷 七 空调系统 入控制区 洁净区空气除洁净外 还要控制其温度 湿度 因此空气需加热 冷却 或加湿去湿处理 1 对口服原料药精烘包工序 生产区分类属控制区 洁净级别为10万级 采取一级初效 二级中效过滤系统就可达到要求 如图7 8 对其中防爆系统不采取回风 以防易爆物聚积 对产生有毒物设备应设置排风 七 空调系统 2 无菌原料药的结晶 干燥 其生产区分类属洁净区 洁净级别为1万级 采用一级初效 二级中效 三级高效过滤可达到要求 如图7 9 若为防爆生产 则不设回风 且洁净室采取正压3 青霉素等药物应专设空调设施 排风口装高效过滤器 使排出气体无残留青霉素 以防污染空气 激素及对人体有严重危害的药物 循环送风须经高 中 粗三级过滤 滤去循环空气中有害药物粉尘含量 减少对工人健康的危害 4 干燥 称量 包装岗位之成品 均处于敞口状态 故采取顶部或侧面送风 下侧回风方式 以免粉尘飞扬 粉碎 过筛过程会产生大量粉尘 故须控制其温度 湿度 5 温度 湿度及换气次数控制区 t18 28 相对湿度50 60 洁净区 t20 24 相对湿度45 60 换气次数 洁净度 1万级取25次 h洁净度 10万级取15次 h 七 空调系统 八 电气设计 照度 一般生产区100lx 洁净度低于1万级厂房150 200lx 1万级厂房200 300lx 照明灯具吸顶安装 接缝密封 第五节多能车间设计 一 概述多能车间又称综合车间或小产品车间 适于产品品种多 产量差别悬殊 品种更新快的特点特别是医药和精细化工产品 一 概述 1 以工业生产为主的多能车间 即根据既定的产品方案和规模 选择一套 或几套 工艺设备 实现多品种生产 特点是 设备利用率高 生产操作方便 缺点 每更换一个品种 都要根据工艺和其它要求 重新调整和组合设备及管道 灵活性和适应性显得有些差 有两种设计方法 2 以试制研究及产销量极小的产品为主的多能车间 这种情况下 品种虽多 工艺亦不相同 但有着共同的单元反应和单元操作 故设计时可不必过多考虑具体生产的品种和规模 主要按化学反应和单元操作 选择一些不同规格和材质的反应罐 塔器和通用机械加以合理的布置和安装 特点是 灵活性高 适应性强 缺点 设备相对固定 而以不同产品的流程去适宜它 且设备数量多 利用率低 二 多能车间的设计原则 以工业生产为主的单套工艺设备实行多产品生产为例讨论 一 产品方案1 产品数目不宜过多过杂 否则产品流程差异大时 就会影响设备的通用性和互换性 降低了设备的利用率 也给技术人员及操作人员配备带来困难 产品生产周期不宜过短 在选择产品的合理数目时 希望一个产品的操作周期为一个季度这样一年就可安排4个产品 同样就可减少调整设备的工作量 一 产品方案 2 尽可能选流程及所需设备的大小和数量大致相近的品种 以提高设备利用率 也可减少更换产品时设备调整的工作量 3 选对防爆 防毒和三废处理要求基本一致的品种 这样可以使问题简单化 二 工艺设备的设计和选择 产品方案确定后 从中选一个工艺最长 反应和操作单元种类最多的产品 作为设计和选择工艺设备的基础 按生产量和生产周期设计和选出工艺设备 还要与其它几个产品工艺比较 补齐不能通用的设备或附件 二 工艺设备的设计和选择 1 主要工艺设备 反应罐 以搪玻璃和不锈钢为主 可适量配一些碳钢设备 2 设备大小规格可排列组合 以减少规格品种 3 设备接口标准化 4 设备内部结构要简单 以便清洗 5 配备必要的中间槽和计量槽 调节和缓冲工艺过程 以提高本体设备适应性 如前设备1h 300l 本体设备2h 300l 后设备3h 300l 特别提示 三 车间布置 1 建筑形式 以单层为宜 必要时可主体单层 局部二层 面积以500 2000m2为宜 2 生产操作面不宜过大 要紧凑 3 小容量 200l 反应设备可不设操作台 直接支撑在地面上 既利操作 又易移位 4 大容量设备可设单个或整个操作台 三 车间布置 5 计量槽 回流冷凝可布置在反应罐前上方 以便和反应罐同时移位 6 多能车间设备较小 故凡能借自重稳定的设备尽量不浇灌基础 或浇比较浅的基础 7 从安全角度 对只有一般防毒 防火 防爆要求的化学反应 可布置在一个大间既可 对有特殊防毒 防火 防爆要求的化学反应 从建筑和通风上须作针对性处理 