年产20公斤紫杉醇工厂设计

攀枝花学院学生课程设计题 目： 年产20公斤紫杉醇的工厂设计 学生姓名： 何佳虹 学号： 201310902008 所在院(系)： 生物与化学工程学院 专 业： 生物工程班 班 级： 2013级 指 导 教 师： 赵丽华 职称： 讲师 2015年5月 25 日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书题目年产20公斤紫杉醇的工厂设计1、课程设计的目的工艺设计培养生物工程专业应用型技术人员必不可少的环节之一。本课程是综合性很强的专业实践课程，在工程识图、化工原理课程设计、发酵工程、生物工程设计概论等课程基础上，通过一个具体的生物工程方面的项目，使用撰写初步可行性报告的方式让学生构思该项目所应开展的主要环节，如何进行生物工厂总平面、车间、工艺流程、设备设计工作。2、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）设计内容：20公斤紫杉醇工厂的初步可行性报告的编写；20公斤紫杉醇工厂总平面的设计；20公斤紫杉醇工厂工艺流程图的设计；20公斤紫杉醇工厂中核心车间的设计；20公斤紫杉醇工厂中核心设备的设计。设计要求：（1）独立完成。（2）初步可行性报告内容要包括总论；市场预测与建设规模；厂址选择与建厂条件；原材料与能源情况；项目的工艺车间设备设计；环境评价与保护；生产组织、劳动定员和人员培训；财务评价8个方面。文字要达到8000字，通顺简练，分析合理，计算得当。（3）可行性报告的撰写格式按照毕业设计（论文）格式。（4）图纸绘制按照国家机械制图的要求进行，图纸内容应与可行性报告紧密结合。3、主要参考文献1 上海医药设计院编.化工工艺设计手册M北京：化学工业出版社2000.2 吴思方.发酵工厂工艺设计概论M.中国轻工业出版社，1995.3 祝顺琴 ，谈锋 ，唐克轩.紫杉醇提取纯化技术研究进展J. 中国生化药物杂志. 2004，25（l）.59-624 吴倩，高庆平，王正平. 紫杉醇的提取和初分离工艺研究J. 化学工程师.2004，110（11）：40-435梁世中. 生物工程设备M.中国轻工业出版社，2014.6 鲍泽富，吴春燕，康晓青.画法几何与工程制图.M.国防工业出版社，2013.4、课程设计工作进度计划5月25日-6月5日：完成资料查阅、总体构思、工艺初步计算、草图的绘制。6月6日6月19日：指导完成初步可行性报告和图纸绘制的工作。6月20日：报告上交。 指导教师（签字）日期年 月 日教研室意见：年 月 日学生（签字）： 接受任务时间： 年 月 日2攀枝花学院课程设计 摘 要紫杉醇，英文名称 Paclitaxel，别名泰素，紫素，特素，为白色结晶体粉末。无臭，无味。难溶于水，易溶于甲醇、乙腈、氯仿、丙酮等有机溶剂。它的用途非常广泛，紫杉醇对药物难治性卵巢癌和转移性乳腺癌、非小细胞癌有显著疗效, 对B16黑色素瘤、S180 肉瘤及P338、L1210、IIL60、P1534 白血病也有较好治疗作用, 对头颈部癌、食道癌也有一定疗效。本设计的目的在于对年产20公斤紫杉醇的生产工艺进行设计和优化，本设计简要介绍了紫杉醇的主要用途和使用范围，产品来源及其发展前景。结合国内的实际情况，紫杉醇的生产主要是采用提取分离和化学合成的方法,而提取分离的方法按来源不同又可分为三大类:从植物中分离提取、从真菌中分离提取及从培养细胞中分离提取。初步设计要求年产量20公斤，参照了许多文献及数据，对整个生产过程做了物料衡算，对生产工艺流程进行了优化，对车间进行了布置和规划。关键词：紫杉醇；生产；分离提取；工艺流程III攀枝花学院课程设计 AbstractPaclitaxel, another name is Taxol，and it is white crystalline powder, no smell, no taste. Paclitaxel is difficult to dissolve in water, soluble in methanol, acetonitrile,chloroform, acetone and other organic solvents. Its use is very extensive. Paclitaxel has a significant effect on refractory ovarian cancer and metastatic breast cancer, non small cell carcinoma, B16 melanoma, S180 sarcoma and P338, L1210, IIL60, P1534 leukemia also has a good therapeutic