制药工程学制药设计各论课件

1、制药工程学制药设计各论1 制药工程学制药设计各论2 第十章第十章 制药车间设计各论制药车间设计各论 中药前处理和提取车间设计 制药工程学制药设计各论3 1、反应步骤多、工艺路线长、过程较复杂； 2、使用易燃易爆有机溶媒 、有毒有害及腐蚀性 物质； 3、操作过程中有高温、高压等工艺条件 ； 4、配套公用工程条件要求较高 设计建筑时应考 虑公用工程配套的均衡性、合理性及节能措施； 5、原料药精制岗位有洁净度要求，设计中要- 。 制药工程学制药设计各论4 制药工程学制药设计各论5 年产年产500kg环丙孕酮车间工艺设计环丙孕酮车间工艺设计 制药工程学制药设计各论6 1、产品名称及产量、产品名称及产量

2、 环丙孕酮：500kg年 2、年工作日及生产班次、年工作日及生产班次 年工作日：300天/年，生产班制：3班/天。 制药工程学制药设计各论7 本项目设计产品生产工艺资料由建设单位提供。 工艺资料工艺资料-包括各步反应化学方程式、原辅料 配比、操作条件、操作周期、各步反应收率及原辅 料、中间体、成品等物化性质。 制药工程学制药设计各论8 生产采用化学合成法，以17-羟基黄体酮作为 起始原料，经过脱氢、加成、酰化、环氧、氯化、 精制等化学、物理过程生产生产-环丙孕酮产品环丙孕酮产品。 制药工程学制药设计各论9 本车间分七个工段：本车间分七个工段： 第一工段为6和1.6的制备，它以17-羟基 黄体酮

3、为原料，经过第二步脱氢而得； 第二工段为环丙物制备； 第三工段为酰化物精品制备； 第四工段为环氧物制备； 第五工段为氯化物制备； 第六工段为环合物制备； 第七工段为精烘包工段。 工艺过程及工序划分工艺过程及工序划分 制药工程学制药设计各论10 略 化学反应方程式及各步质量收率化学反应方程式及各步质量收率 制药工程学制药设计各论11 A A、在反应罐中加入乙酸乙酯，然后加入起始原料 C000（17-羟基黄体酮）及TCBQ（四氯苯醌），升温回 流溶解，回流反应5h,减压浓缩回收乙酸乙酯。 B B、回收乙酸乙酯后的反应产物放入冷冻结晶罐进 行冷冻结晶3.5h，然后进行离心洗涤，结晶物在60下烘 干6

4、-8h。 C C、烘干物进行二次碱洗（4.5h)，然后过滤洗涤， 最后在80下干燥6-8h，得6中间体用于下步反应。 制药工程学制药设计各论12 6制备过程涉及 到的单元操作过程： 、间歇回流反应； 、减压浓缩； 、冷冻结晶； 、离心及洗涤； 、干燥（真空干燥）； 、萃取（碱洗）； 、过滤（压滤）； 、干燥（带压干燥）。 制药工程学制药设计各论13 （1）、投料及配比）、投料及配比 以C000即17-羟基黄体酮为基准，列出生 产制备6所需投料及配比表。 制药工程学制药设计各论14 （2）、年生产批数计算）、年生产批数计算 根据生产工艺，6制备生产周期约为40h，按 2d计算，年工作日取300d

5、，则年生产批数为 300/2=150（批/年）。 制药工程学制药设计各论15 （3）、物料衡算过程）、物料衡算过程 根据成品的年产量及每步收率（或总收率） 计算起始原料C000的总投料量为2773.68kg/a，则 其批投料量为2773.68/15018.5(kg/批)。 依据6制备过程各单元操作的原料单位消耗， 进行物料衡算，并绘出以下的物料平衡图。 图 中各物料流的单位为kg/批。 制药工程学制药设计各论16 C000（17-羟基黄体酮） 加成反应、浓缩加成反应、浓缩 冷冻结晶、离心、洗涤、干燥冷冻结晶、离心、洗涤、干燥 碱洗、离心、洗涤、干燥碱洗、离心、洗涤、干燥 水水1480 TCBQ

6、28 6 乙酸乙酯乙酸乙酯399.6 乙酸乙酯乙酸乙酯18 NaOH29.6 乙酸乙酯乙酸乙酯313.1 母液母液136（去（去 回收）回收） 废气废气3（排放）（排放） 母液母液1507.5(弃去弃去) 废气废气3（排放）（排放） 制药工程学制药设计各论17 药物生产过程均需要有系统吸收能量或放出 能量。相应地，外界需对系统提供能量或移出能 量。 制药工程学制药设计各论18 以以6制备过程中的加成回流反应过程为例，计算回制备过程中的加成回流反应过程为例，计算回 流冷凝器的冷却水用量及冷凝器面积流冷凝器的冷却水用量及冷凝器面积 制药工程学制药设计各论19 （1）、加成反应罐容积计算）、加成反应

