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【精品】项目计划书 一、豆甾醇的研究综述1.1前言豆甾醇，主要用作甾体激素合成原料，作为植物甾醇中的一个组分，其含量一般在20%左右。 可采用特殊手段对普通95%植物甾醇处理后得到了豆甾醇含量在95%以上的高品质产品，便于有特殊要求实验使用。 它是一种经过物理提纯而得，具有营养价值高、生理活性强等特点的物质。 它在医药、化妆品、动物生长剂及纸张加工、印刷、纺织、食品等领域有着广泛用途。 Stigmasterol,the majorraw materialfor steroidhormone synthesis,as aponent ofplant sterols,the contentis generallyaround20%.Special toolscan beused95%of theordinary treatmentplant sterolsstigmasterol contentwas morethan95%of high-quality products,there arespecial requirementsto facilitatethe experimentaluse.It isderived throughphysical purificationwith highnutritional value,physical activityand othercharacteristics ofthe material.It isin thepharmaceutical,cosmetics,animal growthagents andpaper processing,printing,textile,food andother fieldshave awide rangeof applications.1.2豆甾醇的基本信息英文名称Stigmasterol分子式C29H48O分子量412.69熔点161-170总甾醇(%)=95豆甾醇（%）=70其他甾醇含量（%）=25旋光度98时。 熔点167169(通常165167)。 纯度90时熔点164167，旋光度-51(c=2，氯仿)。 性状易溶于、氯仿、苯、醋酸乙酯、吡啶，能溶于乙醇、丙酮。 不溶于水。 1.3豆甾醇的制备方法天然植物甾醇在结构上与动物甾醇如胆甾醇相似,是植物中的一种活性成份,存在于各种植物油中。 植物甾醇及其衍生物因其特有的生物学活性和物理化学性质,广泛应用于医药、食品和化妆品等行业。 从植物油中分离出来的甾醇是由一类结构相似,物性差别小的甾类化合物组成,主要包括豆甾醇、b-谷甾醇、菜油甾醇和菜籽甾醇,它们在结构上的主要区别在于侧链基团的不同。 混合植物甾醇的有效分离是实现单组分高纯度植物甾醇规模化生产过程中一个重要的研究课题,对混合植物甾醇进行分离精制,可以为甾体药物的生产提供较为廉价。 系植物甾醇之一，并为植物细胞膜的常用甾醇。 常和油脂共存于许多植物种子和花粉中。 大豆中含量丰富，其他的如毒扁豆、可可脂、菜籽油等亦有。 它通常不能被动物吸收利用。 以豆油中不皂化物进行乙酰化、溴化，再以乙醚-醋酸混合溶剂分离提取难溶性的四溴化物以锌及醋酸进行脱溴、皂化制取。 1.4豆甾醇的提取方法物理法。 目前用得最多、实用价值最好的就是溶剂结晶法,其原理是利用各个甾醇在溶剂(单一或混合系统)中溶解度的差异,进行多级分步结晶。 选择合适的重结晶溶剂,使混合植物甾醇的溶解度随着温度的升高而增大,冷却时由于豆甾醇的溶解度降低快,故从过饱和溶液中结晶析出,其他组分则全部或大部分留在溶液中。 重复上述操作步骤,可实现豆甾醇的分离和精制提纯。 虽结晶次数较多,但工艺简单,易操作,溶剂可以回收,环境污染小,成本低,容易进行工业化生产,且纯度也较高。 溶剂结晶法的关键是选择合适的溶剂和操作条件,国内外对此进行了大量的研究。 下面就溶剂结晶法分离豆甾醇的研究做一介绍。 1.5豆甾醇的发展前景豆甾醇用于合成肾上腺皮质激素和黄体激素的医药品,同时也用于合成芸苔素内酯类植物生长调节剂的起始原料。 近年来,随着新甾体药物的发现、生产的发展、生产规模的扩大,原料需要量也逐渐增加,致使国际市场供需出现矛盾。 市场预测及投资回报分析:国内单体豆甾醇用户分布在上海、广州、沈阳等地,总需求量估计在100t/a左右,价格水平约为230300万/吨。 