effect, and the head and neck cancer, esophagus cancer also has certain curative effect.The purpose of this design is to design and optimize the production process of 20 kg of paclitaxel. This design briefly introduces the main use and the scope of use of paclitaxel, product source and its development prospects. Combined with the actual situation in China, the production of taxol is mainly used in the extraction and separation and chemical synthesis. The methods of extraction and separation can be divided into three groups according to their origin: isolation and extraction from plants, extraction and isolation from the culture of the fungi. Preliminary design requirements of the annual output of 20 kg, with reference to a lot of literature and data, the entire production process to do the material balance, the production process is optimized, the layout and planning of the workshop. Key words: Paclitaxel; production; Separation and extraction；technological process可行性报告项目名称：年产20公斤紫杉醇的工厂设计主办单位： 攀枝花学院 设计单位：攀枝花学院生物化工研究所 二零一六年六月攀枝花学院课程设计 目录摘 要IAbstractII1 总论11.1紫杉醇的基本性质11.2 产品使用范围及用途11.3 发展前景11.4 产品来源11.5 目前生产紫杉醇的主要方法11.5.1 直接从红豆杉科植物中分离提取21.5.2 直接从紫杉醇产生菌中提取21.5.3 化学合成法21.5.4 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇31.6 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇的研究31.6.1红豆杉愈伤组织的培养31.6.2高紫杉醇含量细胞系的选择41.6.3红豆杉的细胞悬浮培养42市场分析52.1产品用途和质量标准情况52.2产品国内、外市场供需现状和主要消费方向52.3国内外紫杉醇或可替代产品生产情况52.4产品竞争能力、销售预测和国际市场的发展前景53 建设方案和建设规模73.1建设方案73.2建设规模74 建厂条件和厂址方案84.1建厂条件84.1.1地理位置84.1.2厂址概况84.2厂址方案85 原、辅材料及燃料供应95.1原材料单耗（1公斤99.5%紫杉醇消耗为基础）95.2原材料及包装材料供应96 项目的工艺车间设备设计106.1总图运输106.1.1总平面布局106.1.2交通组织106.1.3绿化106.2工艺技术方案选择116.2.1原料路线确定的原则和依据116.2.2工艺技术方案的比较和选择116.3物料衡算126.4工艺流程126.4.1工艺流程说明126.4.2 工艺流程示意图136.5 主要工艺设备、仪表选型136.5.1计算数据136.5.2生产、检测设备和仪器仪表146.6 工艺平面布置方案156.6.1 工艺平面布置原则156.6.2 土建工程156.6.3 公用工程157 清洁生产187.1 环境保护187.1.1设计依据及采用标准187.1.2主要污染源和污染物187.1.3控制污染方案187.2 消防197.2.1设计依据197.2.2消防措施197.3劳动保护与安全生产207.3.1设计依据207.3.2项目生产概况207.3.3可能产生职业危害的因素207.3.4可能产生职业危害的因素207.4节能217.4.1设计依据217.4.2节能措施218 