制药行业中溶剂回收技术开发及应用案例PPT演示课件

1、制药行业中溶媒回收技术开发及应用案例,南京工业大学 化工过程强化技术研究所 管国锋 E-mail: Tel2012-6-16,2012年精细化工精馏技术应用论坛,南京工业大学简介,南京工业大学,南京建筑工程学院,南京化工大学,同济高专,南京工学院化工系 南京大学化工系,中央大学化工系,金陵大学化工系,百年办学历史 江苏省重点建设的省属高校,南京工业大学是一所教学与研究并重的工业大学,自力更生，集约发展，产学研合作，大力开展工程研究及应用研究。 学科特色：化工、材料、生物化工、建筑、过程机械,1996年,2012年,实力增加 学科推进 财政良好,化工过程强化技术研究所简

2、介,研究所简介,南京工业大学化工过程强化技术研究所成立于2002年10月，主要从事生产过程和设备强化等研究工作。研究所以 管国锋教授为学术带头人，拥有一支较高水平的科研队伍。 本所先后承担了国家科技支撑计划、国家自然科学基金、中石化总公司、江苏省科技厅、江苏省环保厅、江苏省教育厅等项目二十多项，在Journal of Physical Chemistry C、 Industrial & Engineering Chemistry Research、 Journal of Molecular Catalysis A: Chemical、Catalysis Communications、 Flui

3、d Phase Equilibria、 化工学报、高等学校化学学报、物理化学学报、高校化学工程学报等国内外重要学术期刊上发表学术论文一百余篇，申请专利三十多项，在化工过程的技术强化等领域的研究达到了较高水准。,研究方向,研究方向,1、化工过程耦合强化技术开发,2、基于离子液体的绿色化工技术开发,3、基于多尺度方法的规整结构催化剂制备与功能强化,化工过程耦合强化技术开发,理 论,复杂体系的相平衡和动力学 耦合分离强化技术的工艺及机理 开发和优化耦合分离强化过程 分离过程和设备优化设计中的技术难点 非平衡级模型、计算机辅助过程设计,手 段,分子热力学,统计热力学,溶液理论,量子化学,模拟优化,分子

4、设计,研究方向,络合萃取,化工过程耦合强化技术开发,特殊精馏,结晶,集成分离技术,热力学平衡研究,过程模拟与优化,计算机辅助分子设计,溶解度测定与研究,专利,管国锋, 邢建良, 万辉, 王振新, 周 杰, 李维新 . 一种回收芳香族羧酸生产过程中原料、溶剂和副产物的方法, 授权专利号：ZL200510038560.7 管国锋, 万辉.一种醋酸甲酯催化精馏水解工艺. 授权专利号： ZL200710191007.6 管国锋, 王振新, 李维新, 万辉, 王建平, 殷继勇. 一种芳香羧酸生产中母固水的回收方法, 授权专利号：ZL200410041380.X 管国锋, 万辉, 潘远波, 韩明娟. 一种

5、精对苯二甲酸生产中副产物醋酸甲酯催化水解工艺.授权专利号： ZL201010503506.6 管国锋, 万辉, 陈越峰.一种芳香族羧酸生产废水的回用工艺 .授权专利号： ZL201010132112.4 管国锋, 万辉, 付振武, 韩明娟. 一种甲酸甲酯水解制甲酸的工艺. 公开号：CN101481304 管国锋, 万辉, 白新伟.一种处理芳香羧酸生产中溶剂及副产物的方法. 公开号：CN101792386A,制药行业中溶媒回收技术开发及应用案例,一. 溶媒回收的意义,当前医药消费能力,巨大市场潜力 2010年中国医药市场总值245亿美元 3年后预计可达到700亿美元,一. 溶媒回收的意义,医药产

6、出量全球排位预测,七大新兴市场（巴西、俄罗斯、印度、土耳其、墨西哥、韩国、中国） 2012年，新兴市场产值将达1200亿美元 2025年，中国和印度将占全球医药产品实际产出的50%,一. 溶媒回收的意义,溶媒残液1、2,中间体/药,生产车间,原料A、B,溶媒1、2,有大量的溶媒残液需要回收！,一. 溶媒回收的意义,成分复杂，种类繁多 组分间形成恒沸物，不能用普通精馏分离 有些溶媒排放批量小,待处理溶媒的性质,不同的溶媒回收需开发针对性的工艺！,一. 溶媒回收的意义,强制执行的制药行业水污染排放标准要求，提高了生产企业的生存门槛,一. 溶媒回收的意义,生产成本,环保,工资,原料,优化工艺过程，最

7、有效途径是回收溶媒，循环使用,一. 溶媒回收的意义,降低成本，提高经济效益 减少环境污染 推动制药行业的可持续发展，提高国际竞 争力,二. 溶媒回收技术的开发,热力学基础数据的测定与关联 溶媒回收技术的应用案例,1. 热力学基础数据的测定与关联,直接测定分析法：流动法、蒸馏法、循环法、静态法、拟静态沸点计法 间接测定分析法：模型法、泡露点法,汽液平衡数据的测定方法,循环法可分为：汽相冷凝单循环法 常规汽相单循环法 汽、液相冷凝双循环法 汽、液相双循环法,优点：平衡时间短，分离效果佳,改进型Rose釜,1. 热力学基础数据的测定与关联,Othmer釜,1.真空泵 2.干燥剂 3.水银压差计 4.

