制药工程工艺设计第一章 制药工程设计的基本程序

第一章制药工程项目设计的基本程序,第五节设计资料的收集,第二节设计中期工作阶段,第一节设计前期工作阶段,第一章设计的基本程序,第三节设计后期工作阶段,第四节制药工程设计常用规范和标准,工程设计是将工程项目(例如一个制药厂、一个制药车间或车间的GMP改造等)按照其技术要求，由工程技术人员用图纸、表格及文字的形式表达出来，是一项涉及面很广的综合性技术工作。一个工程项目从计划建设到交付生产一般要经历以下基本工作程序：,提出项目建议书批准立项进行可行性研究审查及批准编制设计任务书初步设计（选择建设地点、进行勘察）初步设计中审施工图设计（进行建设准备）组织工程施工试车（进行生产准备）竣工验收和交付生产1.设计前期工作阶段：提出项目建议书编制设计任务书2.设计中期工作阶段：初步设计施工图设计（有一些大型项目，在中间还需有扩大初步设计）3.设计后期工作阶段：组织工程施工交付生产,第一节设计前期工作阶段,一、设计前期工作的目的和内容目的：对项目建设进行全面分析，主要对项目的社会和经济效益、技术可靠性、工程的外部条件等进行研究。主要工作内容：项目建议书、可行性研究报告和设计任务书。,二、项目建议书1、项目建议书的性质与意义项目建议书是法人单位向国家、省、市有关主管部门推荐项目时提出的报告书。建议书主要说明项目建设的必要性，同时也对项目建设的可行性进行初步分析。通常项目建议书经过主管部门批准后，即可进行可行性研究。,2、项目建议书主要内容项目建设目的和意义，即项目建设的背景和依据，投资的必要性和经济意义；产品需求的初步预测；产品方案及拟建生产规模；工艺技术方案(原料路线、生产方法和技术来源)；资源、主要原材料、燃料和动力供应；建厂条件和建设厂址初步方案辅助设施及公用工程方案；工厂组织和劳动定员估算；项目实施规划设想；项目投资估算和资金来源及筹措设想；环境保护；经济效益和社会效益的初步估算。结论与建议,三、可行性研究,1、可行性研究的性质与意义主要对拟建项目在技术、工程、经济和外部协作条件上是否合理和可行，进行全面分析、论证以及方案比较。可行性研究是设计前期工作中最重要的内容，是项目决策的依据。国际上，可行性研究一般可分为三个阶段：即机会研究、初步可行性研究和可行性研究。,2、可行性研究报告内容（见P4-5）（1）总论概述项目名称、主办单位及负责人、项目建设背景和意义；编制依据和原则；研究的工作范围和分工；可行性研究的结论提要；存在的主要问题和建议。（2）需求预测产品在国内外的需求情况预测，产品的价格分析和竞争能力分析。（3）产品方案及生产规模产品方案及生产规模的比较选择及论证；提出产品方案和建设规模；主副产品的名称、规格、质量指标和标准及产量(如果是出口产品一定要规定符合哪一国家药典和产品标准)。,（4）工艺技术方案概述国内外相关工艺；分析比较和选择工艺技术方案；绘制工艺流程图；通过物料、能量计算，定出原材料单耗及能耗，并与国内外同类产品的先进水平比较；主要设备的选择和比较；主要自控方案的确定。（5）原材料、燃料及公用系统的供应原料、辅助材料及燃料的种类、质量规格、数量、来源和供应情况。（6）建厂条件及厂址选择布局方案厂址概况，如厂区位置、地形地貌、工程地质、水文条件、气象、地震及社会经济等情况；公用工程及协作条件，如水、电、汽的供给、交通运输等；厂址方案的技术经济比较和选择意见。,（7）公用工程和辅助设施方案全厂初步布置方案；全厂运输总量和厂内外交通运输方案；水、电、汽的供应方案；采暖通风和空气净化方案；土建方案及土建工程量的估算；其它公用工程和辅助设施。（8）环境保护建设地区的环境现状；工程项目的污染物情况；综合利用与环保监测设施方案；治理方案；环境保护的综合评价；环保投资估算。（9）职业安全卫生和劳动保护职业安全卫生的基本情况；工程建设的安全卫生要求；职业安全卫生的措施；综合评价。（10）消防消防的基本情况；消防设施规划。,（11）节能能耗指标及分析；节能措施综述；单项节能工程。（12）工厂组织和劳动定员工厂体制及组织；年工作日；生产班制和定员；人员培训计划和要求。（13）药品生产管理规范(GMP)实施规划的建议培训对象、目标和内容；培训地点、周期、时间及详细内容。