毕业设计（论文）-年产140吨氨磺必利原料药车间工艺设计

第1章产品概述1.1产品简介本次设计所涉及的主产品氨磺必利是用于治疗精神分裂症的药物。本药具有双重性，副作用低，耐受性好等特点。1.1.1产品名称及结构中文名称：氨磺必利 英文名称：amisulpride英文别名：Amisulprida;4-amino-N-[(1-ethyl-2-pyrrolidin-yl)methyl]-5-(ethyl-sulfonyl)-2--methoxybenzamide;Amisulpridum[INN-Latin];Amisulpiride;Socian;CAS号：71675-85-9分子式：C17H27N3O4S分子量：369.47900精确质量：369.17200PSA：110.11000LogP：3.27590产品结构：1.1.2物化性质外观和性状：白色或近乎于白色的结晶粉末密度：1.2g/cm3熔点：124-128ºC沸点：558.9ºCat760mmHg闪点：291.8ºC折射率：1.545储存条件：2-8ºC1.1.3药理作用本品为苯酰胺类的抗精神病药。药效学特征：本次设计所制得的最终产品氨磺必利是苯胺替代物类精神抑制药。1.2设计规模及原料药成品的包装规格和贮藏方式1.2.1设计规模表1.1设计规模产品名称设计规模（t/年）产品质量氨磺必利140含量≥99%1.2.2原料药成品的包装规格和贮藏方式表1.2氨磺必利成品的包装规格规格包装形式扎口方式25kg/桶双层塑料薄膜真空包装，用外套牛皮纸袋进行遮光，装入纸桶封口封签第2章工艺流程设计2.1工艺路线的选择与评价氨磺必利现在被认为是一种比较新型的合成型药物，在查阅了大量的文献后，我们得出了氨磺必利常见合成方法：方法一：以4-氨基-2-甲氧基苯甲酸为基础原料经过酰化，再与氯化亚锡和盐酸反应，之后进行水解之后得到硫醇，之后氧化，最后在N-甲基吗啉催化下发生缩合反应；最终得到我们所需要的产品氨磺必利。方法二：仍然以2-甲氧基-4-氨基-5-巯基苯甲酸为基础原料先乙基化再氧化，最后再与N-乙基二甲氨基吡咯烷进行缩合反应最终得到我们所需要的产品氨磺必利。方法三：4-乙酰氨基-2-甲氧基苯甲酸甲酯，经磺化和水解以及氯化再进行烷基化得到了中间体，最后在三乙胺，氯甲酸的作用下进行缩合最终得到我们所需要的产品氨磺必利。。但是这些方法在合成氨磺必利时，因为产率较低，步骤较多且所用的试剂比较昂贵而且毒性较大等局限性限制了其在工业中的生产。本设计氨磺必利合成方法采用以下这条合成路线：首先将基础原料2-甲氧基-4-氨基-5-乙磺酰基苯甲酸与低级醇在二氯亚砜的催化下进行酯化反应得到了低级醇酯；再讲所得的低级醇酯与N-乙基-2-氨甲基吡咯进行缩合反应得到产品氨磺必利。具体的合成路线如下所示：本设计是以廉价、易得且是已有工业化产品的2-甲氧基-4-氨基-5-乙磺酰基苯甲酸作为初始原料，再经酯化，缩合这两步反应得到产品，工艺比较简便，所用的设备比较简单、生产成本较低、收率较高；且反应条件温和，操作简单；原子的利用率很高，产品纯化之后的处理工艺比较简单；反应过程中也没有对环境有害的催化剂，反应溶剂事化工生产中常用的可回收溶剂。2.2工艺过程叙述2.2.1酯化工序1、酯化反应：向酯化反应釜R1101中加入2-甲氧基-4-氨基-5-乙磺酰基苯甲酸，甲醇，并开始搅拌（转速为100转/分，内温30℃），然后将氯化亚砜计量罐中的料液慢慢加入反应釜，升温至回流，回流反应5小时。通入冷水将反应体系降温到0℃，将计量罐中的饱和碳酸钠溶液加入到反应釜调pH值到9，加水稀释。2、离心：铺好滤袋，将酯化反应釜中的固液混合物通入离心机进行离心，离心1小时。离心后将滤液送入市政处理，滤渣进行干燥。3、干燥：将离心机中的送入烘箱烘干，滤饼在50℃下干燥得到淡黄色固体。2.2.2缩合工序1、缩合反应：反应釜R1102中，依次加入干燥后的酯化物，N-乙基-氨基吡咯，异丙醇机械搅拌，通入热水加热至内温80-85℃，反应28小时，通入冷却水降温至40-50℃之间，从计量罐中通入水，室温搅拌10小时，析出白色固体，然后通入冷却水至0-5℃搅拌3小时。2、离心：铺好滤袋，将缩合反应釜中的料液通入到离心机中进行离心，离心1小时。3、水洗：待母液甩尽后，将水通入到离心机中进行水洗，水洗三次，水洗后甩干，将离心机中的母液和水洗液一起通入到回收工段进行市政处理。4、重结晶：将氨磺必利粗品投入到重结晶釜中，将乙腈计量罐中的料液通入重结晶釜中，用乙腈重结晶，开启夹套的盐水冷却系统。冷却结晶。5、干燥：将重结晶釜中固体送入烘箱，在50-60℃下干燥，得到白色固体氨磺必利。2.2.3粉碎包装工段根据工艺要求，对已经得到的粗品氨磺必利分别进行粉碎、总混（在线清洗和灭菌）、内包、外包、入库。粉碎包装总收率为100%2.3工艺流程框图第3章生产制度3.1生产方式及生产班制本次关于年产140吨氨磺必利原料药车间工艺设计初定年工作日为300天，间歇生产方式，采用三班制/两班制生产方式。在具体排班时，我们依据实际情况，大部分岗位为两班制，一些岗位为三班制，主要原因如下：部分岗位的生产周期比较长，两班制满足不了生产要求。本次设计中有些反应时长较长，如果只采用一班制，那么劳动强度比较高，对人员的依赖度也会比较大，一个人的精力是有限的，在一班制生产下，人员会比较辛苦，从而增加了生产的危险性，本次设计中采取三班制生产方式可以有效减轻工人的劳动强度，同时“人员轮班机器不停”可以有效地提高设备利用率，从而在生产中达到安全和经济的目的。但是，在本次设计中，有的岗位生产周期较短，采用两班制就可以实行正常生产，我们依然采用两班制的生产方式，这样既可以节省很大的人力和财力，也可以避免浪费资源。