建设进度安排228.1紫杉醇提纯加工部份建设进度安排229 生产组织、劳动定员和人员培训239.1企业体制与组织机构239.2生产班制及劳动定员239.3人员培训2310 财务评价2410.1投资估算2410.1.1编制依据2410.2基础数据及说明2410.2.1评价依据2410.2.2基础数据2410.3紫杉醇提纯加工部份财务评价2410.3.1成本估算2410.3.2评价结论25参 考 文 献26III攀枝花学院课程设计 1 总论1.1紫杉醇的基本性质紫杉醇，英文名称 Paclitaxel，别名泰素，紫素，特素，化学名称 5，20-环氧-1，2，4，7，10，13-六羟基紫杉烷-11-烯-9-酮-4，10-二乙酸酯-2-苯甲酸酯-13（2R，3S）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酯，分子量 853.92，分子式C47H51NO14。其物理性质为白色结晶体粉末。无臭，无味。难溶于水，易溶于甲醇、乙腈、氯仿、丙酮等有机溶剂。1.2 产品使用范围及用途紫杉醇对药物难治性卵巢癌和转移性乳腺癌、非小细胞癌有显著疗效, 对B16黑色素瘤、S180 肉瘤及P338、L1210、IIL60、P1534 白血病也有较好治疗作用, 对头颈部癌、食道癌也有一定疗效。此外,红豆杉植物中含有的二萜类紫杉烷化合物, 如三尖杉磷碱、巴卡亭III、10- 去乙酰巴卡亭III、1- 羟基巴卡亭I和10- 去乙酰- 7- 差向紫杉醇等, 具有通经、利尿、抗癌症功能, 主治肾炎、小便不利、糖尿病1。1.3 发展前景紫杉醇具有独特的作用机理, 可稳定微管, 防止微管解聚, 抑制细胞的有机分裂, 从而抑制癌细胞的分裂繁殖。由于紫杉醇独特的抗癌机理, 引起了全世界医药界的特别关注, 成为继阿霉素及顺铂后最重要的最热销的具有广谱性的抗癌新药, 目前已在几十个国家上市1。1.4 产品来源 紫杉醇为红豆杉属(又名: 紫杉属, Taxus)植物的树皮及枝叶中分离得到的紫杉烷类化合物之一。我国是红豆杉属植物资源最丰富的国家, 有云南红豆杉、中国红豆杉、东北红豆杉及西藏红豆杉4种和南方红豆杉1个变种。云南红豆杉资源分布在云南的西部、西北部、东北部和东南部, 全省有红豆杉乔木近500万株, 目前已通过建立合法的原料种植基地, 保证紫杉醇的生产能力和市场需求1。1.5 目前生产紫杉醇的主要方法紫杉醇的生产方法主要是提取分离和化学合成,提取分离的方法按来源不同又可分为三大类:从植物中分离提取、从真菌中分离提取及从培养细胞中分离提取。1.5.1 直接从红豆杉科植物中分离提取紫杉醇含量与种、部位、生长年限、生长环境等因素有关.在所有红豆杉中短叶红豆杉中紫杉醇含量最高;从生长时间上看,生长时间越长的器官或组织紫杉醇含量越高;从生长环境上看,生长在阴处的树皮比暴露在日光下的高;就部位来看,一般树皮中紫杉醇含量较高,短叶红豆杉树皮中紫杉醇含量可达0.069%.据估算,从20003000棵稀有的紫杉树皮中只能提取1kg紫杉醇,而对1例病人制备充足 的药物需34棵百年的老红豆杉树2。自紫杉醇药效发现以来,红豆杉资源遭到毁灭性开发,有些种系濒临灭绝。因此,利用人工种植的红豆杉代替野生红豆杉成为必然。这要求人工栽培的红豆杉品种紫杉醇含量高、生长迅速.目前,曼地亚红豆杉能相对较好地满足这些要求,它是一个杂交品种,生长迅速(35a后可收获两次枝叶),其针叶中紫杉醇含量为0.017%0.046%3。因此,人工种植该品种生产紫杉醇的成本不会低,但是选育优良品种提取紫杉醇无疑是一个有价值的研究方向。1.5.2 直接从紫杉醇产生菌中提取紫杉醇产生菌主要是一些红豆杉的内生真菌。真菌中最高紫杉醇含量185.4g/L,可见,当前利用微生物发酵方法产生紫杉醇的量很低,难以达到工业化生产的要求。而且,真菌自身合成紫杉醇的途径还未见报道,自身是否存在紫杉醇的合成途径还需进一步研究探索。此生产方法的前景还不明朗。1.5.3 化学合成法化学合成是生产药物的一条重要途径,许多天然药物(如一些抗生素)除了可从生物体内提取外,还可通过化学的方法合成。紫杉醇的药效被发现以来,其化学合成的方法一直受到重视并得到很多的研究探索.迄今为止,在生产上有价值的紫杉醇的全合成尚未取得成功.紫杉醇结构复杂,母核有9个手性中心,因此应有2048个非对映异构体。1994年,Nincolaou等4运用逆合成分析法的战略全合成了紫杉醇,但是,需要22-25步，没有实用价值。紫杉醇的半合成是以天然来源的baccatin或10-去乙酰baccatin为原料,通过13位酯化得到紫杉醇或其它半合成衍生物。此法首先合成侧链,然后把侧链接到bacca2tin或10-去乙酰baccatin上去.紫杉醇的半合成法的问题主要在于:1)合成原料在植物中含量不高,提取分离成本较高.2)每一步反应得率低,而且有时会碰到选择性较差的问题.