阿司匹林的工段工艺设计毕业论文与开题报告.doc

天津 学院 毕业环节论文 设计设计 论文论文 题目题目 阿司匹林的工段工艺设计 目录目录 目录 1 1 概述概述 3 1 1 阿司匹林的的性质阿司匹林的的性质 4 1 1 1 理化性质 4 1 1 2 临床上用途 4 1 2 发展简史发展简史 5 1 3 国内外生产现状国内外生产现状 6 1 3 1 市场分析 6 1 3 2 生产情况 6 1 3 3 市场情况 7 2 生产工艺生产工艺 7 2 1 设计内容设计内容 7 2 2 生产工艺生产工艺 7 2 3 生产工艺流程确定生产工艺流程确定 8 2 3 1 生产工艺流程 8 2 3 2 工艺流程图 8 2 4 工艺过程说明工艺过程说明 8 2 4 1 醋化岗位 8 2 4 2 酸洗离心洗涤 9 2 4 3 水洗离心洗涤 9 2 4 4 干燥岗位 9 2 4 5 回收岗位 9 3 物料衡算物料衡算 9 3 1 溶解罐的物料衡算 9 3 2 酰化反应的物料衡算 11 3 3 渗滤槽的物料衡算 12 3 4 酸洗离心机的物料衡算 13 3 5 水洗离心机的物料衡算 14 3 6 流化床的物料衡算 16 4 能量衡算能量衡算 16 4 1 反应罐能量衡算 16 4 1 1 比热容的计算 17 4 1 2 能量衡算 18 5 主要工艺设备计算主要工艺设备计算 19 5 1 工艺设备选型原则 19 5 2 工艺设备计算 19 5 2 1 醋化反应釜 19 5 2 2 夹套的计算 20 5 2 3 筒体的材料和壁厚 22 5 2 4 水压试验及其强度校核 23 5 2 5 选择釜体法兰 24 5 2 6 选用手孔 视镜 温度计 和工艺接管 25 5 2 7 搅拌器的设计计算 26 5 2 8 容器支座的选用计算 26 5 3 酸洗离心机 26 5 4 水洗离心机 26 5 5 振动流化床干燥器 27 5 6 母液蒸馏罐 27 5 7 循环母液反应罐 27 6 管道设计管道设计 27 6 1 管道计算 27 6 1 1 水杨酸的进料管道的计算 28 6 1 2 酸酐的进料管道的计算 28 6 1 3 母液的管道进料计算 28 7 车间布置设计车间布置设计 29 7 1 概述 29 7 2 车间布置设计的依据 29 7 3 车间布置设计应考虑的因素 30 7 4 车间布置设计的程序 30 7 5 车间设计的成果 31 8 公用工程公用工程 31 8 1 排水系统 31 8 2 电气和照明 33 8 2 1 电气设计和安装 33 8 3 环境消毒 33 8 3 1 灭菌与消毒 33 9 技术经济技术经济 34 9 1 投资指标 34 设计体会设计体会 35 参考文献参考文献 36 阿司匹林 是历史悠久的解热镇痛药 它诞生于 1899 年 3 月 6 号 早在 1853 看夏天 弗雷德克 热拉尔 Gerhardt 就用水杨酸与酸酐合成了乙酰水 杨酸 但没能引起人们的重视 1898 年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成 并 为他父亲治疗风湿关节炎 疗效极好 1899 年由德莱塞介绍到临床 并取名为 阿司匹林 Aspirin 到目前为为止 阿司匹林已应用百年 成为医药史上三大 经典药物之一 至今它仍是世界上应用最广泛的解热 镇痛和抗炎药 也是作 为比较和评价其他药物的标准制剂 在体内具有抗血栓的作用 它能抑制血小 板的释放反应 抑制血小板的聚集 这与 TXA2 的减少有关 临床上用于预防 心脑血管疾病的发作 阿司匹林于 1898 年上市 近年来发现它还具有抗血小板凝聚的作用 于是 重新引起了人们极大的兴趣 将阿司匹林及其他水杨酸衍生物与乙烯醇 醋酸 纤维素等含羟基聚合物进行熔融酯化 使其高分子化 所得产物的抗炎性和解 热止痛性比游离的阿司匹林更长效 1 1 阿司匹林的的性质 阿司匹林化学名为 2 一 乙酰氧基 苯甲酸 又名醋柳酸 或乙酰水杨酸 1897 年由水杨醋和醋酐反应制成 是应用最早和最广泛的解热镇痛药 临床应 用已逾百年 1 1 1 理化性质 本品为白色结晶或结晶性粉末 无臭或身徽酸臭 味徽酸 徽溶于水 易 溶于乙醇 显酸性 可溶于碳酸钠及氢氧化钠 稳定性差 极易水解 生成水 杨酸 具毒副作用 和醋酸 中国药典 规定要检查游离水杨酸 遇三氯化铁试 液显紫堇色 生产中还可产生醋酸苯酯 水杨酸苯酯和乙酰水杨苯酯 这些杂 质由于不含羧基 故不溶于碳酸钠试液中 产生的少量乙酰水杨酸酐杂质可引 起过敏反应 用途 本品的解热 镇痛 抗炎作用较强 能选择地使细胞内环氧合酶 cox 乙酰化 抑制环氧合酶 cox 的活性 影响下丘脑中枢致热因子前列腺索 PG 的合成 使体温中枢恢复调节体温的正常反应 1 1 2 临床上用途 1 1 2 1 小剂量可勰热 镇痛 用于感冒退热 缓解头痛和全身痛 阿司匹林通过对环氧合酶 COX 的抑制而减少前列腺素 PC 的合成 由此 减少组织充血 肿胀 降低对疼痛的敏感性 具有中等程度的镇痛作用 可缓 解轻度或中度的疼痛 对钝痛如头痛 牙痛 神经痛 关节痛 肌肉痛及月经 痛等有较好的镇痛效果 也用于感冒 流感等退热 丽对创伤性剧痛或内脏平 滑肌痉挛引起的绞痛几乎无效 但由于仅对疼痛 发热的症状有缓解作用 不 能解除疼痛 发热的致病原因 也不能防止疾病的发生 需同时应用其他药物 参与治疗 故不宜长期服用 