3.2排班安排表3.1排班人员安排生产区域操作人员安排班制一般生产区酯化反应2人三班过滤1人三班干燥1人三班缩合反应2人三班过滤1人两班D级洁净区结晶2人三班干燥1人两班粉碎及总混1人一班内包1人一班外包1人两班辅助区质检1人三班制水1人两班空调1人两班配电1人两班器具洗涤及存放1人两班原材料库1人两班成品库2人一班第4章物料衡算4.1物料衡算的依据在物料衡算之前，我们已绘制除了工艺流程框图。但在本次设计中绘制的工艺流程框图是一种定性表示图，只能表示出各步骤原料经过哪些反应哪些操作转变为产品，但是并没有定量计算出每一步骤要经过哪些设备，配备哪些管道，需要哪些阀门来实现最终任务。物料衡算的目的就是将各个步骤具体实现，计算出每一个单元反应，每一个单元操作所需要投入的原料，配料，并以此作为根据计算出总投料量来进行各个设备规格及大小的选择。4.2物料衡算基准间歇生产适用于小批量生产，生产灵活。本设计中的工艺过程大多属于间歇操作过程，其计算方法是将车间所处理的各种物料量折算成以天为计数单位的平均值，并考虑到整个工艺计算下来约为46小时，故取48小时为生产一批产品所需时间。从起始原料A开始到最终氨磺必利粗品的产出，以天数最为平均值。由设计任务（年产160吨）及年工作日天数（300天）为基准，计算出产品的平均日纯品产量，再根据日纯品产量，由总收率折算出起始原料的投料量，再根据反应投料比以此计算出其他原料的投料量。由于工业原料或多或少会掺杂杂质，所以计算过程中还要将纯度考虑入内。本设计中，成品中氨磺必利含量为99%。生产批次=(工作日×24h)/生产周期=300氨磺必利实际批产量=(年产量×氨磺必利含量)/生产批次=462Kg氨磺必利理论批产量=氨磺必利实际批产量/总收率=505.82Kg表4.1年产量以及生产批次表年产量/吨年工作日/生产批次/批每日生产批次/批氨磺必利含量/100%每批精品氨磺必利(纯)/kg每批理论精品氨磺必利/kg140300300199462.00505.824.3各工段物性参数表4.2原料的物性参数原辅料分子量投料比含量密度/g/cm³沸点/℃分子式熔点/℃化合物（1）259.281.000.991.39529.6C10H13NO5S甲醇32.042.500.99143.5CH4O-98℃氯化亚砜118.970.250.991.95679SOCl2-105℃饱和碳酸钠105.990.220.992.531600Na2CO3851℃水18.024.000.990.998100H2O0℃中间体273.301.200.99N-乙基-2-氨甲基吡咯128.220.680.99161.9C7H16N2异丙醇60.101.200.990.79595.8C3H8O-89.5℃乙腈41.050.990.79-46C2H3N4.4各工段和岗位物料衡算4.4.1酯化反应工序1.酯化反应工段的物料衡算各个物质的进出物料计算方式如下所示：其中，化合物（1）的进出物料：化合物（1）投料量(纯)=批产量理论精品氨磺必利(纯)×化合物（1）/氨磺必利分子量=354.96kg2-甲氧基-4-氨基-5-乙磺酰基苯甲酸投料量=投料量(纯)/含量=354.96/0.99=358.54kg2-甲氧基-4-氨基-5-乙磺酰基苯甲酸中杂质=投料量-投料量(纯)=458.54-354.96=3.59kg2-甲氧基-4-氨基-5-乙磺酰基苯甲酸反应量=投料量(纯)×酯化反应收率=354.96*0.98=347.86kg 2-甲氧基-4-氨基-5-乙磺酰基苯甲酸残留量=投料量(纯)-反应量=354.96-347.86=7.10kg中间体（1）的进出物料：生成中间体(1)量=化合物(1)反应量×中间体(1)分子量/化合物(1)分子量=366.67kg生成水的量=2×化合物(1)反应量×水分子量/化合物(1)分子量=48.34kg 甲醇的进出物料：甲醇的投料量(纯)=化合物(1)投料量纯×投料比=887.39kg 甲醇的投料量=甲醇的投料量/含量=896.36kg 甲醇的杂质量=甲醇的投料量-甲醇的投料量(纯)=896.36-887.39=8.96kg 甲醇的反应量=化合物(1)反应量×甲醇的分子量/化合物(1)分子量=42.99kg甲醇的残留量=甲醇的投料量(纯)-甲醇的反应量=844.41kg 氯化亚砜的进出物料：氯化亚砜投料量（纯）=化合物（1）投料量纯×投料比=88.74kg氯化亚砜投料量=氯化亚砜投料量（纯）/含量=89.64kg 氯化亚砜杂质量=氯化亚砜投料量-氯化亚砜投料量(纯) =0.9kg 氯化亚砜反应量=化合物(1)反应量×氯化亚砜分子量/化合物(1)分子量/2=81.44kg氯化亚砜残留量=氯化亚砜投料量(纯)-氯化亚砜反应量=7.3kg碳酸钠的进出物料：饱和碳酸钠投料量（纯）=化合物（1）投料量纯×投料比=78.09kg饱和碳酸钠投料量=饱和碳酸钠投料量（纯）/含量=78.88kg饱和碳酸钠杂质量=饱和碳酸钠投料量-饱和碳酸钠投料量(纯)=0.79kg饱和碳酸钠反应量=化合物(1)反应量×饱和碳酸钠分子量/化合物(1)分子量/2 =72.55kg 饱和碳酸钠残留量=饱和碳酸钠投料量(纯)-饱和碳酸钠反应量=5.54kg纯化水的进出物料：纯化水投料量（纯）=化合物（1）投料量纯×投料比=1419.83kg根据上述计算可知，乙醇钠浓缩工段物料进出如表：表4.3酯化反应工段物料进出平衡表进料物质进料量(Kg)纯量(Kg)水或杂质的质量（㎏）总进料量(Kg)原料A358.54354.963.592843.24甲醇896.36887.398.96氯化亚砜89.6488.740.90碳酸钠78.8878.090.79纯化水1419.831419.832.过滤工段的物料衡算在过滤岗位中，假设除了反应生成的酯化物全部过滤掉，其余物质进出过滤设备数量并无变化。