《年产100公斤阿司匹林生产工艺设计》8700字（论文）

年产100公斤阿司匹林生产工艺设计目录TOC\o"1-3"\h\u22132中文摘要 摘要：阿司匹林又被称为乙酰水杨酸，在临床上广泛用于镇痛解热，类风湿性关节炎等症状的治疗。我国的阿司匹林产业在上世纪六十年代才出现，而且我国对阿司匹林的深入研究依旧与其他国家有很大的差距。随着我国对这方面的投入加大，阿司匹林工业有了很大的发展。随着阿司匹林用途的不断增加，它的合成工业路线也在不断的优化，人们迫切的希望得到一条既经济又环保的合成工业路线，本文主要针对不同的工艺的操作流程，分析其不同的优缺点，具体选用三氯化铝为催化剂的生产工艺制作阿司匹林，设计具体操作，以及过程中的问题。关键词：阿司匹林性质；制作阿司匹林工艺；三氯化铝。1概述1.1阿司匹林[1]阿司匹林化学名2-乙酰氧基苯甲酸，又名乙酰水杨酸，属于非甾体类抗炎药，即NSAIDs，具有较强的解热镇痛作用，广泛用于治疗伤风、感冒、退烧、头痛、关节痛、神经痛、止痛、和急、慢性风湿及类风湿痛等疾病。阿司匹林是一个良好的抗血小板药物，对血小板膜上合成前列腺素的关键酶—环氧化酶，且呈不可逆性、选择性的抑制作用。近几年，随着阿司匹林在心脑血管和治疗癌症等方面很多新的用途被发现，阿司匹林再次引起了广大研究者的广泛关注。1.2阿司匹林的理化性质阿司匹林本片是一种白色晶体或者结晶性粉末，本身没有臭味或者有一点微酸臭，味道有一点酸味。微溶与水，易溶于乙醇。可以溶于碳酸钠和氢氧化钠。产品的稳定性差，遇水容易水解，生产带有毒副作用的水杨酸和醋酸。产品需要检查，看其中是否有游离的水杨酸，检查的时候可以使用三氯化铁，两者反应会显堇紫色。在生产的过程中还会有醋酸苯酯、水杨酸苯酯等副产物的产生，这些副产物会引发过敏反应。1.3阿司匹林的副作用阿司匹林的副作用有几个方面，最常见的不良反应就是胃肠道方面的不适和出血，比如反酸、烧心、牙龈出血、肚子胀气、恶心呕吐等，有的严重的患者甚至可能会出现胃出血的现象。另外，阿司匹林会引起患者的过敏反应，严重的甚至会导致哮喘，所以有哮喘病史的患者要谨慎使用阿司匹林，如果出现哮喘症状需要及时救治。长期大量服用有可能会导致患者的肝肾的功能不全，因此发生不良反应一定要及时停药。所以建议患者在使用之前去医院查明身体情况，然后根据医生的叮嘱再进行合理的对症治疗，切忌病急乱投医。1.4阿司匹林的发展在十八世纪五十年代，乙酰水杨酸就已经被费雷德里克·热拉尔合成出来了，但是由于没有临床试验，所以人们对乙酰水杨酸被没有重视；十九世纪末期德国的化学家菲利克斯·霍夫曼也合成了乙酰水杨酸，并且使用为他父亲治疗风湿关节炎，效果极好；直到1899年才正式被德莱塞取名为阿司匹林。从阿司匹林的出现直到现在，其不仅已经成为医药史上三大经典的药物之一，同时也是衡量其他药物效果的标准。人们在1898年阿司匹林上市之后，发现了他还有其他的作用，又引起了人们的关注，讲乙酰水杨酸与其他的水杨酸衍生物与含有羟基的聚合物进行志华反应得到的产物比阿司匹林药效更加持久。而我国的发展相对于其他国家比较晚，直到1958年才开始对阿司匹林的生产研究。1.5阿司匹林的市场情况近年来，随着原材料、能源。人工费用等各项成本在不断地增加，人民币汇率的不断上涨，推动了阿司匹林的成本也有了较大的上涨，企业所面临的成本压力也越来越大。21世纪开始的时候。阿司匹林在国内市场的价格在每公斤15至17元，到2006年已经涨到没公斤22至23元之间。知道现在为止每公斤的价格大约在24至25元之间，有企业DC-90规格的阿司匹林的报价在35至37元每公斤。因为2007年7月1日起，国家调整了阿司匹林等众多原材料药出口退税税率，从13％下调至5％，降低了8个百分点，所以阿司匹林的出口价格任然有上升的空间。除此之外，国家对环保的重视力度也在不断的加大，而且人民币的汇率还有上升的空间，所以估测阿司匹林的价格还会稳定的上升。