阿司匹林服后吸收迅速而完全 解热 镇痛作用较强 作用于下丘脑体温 中枢引起外周血管扩张 皮肤血流增加 出汗 使散热增强而起到解热作用 能降低发热者的体温 对正常体温则无影响 阿司匹林可减少炎症部位具有痛 觉增敏作用的物质 前列腺素 PG 的生成 故有明显的镇痛作用 1 1 2 2 大剂量可抗风湿 用于治疗风湿热 风湿性关节炎 类风湿性关节 炎等疾病 阿司匹林为治疗风湿热的首选药物 用药后可解热 减轻炎症 使关节症 状好转 血沉下降 但不能去除风湿的基本病理改变 也不能预防心脏损害及 其他合并症 阿司匹林除治疗风湿性关节炎外 也用于治疗类风湿性关节炎 可改善症状 为进一步治疗创造条件 此外 本品也用于骨关节炎 强直性脊 椎炎 幼年型关节炎以及其他非风湿性炎症的骨骼肌肉疼痛 也能缓解症状 1 1 2 3 抑制血小板凝集 可用于防治动脉血栓和心肌梗死 阿司匹林对血小板聚集有抑制作用 阻止血栓形成 临床可用于预防暂时 性脑缺血发作 心肌梗塞 心房颤动 人工心脏瓣膜 动静脉瘘或其他手术后 的血栓形成 1 1 2 4 粉末外用治足癣 1 1 2 5 其他方面的临床应用 ASP 用于眼科黑蒙症 是由于视网膜血栓引起的发作性单侧视力消失 采 用 ASP 治疗 每 13 给予 0 659 可获得较好疗效 ASP 用于治疗胆道蛔虫症 一次 19 一日 2 3 次连用 2 3 日 阵发性绞痛停止 24 小时后停用 然后进 行驱虫治疗 有效率可达 90 以上 ASP 对血小板增多症有效 可改变血小板 减少性紫癜 溶血性尿毒症 亦可用于镰状细胞性贫血 ASP 合用尿激素等可 减少溶血性尿毒症所致慢性肾脏病变的病发率 1 2 发展简史 早在 1853 年夏尔 弗雷德里克 热拉尔 Gerhardt 就用水杨酸与醋酸合成了 乙酰水杨酸 但没能引起人们的重视 1898 年德国化学家菲霍夫曼又进行了合 成 并为他父亲治疗风湿关节炎 疗效极好 1899 年由德莱塞介绍到临床 并 取名为阿司匹林 Aspirin 到目前为止 阿司匹林已应用百年 成为医药史上 三大经典药物之一 至今它仍是世界上应用最广泛的解热 镇痛和抗炎药 也 是作为比较和评价其他药物的标准制剂 在体内具有抗血栓的作用 它能抑制 血小板的释放反应 抑制血小板的聚集 这与 TXA2 生成的减少有关 临床上 用于预防心脑血管疾病的发作 阿司匹林于 1898 年上市 近年来发现它还具有抗血小板凝聚的作用 于是 重新引起了人们极大的兴趣 将阿司匹林及其他水杨酸衍生物与聚乙烯醇 醋 酸纤维素等含羟基聚合物进行熔融酯化 使其高分子化 所得产物的抗炎性和 解热止痛性比游离的阿司匹林更为长效 根据文献记载 都说阿司匹林的发明人是德国的费得克期 霍夫曼 但这项 发明中 起着非常重要作用的还有一位犹太化学家阿图尔 艾兴格林 阿图 尔 艾兴格林的辛酸故事发生在 1934 年至 1949 年间 1934 年 费利克斯 霍夫 曼宣称是他本人发明了阿司匹林 当时的德国正处在纳粹统治的黑暗时期 对 犹太人的迫害已经愈演愈烈 在这种情况下 狂妄的纳粹统治者更不愿意承认 阿司匹林的发明者有犹太人这个事实 于是便将错就错把发明家的桂冠戴到了 费利克斯 霍夫曼一个人的头上 为他们的 大日耳曼民族优越论 贴金 纳粹统 治者为了堵住阿图尔 艾兴格林的嘴 还把他关进了集中营 第二次世界大战结 束后 大约在 1949 年前后 阿图尔 艾兴格林又提出这个问题 但不久他就去 世了 从此这事便石沉大海 英国医学家 史学家瓦尔特 斯尼德几经周折获 得德国拜尔公司的特许 查阅了拜尔公司实验室的全部档案 终于以确凿的事 实恢复了这项发明的历史真面目 他指出 在阿司匹林的发明中 阿图尔 艾兴 格林功不可没 事实是在 1897 年 费利克斯 霍夫曼的确第一次合成了构成阿 司匹林的主要物质 但他是在他的上司 知名的化学家阿图尔 艾兴格林的指 导下 并且完全采用艾兴格林提出的技术路线才获得成功的 1 3 国内外生产现状 1 3 1 市场分析 百年老药阿司匹林凭借其低廉的价格和较小的不良反应赢得了市场的普遍 认可 现已成为世界上最重要的解热镇痛药之一 近年来 阿司匹林的适用范 围已从解热镇痛药向心血管病预防用药领域扩展 在心血管病预防用药量不断 增加的推动下 其市场得到进一步的上升空间 事实上 除了心血管病方面 阿司匹林还在其他疾病上有独特的疗效 例如 防治糖性白内障 治疗抗生素 所致听力障碍 抗衰除皱 改善老年男性性功能 治疗艾滋病 癌症等 1 3 2 生产情况 从 2O 世纪 5O 年代开始生产至今 我国的阿司匹林产业经历了半个世纪 的调整 目前持有阿司匹林原 料药生产批准文号的企业 有 16 家 已通过原 料药 GMP 认证的企业有 10 家 生产规模超过千吨的企业 有 8 家 多年来 我国阿司匹林主要生产企业有 3 家 山东新华制药集团 南京制药厂 吉林恒 河制药有限公司 这三大企业的年产能都超过 3000 吨 产量和出口量多年来占 据全国 85 左右的份额 呈三足鼎立之势 但近年来 这种三足鼎立的局面在悄然发生变化 南京制药厂阿司匹林原 生产规模为 3500 吨 年产量 3000 吨 后因环保问题 几年前将原料药生产厂 区搬迂到南京化学工业园区 搬迁后的生产 尚未恢复到以前水 平 吉林恒河 制药 有 限公 司原生 产规模为 4500 吨 年产量 3500 吨 前不久亦因环保问 题正在 进行厂区搬迁 