本岗位收率根据经验取值为0.99。表4.4进出物料汇总表进料物质进料量(Kg)总进料量(Kg)原料A3.573636.71甲醇1026.13875酯化物372.11125亚硫酸钠113.33氯化钠120.11纯化水1440.76625杂质121.13.干燥工段的物料衡算进料量就是上步出料滤饼干燥岗位收率假设为100%干燥后出料量即为进料量-蒸发水量 表4.5干燥工段物料进出平衡表进料物质进料量(Kg)总进料量(Kg)滤饼460.48625460.486254.4.2缩合工序1.缩合反应工段的物料衡算 N-乙基-2-氨甲基吡咯进料量=化合物（1）进料量×投料比 异丙醇进料量=化合物（1）进料量×投料比 中间体（1）反应量=进料量×收率 N-乙基-2-氨甲基吡咯反应量=中间体（1）反应量×N-乙基-2-氨甲基吡咯分子量÷中间体（1）分子量异丙醇反应量=中间体（1）反应量×异丙醇分子量÷中间体（1）分子量中间体（1）残余量=投料量-反应量 N-乙基-2-氨甲基吡咯残余量=投料量-反应量 异丙醇残余量=投料量-反应量 根据上述计算得出缩合反应工段的物料进出平衡表：表4.6物料进出汇总表进料物质进料量(Kg)总进料量(Kg)酯化物368.39252677.5原料B663.10125异丙醇368.3925纯化水1488.4452.析晶过滤工段的物料衡算在过滤岗位中，假设除了氨磺必利其余产品全部被过滤掉，其余非产品物质进出过滤设备数量无变化。产品收率根据经验取值为0.99。滤饼中中间体(2)量(纯)=中间体(2)进料量×收率 滤液中中间体(2)量(纯)=中间体(2)进料量×(1-收率)乙腈投料量=化合物(1)投料量×投料比 乙腈投料量(纯)=乙腈投料量×含量 假设析晶过滤时，其他物质含量相对较少忽略不计，化合物(1)和水的残留量为滤饼中含水量=水的总量×残留量 滤液中含水量=水的总量-滤饼中含水量 滤饼中含化合物(1)=化合物(1)投入量×残留量 滤液中含化合物(1)=化合物(1)投入量-滤饼中含化合物(1) 滤液中杂质量=杂质进料量 表4.7物料进出汇总进料物质进料量(Kg)总进料量(Kg)氨磺必利513.283752902.48甲醇43.19纯化水1488.445异丙醇368.3925原料B475.02875杂质14.143.重结晶岗位的物料衡算在重结晶岗位中，根据重结晶溶剂经验取值，所需要溶剂量为过滤后滤饼质量1.5倍。重结晶岗位产品收率为100%。进料量=过滤出料滤饼乙腈=滤饼1.5倍=1.5×725.93=1088.9出料量：（1）滤渣氨磺必利（纯）=滤饼含量乙腈=0.1×氨磺必利含量（2）滤液纯化水=滤饼含量乙腈=进料量-滤饼乙腈含量表4.8重结晶工段物料进出平衡表进料物质进料量(Kg)总进料量(Kg)氨磺必利508.14751487.5水127.04125乙腈952.78753.干燥工段的物料衡算蒸发量=进料总量×蒸发率 剩余固体=进料总量-蒸发量 表4.9物料进出汇总进料的物质干燥工段进料(Kg)总进料量(Kg)氨磺必利508.14751460.935乙腈952.78754.4.3粉碎包装工序本次设计粉碎包装工序假设收率99.99%。因为物料进出平衡表十分简单，故不再单独列出。第5章热量衡算5.1能量衡算依据本设计的热量衡算部分严格遵循能量守恒。计算物质比热，反应热，溶解热等需要应用卡拉奇定理等公式。计算时必须参考各工段的物料衡算表，对各进料物质进行相应数据的估算。物料衡算确定了了所选设备的大小，之后进行的热量计算核算设备热负荷。但由于能量衡算基数较大，所以只是对各数据进行粗略估算。能量衡算的基本方程为：物料带入能量+反应热+溶解热+加热剂/冷却剂带入热量=物料带出能量+反应吸热+设备散热+热损失其数学表达式为：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6其中：Q1——物料带入到设备的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJ式中，m是指输入或输出设备的各种物料的质量，kg；Cp是指物料的定压比热容，kJ/(kmol·℃)；t2是指物料实际温度，℃；t0是指基准温度，℃；本设计取基准温度t0=0℃。本设计采用的是间歇操作，所以将Q5与Q6一起估算，即热损失为：本设计将取系数为10%，则 5.2常用热力学数据计算5.2.1固体化合物在常温下的比热容其中，M是指化合物摩尔质量，kg/kmol；ni是指分子中i元素原子数；Ci是指i元素原子的摩尔比热容，kJ/(kmol·℃)。各元素的原子的摩尔热容由相关的化工数据参考书查询可得：表5.1比热容数据表基团kJ/(kmol·℃)碳C7.536氢H9.629氧O16.747硫S20.027氮N10.886氯Cl25.958其他元素25.958比热的计算，在本说明书里，以化合物（1）和中间体（1）为例子根据上述公式进行具体的计算：表5.2化合物（1）比热容数据列表基团（化学式）简称化合物（1）所含个数计算所得比热容C101.383564185H13O5P0N5Cl0S1其他0表5.3中间体（1）比热容数据列表基团（化学式）中间体（1）所含个数计算所得比热容C111.410602414H15.0O5P0N5Cl0S1其他05.2.2液体化合物比热容其中，M是指化合物摩尔质量，kg/kmol；ni是指分子中i种基团的个数；Ci是指i元素原子的摩尔比热容，kJ/(kmol·℃)。各元素的原子的摩尔热容由相关的化工数据参考书查询可得：表5.4摩尔热容数据表基团kJ/(kmol·℃)—H14.7—CH342.7—CH2—28.3CH—R324.9C—R48.4—COO—59.0—NH—51.1—NH—NH—79.6C6H5—117.2—Cl29.7—Br36.0—OH44.05.2.3各物质的燃烧热燃烧热与完全燃烧该有机化合物所需的氧原子mol数的关系如下列公式所示：式中，X为所需氧原子mol数；∑a′及∑b′系常数，与化合物结构有关的常数。