所以,无论是全合成还是半合成,目前都取得了成功,但都难以应用于大规模的工业化生产。1.5.4 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇大规模地培养微生物细胞实现了许多种抗生素的大量生产,极好地满足了病人对抗生素的需求,挽救了无数人的生命。抗生素是微生物的次生代谢产物,紫杉醇是植物细胞的次生代谢产物,能否通过大规模的植物细胞培养大量获取紫杉醇很有研究价值。就现有的报道来看,这一生产方法受到了许多学者的重视,许多研究者在高产细胞系的选择和代谢调控方面进行了大量的卓有成效的研究。1.6 利用红豆杉细胞培养生产紫杉醇的研究在细胞的大规模培养前,应进行小规模培养。观察单位时间内单位质量的细胞中紫杉醇含量在最优的培养条件下是否能达到大规模生产的要求。红豆杉的小规模细胞培养研究首先就是要获取愈伤组织，从其中选出高紫杉醇含量的细胞系，继代后进行悬浮培养，调整好一些影响因素之后进行代谢调控。以期获得最大紫杉醇含量和最大生长速率。1.6.1红豆杉愈伤组织的培养目前所有的红豆杉均已建立脱分化的愈伤培养体系。其针叶、嫩芽、茎段、树皮、种仁均可作为外植体，但不同外植体的诱导效果与培养基和培养条件有关系，而且不同外植体形成的愈伤组织的质量也会有差异。一般而言来自老茎、树皮的愈伤组织紫杉醇含量较高。对于红豆杉、中国红豆杉、云南红豆杉、曼地亚红豆杉、南方红豆杉等红豆杉而言，许多报道5-7认为，MS培养基的诱导效果优于其它培养基，或者在研究中直接采用MS培养基。但在继代培养中，则认为B5培养基优于MS培养基。在B5培养基上的愈伤组织不仅生长快，而且紫杉醇含量较高5,8。有的研究认为，MS培养基的诱导率高，但形成的愈伤组织质量差，容易褐化6。对于东北红豆杉，一般采用B5培养基作诱导培养基9,10，继代培养则采用MS培养基。红豆杉组织培养中的激素常使用NAA、2,429var cpro_psid =u2572954; var cpro_pswidth =966; var cpro_psheight =120;-D、KT和BA,其中2,4-D对于诱导愈伤组织的作用明显，在许多研究中常单独用2,4-D或和其它激素配合使用，有2,4-D的组合诱导效果往往比其它不含2,4-D的组合好5,7。在愈伤组织的诱导和继代培养阶段，培养物会分泌一些酚类物质，这些酚类物质的产生和积累会导致组织褐化，细胞死亡。加入适量的抗氧剂或吸附剂可达到抑制愈伤组织褐化从而促进细胞生长的目的，如0.29mg/LL-谷氨酰氨和0.0740.22mg/L桂皮酸11，Vc,活性碳12，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等能有效遏制褐化，继代培养时，把握好继代培养时间可较好避免继代培养中的褐化7。1.6.2高紫杉醇含量细胞系的选择不仅不同植株来源的细胞系在外观形态、生长速率和紫杉醇含量方面存在较大的差异，而且即使在来源于同一植株的细胞系中也存在色泽、质地和生长速率等性状不同的细胞团，并且这些性状之间表现出一定的相关性，这是高产细胞系的选择基础。在对云南红豆杉TY6细胞系进行高产细胞系的选择中13，发现颜色深、生长慢、干重/鲜重比值高的细胞系紫杉醇含量常常较高。相反，颜色浅、质地松散的细胞系含量低，但生长快。紫杉醇含量和生长速率存在负相关。这也是提高单位时间单位质量细胞紫杉醇含量的障碍之一。植物离体细胞培养过程中自然发生的变异是高产细胞系的来源之一。此外，还可人为增加诱变因素，增加变异频率和范围，从众多变异中选出高产细胞系。梅兴国等14用紫外线作为诱变因子，从诱变系中选出生长速率和紫杉醇含量分别是亲本1.13和6.25倍的细胞系。1.6.3红豆杉的细胞悬浮培养建立细胞悬浮培养体系是细胞培养生产紫杉醇必不可少的阶段，悬浮培养的培养基及培养条件对紫杉醇含量及细胞生长速率有较大的影响。悬浮培养一般采用B5培养基。激素种类和配比对培养细胞的生长和紫杉醇含量影响较大，不同红豆杉要求的激素种类及配比不同。NAA和TDZ的配合使用可使加拿大红豆杉细胞系的产量和生长量达到最高15。在东北红豆杉的培养中，以IAA和BA配合效果最佳。而对中国红豆杉，采用2,4-D/NAA和BA的优化配比组合的培养基才能取得很好的效果16。而在西藏红豆杉的培养中，在培养基中单独加入2,4-D可提高紫杉醇含量，而单独加入IAA则没有效果17。在云南红豆杉的悬浮培养中，生长素与细胞分裂素的浓度比达到510时，紫杉醇含量较高18。曼地亚红豆杉悬浮培养中，只要1mg/L的2,4-D和0.1mg/L的BA就能达到很好的培养效果19。碳源多为蔗糖，但其它糖类的加入对细胞生长和紫杉醇含量影响显著，果糖可以提高一般细胞系紫杉醇含量20。