老厂区的阿司匹林已停产 新厂区生产正在建设之中 最近以来 山东新华制药集团的阿司匹林产销量增长迅速 该产品已成为 企业的重点产品之一 生产 规模一扩再扩 产能已由 1996 年的 2000 吨扩大 到目前的 8000 吨左右 年产量已从 1996 年的 1000 多吨增长到 6000 多吨 占 全国的近 60 成为我国阿司匹林生产当之无愧的龙头老大 该企业的阿司匹 林多年来大部分出口欧美市场 出口量约占全国的 70 2007 年 新华制药 和山东隆信集团共同出资组建了山东新华隆信化工有限公司生产阿司匹林主要 原料水杨酸 年产能达到 12000 吨 成为 中国最大的水杨酸生产基地 从而为 山东新华 制药集 团进一步扩大阿司匹林产能打下了基础 由于受到国内外阿司匹林市场需求旺盛 以及南京制药 吉林制药等厂区 搬迁造成市场供应空缺等因素的刺激 有不少企业加大了对 阿司匹林生产 的 投入 一些企业 的规模和产量在迅速扩大 成为阿司匹林生产的新主力军 如 河北敬业化工集团医药化工分公司 陕西华阴锦前程药业有限公司 牡丹江双 友化工制药有限公司 湖南中南制药有限公司等等 这些企业都已通过了阿司 匹林原料药 GMP 认证 年生产规模都达到 1500 吨以上 其中 河北敬业化工 集团医药化工分公司生产规模达到 3000 吨 年产量为 2500 吨 陕西华阴锦前 程药业有限公司生产规模达到 2500 吨 年产量达 2000 吨 成为阿司匹林生产 的后起之秀 1 3 3 市场情况 近年来 由于化工原料 基本能源 环保治理 人工费用等各项开支都在 不断上涨 人民币汇率逐步走高 推动了阿司匹林生产成本有较大上升 企业 面临的成本压力越来越大 21 世纪初 阿司匹林国内市场价格在每公斤 15 17 元人民币 到 2006 年已达到每公斤 22 23 元人民币 目前为每公斤 24 25 元人民币 有企业 DC 一 90 规格阿司匹林报价达每公斤 35 37 元人民币 自 2007 年 7 月 1 日起 国家调整了阿司匹林等众多医药原料药出口退税税率 税率从 13 下调至 5 降低了 8 个百分点 受此影响 阿司匹林出口价格仍 有上升的动力 此外 国家的环保治理力度也在加大 人民币汇率还会上升 预计今后阿司匹林价格仍会稳中趋升 多年来 我国阿司匹林大部分出口到美国 欧洲等地 出口量占总出口量 的较大部分 全世界主要的阿司匹林市场为欧洲 北美等地 每年消耗的阿司 匹林约占全球总量的近 2 3 美国是世界上最大的阿司匹林市场 每年耗用的 阿司匹林原料药约占世界总产量的 30 左右 欧洲也是阿司匹林主要的消费地 区 每年的消费量达万吨之多 2 生产工艺 2 1 设计内容 本设计以年产 1000 吨阿司匹林的生产工段 采用比较成熟的合适的酰化法 进行生产 2 2 生产工艺 阿司匹林的传统制备方法是以浓硫酸作催化剂进行 O 酰化反应 产率一 般在 75 左右 但浓硫酸对设备的腐蚀性较大 对环境污染大 且易发生副反 应而使产品色泽深 不利于提纯 研究表明可用固体超强酸或多酸来代替浓硫 酸作催化剂 但这些方法的制备过程较为复杂 需要专用设备 因此就必须寻 找一种催化效果良好 简单易得同时对环境污染较小的可以进行工业化的新型 催化剂 本设计采用酰化法来生产阿司匹林 以水杨酸作为起始原料 经过酰化 粗制 精制 等化学 物理过程生产阿司匹林产品 本设计主要分为三个工段 第一工段为反应阶段 第二工段为粗制阶段 第 三工段为精制阶段 化学反应方程式为 OH O OH H3C C O OH H3C C O O C O CH3 OH O O C CH3 O H 2 3 生产工艺流程确定 2 3 1 生产工艺流程 醋酐 水杨酸 酰化 酸洗离心 水洗离心 气流干燥 旋风分离 阿司匹 林 2 3 2 工艺流程图 水杨酸 酸酐 母液 酰化 酸洗离心水洗离心气流干燥 母液 旋风分离阿司匹林 2 4 工艺过程说明 2 4 1 醋化岗位 第一次投料 按醋酐总量与含量计算水杨酸总投料量 检斤称重 将总投 料量的三分之二水杨酸投入醋化罐中 再将醋酐一次全部加入罐中 在搅拌情 况下 水汽加热 1h 使内温升到 80 84 析出晶体 保温 40min 60min 后 缓慢均匀降温到 55 第二投料 待罐内降至 55 时 把剩余的三分之一水杨酸投到醋化罐中 水温升温 90min 至 80 82 保温 1h 取样测终点 游离水杨酸 0 15 如终点不到可延长保温时间或补加醋酐 直到终点 检查合格 方可进行第二 次降温 缓慢降至 70 将已溶解的回收品溶液通过过滤器抽入反应罐中 回收品 粉 母液 1 1 70kg L 加温 80 80 抽滤完毕 保温 30min 用水汽混合降至 50 缓慢加入同温的稀释母液 200L 300L 然后用水蒸气继 续降温至 40 夏天 或 30 冬天 全开冷水 降至 15 18 查终点 合格后放料 夏天 30 可用盐水进行后期降温 夏季 22 24 放料 2 4 2 酸洗离心洗涤 用 550 15Kg 冰醋酸将渗滤好的湿的阿司匹林在渗滤槽中全部洗涤一次 洗 均 用真空将渗滤好的乙酰水杨酸抽入料斗 再放入离心机中 把料摊平慢车 均匀后在全速开车甩 15min 甩开母液和洗涤水酸 停车 将离心机中的乙酰 水杨酸抽入水洗料斗中 含酸量 2 5 洗涤水含酸量 13 2 4 3 水洗离心洗涤 将料斗中物料放入离心机中 用手将料摊开 