由《化工设计手册》查得a′与b′的基本数值如表所示：表5.5a′与b′的基本数值名称状态a′b′基本数值液5.752.08盐液-16.10标准生成热与标准燃烧热的换算式中，为元素的标准燃烧热，kJ/mol；n为化合物中同种元素的原子数；分别为同一化合物的标准生成热和标准燃烧热。各元素的原子的燃烧热由相关的化工数据参考书查询可得：：表5.6元素燃烧热元素燃烧热kJ/mol碳-395.15氢-143.15氮0各基团的原子的燃烧热由相关的化工数据参考书查询可得：表5.7基团结构燃烧热名称状态基本数值液5.752.08烷烃支链液-3.70.09酸液-4.70.07仲胺液18.3-0.12叔胺液200.08仲醇液4.5-0.44苯液-10.10.07硫醚液-350.22酰胺液-6.00.57酯液16.1-0.42吡咯液1.3-0.03烯烃液14.2-0.01硝基芳香族液97.9-0.39燃烧热的计算，在本说明书里，以化合物（1）和中间体（1）为例子根据上述公式进行具体的计算：表5.8化合物（1）关于a′与b′的基本数值a'b'化合物（1）5.752.081-3.70.096-0.3-0.32016.1-0.42011.5-0.090-10.10.07114.2-0.01015.50.02018.3-0.12117.7-0.810-16.100表5.9化合物（1）所含元素燃烧热相关数据元素化合物（1）所含元素个数C10H1305N5S1由以上数据以及公式，可算出化合物（1）的燃烧热以及生成热，具体数值在本部分最后的物性参数表中统一展示。关于中间体（1）的相关计算数据如下：表5.10中间（1）关于a′与b′的基本数值a'b'化合物（1）5.752.081-3.70.096-0.3-0.32016.1-0.42011.5-0.090-10.10.07114.2-0.01015.50.02018.3-0.12117.7-0.810-16.100表5.11中间体（1）所含元素燃烧热相关数据元素化合物（1）所含元素个数C10H1305N5S1由以上数据以及公式，可算出化合物（1）的燃烧热以及生成热。可进行计算的物质根据以上公式进行详细的计算，其他物质的生成热查询相关书籍，具体数值在本部分最后的物性参数表中统一展示。5.2.4各物质的溶解热固体的熔融热可用下式估算，即式中，Hm为熔融热，kJ/kg；Tm为熔点，K；当缺乏熔点时，可用沸点进行估算：Tb为沸点，K；M为摩尔质量，kg/kmol；，为常数，见下表：查《制药工程工艺设计》，可得：表5.12、类别K1K2元素2~30.56无机物5~7（取6）0.72有机物10~16（取13）0.58本部分燃烧热的计算，依然以化合物（1）和中间体（1）为例，按照以上公式，进行计算部分的展示：表5.13化合物（1）的溶解热的相关计算溶解热相关数据化合物（1）Tm444.715K113Tb529.6K20.58M259.2789△Hm93.36001566接下来，是中间体（1）的相关计算：表5.14中间体（1）的溶解热的相关计算溶解热相关数据中间体（1）Tm137.547K113Tb0K20.58M273.3038△Hm27.39376751由以上数据以及公式，可算出化合物（1）的燃烧热以。可进行计算的物质根据以上公式进行详细的计算，其他物质的生成热查询相关书籍，具体数值在本部分最后的物性参数表中统一展示。5.2.5某些物质工况下汽化热的推算液体汽化所吸收的能量称为汽化热，亦称为蒸发潜热。根据对比压强、对比温度等求在任何温度和压强下的化合物汽化热。汽化热可按下列公式计算： 式中，ΔHv为汽化热，kJ/kg；Tc为临界温度，K； Tr为对比温度(实际温度与临界温度之比)； Pr为对比压强(实际压强与临界压强之比)。 关于汽化热的计算，本设计以甲醇为例，进行具体的说明：甲醇的临界温度为：513.15K甲醇的对比温度为：0.66甲醇的对比压强为：0.0126根据以上几个数据以及汽化热的几个计算公式，可以算出甲醇的汽化热。因为汽化热的计算比较简单，在此不多做例子介绍，本章节所有物质的物性数据均已列表在本章节的最后的汇总表里。5.2.6各物质的物性参数根据以上各部分的计算依据进行计算，以及部分简单物质可以直接在相关书籍里进行查询，最终可得本次设计的各个物质的物性参数，为方便查阅，统一作表，物性参数表，如图：表5.15物性参数汇总表原料物质的比热容﹝kJ/（㎏·℃）﹞摩尔热容﹝kJ/（mol·℃）﹞标准燃烧热(KJ/mol)汽化热（KJ/㎏）溶解热（kJ/㎏）化合物（1）1.3870.443-11265.92571.610甲醇2.4970.080726.9001099.030123.370氯化亚砜0.7670.150碳酸钠1.0350.112-220.036纯化水4.2200.0762310.700原料Ｂ1.4100.617-9604.940吡咯1.7200.124410.000异丙醇2.5500.153667.400纯化水4.2200.0762310.7005.2.7Q反应式如下所示：反应热按照下列公式进行计算：——反应方程式中各物质的化学计量系数，反应物为负，生成物为正；——各物质的标准燃烧热，kJ/mol；酯化反应过程热效应计算：各物料带入的能量及酯化反应釜升温过程热量计算如下：（单位：KJ）化合物（1）升温需吸收的热量=C原×m原×△t=12637.4甲醇升温需吸收的热量=C醇×m醇×△t=66780.2氯化亚砜升温需吸收的热量=C氯×m氯×△t=2051.3原料A溶解需吸