目前国内需求量只能靠进口解决。 国外以豆甾醇为原料生产甾体激素和药物的企业有德国的先灵公司、阿克苏#诺贝尔旗下的欧加农公司。 这两家公司分别成功地开发了以豆甾醇生产关键中间体ADD和4AD的方法,他们对豆甾醇的年需求量以百吨计。 如何混合植物甾醇中提取高纯度的豆甾醇,引起了广大科研工作者的浓厚兴趣。 二、生产流程简述2.1中间体3-ketobisnor-4-cholen-22-al的合成工艺（一）豆甾醇的分离1打开通风橱、准备好加热所需要的仪器，如水浴锅、温度计等；2先用天平称取30克（用滤纸）混合植物甾醇，加入三口烧瓶中；再用量筒量取90ml环己酮溶液，加入三口烧瓶中（物料比1:3）；3将上述三口烧瓶置于水浴锅中加热至60摄氏度；待所有固体溶解后，使其水浴自然冷却至25摄氏度，并在此温度下恒温过滤。 4将所得滤饼置于真空干燥箱中60摄氏度下干燥；将干燥后的滤饼按上述步骤反复处理（五次左右），得豆甾醇；5将上述所得豆甾醇进行熔点测定；6将分离所得豆甾醇测得的熔点与95%豆甾醇的熔点进行比较。 （二）豆甾醇的处理 1、经沃氏氧化处理豆甾醇1称取10g豆甾醇和2g异丙醇铝置于250ml烧瓶中，加入100ml甲苯将其溶解，待其完全溶解后加入20ml环己酮，在115摄氏度下回流搅拌10小时，TLC显示原料点消失；2待原料点消失后，将温度降至80摄氏度，加入50ml5%的硫酸，搅拌2小时，溶液分为两层；3分液，除去酸层，用蒸馏水洗涤有机层至中性，得到清澈的溶液；4将上述溶液转移至烧瓶中，在98摄氏度下旋转蒸发除去溶剂，待溶剂蒸干时加入少量蒸馏水，继续旋转蒸发带走剩余的环己酮，重复两到三次至蒸出物中无油状物为止，最后得黄棕色的浓缩液；5用甲醇溶解上述浓缩液至澄清，置于冰箱中冷却析出结晶；6过滤，得到略带黄色的固体；将上述固体置于冷冻干燥机中干燥，得6g左右产物。 2、经转位实验处理豆甾醇第一步豆甾醇的磺化1称取5g豆甾醇和50mgDMAP、溶于60ml吡啶中，放于用锡纸包好的100ml的圆底烧瓶中，在冰水浴中冷却，磁力搅拌，冷却至0-5摄氏度（10min左右）；2称取10g对甲基笨磺酰氯，加入上述溶液中，冰浴条件下搅拌一小时后，置于冰箱冷藏过夜，TLC显示反应完全；3将上述反应物缓慢倒入100ml冰水中，搅拌析出晶体，过滤；4用冰水洗涤滤饼至无吡啶的臭味；5将过滤所得固体放入冷冻干燥机里干燥。 第二步豆甾醇磺化产物的转移和甲氧基化 1、称取6克豆甾醇的磺化产物，磨成粉末状； 2、称取6克醋酸钾，置于500ml的圆底烧瓶中，加热至熔融状态； 3、量取300ml无水甲醇，加入醋酸钾中，再将6克豆甾醇的磺化产物加入其中； 4、将上述配好的溶液在磁力搅拌下回流，待所有固体都溶解，开始计时，反应3h。 5、旋转蒸发除去溶剂，得白色固体； 6、在上述白色固体中加入适量的乙醚，用力摇至圆底烧瓶壁上无白色固体粘附（最好全部在乙醚中，但是不溶于乙醚）； 7、过滤除去上述溶液中得白色国体，留下乙醚溶液； 8、将上述乙醚溶液分别用蒸馏水洗涤3次、5%的碳酸氢钾溶液洗涤2次、蒸馏水洗涤2次； 9、在上述洗涤后的乙醚溶液中加入无水硫酸钾，除水（大约2h）； 10、过滤除去无水硫酸钾； 11、将上述滤液旋转蒸发，得稍带黄色的油状产物，置于冷冻干燥机里干燥。 （三）臭氧化实验第一步在管式反应器中加入18克豆甾酮（熔点128-133摄氏度）、1000ml二氯甲烷和5ml吡啶，将反应器在磁力搅拌和低温条件下进行反应。 臭氧富氧流（0.43毫摩尔臭氧/min）通过曝气头向反应液内加入。 反应5min后，浑浊的溶液变成深橙色，并且，随着反应的进行，深橙色慢慢变成红褐色。 在将近90min溶液澄清，在148min，红褐色开始消失，标志着反应即将完成，在163min，红褐色基本消失，标志着臭氧化反应完成，停止反应。 第二步在上述淡黄色反应液中边搅拌边加入25克锌粉尘，使之成悬浮状，在加入冰醋酸111毫升，在0-10摄氏度和搅拌的条件下反应1h，并且在最后5min，必须将温度升到35摄氏度。 2.2中间体3-ketobisnor-4-cholen-22-al的生产工艺植物甾醇提取四次得95%的豆甾醇，干燥，沃氏氧化，分离，干燥，得中间体，臭氧化反应，分离，干燥，回收，得3-ketobisnor-4-cholen-22-al。 