用含 0 2 磷酸的水洗 200L 机 将含磷酸水甩净 再用清水 10L 洗涤 全速甩 20min 25mim 含水量 3 0 将料抽入干燥斗中 洗涤水为本岗自制的蒸馏 水 氯化物合格 2 4 4 干燥岗位 将料斗中的湿品乙酰水杨酸放入湿品料仓中 经螺旋推进器送入流化床干 燥器内 控制进风口压 800Mpa 进口温度 78 84 进行干燥 经旋风分 离器分去粉子 其尾气经袋滤器后排空 沸腾流化床的成品 经冷风段 并经 过筛机筛去渣子 成品进入干品料仓 分装成袋 25Kg 成桶 出口 25Kg 待 检验合格后包装 准备入库 每批清理一次粉子 称重 交醋化岗处理 2 4 5 回收岗位 一次母液回收处理 一次母液升温 65 经膜式发器在真空 0 088Mpa 条件下蒸酸 每小时处理 400L 500L 膜式蒸发器气压 0 2Mpa 蒸出的醋酸 经酸洗一部分 做洗涤酸用 其余经检验合格 含量 98 5 入库 浓缩液 入结晶罐降温析结果 再溶掉部分细粉 留下品种保温 2h 4h 缓慢降温至 40 50 放料离心 用冰醋酸洗涤后 全速离 20min 得回收品 经检验 合格后交酰化套用 母液循环回收 循环母液处理 循环回收母液与一次母液体积比 1 1 5 2 配比 在 96 100 保温 1 5h 3h 以一次母液回收方法进行处理 回收乙酰水杨酸 循环母液处理 循环回收母液套用 20 批左右其胶体增多无法正常回收 故 而可将残液中加入冰醋酸 其配比为 1 1 1 1 5 保温 3h 5h 对胶体进行酸 解而后再蒸馏降温 结晶 离心 回收乙酰水杨酸 酸化二次后 再不能回收 乙酰水杨酸 将残液进行蒸酸 汽压 0 2Mpa 蒸至不能出酸后 再加水蒸稀酸 蒸酸剩余的残液再加水稀释 打入水解罐 加氢氧化钠溶液进行碱解 4h 6h 温度 95 100 ph 为 9 10 得水杨酸钠 碱解液打入酸析罐 用 30 左 右的稀硫酸溶液 45 50 温度下 进行酸析 得回收工业水杨酸 ph1 0 终 点到降温到 30 离心放到料用 30 的水洗至硫酸盐 1 全速甩干水分 含水分 15 得到回收工业酸品 再经干燥室 70 出料检斤 化验后干 品送升华室重投回手升华酸 3 物料衡算 计算依据 年产量 1000 t 年工作日 300 天 日产量 3 333 t 转化率 99 收率 98 1 物料计算以日产量为基准 3 1 溶解罐的物料衡算 根据吉林恒河制药厂和山东新华制药厂的参考公式 可得 回收品 母液 1 1 7 粉子 渣子 尾料 母液 1 2 5 因为投入回收品 粉子 渣子为固定值 回收品 294Kg 粉子 渣子 3 5Kg 27 5Kg 31Kg 所以计算出母液量为 294Kg 1 7 31Kg 2 5 499 8Kg 77 5Kg 577 3Kg 综合以上计算 得 进料 粉子 3 5Kg 渣子 27 5Kg 回收品 294Kg 进料 母液量 577 3Kg 出料 经过溶解的进料 和进料 完全经过过滤罐过滤出料 即 出料 902 3Kg 3 2 酰化反应的物料衡算 溶解罐 年产量为 1000t 一年按 300 个工作日计算 可得出日产量为 1000t 300 天 3333Kg 天 因为此物料衡算时以吉林恒和制药为模型 在此基础上进行扩建和改造 所以改造后产品的收率仍为改造前的收率 即 98 1 又因为 产品收率 产品 水杨酸 1 3043 0 981 则水杨酸投料量 3333Kg 0 981 1 3043 2604 89Kg 根据阿司匹林生产设计的经验公式 水杨酸投料量 醋酐 含量 0 820 0 836 2604 89Kg 此物料衡算中运用经验常数 0 830 并且醋酐含量为 98 则投入醋酸量 7815 44Kg 0 830 0 98 2206 18Kg 同时因为醋酐中的醋酸的含量为 2 则 HAC 质量 2206 18 2 44 12Kg 根据吉林恒河制药厂和山东新华制药厂的参考公式 可得 总投料量 母液量 6 8 1 因为总投料量 水杨酸 酸酐 2604 89Kg 2206 18Kg 4811 07Kg 由此的投入反应罐母液量为 4811 07Kg 6 8 707 51Kg 综合以上计算 得 进料 水杨酸 2604 89Kg 酸酐 2206 18Kg 进料 溶解罐中的出料 902 3Kg 投入反应罐的母液量 4811 07Kg 6 8 酰化反应釜 707 51Kg 出料 此工艺过程可近似不考虑损耗 即完全出料 即出料 水杨酸 酸酐 溶解罐中的出料 投入反应罐的母液量 6420 88Kg 3 3 渗滤槽的物料衡算 因为 1 1 和 1 2 中的母液均来自于此工艺过程 即 渗滤掉的母液量 577 3Kg 707 51Kg 1284 81Kg 进入工艺 1 1 和 1 2 使用 根据渗滤槽的渗滤能力和反应液的性状 渗滤掉的母液百分比为 44 3 吉林恒和制药的经验值 则渗滤结束后剩余的母液量 1284 81Kg 44 3 55 7 1615 44Kg 因为反应液中存在挥发性物质醋酸 醋酐以及设备老化等原因造成了损耗 一般损耗率为 1 42 即 损耗量 进料总量 1 42 6420 88Kg 1 42 91 18Kg 所以此工艺得到粗品阿司匹林 6420 88Kg 1284 81Kg 1615 44Kg 91 18Kg 3429 45Kg 综合以上计算 得 进料 完全来自酰化反应罐中的出料 6420 