收的热量=m原q原=25502.1升温总吸热量=∑cimi△t+mq=106682.2△rHm°=-∑VB△cHm°(B)=817.3△rHm(82.5℃)=△rHm°+∑VBCm,p△t=817.3反应总吸热量=m×△rHm=1284650.6假设仅有甲醇回流，其回流量为每秒钟=0.33回流总吸热量=每秒钟回流量×3600×2.5×汽化热=1417112.64酯化总吸热量=升温吸热量+反应总吸热量+回流总吸热量=2806306.3表5.16升温总吸热计算表物质进料温度(℃)回流温度（℃）吸热量（kJ）溶解热（kJ)升温总吸热量（kJ）原料A306512348.6387525502.1113263613.3二氯亚砜2051.28875——甲醇66780.1575——标准摩尔反应热（kJ/ol）：934.085反应共需吸热量（kJ）：1284650液体回流所需热量（kJ）：1417112.64酯化反应总需热（kJ）：2806306.35.3加热剂或冷却剂用量的计算1.计算原则本设计加热剂或冷却剂用量的计算遵循以下规则：当Q2正值时，表示的是需要加热；而Q2为负值时，表示的是需要冷却。其中本次设计中所有单元操作采用直接蒸汽进行加热，采用冷冻盐水来进行降温。1.间接蒸汽加热时的蒸汽用量由公用管道提供不考虑。2.冷却剂用量其中，W是指冷却剂用量，kg；Q2冷却剂从所处理物料及设备中移走的热量，kJ；C是指冷凝剂的平均比热容，冷冻盐水C=3.3kJ/(kg·℃)TK是指冷却剂最终温度，K；TH是指冷却剂最初温度，K。2.换热介质日用量的计算酯化反应岗位加热水蒸气的用量为=2806306[2725-4.18反应降温过程:酯化物降温需放出的热量=C酯化×m酯化×△t=33763.2水降温需吸收的热量=C水×m水×△t=395202.2碳酸钠降温需放出的热量=C碳酸钠×m碳酸钠×△t=12823.3降温总放热量=∑cimi△t=441788.4酯化反应岗位的冷冻盐水用量=441788.73.1第6章设备选型6.1设备选型及材料选择6.1.1设备选型依据设备选型是建立在能量衡算和物料衡算基础上的。根据前两步的计算，可以得到进出物料的体积，从而进行基本设备的选择。之后利用能量衡算，对所选设备进行进一步的核算。同时设备选型满足以下几点要求：（1）满足GMP要求：设备的选型、安装、维护必须符合GMP中相关设备的要求，尽可能降低生产污染、交叉污染的风险，便于操作，方便清洗。（2）满足工艺要求：设备能力与生产相适应，成熟可靠，操作简单；有合适的检测、控制系统；环境友好。（3）满足设备结构要求：具有适当的强度，以应对生产过程中的突发情况；具有良好的耐腐蚀性；可靠的密封性；满足运输、安装要求。（4）满足技术经济指标的要求：原辅料和能源的消耗尽量少；在满足生产要求的情况下，尽可能选择价格低、结构简单的设备；设备满足系统最优。6.1.2材料选择原则因为本次设计所涉及到的原辅料以有机溶剂居多，所以反应设备大多选用搪玻璃反应釜；但因为搪玻璃反应釜不耐碱，所以洁净区选择不锈钢反应釜。搪玻璃反应釜具有内壁光滑，不易粘壁等优点；从而使物料损失较少，且反应过后设备便于清洗。6.2标准设备6.2.1釜式反应器的选型计算根据工艺操作过程，氨磺必利的生产工序多涉及到有机溶剂，并且反应过程中涉及加热条件，所以一般反应设备都选择搪玻璃反应釜。由于计量罐的位置比较高，所以为了安全和防腐考虑选择聚丙烯材料。因为计量罐是随反应釜一起安装，在进行计量罐的设备选型时，且因为比较简单，所以计量罐的选型不再单独列出，只是在设备一览表中进行一个整体的展示。在非无菌化学原料药生产中，反应搅拌设备是主要的反应设备，反应搅拌设备一般包括配料罐、反应釜、搅拌釜、浓缩釜、结晶釜等。反应搅拌设备的选型可依据以下公式进行计算：Vd—根据生产任务，确定的每天需处理的物料体积；VT—间歇设备的计算容积；—设备的装料系数；τ—每批操作所需要的反应时间；—每批操作所需要的辅助时间；n—间歇设备的安装台数；—间歇设备生产能力的后备系数，通常在1.05～1.3范围内，本设计取1.1。1.酯化反应釜表6.1酯化反应釜的物料衡算分析进料物质进料量(Kg)纯量(Kg)水或杂质的质量（㎏）总进料量(Kg)原料A358.54354.963.592843.24甲醇896.36887.398.96氯化亚砜89.6488.740.90碳酸钠78.8878.090.79纯化水1419.831419.83进料的总体积为855.23L，反应釜取，则3790L查询相关文献，并根据本设计的计算结果选取2个容积为2000L的搪玻璃开式反应釜。其主要技术参数如表所示：表6.2K2000型开式搪玻璃反应釜技术参数规格K2000公称容积/L2000换热面积/m27.23参考重量/kg2535主要尺寸内径/mm1300高度/mm4050罐体管口公称直径进口/mm100出口/mm100夹套管口公称直径进口/mm50出口/mm50台数2核算：物料的初末温度分别为：t1=25℃,t2=68℃使用热水作为加热剂，其初末温度分别为：T1=120℃,T2=90℃已知回流反应时间为7.5h，Q2=1623500KJ，所以已知反应釜的传热膜系数K=895.98KJ/(m2·h·℃)，所以换热面积为：设备的装填系数应在0.4～0.6之间，实际填料系数为：实际装料系数在规定范围内，所以所选反应釜符合要求。2.缩合反应釜表6.3缩合反应釜的物料衡算分析进料物质进料量(Kg)总进料量(Kg)酯化物368.39252677.5原料B663.10125异丙醇368.3925纯化水1488.445进料的总体积为855.23L，反应釜取，则3570L查询相关数据参考书，并根据本设计的计算结果选取2个容积为2000L的搪玻璃开式反应釜，其主要技术参数如表所示：表6.4K2000型开式搪玻璃反应釜技术参数规格K2000公称容积/L2000换热面积/m27.23参考重量/kg2535主要尺寸内径/mm1300高度/mm4050罐体管口公称直径进口/mm100出口/mm100夹套管口公称直径进口/mm50出口/mm50台数2经核算，所选反应釜符合要求。