这么多年以来，我国阿司匹林的海外市场已经出口至美国。欧洲等地，出口量占生产量的较大部分。全世界的市场主要是欧洲等地，每年使用的阿司匹林的量占全世界的三分之二。1.6阿司匹林的前景从从长期利益上来看，阿司匹林拥有无限的潜力，依据其在我国的销售状况和生产情况，对此药物的生产销售提出以下建议：首先努力把出口规模扩大，然后迅速占领国际的空白市场，抓紧企业的内部管理，积极提高经济水平然后把规模扩大，把产品质量搞上去。同时，不仅要积极吸收和引进国内外东风先进生产工艺和设备，还要努力奋斗争取达到跟国外的生产厂家质量不相上下，提升出口创汇的水平。努力生产出多样稀释的该药物和水杨梅的替代品药物，这就是阿司匹林药物的新的发展方向，也能有助于我国的企业在国际同行中占据领先的竞争地位。因此开发出缓释的肠溶片和咀嚼片，既会扩大该药物的市场空间，也会促进该药物的生产跟发展。所以要积极研发该药物的替代品种，才能满足庞大的市场需求。2设计任务设计名称：年产100公斤阿司匹林的生产设计生产方法：以水杨酸为原料，通过结晶、精制、酰化等工艺流程制作合成阿司匹林的过程。生产能力：每年可以生产100公斤阿司匹林。原材料和辅料：水杨酸、乙酸酐、三氯化铝、乙醇。所得的产品：白色结晶状或者结晶粉末状的阿司匹林3生产方法和工艺流程3.1生产路线的比较[2]3.1.1使用乙酸酐为乙酰化剂的生产路线将水杨酸和乙酸酐按照25：27的比例混合，(水杨酸和乙酸酐的浓度均为98.5％)。再投入佩带有冷凝器的烧瓶里面，使用水域控温，控制温度在80℃-90℃，等待反应大概30分钟左右，在减压的前提下蒸去多余的乙酸酐以及反应中的乙酸。这个方法所使用的原材料价格低廉并且容易得到，反应温度低，操作简单，产品的产率较高，但是反应时间较长，大约需要3个小时左右，消耗的能量较大，使生产成本增加，由于浓硫酸具有很强的腐蚀性，容易对设备造成较大的损伤，并且对环境的污染较大，反应中容易产生其他的副反应，是产品的色泽加深，对产品的提纯造成不利的影响。3.1.2采用乙酰氯和吡啶作为乙酰化剂的路线将水杨酸和乙酸酐按照14:10的比例投入吡啶里面(水杨酸和乙酸酐的浓度均为98.5％)。加热让它溶解，然后再用冰冷剂让其冷却，再慢慢的加入乙酰氯，刚开始加入的时候物料立即变成浆体，然后变成液体，最后又变浓。使用水浴锅加热10分钟，加热之后放在冰上，同时搅拌使其变成固体，然后将其粉碎；这个方法所需时间较短，但是操作条件不容易实现，产率不高，生成的副产物氯化氢对环境有污染，处理难度较大，不适合生产工业化。3.1.3维生素C催化法在使用维生素C来催化合成乙酰水杨酸的时候，可以反映出反应时间温度以及催化剂使用量对结果的影响。通过研究表明该反应的最佳实验条件为:水杨酸与醋酸酐物质的量比为1：3，催化剂用量在100～200mg，温度在60～80℃，反应时间在10～25min。收率达87%多在使用维生素C为催化剂时，优点是该物质容易得到，价格相对其他催化剂来说相对低廉，并且污染较小。并且使用之后阿司匹林的产量较高。3.1.4一水硫化氢钠催化法原材料使用水杨酸和乙酸酐，分别使用浓硫酸和一水硫酸氢钠对其进行催化。比较两者的催化效果，两种催化剂效果相当，操作过程都很安全，反应所需要的实际相同都是0.5h，浓硫酸所需要的反应温度在50～60℃，一水硫酸氢钠则为82℃，对比来说，一水硫酸氢钠比浓硫酸更容易分离回收，并且可以循环使用。3.1.5KF/Al2O3催化合成阿斯匹林[3]当酸酐物质的量比为1:3，催化剂占原料水杨酸的20％～30％，温度在60～80℃，时间大约在30～40分钟左右，达到最佳反应条件，该催化剂合成阿司匹林产率高达90％。该过程制备工艺简单，反应产物，催化剂的回收比较容易。但是空气中的二氧化碳跟谁会导致催化剂不能重复使用，稳定性较差。3.1.6酸性膨润土催化法以酸性膨润土与催化剂进行阿司匹林的合成，可以得到最佳反应温度在80℃的时候，反应时间在半小时到一小时之间，酸酐物质的量比为1∶3.6，催化剂的用量是水杨酸用量的百分之五，产率为百分之九十。