88Kg 出料 粗品阿司匹林 3429 45Kg 渗滤结束后剩余的母液量 1615 44Kg 出料 渗滤掉的母液量 1284 81Kg 渗滤槽 表 1 酯化反应前物料衡算表 物料 名称 水杨酸酸酐回收阿 司匹林 粉子渣子母液总量 重量 Kg 2604 892206 1829427 53 51284 816420 88 表 2 酯化反应后的物料衡算表 物料名称阿司匹林母液损耗总量 重量 Kg3429 452900 2591 186420 88 3 4 酸洗离心机的物料衡算 根据醋酸的浓度 渗滤槽中剩余母液的粘度和质量 确定酸洗工艺过程中 加入醋酸的质量 因为本设计采用的醋酸浓度为 98 5 又根据经验公式 醋酸 阿司匹林 母液 1 9 17 所以确定投入醋酸量 阿司匹林 母液 9 17 3429 45 1615 44 9 17 550 15Kg 根据酸洗离心机的离心能力和物品的粘度得出经验离心率为 34 88 所以 离心出来的母液 总投料量 34 88 550 15Kg 3429 45Kg 1615 44Kg 34 88 1951 55Kg 进入回收工艺 又由于醋酸的挥发及设备的老化造成了一定的损耗 损耗率一般为 3 1 3 3 本次设计取 3 18 所以确定损耗 总投料量 3 18 550 15Kg 3429 45Kg 1615 44Kg 3 18 177 92Kg 以此计算出湿品阿司匹林 总投料量 离心出来的母液 损耗 550 15Kg 3429 45Kg 1615 44Kg 1951 55Kg 酸洗离心机 177 92Kg 3465 52Kg 综合以上计算 得 进料 来自于渗滤槽中的出料 粗品阿司匹林 3429 45Kg 渗滤结束后剩余的母液量 1615 44Kg 进料 醋酸 550 15Kg 出料 湿品阿司匹林 3465 52Kg 要保证湿品中醋酸含量 2 5 本设计计算时取 2 5 出料 离心出来的母液 1951 55Kg Kg 表 3 酸洗离心物料衡算 酸洗离心前物料衡算酸洗离心后物料衡算 物料 名称 阿司匹林母液酯酸总量阿司匹林母液损耗总量 重量 Kg 3429 451615 44550 185595 073465 521951 55177 925595 07 3 5 水洗离心机的物料衡算 根据湿品中含醋酸量和湿品 ASP 的纯净度 投入洗剂水与 ASP 的比例 1 3 77 所以洗剂水量 湿品 ASP 3 77 3465 52Kg 3 77 919 23Kg 又根据离心机的脱水能力 经验值为 20 1 所以脱水量 总投料量 20 1 水洗离心机 919 23Kg 3465 52Kg 20 1 881 33Kg 并要保证湿品中含水量应 3 本次设计计算中采用 3 由于设备的原因造成洗涤过程中有损耗 一般为 0 65 0 70 本次设计取 值为 0 685 所以可确定 损耗量 919 23Kg 3465 52Kg 0 685 30 04Kg 依此得出湿品 ASP 总投料量 损耗 脱水量 919 23Kg 3465 52Kg 30 04Kg 881 33Kg 3473 38Kg 综合以上计算 得 进料 湿品 ASP 3465 52Kg 进料 洗剂水量 919 23Kg 出料 湿品阿司匹林 3473 38Kg 出料 脱水量 881 33Kg 表 4 水洗离心物料衡算 水洗离心前物料衡算水洗离后前物料衡算 物料 名称 阿司匹林洗剂水总量水杨酸洗剂水损耗总量 重量 Kg 3465 52919 234384 753369 18881 3330 044384 75 3 6 气流干燥的物料衡算 根据物料计算 干燥物料总重为 3473 38Kg 含水量为 3 即 104 20 Kg 进行完全脱水即干燥失重为 104 20Kg 因为流化床的排空系统和机器本身造成的损耗一般为 0 15 0 171 本次 气流干燥 器 设计取 0 150 所以损耗量为 3473 38 0 150 5 21Kg 在沉降室和扑集器得到粉子 渣子质量为 31 Kg 由总产率为 98 1 成品量 3332 97Kg 符合设计要求 综合以上计算 得 进料 来自于水洗离心机 湿品阿司匹林 3473 38Kg 出料 得到成品 3332 97Kg 表 5 干燥物料衡算 干燥前物料衡算干燥后物料衡算 物料名称阿司匹林总量成品其他损耗总量 重量 Kg 3473 383437 383332 97104 205 213473 38 4 能量衡算 4 1 反应罐能量衡算 Q1 t1 Q4 t4 Q2 t2 Q5 t5 Q6 反应罐能量衡算可表示如下式 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q1 SA 与醋酐带入设备的热量 KJ Q2 加热剂水蒸汽传给物料的热量 KJ Q3 过程反应热 KJ Q4 生成 ASP 与醋酸带走的热量 KJ Q5 加热剂水蒸汽带走的热量 KJ Q6 设备向环境散失的热量 KJ t1 SA 与醋酐进入设备的温度 t1 20 t2 加热剂水蒸气的进入温度 t2 142 9 t3 最终反应罐中温度 t3 80 t4 物料流出时的温度 t4 80 反应罐 Q3 t3 名称Cp 温度 t5 加热剂水蒸汽流出时的温度 t5 80 4 1 1 比热容的计算 一 经 化学基础数据手册 可查得乙酸与醋酐的比热容 见下表 二 ASP 与 SA 