2.3生产过程说明本文章主要是针对臭氧化实验的第一步反应内容进行工业化设计，此步骤最显著地影响条件是温度，如果采用沃氏氧化对豆甾醇进行处理，它需要在干冰或液氮的条件下才能实现臭氧化反应；如果采用转位实验来处理豆甾醇，那么实现臭氧化的温度将可以在0摄氏度完成。 由此可见，要达到臭氧化实验的工业化设计，我们必须选择温和的实验条件，但是由于条件问题，本文章主要是讲述针对经沃氏氧化处理的豆甾醇的臭氧化过程的工业设计。 三、工艺计算3.1设计条件（一）设计规定各物质的相对分子量为 411、为 342、为1143-ketobisnor-4-cholen-22-al的年生产量为100t；除去一年节假日，以300天计算，年生产时间7200小时；每天两班，每班8小时，本工艺采取半连续反应，间歇生产，以一批料的生产周期作为计算标准；热损为20%；操作压力（合成时为密闭体系，压力即为溶剂的蒸汽压，提取分离为常压）。 岗位工序备料操作时间2h表一3-ketobisnor-4-cholen-22-al的生产操作时间因所有工序所需时间为8h，3-ketobisnor-4-cholen-22-al的质量为100t/（300天*2班）=170kg，副产物的质量为57kg；该反应3-ketobisnor-4-cholen-22-al的收率为90%，故每批所需原料为0.18t，理论所需臭氧为24kg，溶剂二氯甲烷的容积为10000L，催化剂吡啶的体积为50L。 反应5h出料1h故每天处理两批料，则每批生产3.2以每批物料为基准进行物料衡算3.2.1反应罐的计算a反应罐内物料体积计算原料密度为0.953g/cm3，二氯甲烷密度1.33g/cm3，吡啶密度0.98g/cm3，臭氧密度（0）2.144g/L；所需原料质量为0.17t，溶剂二氯甲烷的体积为10000L，催化剂吡啶的体积为50L，则反应罐内物料体积计算如下原料的质量=180kg二氯甲烷的质量M1=10000*1.33=13300kg吡啶的质量M2=50*0.98=49kg臭氧的理论质量=24kg目标产物的质量=170kg副产物的质量=57kg总质量为M=170+13300+49+24=13543kg总体积为V=13543*1.33=18012L（以溶剂的密度作为平均密度）再考虑到罐内一定的空隙，装料系数取0.86，则罐内体积为V反应灌=V总/0.86=20944L=21m?因此把物料、溶剂和催化剂分别装在一个反应罐中，采用一个公称体积为Vg1=25m?的提取罐即可。 b反应器进出口物料中各组分的流量计算原料的流量=180kg/h二氯甲烷的流量M1=10000*1.33=13300kg/h吡啶的流量M2=50*0.98=49kg/h臭氧的理论流量=24kg/h目标产物的流量=170kg/h副产物的流量=57kg/h3.2.2储料罐的计算V溶剂=10m?，V催化剂=0.05m?由于每批所需催化剂的量比较少，采用储料罐不合适，即采用直接加入法。 再考虑到溶剂所需的储料罐内有一定的空隙，装料系数取0.86，则溶剂储料罐罐内体积为V溶剂储料罐=V溶剂/0.86=11.6m?，因此溶剂所需储料罐，采用一个公称体积为Vg2=12m?的储料罐即可，同理可得，催化剂储料罐的体积为V催化剂储料罐=V催化剂/0.86=0.06m?，因此催化剂所需储料罐，采用一个公称体积为Vg3=0.1m?的储料罐即可。 3.3能量衡算根据醇类物质和醛类物质比热容的规律合理假设，各物质0-t的比热容如下。 物质比热容J(kg.K)2.22.83.21.922.122.431.321.591.95二氯甲烷吡啶1.041.131.21臭氧0.680.6980.735012253.023.684.99物质反应热KJ/mol2510.76.1455.85浓相段热衡算求浓相段换热装置的热负荷及产生的蒸汽量假设如下热力学途径0反应器入口物12浓相段出口H1=(180*2.2+13300*1.04+49*3.02+0.68*24)*(25-0)=359800J/hH2=5.85*(57/85)+6.145*(170/342)-10.7*（180/411）=2300J/hH3=(180*3.2+13300*1.21+49*4.99+24*0.735)*(12-25)=-2xx0J/hH=H1+H2+H3=141990J/h若热损失取H的20%，则需由浓相段换热装置取出的热量为Q=（1-0.2）*141990=113592J/h25反应器入口物25浓相段出口物 四、设备选型4.1搅拌式反应罐由前面的物料衡算可知，反应罐理论需要的体积为V反应罐=21m?