半乳糖对细胞生长作用显著，葡萄糖则抑制紫杉烷的合成11。添加椰子汁(CM)、水解酪蛋白(CA)和水解乳蛋白(LH)三种有机添加物均能提高紫杉醇含量，但只有CM和CA能促进细胞的生长21。28攀枝花学院课程设计 2市场分析2.1产品用途和质量标准情况紫杉醇作为抗癌药物，是近二十年来抗癌药物研究领域的重大发现。临床试验表明，紫杉醇对晚期卵巢癌、转移性乳癌和非小细胞肺癌有良好的疗效。除对癌症有良好治疗效果外，对疟疾、类风湿性关节炎、肾病、早老性痴呆和中风等病症也有良好的疗效。国际上紫杉醇药用标准为：纯度99.0%，单组分0.5%，国内紫杉醇的药用标准为纯度98.2%。紫杉醇具有优良的抗癌特性，副作用小，国家科技部、财政部和税务总局在2000年9月颁布的中国高新技术产品目录中确认紫杉醇为高新技术产品（编号05030206），鼓励发展。2.2产品国内、外市场供需现状和主要消费方向自1992年12月底，美国FDAE正式批准紫杉醇用于治疗卵巢癌和乳腺癌以来，至今已有美国、英国、法国、日本、意大利、挪威、丹麦、瑞典、中国、澳大利亚、巴西等40多个国家获准药用紫杉醇。目前有数国在生产紫杉醇。规模较大的为美国百时施贵宝公司（BMS）。我国也有多家企业（大多为合资企业）生产紫杉醇原料或针剂。如北京协和、云南大成、海口制药、四川九峰等,但生产规模很小，年产量数公斤到数十公斤不等，年总产量47公斤，大部分产品出口。2.3国内外紫杉醇或可替代产品生产情况根据目前已有的生产能力及发展趋势预测，近期国内外紫杉醇的生产规模比较小，制约生产能力主要原因有二：（1）天然红豆杉存量极少；（2）红豆杉的提取紫杉醇需要尖端的科学技术，先进设备和复杂的工艺。癌症转基因治疗技术已出现世人面前，但据专家的预测，转基因治疗技术尚未明显突破，紫杉醇作为抗癌新药具有15年左右的市场生命期。2.4产品竞争能力、销售预测和国际市场的发展前景由于紫杉醇具有广谱抗癌和对非肿瘤性疾病有良好的治疗效果，是继阿霉素及顺铂后最热销的抗癌新药，产品竞争力强，价格昂贵，目前，市场上紫杉醇原料价格为：含量30%的紫杉醇粗制品约20万元/公斤，含量99.5%以上高纯度紫杉醇约200万元/公斤。进口紫杉醇价格约1800元/支（含量300mg/5ml、针剂）。国产紫杉醇针剂1200元/支（含量300mg/5ml、针剂）。紫杉醇针剂治疗癌症患者一般需要3-6个疗程，每疗程10支针剂，每针剂紫杉醇含量为30mg，1个患者约需紫杉醇1-2g。现在世界上癌症患者达500万人以上，（据有关材料报导，近年我国经治疗部门确诊的癌症患者约160万人），并有增多的趋势。美国NCI预测，全世界每年至少需要1920-4800公斤紫杉醇才能满足20%癌症患者的需要，预计21世纪全球每年销售额可达60亿美元。美国知名咨询机构丹鲁特拓公司发表的1998年制药行业全球形势与对策调查报告称：“实现全球化战略，研制和开发新产品，以及加强企业协作是制药行业2000年后发展的出路所在”，并要求企业不断扩展未来市场，发挥企业研究和开发的潜力，培育特定的市场，才能对全球市场造成一定的影响力。明溪县南方红豆杉产业有限公司提出建设紫杉醇产业化工程，产品符合国内外市场需求，具有良好的发展前景。攀枝花学院课程设计 3 建设方案和建设规模3.1建设方案为进一步推行无公害生产模式，使南方红豆杉种植基地符合GAP要求，紫杉醇提纯加工生产线（99.5%纯度的生产线）符合GMP标准要求，实现全过程技术监控和建立质量检测体系。在国家施行GAP认证制度后，原料基地建设能通过GAP认证，达到高技术性、规范性、示范性、可操作性和高效益的目的。本项目建设方案如下：本工程已根据国家GMP标准筹建厂房，目前30-50%含量紫杉醇提纯生产线已完成并投入生产，年内将建立1%紫杉醇生产线，以充分利用当地丰富的红豆杉资源，明年6月底将引进含量99.5%紫杉醇生产线，并申报GMP论证。以人工红豆杉的树枝、树叶、树皮为原料，采用常规方法浸提萃取得1%紫杉醇浸膏；1%紫杉醇浸膏内含紫杉醇、紫杉素、巴苦丁、三尖杉宁碱，10-碱去乙酰巴卡丁（10-DAB）、巴卡丁等，系抗癌有效成份，或合成紫杉醇的化学中间体；用氧化法对紫杉醇浸膏伴生物三尖杉宁碱等杂质进行氧化，改变杂质结构性质，提高伴生物之间的极性差别；采用Flash中压正相色谱柱，以正已烷、乙酸乙酯为洗脱液，制得纯度95-98%的紫杉醇；使用HPLC方法，对95-98%的紫杉醇再纯化到99.2-99.9%的紫杉醇。3.2建设规模由攀枝花学院生物化工研究所引进上海复旦大学紫杉新技术有限公司先进的紫杉醇提纯技术，选购国内外先进的设备，在米易县城关建立一座现代化、高科技的紫杉醇提纯加工企业，年产含量30-50%的粗制品紫杉醇140公斤，含量99.5%的高纯度紫杉醇精品20公斤。