比热容的计算 大多数液体的比热容在 1 7 2 5KJ kg 之间 少数液体例外 如液氨与 水的比热容比较大 在 4 左右 而汞和液体金属的比热容比较小 液体比热容一般与压强无关 随温度上升而稍有增大 作为水溶液比热容的近似计算 可先求出固体的比热容 再按下式计算 C CS a 1 a 式中 C 水溶液的比热容 KJ Kg CS 固体的比热容 KJ Kg a 水溶液中固体的质量分数 对于绝大多数有机化合物 其比热容可利用下表求得 先根据化合 物的分子结构 将各种基团结构的摩尔热容数值加和 求出摩尔热容 再由化 合物的分子量换成比热容 表 6 基团结构摩尔热容 J mol 基团C6H5 COOH O CO OH CH3 20 116 3677 7829 6243 3441 9041 36 温 度 80 131 0690 8430 6845 3863 6846 40 所以 ASP 的比热容 C6H5 COOH O CO CH3 180 2 AS 的比热容 C6H5 COOH OH 138 1 经以上式子可求得所需比热容 KJ Kg 表 7 比热容 KJ Kg 20 80 乙酸1 351 41 醋酐1 992 01 阿司匹林 2 26 水杨酸1 712 07 4 1 2 能量衡算 1 1 Q1Q1 与与 Q4Q4 Q1 与 Q4 均可用下式计算 Q1 Q4 mct KJ 式中 m 输入 输出 设备的物料质量 Kg c 物料的平均比热容 KJ Kg t 物料的温度 利用 1 Q1 mct 2604 89Kg 1 71KJ Kg 2206 18Kg 1 99 KJ Kg 20 1 77 105KJ Q4 3333Kg 2 26 KJ Kg 1569 42 1 41 KJ Kg 80 7 80 105 KJ 2 2 Q2Q2 Q5Q5 Q2 与 Q5 军可用下式计算 Q2 Q5 mct KJ m 水的重量 Kg c 水蒸汽比热容 KJ Kg t 温度 Q2 1000 6420 88Kg 300 天 4 2 KJ Kg 142 9 128 46 105KJ Q5 6420 88Kg 1000 300 天 4 2 KJ Kg 80 71 91 105KJ 3 3 Q3Q3 Q3 27 2KJ mol 180 1g mol 1000 32 64 105KJ 由 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q6 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 1 77 105KJ 128 46 105KJ 32 64 105KJ 7 80 105KJ 71 91 105KJ 17 88 105KJ 5 主要工艺设备计算 5 1 工艺设备选型原则 1 为提高产品质量 节约投资 降低能耗 并满足 GMP 要求 工艺设 备选用国内先进 成熟 可靠的设备 使建成后的生产装备达到国内先进水平 2 凡接触物料精 干 包岗位的设备 容量和管件均选用不锈钢材料 3 设备选型为将来阿司匹林扩产留有余地 5 2 工艺设备计算 5 2 1 醋化反应釜 5 2 1 1 反应釜体积的计算 釜式反应器间歇操作时 每处理一批物料都需要一定的出料 清洗 加料 等辅助操作时间 故处理一定量物料所需要的有效体积不仅与反 应时间有关 而且与辅助操作时间有关 tTVV hR 反应器的有效体积或反应体积 即物料所占有的体积 R V 3 m 每小时所需要处理的物料体积 h V 3 m T 达到规定转化率所需要的反应时间 h t 辅助操作时间 h 决定反应器的总体积 还要考虑装料系数 T V T V r V 日处理量为 6420 88Kg 则每小时处理量为 6420 88 24 267 54Kg 混合物密度由下面公式求得 3 3 2 2 1 1 1 水杨酸的相对密度为 1 44 酸酐的相对密度为 1 08 醋酸的相对密度 1 2 为 1 05 分别为水杨酸 酸酐 醋酸的质量分数 3 1 2 3 88 642005 1 82 1609 88 642008 1 18 2206 88 642044 1 89 26041 求出19 1 每小时处理的体积为 267 54 1190 0 22 3 m 反应时间为 6 h 每批料辅助时间为 0 5 h 0 22 6 0 5 1 43 R V 3 m 1 43 0 8 1 79 T V 3 m 5 2 1 2 反应釜的筒体直径及高度DH m D H V D t 239 1 2 114 3 79 1 44 3 3 将计算结果圆整至公称直径标准系列 选取筒体直径 D 1200mm 查附录 DN 1200mm 时标准椭圆封头曲面高度 直边高度 封mmh300 1 mmh40 2 头容积 表面积 由手册计算得每一米高的筒体容积 3 272 0mVh 2 71 1 mFh 为 表面积 3 1 131 1 mV 2 1 77 3mF m V VV H h 342 1 131 1 272 0 79 1 1 筒体高度圆整为 H 1400mm 于是 H D 1400 1200 1 16 复核结果基本符合原定范围 5 2 2 夹套的计算 夹套内径 D1 可以根据筒体内径 D 选取 21 表 8 D600 500700 18002000 3000 1 D D 50D 100D 200 则夹套的内径为 1200 