，因此选取反应罐的公称容积为Vg=25m?。 由于反应过程中腐蚀性比较大，因此选择钢衬ETFE反应釜，因为钢衬ETFE反应釜整体滚寸无接缝（ETFE寸层厚2-5mm），防腐蚀性能特别优良，能耐各种浓度的酸、碱等腐蚀性化学介质，是解决高温稀硫酸等各种酸腐蚀性问题的理想产品。 耐温在-60到180摄氏度之间，耐正压和负压，可按标准和非标准制造。 4.2储料罐由前面物料衡算可知，溶剂和催化剂的储料罐理论所需体积为Vg2=12m?、Vg3=0.1m?，由于二氯甲烷和吡啶的腐蚀性很强，所以采用ETFE储料罐；因为ETFE产品（钢衬塑产品） (1)产品特点采用美国杜邦最新高分子合成材料(ETFE)及特殊加工工艺，使ETFE与钢体紧密的结合在一起，整体一次成型无接缝，耐正、负压。 冷热交替变换，衬层不受影响。 (2)应用范围a.介质任何种类，任何浓度的酸、碱、盐、强氧化剂、有机溶剂及其它所有强腐蚀性化学介质（熔融状金属碱除外）b.耐温-60180夹套加热温度应小于150c.耐压正、负压（包括真空），根据钢体设计压力而定。 五、原材料、动力消耗定额及消耗计算根据物料衡算和热量衡算结果，换算为单位产品（Kg）的消耗量和单位时间（每小时和每年）的消耗量。 5.1中间体3-ketobisnor-4-cholen-22-al生产车间原材料消耗计算3-ketobisnor-4-cholen-22-al的质量为每批生产85kg，每天生产3-ketobisnor-4-cholen-22-al的质量为170kg，即以一天计算，原料消耗为原料180kg，溶剂为13300kg，催化剂为49kg，臭氧24kg。 换算为每年计算消耗量原料180*300=54000kg/年溶剂13300*300=3990000kg/年催化剂49*300=14700kg/年臭氧24*300=7200kg/年换算为每小时计算消耗量原料54000/7200=7.5kg/h溶剂3990000/7200=554.0kg/h催化剂14700/7200=2.0kg/h臭氧7200/7200=1.0kg/h设溶剂二氯甲烷消耗的50%回收循环利用；则每年消耗量溶剂3990000*0.5=1995000kg/年每小时消耗量溶剂1995000/7200=277kg/h原材料消耗定额及消耗量见表4序号名称存在形式消耗量/kg每小时7.5554.02772.01.0每年5400039900001995000147007xx2345原料溶剂回收后溶剂催化剂臭氧固体液体液体液体气体5.2原料生产车间动力消耗计算5.2.1水每批料（生产3-ketobisnor-4-cholen-22-al中间体85kg）消耗如下需要消耗0水1000kg换算为消耗定额1000/85=11.8换算为年消耗定额1000*600/85=7059 六、车间成本估算一个项目的总投资最终反应在总成本费用中。 总成本费用是指项目在一定时间内（一般为一年）为生产和销售产品而花费的全部成本和费用。 下面按照完全成本法则原理，对本设计就总成本费用各项目进行相应的估算。 6.1原材料估算本设计原材料包括原料、溶剂、催化剂、臭氧。 植物甾醇（豆甾醇的含量为40%）的报价为95000元/吨，经计算通过提取后豆甾醇的价格为14500元/吨，原料以豆甾醇的报价计算，年消耗量为54t，即原料的成本Q1=54*14500=78.3万元。 溶剂二氯甲烷的报价4600.0元/吨，年消耗量1995t，即溶剂的成本Q2=4600*1995=917.7万元催化剂吡啶的报价18000元/吨，年消耗量为1.47t，即催化剂的成本Q3=18000*1.47=2.65万元即原材料的年总成本为Q=Q1+Q2+Q3=78.3+917.7+2.65=998.65万元。 6.2主要外购装置估算本设计主要的外购动力包括反应罐、臭氧发生器、储料罐、泵、制冷装置。 这些装置需按标准和非标准制造，因此价格存在多方面因素的影响，暂时不能确定。 七、厂址选择7.1厂房条件厂房面积200标高8m7.2厂址选择 （1）有原料、燃料供应和产品销售的良好的流通条件； （2）有储运、公用工程和生活设施等方面良好的协作环境； （3）水源充足、水质优良； （4）有便利的交通条件； （5）有良好的工程地质和水文气象条件。 由于植物甾醇的制备需要苛刻的条件，因此需要通过购买，综合其他条件，在江苏和浙江地带，制药企业非常多，交通条件很发达，水源比较充足。 这样便于原料