该工艺的反应条件相对其它工艺来说较为温和。通过比较上述工艺可知，乙酸酐作为酰化剂的路线相对简单，产品的出品率也比较理想，但是因为反应过程需要加热，增加成本。所以需要添加催化剂，减少反应所需要的时间，所需要的温度也降低，得到的产品质量更高。3.2催化剂的选择比较没有催化剂与有催化剂的情况下阿司匹林的产率，结果如下：催化剂的催化性能催化剂无催化剂无水碳酸钠三氯化铝三氯化铋阿司匹林产率40.465.672.671.4由此可见，催化剂可以极大的增加阿司匹林的产率，三氯化铝和三氯化铋的催化剂差不多，但是三氯化铝比三氯化铋的化学稳定性更好，价格也相对便宜，所以三氯化铝是一种相对理想的催化剂。3.3本设计的合成路线通过对比成本、产率等方面的情况来看，我们比较适合下面的路线进行工业化生产：这个工业线路操作简单，产率较高，成本较低，并且三氯化铝催化出来的产品质量较高。三氯化铝的价格较低，可以循环使用，降低成本，适合工业生产使用。

4工业流程4.1工业流程图4.2工业过程[4]打开酰化釜，加入一定量的水杨酸和三氯化铝，关闭乙酸酐流量阀，加入一定量的乙酸酐后，关上阀门。加热至85℃，同时搅拌，回流。将反应液在真空的状态下抽滤到结晶罐里面，承认离心，得到阿司匹林的粗产品。将得到的粗产品加入热熔槽内，打开95乙醇计量槽，慢慢加入，一直到阿司匹林粗产品恰好溶解，将所得的溶液抽至重蒸塔中。除去多余的乙酸与乙醇，将反应的溶液抽至结晶罐内，盐水冷却，结晶，离心，真空干燥获得阿司匹林精品。将酰化反应中的滤液抽至酰化釜内重新结晶，回收阿司匹林的粗产品。

5原料、催化剂的性质[5]5.1乙酸酐乙酸酐是一种有机物，化学式为C4H6O3，是一种无色透明装的液体，有强烈的气味，味酸，有吸湿性，溶于氯仿和乙醚，在水中可以缓慢地形成乙酸，与乙醇作用形成乙酸乙酯。易燃，具有腐蚀性，有催泪性。用途：可以用作溶剂和脱水剂，也是重要的乙酰化试剂盒聚合物引发剂。在医药工业中用于制造咖啡因和阿司匹林等。毒性与防护：对眼睛以及粘膜有强烈的刺激，有毒，对人体有极大的损伤，当浓度达到0.36毫克每立方米时就对眼睛有刺激性作用，0.18毫克每立方米时就能够改变人的脑电图像，还能引起细胞组织蛋白质变质，在蒸汽状态下具有更强烈的刺激性，特别容易烧伤皮肤与眼睛。眼睛跟皮肤在直接接触时也会造成灼烧。在不小心让其进入口腔或者消化道时，不仅会造成灼烧情况，还会出现腹痛、恶心等状况。5.2三氯化铝三氯化铝的化学式为AlCl3，是铝与氯的化合物，氯化铝的熔沸点都低，可以升华。是一种白色粉末状结晶，可以溶于大量的有机溶剂，氯化铝的水溶液呈现酸性。具有强烈的吸水性，所以在空气中极易潮解，并且在空气中吸水会水解生成氯化烃，生成的氯化烃在遇到水后，会反应发热，然后引起爆炸。并且氯化烃有强烈的腐蚀性。用途：三氯化铝可以用作有机物的催化剂，比如石油裂解、医学、香料等等。用作分析实际、防腐剂等也可以用于金属的冶炼、润滑剂的合成。毒性与防护：如果不幸溅落在皮肤上，需要先干拭，然后再用水冲洗，否则会在接触水的时候剧烈反应灼伤皮肤；如果不小心溅入眼睛，需要立即用清水冲洗15分钟，然后送往医院治疗。5.3乙醇乙醇的分子式为C2H6O，是一种无色透明易挥发的液体，有刺激性气味和辛辣的味道。易溶于水、甲醇、乙醚等。具有很强的吸水性，液态状态下跟水可以形成共沸物，气态下与水形成易爆炸的化合物。用途：重要的化工原料之一，被人们广泛的运用于农药、医药等许多有机物产品的生产。毒性与防护：含有毒性，在蒸汽状态时经过粘膜吸收，通过口腔、胃壁粘膜、肠吸收而迅速呈现出醇的现象。大量的饮用可能会引起胃炎，使中枢神经麻痹，出现神志不清的现象，也有很大可能引起肝硬变，甚至引起胰腺疾病，具体情况应人而异，差别很大。5.4醋酸醋酸的分子式是C2H4O2,正常状态下是一种具有强烈刺激性酸味的液体。