8、恒压罐 5.电磁阀 6.盐水压差计 7.电磁继电器 8.干燥剂,1. 热力学基础数据的测定与关联,恒压装置,汽液相平衡的判据,热力学第二定律为依据，,汽液相平衡的计算方法,状态方程法,活度系数法,立方型状态方程,多参数状态方程,Wohl型方程,局部组成型方程,基团贡献型方程,可用二元参数推算多元数据,汽液相平衡的计算方法,包括：Wilson模型、NRTL模型、 UNIQUAC模型等,1. 热力学基础数据的测定与关联,1. 热力学基础数据的测定与关联,实测T、P、x、y,编程思路(以NRTL模型为例):,精馏模拟计算所需重要参数,数据的关联,饱和蒸汽压,相平衡方程,目标函数,多组分体系NRTL模

9、型,发表文章,发表文章,发表文章,发表文章,发表文章,发表文章,发表文章,2. 溶媒回收技术的开发,根据不同性质的溶媒回收，本研究所开发了不同的回收工艺： 间歇精馏工艺 连续精馏工艺 萃取精馏工艺 共沸精馏工艺 萃取-精馏耦合工艺,(1) 间歇精馏工艺,某公司在生产某药物中间体过程中，会产生醋酸-醋酐、氯化亚砜-二氯甲烷、二氯甲烷-正庚烷、甲醇-水废液。 排放量较小，约为100-200kg/h，且时有间断 体系沸点相差较大，且不形成共沸物 采用间歇普通精馏工艺！,(1) 间歇精馏工艺,塔顶甲醇质量浓度随时间的变化,甲醇、水沿塔液相浓度分布,根据模拟优化计算结果和实验研究相结合来进行塔的设计,(

10、2) 连续精馏工艺,某制药企业在生产过程中, 排放出丙酮废水约 3000 kg/h, 丙酮质量浓度在80%，其余主要是水。 回收精制后的丙酮质量浓度99.5 %，塔釜排放残液丙酮质量浓度0.05 %。 丙酮与水不形成共沸物，且处理量较大。,(2) 连续精馏工艺,丙酮、水沿塔液相浓度分布,温度沿塔分布,(3) 萃取精馏工艺,在溶媒回收过程中，经常会有近沸程或共沸体系分离，如丙酮-甲醇、乙醇-乙酸乙酯、醋酸-水体系，萃取精馏是分离近沸程或共沸体系的有效方法。 萃取精馏的首要环节是萃取剂的选择，萃取剂筛选主要有三大类方法：性质约束方法，实验方法和计算机辅助分子设计(CAMD)。性质约束方法和实验方法

11、均存在一定的局限性； CAMD是通过计算机技术来确定满足对于给定问题所需分子结构，大大减少了实验工作。,(3) 萃取精馏工艺,萃取剂设计方法 分子设计采用改进的遗传算法进行，以Mod. UNIFAC基团贡献法模型为基础，采用一种简单易行的新编码方案，使合成的分子形式简单，便于链接数据库计算各种性质。 提出跨代精英选择策略、错位交叉算子、突变算子和插入算子，使设计出的分子结构稳定且形式多样，有效地避免遗传算法不易得到全局最优解和容易提前收敛的问题。,(3) 萃取精馏工艺,萃取剂优化筛选方法 对改进的遗传算法设计出的萃取剂进行模糊综合评价筛选排序。采用模糊数学方法建立考虑选择性、溶解性、粘度、比热

12、、相对分子量、毒性、腐蚀性和沸点八个性质的因素集，选用自适应的权重分配方法，使评价结果更加准确可靠。 同时将研究得到的无限稀释活度系数的预测值与实验值进行对比，以验证基于计算机优化设计方法所编程序的准确性。,(3) 萃取精馏工艺,丙酮-甲醇、乙醇-乙酸乙酯体系的萃取剂设计结果、评价结果与文献报道一致。,(3) 萃取精馏工艺,F1醋酸水溶液；F2水；F3萃取剂与醋酸溶液；F4醋酸；F5回收的萃取剂,萃取精馏塔回流比与理论板数的关系曲线,溶媒回收塔回流比与理论板数的关系曲线,萃取精馏塔,萃取剂回收塔,(3) 萃取精馏工艺,萃取精馏工艺现场装置图,(4) 萃取-精馏耦合工艺,某公司在生产某药物中间体

13、过程中，使用醋酸作为原料，排放的废液中含有中间体、醋酸等，经蒸发处理后得到10%左右的稀醋酸溶液，再用此稀醋酸生产醋酸钠，因醋酸浓度较低，生产醋酸钠过程中需消耗大量蒸汽，处理成本高。 采用萃取-精馏耦合工艺得到醋酸！,(4) 萃取-精馏耦合工艺,萃取-精馏耦合工艺的优点 采用萃取工艺将稀醋酸溶液提浓，由于水在萃取塔中以萃取的方式，而非精馏的方式去除掉，去除这部分水不需消耗蒸汽，因此蒸汽消耗量会显著降低。 萃取过程与共沸精馏过程采用的溶剂相同，共沸精馏塔塔顶产物可返回萃取塔循环利用，在此过程中溶剂不需提纯，缩短了溶剂回收流程，降低了分离难度。 溶剂采用的是低沸点溶剂，溶解在水中的溶剂可采用蒸汽气提方式回收，从而减少了溶剂损耗和溶剂的二次污染。,(4) 萃取-精馏耦合工艺,三元液液平衡相图,(4) 萃取-精馏耦合工艺,达到相同分离要求所需要的萃取平衡级数,(4) 萃取-精馏耦合工艺,精馏塔中沿塔液相浓度分布,精馏塔中沿塔汽相浓度分布,(4) 萃取-精馏耦合工艺,萃取-精馏耦合工艺现场装置图,(4) 萃取-精馏耦合工艺,经济效益 稀醋酸处理量为4t/h，则醋酸回收量为