3.结晶釜表6.5结晶釜的物料衡算分析进料物质进料量(Kg)总进料量(Kg)氨磺必利508.14751487.5水127.04125乙腈952.7875过滤工序后，滤液需要转移到结晶釜中进行析晶。由于结晶过程需要在D级洁净区中完成，所以要选择带搅拌器的结晶釜，搅拌器选择不锈钢斜浆式搅拌器。忽略反应液前后体积变化，结晶釜填料系数取0.65，则：进料的总体积为1487.5L，反应釜填料系数取0.65，则单批的釜体积2275L查询《化工工艺设计手册》（下），并根据本设计的计算结果选取1个容积为3000L的搪玻璃反应釜，其主要技术参数如表所示：表6.6K3000型开式搪玻璃反应釜技术参数规格K3000公称容积/L3000换热面积/m29.33参考重量/kg3555主要尺寸内径/mm1600高度/mm4210罐体管口公称直径进口/mm100出口/mm100夹套管口公称直径进口/mm40出口/mm40台数1经核算，本次设计的设备选型符合要求。此次设计，采用的是间接冷却结晶，是通过改变溶媒种类及进出口的温度，从而改变了夹层面积的大小来优化结晶釜。通过对结晶釜进行设计改造，控制其进出料的温度，达到节约能源、提高产量的目的。6.2.2过滤设备选型计算对于一些处理量比较大的过滤操作，通过重力过滤的速度比较慢，效率低，这时选择离心机过滤比较好。根据卸料方式的不同，过滤离心机可分为平板式和拉袋下卸料式，其中平板式离心机卫生度高、密封性好，符合GMP规范，但卸料麻烦；而拉袋下卸料式离心机卸料方便，连续性好，可分离较细颗粒，晶粒无破损，缺点是造价高。由工艺可知，酯化和缩合工序在一般生产区，考虑到提高设备利用率，减少成本，同时满足生产要求的情况下，可将环合工序和水解工序同用一台离心机。本设计主要有两个工序需要用到过滤离心设备，本设计从经济划算和厂房布置等各个方面进行了综合考虑，最终设备选型选型确定的是下卸料离心机，其中，主要设备数据如下表所示：表6.7L(P)B-1000平板式离心机技术参数表转鼓直径DN/mm1000转鼓容积140最大转鼓转速r/min1080最大分离因素625电动机功率/kW15(防爆)外形尺寸(长×宽×高)/mm1968×1500×1065机器净重35006.2.3干燥设备选型计算关于两种干燥设备的选择，优缺点的对比如下图：表6.8两种真空干燥机对比表种类优点缺点箱式真空干燥机1、静态干燥，不破坏物料原始形态2、干燥范围广，适合干燥湿度大的物料1、干燥速度慢2、设备体积较大双锥回转真空干燥机1、动态干燥，干燥同时可混合物料2、干燥速度快3、干燥均匀充分，质量好1、不适合湿度大的物料本设计主要有两个工序需要用到干燥设备，考虑到以上两种干燥设备的优缺点对比，本设计选型的是双锥干燥器，其中，因为在一般生产区和洁净区均用到干燥设备，所以，本设计共选用两台同型号双锥干燥器，其主要设备数据如下表所示：表6.9双锥真空干燥机技术参数表型号SZG-1000总容积/L1000加热面积/m24.61回转高度/mm2665操作压力/MPa-0.098~常操作温度/℃常~50占地面积(长×宽)/mm2860×1300台数26.2.4粉碎设备选型计算表6.10机械微粉碎机技术参数表型号WFJ-630产品粒径/d90um6~150粉碎电机功率/kW37粉碎盘转速/r/min3550生产能力/kg/h200~1000设备重量/kg1500占地面积(长×宽×高)/mm1500×1432×1750台数16.3非标准设备的选型计算6.3.1热负荷及冷却剂消耗（1）平均温度下循环水方面的数据如下表：表6.11操作条件下循环水数据密度ρ导热系数λ进口温度t1出口温度t2黏度μ比热容Cpckg/m3W/(m·K)℃℃Pa·SkJ/(kg·K)9970.62620300.00072254.2若热流体有相变，则假设允许压降ΔP=3.5kPa（2）换热器类型本设计采用列管式换热器作为冷凝器。（3）流动路径的选择本次设计冷凝物质均不易结垢，蒸汽走壳程；而冷却介质是循环水，结垢不严重，走管程。6.3.2初算换热器的传热面积A0（1）计算平均温差Δtm并确定管程数本设计选取流动方式为逆流流动，先按单壳程单管程考虑，计算出平均温度差Δtm对数平均温差的修正，采取以下公式：根据R，P值，查温度校正系数图《化工原理》陈敏恒第三版上册P230图6-55的温度校正系数图，温度校正系数ψ=0.66，可采用单管程单壳程逆流流动的列管式换热器进行换热。则平均温差采用下列公式：△tm=ψ△tm'（2）按经验值初选总传热系数K0(估)（3）初算出所需传热面积A0′6.3.3主要工艺及结构基本参数的计算（1）换热管规格及材质的选定本设计选用直径为Ф25×2.5mm的无缝钢管作为换热管。内径：di=0.02m外径：d0=0.025m（2）换热管数量及长度的确定假设管程流速ui=12m/s管数： 根据排管图，取整管长： 按商品管长系列规格，取管长L（3）管子的排列方式及管子与管板的连接方式的选定本设计选取管子的排列方式为正三角形；管子与管板的连接采用焊接法。（4）计算壳体直径Di已知选取直径为Ф25×2.5mm的无缝钢管作为换热管的管中心距t=32mm管束中心线上最外层管的中心至壳体内壁的距离： （5）计算实际传热面积A0(选)及过程总传热系数K0(选)m2W/(m2·K)（6）列出所设计换热器的结构基本参数本设计换热器的结构基本参数详见附录换热器装配图6.3.4换热器主要构件尺寸与接管尺寸的确定换热器的主要构件有封头、筒体法兰、管板、筒体、折流板、支座等。