4 建厂条件和厂址方案4.1建厂条件4.1.1地理位置攀枝花学院生物化工研究所选址为米易县制材厂址。该厂址地处米易县城南11公里的安宁河畔，交通方便。4.1.2厂址概况该厂址占地44.6亩，其周边相关位置：原厂区中可利用建筑物四座：包括工艺车间、薄板车间、锯材车间、锅炉房、煤棚、原木堆场。厂区周边的零星建（构）筑物拟拆除，种植红豆杉，扩大绿化用地。4.2厂址方案本工程用地是先期选定并经公司各股东认可的。该厂址四周无污染，空气洁净新鲜、环境优雅，公用工程设施可在利用原有设施基础上进行扩建改造和配套利用，做到节省投资，快速上马、早创效益，缩短还贷期。因此，建设条件和厂址方案均是可行的。5 原、辅材料及燃料供应5.1原材料单耗（1公斤99.5%紫杉醇消耗为基础）主 要 原 材 料 及 燃 料 消 耗 表序号原材料名称单 位消耗量备 注1人工红豆杉原料吨36.52有机溶剂吨303固定柱支505.2原材料及包装材料供应原材料南方红豆杉和原辅材料中的有机溶剂可立足于省内，或从邻省采购解决。包装材料与包装物可与有关供应厂家订立长期供货合同，但供应厂家必须持有药用包装材料合格证。攀枝花学院课程设计 6 项目的工艺车间设备设计6.1总图运输6.1.1总平面布局本着“适用、经济、美观”的设计指导思想，努力创造一个和谐的生产与生活环境，把企业建成一个有利生产、方便生活、环境优美的现代化“花园式”工厂。从本工程全局出发，厂区布置既要求在短时间内建成投入生产，又要考虑企业今后发展的可持续性，做到能够边实施，边发展，逐步完善，最终形成一个高品位、高质量、现代化的高新科技企业。本工程改造方案：原三层的工艺车间改造成为生产主车间，作为提取阗合成紫杉醇场地，原薄板车间改造成为红豆杉处理后仓库，原锯材车间做为红豆杉生物量处理车间，原木堆场做为红豆杉生物量收购、晾干场地。厂前区是对外联络、树立公司良好形象的重要窗口，要求具有较好的空间视野和便利的对外交通条件。因此，除合理的布局外，设计中应考虑建筑物的造型和立面效果，以厂牌为中心，配以水下彩色射灯的喷水池及环池花圃、旗杆及绿化小品，结合纵深大片绿化场地，体现庄严气派、典雅大方，令人赏心悦目。厂区设二个大门，一个作为人流大门（西侧），一个作为货流大门（东侧），确保厂区内部人流、物流分行。既保障安全生产和洁净环境，又便于货物运输和人员进出便利。上述布置后，基本上做到街区分明，功能突出，流程顺畅，管线短捷。6.1.2交通组织厂区的交通组织是人、物分流，各行其道、避免彼此交叉和干扰。厂区道路设计为水泥混凝土路面，采用城市型道路路面结构形式。路网由车道与人行道结合，呈环状布置，既满足生产运输需要，又能符合消防要求。道路转弯半径6M、9M。6.1.3绿化在满足功能需要的前提下，搞好厂区的景观和绿化。在各建筑之间规划作为绿地，沿围墙、道路种植红豆杉，营造舒适的视觉效果，树立良好的企业形象。6.2工艺技术方案选择6.2.1原料路线确定的原则和依据紫杉醇属细胞毒类化合物，能促使微量蛋白二聚体构成微管，对迅速分裂的肿瘤细胞能充分抑制其纺锤体的解聚，促进细胞微量的构成和体外组装，阻止细胞的有效分裂，从而起到抑制癌细胞生长，直至其死亡，且不影响DNA、RNA和蛋白质的合成。紫杉醇的化学名称：5b，20-环氧-1，2a，4，7b，10b，13a-六羟基紫杉烷-11烯-9羧-4，10-二乙酸酯-2-乙甲酸酯-13-（2R，3R）-N-苯甲酰-3-苯基异丝氨酸酶。纯净紫杉醇不溶于水，全白色结晶状粉末。1971年美国首先从太平洋紫杉树的树皮、针叶中分离出紫杉醇。经世界各国科学家研究，目前制备紫杉醇工艺路线有四种：（1）化学半合成法，以红豆杉为原料提取中间体后合成制取。（2）化学合成法：该法流程长，效率低，成本昂贵。（3）红豆杉植物细胞组织培养。该法周期长（生长周期1.5-2个月），稳定性差，尚需产业化设备的实验。（4）微生物发醇生产，此法难以筛选到高产菌种，转化率低，目前不适合工业化生产。目前国际上大都是采用以天然红豆杉的树皮或枝叶为原料的半合成工艺路线。本项目以人工红豆杉为原料，采用半合成工艺路线制取紫杉醇。天然红豆杉为各国重点保护的珍稀树种，资源稀少，而紫杉醇的需求量日益增多，导致红豆杉资源日趋濒危，90年代初开始，国际市场的紫杉醇原料主要来源于印度和中国，随着印度红豆杉资源逐步匮乏，紫杉醇的原料供应更加依赖中国。2000年开始，我国云南、四川、西藏等当地政府对天然红豆杉的采集和紫杉醇的生产进行了严格管制。因此，红豆杉的来源成为制约紫杉醇生产的瓶颈。6.2.2工艺技术方案的比较和选择国际上从红豆杉提取紫杉醇常用的方法为：甲醇或乙醇浸提红豆杉树皮，制得浸膏，浸膏经水解、脱脂后用二氯甲烷或三氯甲烷萃取，对萃取组分进行浓缩后，再经色谱层析得到紫杉烷类化合物单体或混合物，产品得率一般为87%，纯度不高（最高只能达到98%）。