7、罐容积计算 乙酸乙酯投料量为399.6kg，约合443.8L。 TCBQ投料量为28kg，约合9.3L C000（17-羟基黄体酮）投料量为118.5kg， 约合6.2L。 以上物质合计443.8+9.3+6.2=459.3(L)。 考虑到本步反应为较为温和的吸热反应，故取 装料系数为0.9。 计算反应罐容积为计算反应罐容积为459.33/0.9=510 L。选用。选用 500LK型搪玻璃反应罐型搪玻璃反应罐，：计算 容积588L,夹套换热面积22.6m2,电机功率2.2kw, 容器内公称压力0.251.0Mpa,夹套内公称压力 0.6Mpa。 制药工程学制药设计各论20 （2）、回流反应过程

8、操作条件回流反应过程操作条件 ：常压回流反应，蒸汽加热，反应温 度77 ：循环水冷却，单程列管，不锈 钢材质，物料走壳程，循环水走管程。 制药工程学制药设计各论21 （3）、回流冷凝器的冷却水用量及换热面积计算）、回流冷凝器的冷却水用量及换热面积计算 回流冷凝器回流冷凝器-主要是对反应罐中蒸发的乙酸乙 酯进行冷凝，而乙酸乙酯的蒸发量取决于反应罐加 套加热面积、加热蒸汽的压力以及反应热情况。 乙酸乙酯的蒸发：乙酸乙酯的蒸发： Q1=Q2+Q3 式中 Q1 夹套蒸汽给反应液传热量； Q2 乙酸乙酯蒸发热； Q3 反应热，本反应过程为吸热反应， 其反应热较少，可忽略不计。 制药工程学制药设计各论22

9、 Q1=K1Ft1 式中 K1 总传热系数，按类似蒸汽夹套加 热反应液情况取值为：1256kJ/(m2.h.)； F 反应罐夹套传热面积，为2.6 m2 t=132-77=55(加热蒸汽温度为132, 反应温度为77)。 则Q1=12562.655=179608（kJ/h）。 相应的相应的Q2179608 kJ/h。 制药工程学制药设计各论23 在计算回流冷凝器冷却水量时，忽略回流冷凝器（外 表不保温，77） 辐射热损失，仅计算冷凝器传给空气 的热传导损失。 Q2=Q4+Q5 式中 Q2 反应器内乙酸乙酯蒸发热，同时也是回 流冷凝器冷凝热； Q4 冷却水带走热量； Q5 冷凝器热损失。 Q4=

10、 K4F4t4 式中 K4 回流冷凝器冷凝总传热系数，按循环水 走管程，乙酸乙酯蒸汽走壳程的情况， 其值取为1465 kJ/(m2.h.)； F4 回流冷凝器面积； 制药工程学制药设计各论24 t4=(77-32)-(77-37) /In（77-32）/（77- 37）=42.5 （循环水温度为32-37度） Q5= K5F5t5 式中 F5 回流冷凝器外表面积，（本计算过程需进行 试差，3m2列管时冷凝器外形尺寸列管时冷凝器外形尺寸为 273mm1500mm,外表面积约为1.3 m2）； t5=77-40=37。 则Q5= K5F5t5=209*1.3*37=10053（kJ/h）。 制药工

11、程学制药设计各论25 Q4=Q2Q5169555（kJ/h） Q4= K4F4t4=1465* F4*42.5=169555（kJ/h） F4=2.72 m2 故此回流冷凝器可按故此回流冷凝器可按3 m2选取选取。 冷却水用量冷却水用量W=(179608-10053)/4.187*(37-32)=8099 （kg/h） 制药工程学制药设计各论26 （1）以生产过程所属的单元操作类型确定设 备形式。 （2）以物料衡算结果确定设备容积等参数。 （3）以能量衡算结果确定设备传热等参数。 （4）根据物料性质确定设备材质 （5）根据生产过程操作参数确定设备温度、 压力等指标。

12、（6）根据同类生产设备的使用情况以及经验 来验证工艺设备选型的合理型和可靠性，并最终 由生产实践检验。 制药工程学制药设计各论27 （1）、）、本车间生产过程为间歇式的化学合成本车间生产过程为间歇式的化学合成 过程，操作单元多，有盐酸、硫酸等强腐蚀物质过程，操作单元多，有盐酸、硫酸等强腐蚀物质。 本过程生产设备的反应釜基本上采用搪玻璃K 型反应罐；一般冷凝器采用不锈钢管壳式列管换 热器，有腐蚀性介质的，可采用玻璃冷凝器或聚 四氟乙烯管式换热器；过滤有保温要求的采用带 加套的过滤器，部分岗位采用不锈钢三足式离心 机；干燥设备按产品要求选用真空干燥箱或热风 循环烘箱。 2、环丙孕酮生产车间主要工艺