主要接管有流体进出口接管，排气管，排液管等。（1）筒体壁厚的确定（2）封头、筒体法兰、管板、支座均有相关的标准作为参考，具体结构尺寸可从相关标准中查取。（3）流体进、出口接管直径的计算（4）管壳程流体压力降的计算①管程压力降流体流经直管段的压力降为：每管程管侧的流路面积：第7章车间布置车间布置的设置是为了对设计进行一个整体的布局规划，针对前面所选的设备以及工艺流程等等进行一个合理的布局安排。一个合格的车间布置必须是在满足安全、环保、经济等基础上对车间的人员、设备、房间等做一个合理的布局和规划；并且能够在满足以上要求的同时，减少原料的浪费，安全生产，环保生产，增加设备利用率，增加厂房空间利用率，达到先进化生产的目的。7.1设备平面布置的基本要求7.1.1满足工艺要求1.车间内部的设备布置与工艺流程中的设备布局尽量一致。2.本次设计中反应设备最高位离顶至少有0.9m。3.设备与墙之间必须可容一人通过，本次设计此最小距离设定为1m。4.储罐与储罐以及计量罐与计量罐之间设置最小距离为0.5m7.1.2满足建筑要求，满足GMP规范，满足安全生产要求。7.2精烘包车间布置本次设计精烘包车间布置严格遵循《药品生产质量管理规范》，洁净级别定为D级。（1）精烘包布置在车间主导风向的上风侧，生厂区布置在车间下风侧。（2）“精烘包”应与一般生产区分开自成一个独立的区域，避免交叉污染。本次设计一般生产区和洁净区分别位于厂房两侧，减少污染。（3）人流和物流出口分别独立设置，物料传送路线尽量短捷，如本次设计缩合反应工段过滤后直接将物料送进旁边洁净区的重结晶间，减少管路安装，节约成本。（4）人流、物流出入口尽量少布置。本设计人流入口及物流入口均为一个，有效减少了生产过程中由于人物流交叉带来的污染。（5）本设计洁净级别为D级，进入洁净区的先换鞋，再在相应更衣室穿洁净服，戴帽之后再进入洁净区。7.3本次车间设计布置说明7.3.1一般生产区1.本次车间设计方案为“一”字型，节省能耗，并减少土地占用面积，降低成本。2.本次设计厂房车间长62.1m，宽18m，高6.5m。东西方向用9×6.9m柱网，共9个跨度，长62.1m；南北方向采用6×6×m柱网，共三个跨度，宽18m，总占地面积为1117.8m。车间主要分生产区、辅助区、精烘包三个区域。反应合成区总高为6.5m，内设有3m的操作台，所选离心机高为2.25m，合成区做成上下两层的模式，中间设置镂空的楼梯，方便上下操作，并设置安全门斗。3.本次设计一般反应区从左到右又划分为原料储存称量区，配料区，反应区，回收区，干燥区，结晶区，粉碎，总混以及包装区。4.本次设计要求一般生产区分别位于中间疏散走廊两侧。5.本次设计车间均设有辅助区，辅助区靠右设置，生产区靠左设置，辅助区和生产区间用防爆墙隔开，并设置安全门斗。6.反应区存在易燃易挥发气体，和有毒有害气体，故顶设置尾气吸收装置。7.一楼室外背风侧设置废液回收区，污水处理池和回收后溶媒暂存区。8.由于本次设计中使用了甲醇等有机易燃物质，所以本次设计按照甲类生产厂房进行布置。7.3.2辅助区1.原料储存称量间、冷库和真空泵房因带有易燃易爆液体，设置在防爆区内。2.消防室，配电室设置一楼，对外开门。3.各洁净区分别设置更鞋，更衣室，工衣清洗、烘干、暂存、发放房，洁具、器具、清洗暂存间等，内包间附近设置外包材间，废弃物传递间。4.其它辅助区有备品备件库、一般更衣室、卫生间、一般工衣清洗间、器具、洁具洗存间等。7.3.3人流、物流说明人流由门厅换厂服进入车间，向左走进入洁净区更衣室，换鞋，进一更，脱外衣、洗手，进二更，穿洁净服，过气锁，入D级洁净区。再进入结晶区，其它辅助生产区。物流运往原料暂储称量间，由防爆推车送至各点。中间体在干燥间干燥后，再由电梯送往结晶。结晶后经离心机离心后直接通过管道送往一楼干燥间。物料通过干燥、粉碎、总混、内包和外包几个工序后，从物料出口运出。第8章管道布置8.1前言管道布置涉及到物料运输和三废处理等方面的问题，所以在选择管道以及合理地铺设管道这方面，本设计严格遵循相关规范，合理布局，规范生产。8.2管道材质及管径确定管道的种类较多有无缝钢管、焊接钢管、不锈钢管、焊接不锈钢管。考虑各项因素及传输介质的差异我们对管材进行了具体选择。配套的管件、阀门均为不锈钢材质。阀门及管件的密封垫片均采用聚四氯乙烯；洁净室内部分在岩棉保温层外包一层0.35mm厚不锈钢皮。公称直径的计算一部分来源于基本公式，但此种方式计算繁多，为了便于计算，本次设计一般会根据物料流速和粘度进行估算，在利用相关公式进行检测。8.3管道布置应考虑的问题8.3.1管道敷设关于管道和材料的选择在工艺流程图中有所体现，本章将具体的数据列表如下进行呈现：表8.1管道材料及管选择表管道介质材料公称直径纯化水不锈钢管25药液不锈钢管25/40/50真空无缝钢管40/65水蒸气无缝钢管32/50蒸气冷凝水无缝钢管25/32热水无缝钢管50冷冻盐水无缝钢管50循环水无缝钢管32/50废液普通不锈钢508.3.2安装操作及检修（1）在本次设计中，止回阀和球阀采用如图所示方法安装：球阀止回阀的安装方式图这样安装的目的在于：检修止回阀时，当关闭球阀，流体停止流动，这样会便于检修。（2）在本次设计中，对于管道及阀门的安装，应尽量安装在同一高度，便于工作人员操作以及检修。8.4管道布置8.4.1吹洗管的布置选择的吹洗管的Dg<25，因此采用半固定式的吹洗方式。8.4.2上下水管道的布置上下水管道的布置如图所示：上下水管道布置图排污地漏的直径取50mm。8.4.3制药用水系统的管道布置（1）进水管进水管处常设置合适的阀门，便于控制进水速率和流量。（2）出水管出水管通常设置在贮罐的底部。