该工艺操作复杂，且大量使用有毒的有机溶剂，会造成严重的环境污染。为获得高纯度紫杉醇并实现产业化生产，明溪县南方红豆杉产业有限公司与上海复旦大学天然药物研究中心合作，引进其先进工艺技术。该项目技术负责人陈建民博士是上海复旦大学植物药科研基地主任，在紫杉醇研究与开发等方面有很深的造诣。合作单位在技术力量和设备仪器仪表方面，拥有雄厚的实力和可靠信息网络支撑，为本项目的实施提供了坚实的技术基础。以红豆杉为原料提取紫杉醇，粗制品紫杉醇含量1-30%，提纯后含量达99.5-99.9%。生产工艺经教育部鉴定认为：该工艺简便，生产成本低，易除去紫杉醇伴生物，克服了传统生产过程中使用氯化物等有毒有害物质的缺点，纯化过程污染少，并可循环利用洗脱液，符合清洁生产技术路线，适用于较大规模的工业化生产，达到国内领先、国际先进水平。6.3物料衡算（1）破碎阶段（破碎机1台）原料:每天加工原料2000kg，主要在每天的上午完成该工作段，破碎得到要求根据需要直接进入发酵反应。（2）发酵阶段（储料罐5m,6台）：每个罐一次加大约100千克原料，加水100升，加发酵菌5kg，搅匀，每天三班。（3）蒸馏阶段（蒸馏塔、粗馏和精馏）：经发酵的最下层取出，加入到蒸馏塔。（4）反应阶段（普通反应釜6台、带视镜反应釜2台）：把蒸馏产品放在6个反应釜中，每釜约30kg。按工艺设计要求，第一期我公司的生产能力是2吨/天。该反应持续20小时左右。把前面的反应产物分别放在两个带视镜的反应釜中，进料，彻底自身解离和沉降。（5）核心反应阶段：配料及设备保密，有机密实验室指定人员完成。（6）萃取阶段（萃取罐3m，3台）：把一次萃取反应产物缓慢加入CH2Cl2萃取剂1200L，搅拌静置合理的时间，取下层有效成分，进入下一步萃取，同理进入第三步萃取。（7）辅助工艺阶段（冷凝装置1套，结晶装置1套，过滤机一台，干燥设备等）：把萃取产品依次经过冷凝结晶，过滤晶体，最后干燥，即得到最终产品。每天可以生产含量为1的紫杉醇为6千克。6.4工艺流程6.4.1工艺流程说明本项目引进上海复旦大学天然药物研究中心生产工艺技术。（其引进单位准备申请专利）为尊重其知识产权，本可研报告中采用简约说明和工艺流程示意图加以阐述。以人工红豆杉为原料，采用国内先进的动态醇提生产工艺及最大限度的提取溶剂，使原料中有效成份得到最大限度的提取。浸提萃取的紫杉醇浸膏，用臭氧进行氧化处理紫杉醇伴生物三尖杉宁碱基团和侧链，改变三尖杉宁碱的极性和性质，采用多级分离技术分离去除杂质后，先用层析色谱提纯至99%，再用液相色谱纯化得99.5-99.9%高纯度紫杉醇。生产工艺流程中采用的多元多级低毒性的组合溶剂洗脱液可循环使用。该工艺流程及产品质量均经教育部验证通过。6.4.2 工艺流程示意图人工红豆杉树枝、叶、树皮组合溶剂A减压旋转蒸发1-30%紫杉醇粗制品Flash中压快速色谱柱组合溶剂B淋洗减压旋转蒸发、极性调配95-98紫杉醇制品Prep.Hplc组合溶剂C减压旋转蒸发，极性调配99.5-99.9%紫杉醇6.5 主要工艺设备、仪表选型6.5.1计算数据生产能力：年产99.5%紫杉醇20公斤成品纯度：99.5%（重量百分数）总得率：97%年工作日：300天生产班次：三班 6.5.2生产、检测设备和仪器仪表生 产 设 备 和 仪 器 一 览 表序号设备仪器名称单位数量备注1制备型中压液相色谱仪套4专用2制备型高压液相色谱仪套3专用3旋转蒸发仪（30L）套5通用4粉末干燥机台1专用5冷冻干燥机台1通用6萃取槽台3通用7粉碎机台2通用8超级数量恒温器台5专用9自动包装机台1通用10真空泵台5通用11重压机台1通用12臭氧发生器套1专用13精馏塔套2通用14蒸汽锅炉套1通用15粗加工反应釜套6通用检 测 设 备 和 仪 器 一 览 表序号设备仪器名称单位数量备注1分析型高压液相色谱仪套1检测2数学熔点仪台1检测3自动旋光仪台1检测4紫外光分光光度计台1检测5气相色谱套1检测6高精度电子天平台2检测7电脑台2检测注：表中的设备、仪表的规格型号等性能参数，为遵守对技术所有者的承诺，不一一列出。6.6 工艺平面布置方案6.6.1 工艺平面布置原则本工程利用原明溪县制材厂旧厂区改扩建，因此车间的布置原则是方便生产和管理，尽量利用原厂区场地域和公共设施。主车间放在原工艺车间厂房内。该车间是三层框架结构厂房，建筑面积957M2。一层为醇提干燥、收膏等提取1-30%粗制品车间及生产辅助设施，如空调机房、配电室等。二层为精制车间制备30-99.5%高纯度紫杉醇。三层为检测中心及小试用地。前处理车间用于处理红豆杉原料的洗、切、烘、粉碎、晾干。安排在原薄板车间的底层，二层作为净料贮存。红豆杉的收割有季节性，原料库有一定的弹性，该库拟放在原锯材车间。6.6.2 土建工程本工程土建项目主要是改造利用原厂房，使其能满足生产要求，符合有关规范规定。