100 1300 mm 1 D 有前面知道 装料系数 8 0 夹套的高度计算如下 2 2 1 023 1 2 1 4 14 3 272 0 79 1 8 0 m V VV H h j 选取夹套高度 刚 这样是便于筒体mmH j 1200 mmHHH200 00 法兰螺栓装拆的 夹套传热面积 6 2 1 23 6 71 1 2 177 3 71 1 mHFF j 2 m 夹套传热面积符合设计要求 由于夹套的介质为水或水蒸气 介质对材料的腐蚀性轻微 故选用 Q235 A 为夹套材料 查手册知道板厚为 4 5 16 mm Q235 A 的应许力 113MPa 夹套安全系统有安全阀 选取夹套设计压力 P 1 1 1 1 0 4 t w P MPa 即 P 0 44MPa 夹套筒体和内筒的环焊缝因无法双面焊和做相应的探伤 检查 从安全考虑 夹套所有焊缝均取焊缝系数 取壁厚附加量的钢板6 0 厚度负偏差 单面腐蚀取腐蚀余量 mmC6 0 1 mmC1 2 夹套的壁厚计算如下 C P PD t t i d 2 mm83 5 6 1 44 0 6 01132 130044 0 凸形封头的壁厚附加量也只考虑和 加工成型的减薄量由制造厂根据 1 c 2 c 加工条件确定 以保证壁厚符合图纸要求 设计计算时可以不考虑 取 标准椭圆形夹套的壁厚为mmc6 0 1 mmc1 2 mmC P PD t t i 83 5 6 1 44 0 5 06 01132 130044 0 5 02 圆整到钢板规格厚度并查阅封头标准 选取夹套的筒体和封头壁厚均为 6mm d t 5 2 3 筒体的材料和壁厚 筒体材料也选用 Q235 A 筒体受内压取设计压力为 P 0 33 MPa 设计温 度 150 参考前面计算夹套壁厚结果 可知按强度计算内筒的壁厚约为 5mm 而筒体又受外压作用 按设计外压 P 0 44 Mpa 所得壁厚大于内压设计 的壁厚 刚外压稳定设计的壁厚 一定能满足内压设计要求 可以不再作内压 设计校核 考虑到内筒筒体按外压设计 且受双面腐蚀作用 可以初选筒体壁厚 并取 筒体有效壁厚 mmtn10 mmc8 0 1 mmc2 2 mmctt ne 2 7 169 2 7 1220 0 e t D 内筒体受外压作用的计算长度 L 为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高的 1 3 mm h hHL j 1340 3 4 1200 401200 3 2 由和可以查得系数1 11200 1340 0 D L 169 7 2 1220 t D e 0 1 1 0 D L 4 108 5 AMPaB82 筒体的许用外压为 P 0 44 MpaMPa tD B p49 0 169 82 0 因为 p p 且比较接近 所以取筒体 此外 外压稳定和内压mmtn10 强度均能满足要求 选取筒体下封头壁厚 壁厚附加量中 所mmtn10 mmc8 0 1 mmc2 2 以筒体下封头的有效壁厚 标准椭圆封头的外压计mmctt ne 2 78 210 算当量球面半径 计算系数 A 为mmKDR ii 108012009 0 由系数 A 查表得系数 B 112Mpa 许用外压 4 1033 8 2 7 1080 125 0 125 0 tR A i 为 P 0 44 MpaMPa tR B p ei 75 0 2 7 1080 112 取筒体下封头壁厚符合外压稳定和内压强度要求 mmtn10 筒体的上封头只受内压作用 并不受外压作用 为了便于制造取上封头壁 厚与筒体下封头壁厚相同 5 2 4 水压试验及其强度校核 内筒体水压试验压力由 MPappT43 0 1 0 取二者中大值 为方便压力表读数 取MPappT4125 0 25 1 MPapT45 0 夹套水压试验压力由 MPappT43 0 1 0 25 1 T pMPap55 0 取夹套水压试验 MPapTj55 0 内筒水压试验时壁内应力 MPa ct ctDp n nT T 4 44 85 0 8 210 2 8 210 1200 45 0 2 MPa ct ctKDp n nT Tj 8 39 85 0 8 210 2 8 2 10 5 012009 0 45 0 2 5 0 夹套水压试验时壁厚内应力 MPa ct ctDp n njTj Tj 9 135 6 0 6 16 2 6 16 1300 55 0 2 MPa ct ctKDp n njTj Tfj 1 122 6 0 6 16 2 6 1 6 5 013009 0 55 0 2 5 0 由于 Q235 A 在常温时的屈服强度为 计算MPa s 235 MPa 5 2119 0 可见水压试验时内筒 夹套壁内应力都小于 水压试验安全 s 9 0 当夹套作水压试验时 釜体将受外压作用 因夹套的试验压力为 而筒体的许用外压为故在夹套水压试验时 筒MPapTj55 0 49 0 MPap 体内需要充压才能保持筒体稳定 5 2 5 选择釜体法兰 根据筒体内操作压力 温度和筒体直径 查表初选甲型平焊法兰和 压 力容器法兰类型与技术条件 法兰材料为 Q235A 再查标准 JB4701 2000 甲型平焊法兰 公称压力 PN6 的 Q235A 甲型平焊法兰在操作 温度 150 时的许用工作压力为 0 48MPa 大于筒体设计压力 所选用的甲型平 