（3）溢流管为了便于控制贮罐内部的最高水位，本次设计中的纯化水贮罐上通常都设置溢流水管。第9章三废及环境保护9.1综合利用为遵循国家提倡的环保节能口号，本次设计均使用国际推荐的环保节能产品，避免使用高能耗低效率的产品。同事，本次设计的设备选型环节同样遵循了此理念，在反应釜上安装称量模块，从而在设备选型过程中减少了称量设备的选择。在过滤干燥工序，尽量使一机多用，增加设备利用率；管道安装也以此标准；同时排班注意人员使用，提高自动化，应用现代化节能方式。9.2“三废”的处理9.2.1废气的处理此次生产因为涉及到一些废气的排放，为了对环境进行保护，绿色化生产，废气在本次设计中的处理办法如下表所示：表9.1废气处理法一览表污染源组成处理办法结果精烘包车间粉尘除尘器除尘符合排放标准锅炉房烟尘及煤场扬尘麻石脱油除尘符合排放标准9.2.2废水的处理本次设计中废水主要来源于过滤、清洗等工艺过程。针对厂区产生的一般废水，我们对其进行如下处理：废水工艺流程简介：工艺废水、废气吸收废水首先进入隔油调节池，去除部分酯类油性性物质，再通过泵打入蒸发系统，可降低废水中的盐分。经过预处理的高浓度废水和低浓度废水在调节池内混合并调节pH后打入接触氧化池。通过好氧微生物的作用，将废水中剩余有机污染物彻底分解为二氧化碳和水，大部分污染物已消除。接着进入沉淀池，加入絮凝剂，沉降部分悬浮物，改善出水水质。9.2.3废渣的处理本次设计中由于过滤内外包等工序产生废渣。污染源及具体的处理方法，一览表如下：表9.2废渣处理法一览表污染源组成结果滤渣含原辅料焚烧废弃包材—送至垃圾转运站集中处理9.3环境影响分析与结论本次设计中所有涉及到的生产工艺中产生的三废（废气、废水、废渣等）都先经过预处理，然后按照国家规定的标准以及地方制定的法律法规进行排放，从而将对环境所造成的污染达到最小，从源头上减少污染，保护环境。第10章化工安全生产10.1设计依据本次设计严格遵循以下设计规范：（1）《医药工业洁净厂房设计规范》GB50457-2008（2）《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-1992（3）建设部《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98；10.2场地设置（1）本次设计根据所选场地的自然环境进行了相应的安全等防范设计。（2）本次设计基于武汉地形进行设计，其中，本次设计中使仓库设置在厂区西北面，此方位人流稀疏，处于主导风向下风侧，相对来说对人员造成的伤害最小。10.3生产过程中主要危害因素的分析（1）有毒有害物质（2）操作人员操作不当10.4主要防范措施（1）防火防爆：本厂区因为有易燃易爆等危险品，所以本厂区设置为甲类生产厂房。（2）防腐蚀：本次设计所选设备均考虑到腐蚀性的要求，在设备的阀门安装上，也尽量减少死角，从而减少腐蚀。（3）防噪声：过滤和混合等噪音较大的设备均集中安放在固定区域，对于有较大噪音的设备，加强底座的固定，尽量安装在地表，减少震动从而有效减少噪音。（4）防静电、防雷设计。（5）防泄漏：选取合适安全的阀门并定期检查和检修。（6）排风除尘：所有设备均安装排空管道。（8）防高温、烫伤：在高温设备附近加强警戒提示，在排班安排上尽量合理，避免工人过度劳累导致的操作不当烫伤。第11章工程经济11.1技术经济评价指标生产成本主要包括原材料成本、人工成本、工厂管理费用、行政管理费用、销售和分销费用、财务费用以及折旧费等组成。本次设计的经济核算主要针对原料来进行计算。本章主要计算原料成本，估算原料耗费。11.2主要生产原料单耗以每批产462.00kg的氨磺必利原料药为基准，在相关网站查询并计算出单批原料药的生产成本，以此核算原料成本，最终得到本次生产各物质的批原料价格，其中，明细表如下所示：表11.1原料成本原料规格含量/%每批耗量/kg价格/元/t成本/元化合物（1）工业99358.545000018108.08081甲醇工业99896.361200010864.9697氯化亚砜工业99903600327.2727273碳酸钠工业95801360114.5263158N-乙基-2-氨甲基吡咯工业9966330002009.090909乙腈工业9995430002890.909091异丙醇工业9936866002453.333333合计36768.18288氨磺必利原料药的价格为每千克1200元，每批生产氨磺必利462.00kg，每批的效益：462.00×1200=554400.00元，收益=554400.00–36768.18=517631.83元由上述可知，即使刨去每批所损耗的原料成本、人工费用、销售以及运输成本等，氨磺必利的收益比值仍然非常大。由此可得出结论：按照本工艺生产的氨氯地平在生产效益上有可观的经济效益。小结本次设计的题目是年产140吨原料药的车间工艺设计，在设计过程中进行了物料衡算、能量衡算、设备选型以及车间平面布置等。通过本次设计我明白，不管做什么都要细心仔细，有时候一个非常不起眼的错误也会导致我们偏离正轨，细节决定成败并不是随口说说，而是汇聚了很多人血的教训。很多看起来很简单的问题中也蕴藏着很多细节需要考虑。设计有时候听起来会很复杂，但是当你真正开始做的时候你会发现没有你想象中的那么困难，可是当你轻视它的时候，你又会发现它有很多细节需要你留心。通过这次设计，我明白了专业知识很重要，扎实的专业基础会让事半功倍。其次，我觉得，不管面对任何任务和挑战，都要认真严谨，踏踏实实做事。还有，设计是一个总体的规划，有分工有合作，有细节处理亦有整体概览，启示我之后的生活要有规划重细节。最后，通过本次设计，我明白了专业知识的应用方向，对我今后的工作有很重要的指导作用。参考文献[1]中国石化集团上海