纯的醋酸是一种无色的吸湿性固体，凝固后为无色晶体，其在水中溶解的溶液呈弱酸性且具有强烈的腐蚀性。醋酸在气化状态下对人的眼睛和鼻子有刺激性作用用途：醋酸可以作为酸度调节剂、香料、增味剂等。同时它也可以作为抗微生物剂来使用，主要是因为它可以降低溶液的PH，使溶液的PH降低到不适合微生物生长的PH范围内。同时它也是我国使用最早的调味品。除此之外，醋酸在醋酸纤维素、织物印染等工业方面也有广泛的用途。5.5水杨酸水杨酸又被称做邻羟基苯甲酸，分子式C7H6O3。是一种白色结晶状物体。具有辛辣味，几乎没有什么毒性。虽然在空气中的稳定性很好，但是在光照的情况下回渐渐的改变颜色。几乎不溶解与水，但是在丙酮、乙醇、乙醚等溶液中会溶解，在水溶液中呈酸性反应。也存在于柳树皮、白珠树叶子中以及甜桦树等自然界中的树木内，是一种重要的精细化工原料，可以用于阿司匹林等药物的制备。用途：水杨酸在医学、香料等精细化学品种有很重要的作用，是它们的重要的原材料之一。水杨酸可用于消毒防腐，也可以控制局部角质的增生以及皮肤感染。水杨酸的酯化物可以作为各种不同的香料。同时水杨酸还可以作为酚醛树脂的固化剂、纺织印染的防腐剂等。毒性与防护：对皮肤、粘膜有刺激作用，可以与机体组织中的蛋白质发生作用，产生腐蚀作用，会使眼角膜剥离。比苯酚的毒性弱，但是大量的服用还是会引起呕吐、头疼等症状，严重时会导致呼吸困难，心脏麻痹致死。

6物料衡算[6-7]6.1物料衡算的目的物料分析，后运用质量守恒的定律,计算结果给出各个目标设备的输入或者产品输出的物料量等。6.2物料衡算的意义A.在原料流经设备过程中，清楚每一步输入过程中，最后原料的消耗量，副产品的生产数量以及此过程中物料损失量等，从而准确地可以判断出这个生产工艺是否达到相应的设计要求。b.作为热量计算的依据。c.根据整条生产线和管路输出物料的管道热量汇总计算和平衡结果，绘制了整条生产线输出来的物料和管路热量平衡设计管路的热量汇总计算图，最后根据物料和热量的结果，对管路进行设计以及选择适合的材质、生产设备和辅助设备。6.3物料衡算程的过程每年300天工作日阿司匹林的每天产出量100÷300=0.33kg/天每个工段的出品率：酰化反应出产率Y1=72.6％结晶出品率Y2=90％重蒸的出品率Y3=95％重结晶出品率Y4=90％产品的总出品率：Y=Y1×Y2×Y3×Y4=72.6％×90％×95％×90％=55.87％乙酸酐和水杨酸的投料比为2：1，三氯化铝的使用量占水杨酸的2％，则酰化釜中的投料量为：水杨酸的投入量为：1.8502摩尔每天÷55.87％=3.3116摩尔每天=457.4克每天乙酸酐的量：1.8502×2÷55.87％=6.6232摩尔每天=676.43克每天三氯化铝的量：457.40×2％=9.418克每天反应釜出品率为72.6％，则出料口的出料流量为：3.3116×72.6％=2.442摩尔每天=433.14克每天6.4比热容的计算通过《化学基础数据手册》[8]可得知乙酸和酸酐的比热容，见下表。ASP（阿司匹林）与SA（水杨酸）的比热容的计算液体的比热容一般都在1.7～2.5KJ/（㎏·℃）之间，只有少量的液体不在这个范围之内，比如液氨和水的比热容就比较大，在4左右；而液体金属的比热容就比较小。液体的比热容正常情况下与压强无关，正常都是随着温度的上升而略微增大。作为水溶液的近似计算，可以先求出固体的比热容，然后按照下面的公式计算：C=CSa+（1－a）式中的C代表水溶液的比热容KJ/（㎏·℃）；CS代表固体的比热容KJ/（㎏·℃）；a代表水溶液中固体的质量分数。差不多所以的有机化合物的比热容都可以利用下表求出。先根据化合物的分子结构式，讲化合物中每个基团结构的摩尔热容数值相加，求出摩尔热容，在通过化合物的分子式换成比热容。