13、设备选择说明、环丙孕酮生产车间主要工艺设备选择说明 制药工程学制药设计各论28 （2 2）、）、设备生产能力按最终产品每批生产设备生产能力按最终产品每批生产 5kg5kg计算计算 其反应罐，洗涤罐的容积均在3002000L之间， 换热器面积为210 m2，其他储罐、计量罐等容积 在1002000L之间，以能够满足批量生产为原则。 制药工程学制药设计各论29 （1）、根据生产车间工序多少、设备数量、 物料输送情况、允许占地面积等因素确定车间层 数。在可能条件下，尽量采用单层框架厂房。 （2）、根据生产设备大小及布置方式、物料 输送、车间通风等因素确定车间层高。 （3）、根据各生产工序物料性质、生

14、产条件 等确定车间内部的分隔。一般“精烘包”岗位、 各辅助房间等需进行区域分隔。 1、合成药车间布置需考虑的因素、合成药车间布置需考虑的因素 制药工程学制药设计各论30 A、有毒岗位； B、易燃易爆岗位； C、高温、高压、氢化等危险性大的岗位； D、有刺激性气体排放的岗位； E、生产物料污染较大的岗位。 制药工程学制药设计各论31 （4）、对于振动较大、质量较大的设备）、对于振动较大、质量较大的设备宜布 置在底层。有剧烈振动的设备，其操作台和基础 不得与建筑物的柱、墙、基础连在一起。 （5）、设备应避免布置在建筑物的沉降缝或）、设备应避免布置在建筑物的沉降缝或 伸缩缝处伸缩缝处。设备布置应避免

15、影响人和物的通行。 设备应尽可能避免布置在窗前，以免影响采光和 开窗，如必需布置在窗前时，设备与墙间的净距 应大于0.6m。 （6）、车间布置尽可能考虑未来工艺路线的）、车间布置尽可能考虑未来工艺路线的 改进并预留一定的发展空间改进并预留一定的发展空间。 制药工程学制药设计各论32 本车间为主体单层，局部三层厂房，长54m， 宽18m，包括各步合成反应、中间体制备等。合 成区域，层高7.5m,内设钢平台，其标高为2.3m。 辅助生产区、“精烘包”、办公化验等。 其中：一层主要为门厅、热水制备、干燥间、 原辅料存放间、原料烘房、精烘包等；二层主要 为更衣、淋浴间、空调、配电及操作间等；三层 为办

16、公室、化验室、资料室等。 2、环丙孕酮车间布置及工艺设备安装说明、环丙孕酮车间布置及工艺设备安装说明 制药工程学制药设计各论33 主要反应罐布置在合成区域2.3m钢平台上， 计量罐与换热器放在3.5m的小钢平台上，过滤器、 离心机及储罐等方在室内地面上，HCl吸收装置、 酸碱储罐、水喷射真空泵等设备在室外。局部设 备和工序设局部排风，整个合成区域顶部开设天 窗以利自然通风。 环丙孕酮车间平面布置见图环丙孕酮车间平面布置见图 制药工程学制药设计各论34 制药工程学制药设计各论35 制药工程学制药设计各论36 制药工程学制药设计各论37 本车间为一座三层楼房，共布置有各种工艺设 备131台，总质量

17、约为58.5t。其中最大的设备为 循环水箱，其外形尺寸为 2000mm*2000mm*1500mm，重约0.7t；最重的 设备为水析釜，其外形尺寸为夹套直径1300mm, 筒体高1000mm，重约1.906t. 本车间设备按下述方式运输和安装本车间设备按下述方式运输和安装。 制药工程学制药设计各论38 A A、布置在底层的设备、布置在底层的设备一般均可由厂房大门进 入，位于二层以上的小型设备可有货梯提升到各 层。中型和少数大型设备可就方便处留墙洞就近 吊入厂房，具体提升方案有施工单位现场确定。 B B、设备进入厂房后、设备进入厂房后，均可用小车或木排运至 设备就位处，吊装就位。 制药工程学制药

18、设计各论39 C C、需要安装地脚螺栓的设备需要安装地脚螺栓的设备，位于底层和室 外的，采用在设备基础上预留地脚螺栓安装孔， 待设备安装就位后再进行二次浇注的方案。位于 二层以上的设备，当地脚螺栓小于M20时，采用先 在设备基础上预埋钢板，待设备安装时再焊接地 脚螺栓的方案；对于大于M20的地脚螺栓，则采用 预埋地脚螺栓和预留地脚螺栓安装孔等方案。 D D、本车间底层有大型钢结构操作台一座、本车间底层有大型钢结构操作台一座，总 构造面积为468m2 操作台及设备支架共需各种钢 材约为38t。位于操作台和设备支架上的设备均采 用普通螺栓连接固定。亦可由施工单位视现场情 况确定。 制药工程学制药设计各论40 。 环丙孕酮车间的