对高压反应须设防爆墙和泄压屋顶 三 车间布置 8 蒸馏 回收处理的塔器应适当集中 以利操作和节省建筑物的空间 9 考虑到多能车间设备 管道拆装频繁的特点 所以中间体 原料运输频繁 因而车间要有足够的水平运输通道 垂直运输的载货电梯或简易货吊要能容纳手推车 10 车间辅助和生活用房布置和单产品车间相同但要设置设备仓库 这是与普通车间不同处 以存暂时不用的工艺设备 四 管道设计 1 设置上 下水 蒸汽 冷冻盐水 压缩空气和真空等公用系统总管 管径大小按既定产品中负荷量大的定 2 公用系统总管固定安装于主要工艺设备上方 以便与之方便连接 3 公用系统总管与工艺设备通过支管连接 4 管材和连接方式随产品更换的 采用临时搭接 第六节车间布置的方法 步骤和成果 根据已确定的工艺流程和设备 车间在总图中的位置 防火 防爆等级 将车间各工段与各工艺设备在车间场地范围内 按一定方式在空间上进行组合 布置 并用管道连接 布置组合叫车间布置 管道连接叫管道布置 一 方法和步骤 一 方法 一 方法和步骤 二 步骤 1 按比例在布置图画出车间轮廓线 划分出生产 辅助生产和生活行政区 2 按设计原则在车间平面内精心安排设备 满意后绘制出一个布置方案 一般作2个布置方案 3 将方案提交相关专业征求意见 比较后选出优者 完善并绘制成草图 交土建专业设计建筑图4 工艺设计者从建筑专业取得正式建筑图后 再将其绘制成正式的车间布置图 二 车间布置图 要表达出厂房大小 内部分隔情况 与设备定位相关的建构筑物的结构形状和相对位置 一般每层绘一张 也是车间布置设计的成果 一 平面布置图 一 平面布置图 见p343图6 23 1 厂房建筑平面图 注有厂房及墙的轮廓线 门及开向 窗 梯位置 柱网间距 编号和尺寸及各层的相对标高 2 安装孔洞 地坑 地沟 管沟位置及尺寸 地池 地坑的相对标高 3 吊车 吊车梁的平面位置 4 操作台平面图 尺寸及台面相对标高 5 设备外形平面图 设备定位尺寸 管口方位和设备编号 6 辅助室 生活室的位置和尺寸 具体内容有 二 车间剖面 立面 图 1 厂房建筑立面图 包括厂房轮廓线 柱 门 梯位置 及各层相对标高 主梁高度等 2 设备外形尺寸及编号 3 设备高度定位尺寸 4 设备支撑形式 5 操作台立面及标高 6 吊车梁位置及标高 7 地坑 地沟位置及深度 表达在高度方向设备布置情况 内容有 第七节管道设计 管道设计在医药化工企业中占设计工作量40 管道材料费占设备材料费20 管道安装工时占施工总工时40 管道设计就是以工艺流程 设备布置图及规范为基础 确定管道在空间的具体排列位置 以及安装 连接 支撑方式等 其工作顺序为 一 管径的计算和确定 d 4vs u 0 5 p360 图6 37 二 管道 阀门 管件的选择 1 管道首先要考虑标准化 内容为 统一管子 管件的主要参数与结构尺寸 最主要的是d p的标准化 系列化 即dn pn dn是按需要和科学规律人为地规定一系列的标准直径 称公称直径 也叫名义直径 用于表示管子 管件公称直径的分级 dn大约等于管内径 对铸铁管和阀门 dn等于内径 1 管道 pn与dn一样 规定的一系列标准压力 即与管道元件的机械强度有关的设计给的p 称pn 公称压力 管的材质的选择取决于介质的p t 腐蚀 材质来源及价格 详见p362 363表6 14 15 2 阀门和管件 阀门 功能是启闭 调节 节流 自控和保证安全用 以用途 介质 t p q流量 dn选择 图6 43列出了各种阀门 管件 用于沟通介质通道 或作介质导流 分流 汇合 截断或调节的管子连接件 如弯头 活接头 三通 异径管 法兰 视镜 过滤器 阻火器 丝堵等 p362 363表6 14 15 3 管道的连接 即管 管 管 阀间 焊接 不需拆装的地方 方便 可靠 成本低 适于大d 螺纹连接 用于小d 拆装方便 可靠性差 承插连接 适于玻璃 陶瓷 铸铁管连接 拆困难 p高时不可靠 法兰连接 结合强度高 拆装方便 密封可靠适于各种p t管连接 成本高 分别见图7 13 图6 45 三 管道布置的一般原则 根据工艺要求 操作条件 物料性质 安装 连接支承方式等 对所有管道全盘规划 1 一般管道应明线敷设 走直线 少拐弯 少交叉 力求整齐 美观 坡度方向一般