基团结构摩尔热容【J/mol·℃】基团C6H5--COOH-O--CO-OH-CH3温度20℃116.3677.7829.6243.3441.9041.3680℃131.0690.8430.6845.3863.6846.40比热容（KJ/㎏·℃）20℃80℃乙酸1.351.41酸酐1.992.01阿司匹林—2.26水杨酸1.712.07所以ASP的比热容=[（C6H5-）+（-COOH）+（-0-）]/180.2=[116.36+77.78+29.62]÷180.2=1.24AS的比热容=[（C6H5-）+(-COOH)+(-OH)]/138.1=[116.36+77.78+41.90]÷138.1=1.709

7主要设备型号的选择7.1设备选型的原则设备的选型时为了可以提高产品的质量，同时节约资本，减少能源的消耗，满足GMP的要求，同时对设备要求是国内最先进，成熟的。这样是为了使生产装备达到国内的领先水平，同时可以确保在生产过程中的安全问题。接触物料的设备，容量和管件都需要使用不锈钢材料。设备选型也是为了以后阿司匹林的扩大生产做准备。酰化釜的体积为投入料的总体积：V=457040÷1.443+676.431÷1.082+9.148÷2.44=945.89毫升。取装料系数为0.5，则V1=945.89×2=1891.71毫升选取容积为2L的反应罐，直径为13毫米，高为4.01毫米，采用叶轮式搅拌机，功率为4.0千瓦，介质温度为100摄氏度。实际装料余数Q=945.89÷2000=0.478工厂布置8.1厂布置8.1.1基本任务1）根据厂区的自身情况，针对其工艺特点等要求，设施各种设备布置的方法。2）合理选择和布置安装在工厂内室内的各类地上地下的工程管线，注意不能相互抵触和发生冲突，使各种工程管线的运输路径简捷，与总的管线平面及工程管线竖向的布置协调美观。3）厂区内需要有适当的绿化。8.1.2厂区布置的原则1）要求和设计的生产路线相匹配。生产线应当短捷，避免生产流程的繁琐，而导致产品在生产过程中的浪费，以及能源的浪费，并同时保证各种物料间的传送流畅。2）合理设计运输设备的位置，从而保证其运送的方便。3）厂区的道路要简单，节约时间成本。4）为了节约空间和成本，可以考虑采用矩形的布置设计方式，使其紧凑在一起。5）为了以后厂区的发展，需要提前规划好未来的发展方向，为以后的发展留下空间。8.2车间布置8.2.1依据1.及时的了解与预防火灾的发生。2.参与生产人员必须了解产品的规格、危害以及储存的方式，对其车间产品的生产方式必须熟悉。3.要求生产人员必须熟悉生产设备的特点、工作环境的要求以及掌握设备的安装、检修、操作。8.2.2设备布置原则1.和生产工艺路线相对应（1）参考工艺流程，清楚设备的规格与设备内溶液的多少。（2）相同或者相似的车间可以放在同一个地方。2.需要节约成本与空间（1）要注意不同设备之间的安全距离，不要影响生产。（2）充分利用资源，节约成本。3.要符合安全生产的规定在生产过程中，通风设备的布置，要求通风口与出风口有一定的距离。传送设备，要求保证操作人员的安全。设备最好采用全封闭的装置进行隔离，防止泄露以及外界因素造成的损坏。4.有利于于安装和检修(1)操作工具需要摆放整齐，这样又便于工作人员的日常操作以及对设备的检查与维修。(2)需要考虑设备如何运入或搬出所在车间，。(3)室内的室外设备与室内墙间净空应尽可能地分开，以免严重时会影响室内的自然采光和正常时间开窗。(4)在安装吊车时，要考虑安装临时卸运装置的场所及可执行性。5.要有良好的操作条件车间里面操作人员一般都是背光操作，主要是为了防止强光对操作人员的影响，导致的操作失误。8.3环境消毒[9]医药工业的洁净室与其他工业的有很大的区别，区别最大的就是无菌生产，不仅仅要控制空气中的气溶胶粒子的数目，还要控制微生物的数目，这种环境也就是人们常说的无菌室。当然无菌室也不是说空气中一定没有细菌了，室内各种仪器的表面就没有细菌了。如果在合适的条件下，细菌还是有繁殖的可能的。在无