焊法兰合适 查标准 非金属软垫片 JB4704 2000 缠绕垫片 JB4705 2000 和 金属包垫片 JB4706 2000 以及 压力容器法兰类 型与技术条件 JB T4700 选择石棉橡胶垫片和光滑面密封 查标准 甲型平焊法兰 JB4701 2000 选用甲型平焊法兰光滑密封 面 公称压力为 PN6 公称直径为 DN1200 标记为 法兰 GII6I 1200 JB T4701 2000 查标准 非金属软垫片 JB T4704 2000 选用垫片 1240 1200 3 JB T4704 2000 5 2 6 选用手孔 视镜 温度计 和工艺接管 由 平盖手孔 JB T589 1979 或 板式平焊兰手孔 HG21529 1992 选用光滑密封的平盖手孔 APN1 DN250 JB 589T4725 1992 由标准 压力容器视镜 HG T21619 21620 1986 或 组合式视镜 HG21505 1992 选用碳钢带颈视镜 IP1 DN80 GH T21619 21620 1986 温度计选用公称长度 1460mm 配凸面板式平焊管法兰 PN0 6MPa DN50 HG20593 1997 进料管口 c1 2 采用无缝钢管 配法兰5 357 PN0 6 DN50 GH20592 1997 出料管口 h 采用无缝钢管 配法兰476 PN0 6 DN50 HG20592 1997 加热蒸汽进口管 g 采用无缝钢管 配法兰5 338 PN0 6 DN32 HG20592 1997 冷凝液出口管 i 和压力表接管 e 都选用 无缝钢管 配法兰5 332 PN0 6 DN25 HG20592 1997 安全阀接管 a 采用无缝钢管 配法兰5 345 PN0 6 DN40 HG20592 1997 5 2 7 搅拌器的设计计算 搅拌在药品生产中的应用非常广泛 原料药生产的许多过程都是在有搅拌 器的釜式反应器中进行的 通过搅拌 可以加速物料之间的混合 提高传热和 传质速率 促进反应的进行或加快物理变化过程 此次操作要求搅拌器具有较强的剪切作用和较大的循环流量 所以选涡轮 式最为合适 并且乙酸酐属于低黏度糊流体 叶轮直径一般为釜径的 0 2 0 5 倍 取 400mm 常用转速为 10 500 取 200 本设计选六叶直叶 1 min r 1 min r 圆盘涡轮式搅拌器 酸酐的粘度为 混合物的粘度 smPa 91 0 5 21 1 是水杨酸与酸酐的体积比 则算出 混 sPa 00091 0 1 sPa 0029 0 合物的密度为 1190 3 mKg 雷诺数 由相关曲线查得 5 2 2 101 2 0029 0 1190 60 200 4 0 Re nd 4 6 wdnP 3 28434 0 60 200 11903 6 5353 1 校正桨叶数量的影响 w n PP mb 3 2843 6 6 3 2843 6 8 0 12 2 校正桨叶直径的影响 w d D PP m 5 3281 4 03 4 1 3 2843 93 0 23 2 故所求搅拌功率为kwP28 3 5 3281 搅拌轴直径的计算 根据工艺条件要求 选取搅拌器外径 700mm 搅拌轴直径 d 50mm 选择搅拌材料为 45 钢 查表得钢的许用扭应力为 计算MPa40 30 系数 A 118 107 则搅拌轴的直径为 50mm 所以该轴是安全mm N P Ad 5 32 8 33 50 4 1 107 118 33 5 2 8 容器支座的选用计算 反应釜因需外加保温 故选用 B 型悬挂式支座 反应釜的总质量包括物料 或水压试验的水 质量 釜体和夹套的质量 1 W 电动机 减速机 搅拌装置 法兰 保温等附件质量 2 W 3 W 釜体和夹套的质量可以查手册或自行计算 由此 kgW88 6420 1 kgW1014 6 9121372 11934 1298 2 电动机和减速机总质量约 100kg 搅拌装置质量约 40kg 筒体法兰质量约 120kg 保温层质量约 100kg 手孔及其他接管附件质量约 50kg 由此得 kgW4105012040100100 3 反应釜的总质量 kgWWWW88 7844410101488 6420 321 即总重力约为 78KN 反应釜安装四个支座 但按三个支座承载计算 查阅标准 耳式支座 JB T4725 1992 可以选用承载能力为 20 的支座 B2JB T2725 1992 5 3 酸洗离心机 根据物料计算 酸洗物料料重量为 3429 45Kg 每天 24 小时生产 生产周 期为每车 1 小时 拟选用 SS 1000 型三足式离心机 每年装料 100Kg 则需要 设备台数为 N 3429 45 100 24 1 1 43 台 故选用 2 台 SS 1000 型三足式离心机能满足生产 5 4 水洗离心机 根据物料计算 水洗物料总量为 3465 52Kg 每天按 24 小时 生产周期为 每车 1 小时 拟选用 SS 1000 型三足式离心机 每车装料 100Kg 则需要设备 台数为 N 3465 52 100 24 1 1 44 台 故选用 2 台 SS 1000 型三足式离心机能满足生产 5 5 振动流化床干燥器 根据物料计算 干燥物料总重量为 3473 38Kg 拟选用 GZQ3 45 型振动 流化床干燥器 其生产能力为 200Kg h 每天 24 小时生产 则需要设