6.6.3 公用工程（1）给排水自来水：来自县自来水厂，管径DN80mm，水压为0.3Mpa。（可利用原有自来水管）井水：深井一口，出水量：200m3/d给水系统表用水点用水是量m3/h备 注工艺用水5锅炉用水2.8间歇生活用水3间歇循环补充水3间歇室内消防42火灾时室外消防100火灾时全厂同时最大生产、生活总用水量14吨/h，其中循环补充水3M3/h由井水供给，另11吨/h，由县自来水厂供给。（2）消防系统本工程址位于明溪县城关，距县消防队较近，消防队可在5分钟内到达火灾现场，可不设自备消防车辆。原制材厂生产类别属甲类火险等级，厂区已布有临时高压消防用水管网及消防栓，各建筑物已按要求建设到位。按规范要求，室外消防给水按同一时间内的火灾次数为一次，根据主厂房类别及其建筑体积，室外消防用水量为25L/s，室内消防用水量为10L/s，灭火延续时间按2小时计，需增设消防水池一座，容积为300M3，消防泵二台（一开一备），采用型号100HD100-202。另外，在厂区最高建筑物屋面（或最高台阶上）设置10分钟消防水箱，在车间室内消火栓箱内设有启动消防水泵的按钮，确保消防设施安全可靠。各车间还应同时按规定配齐若干个小型干粉灭火器。（3）排水系统采用雨、污合流，生活污水经检查井化粪池处理后和雨水一起排出厂外。生产废水：主要来源于原料洗涤水、设备冷却用水，排放量为15吨/天，无有毒有害物质。其中COD值因操作工水平不稳会偶尔超过100mg/l，但不超150mg/l，须加强人员培训，使生产废水达标排放。电气:厂区已有供电变压器容量为300KVA（其中100KVA为生活用电），负荷类别为三类，可满足本工程用电要求，不必增容。本工程装机容量详见下表。用电单位装机容量计算负荷工艺用电104KW73KW水泵房38KW38KW锅炉房18KW15KW总计160KW126KW用电配送：城关变电所至各车间可利用原有配线。车间配电室至用电设备配电采用YJV22-YJV交联电缆，控制电缆采用KYJV交联控制电缆。提取车间及锅炉房油泵间为易爆危险场所，应采用防爆电器，电气设计应严格按照国际94D801进行。防爆电机、按钮及开关的进线应做好防爆隔离出封措施。水泵房及其他辅助设施为普通场所，按普通要求设计。防雷接地：输送有爆炸危险液体的平行敷设的金属管道，其相互距离应大于100mm时，每隔20米用金属线连结。管道法兰处应用截面6mm的铜导线跨接，会产生静电的设备金属外壳均应进行防静电接地。电气接地采用TN-C-S系统，防雷接地、电气安全接地及防静电接地共用一个接地装置，接地电阻不大于4欧。供热:全厂热负荷详见表序号用热户名称供汽量T/H供热特性1工 艺1.35间歇2空 调0.38合 计1.73注:根据本工程供汽特点，当计算管网损失时，锅炉房的总用汽量约2T/H。锅炉设备选型：本工程设计选用一台WWS2-1-Y型燃油锅炉，蒸发量2T/H，工作压力1Mpa，饱和蒸汽温度184，锅炉燃用O#轻油，配用德国WeiShauPt燃烧机，燃烧效率高，锅炉热效率达到 89.5%，节能效果显著，是一种保护环境、高效节能产品，且具有点火快，负荷调节方便等特点。辅助设备选型：选用一台LDZN-Z型钠离子交换器软水设备，其出水能力为2-2.5t/h，出水硬度0.03mmol/l。根据有关规定日用油箱有效容积为1.0M3，储油罐有效容积11M3。锅炉房布置：锅炉房采用单层零米布置。本项目利用旧燃煤锅炉房改造利用，并按规范设置所有管路、设备及灭火设施。消耗指标详见表序号项 目单 位每吨蒸汽消耗定额1轻柴油公斤632软化水吨1.153新鲜水吨0.254电KWh57 清洁生产7.1 环境保护7.1.1设计依据及采用标准(1) 中华人民共和国环境保护法；(2) 国务院环境保护委员会、国家计委、国家经委（86）国环字第003号文关于颁发“建设环境保护管理办法”的通知；(3) 国家计委、国家环委87国环字第002号文建设项目环境保护设计规定；(4) 地面水环境质量标准GB3838-88；(5) 大气环境质量标准GB3095-1996；(6) 城市区域环境噪声标准GB3096-93；(7) 污染物排放标准；(8) 污水综合排放标准GB8978-1996；(9) 大气污染综合排放标准GB16297-1996和锅炉大气污染物排放标准GB13271-92；(10) 工业企业厂界器声标准GB12348-90；(11) 工业企业噪声控制设计规范GBJ87-85。7.1.2主要污染源和污染物该项目的主要污染源是提取车间所产生的生产废水，其次是气态污染物、固定废弃物及噪声。废（污）水：该项目的生产废水主要为前处理及提取原料的洗涤废水，容器和管道的洗涤废水，冲洗地面污水，以及旋转蒸发仪的冷却用水，日排放量为15吨。固体废弃物：主要来源于提取后废渣，每年约