（14）项目实施规划项目建设周期规划编制依据和原则；各阶段实施进度规划及正式投产时间的建议(包括建设前期、建设期)；编制项目实施规划进度或实施规划。,（15）投资估算和资金筹措项目总投资(包括固定资产、建设期贷款利息和流动资金等投资)的估算；资金筹措和使用计划；资金来源；筹措方式和贷款偿负方法。（16）社会及经济效果评价产品成本和销售收入的估算；财务评价；国民经济评价；社会效益评价。（17）评价结论综合运用上述分析及数据，从技术、经济等方面论述工程项目的可行性；列出项目建设存在的主要问题；可行性研究结论。,注：以上适用于新建大、中型医药建设项目。根据工程项目的性质、规模和条件，可行性研究报告的内容可有所侧重或调整。如小型项目在满足决策需要前提下，可行性研究报告可适当简化；对于改建和扩建工程项目，应结合企业已有条件及改造规模规划进行项目的编制；对于中外合资项目，编制可行性研究报告时应考虑合资项目的特点。3、可行性研究报告编制步骤（1）开始筹划；（2）调查研究；（3）优化和选择方案；（4）详细研究；（5）编制报告；（6）资金筹措。,4、可行性研究报告的作用(P5)（1）作为建设项目投资决策和编制设计说明书的依据；（2）作为向银行申请贷款的依据；（3）作为建设项目主管部门与各有关部门商谈合同、协议的依据；（4）作为建设项目开展初步设计的基础；（5）作为拟采用新技术、新设备研制计划的依据；（6）作为建设项目补充地形、地质工作和补充工业化试验依据；（7）作为安排计划、开展各项建设前期工作的参考；（8）作为环保部门审查建设项目中对环境影响的依据。,四、设计任务书1、设计任务书的地位和作用设计任务书是以政府、主管部门的文件形式下达给项目主管部门，以明确项目建设的要求。它是工程建设的大纲，是确定建设项目和建设方案(包括建设依据、建设规模、建设布局、主要技术经济要求等)的基本文件，也是进行工程设计、编制设计文件的主要依据。必要的附件：设计依据的有关文件厂址选择报告环境影响报告可行性研究报告有关协作协议文件,2、设计任务书的主要内容（1）设计项目名称（2）建设目的和依据；（3）建设规模、产品方案或纲领；（4）生产或工艺原则；（5）矿产资源、水文地质和工程地质条件（建设根据）；（6）原材料、燃料、动力、供水、运输等协作配合条件；（7）资源综合利用情况，保护环境、治理“三废”的要求；（8）建设地区或地点、抗震要求以及占用土地的估算；（9）建设工期；（10）投资总额；（11）劳动定员控制数；（12）要求达到的经济效益。,五、厂址的选择厂址选择是指在拟建地区、地点范围内具体明确建设项目座落的位置，是基本建设的一个重要环节，选择的好坏对工厂的进度、投资数量、产品质量、经济效益以及环境保护等方面具有重大影响。（属可行性研究的一个组成部分）1、厂址选择的基本原则（1）正确处理各种关系：城-乡、生产-生态、生产-生活、工-农；（2）注意城市规模的大小；（3）注意节约用地的原则；（4）充分考虑环保和综合作用；（5）注意专业化协作；（6）要保护自然风景区；（7）要以批准的城镇总体规划为依据。,2、厂址选择的基本要求（P67）（1）对自然环境的要求；（2）要靠近主要原料和燃料供应地；（3）交通方便；（4）厂区的要求；（5）三废处理；（6）重要项目避开明显目标；（7）生产和生活的合理设置；（8）对易燃易爆工厂和库房要求；（9）不得妨碍当地交通、通讯；（10）避开高压电线和城市管道。,3、选址步骤和内容（1）取得原始依据；（2）组织选址工作组；（3）技术经济指标；占地面积；总建筑面积；主要生产车间及面积；职工总人数、单身及带眷属人数；主要原材料年需求量及燃料年需求量；年运输吞吐量；所需的用电量及电压；每日用水量(生产、生活、消防最大/h)；蒸汽用量(气量、气压、气温、采暖用气)；三废的年排出量及主要有害成分；生产协作的项目和要求。,（4）实地踏勘收集资料.气象资料：气温、湿度、降雨量、蒸发量、阴雨天的连续天数、风速、风向和风频、积雪厚度、地湿地冻深度；.水文资料：水源、洪水、地面水、地下水的水量、水质、水温；.地质资料：土层性质、分布厚度、土壤承载能力、地下水深度、水位变化等；.地震资料：烈度、震源等；.动力资料：邻近电厂、电网分布、供热、供气、距离和电价、煤的来源、质量、价格、运输条件等。,.交通运输资料；,.矿产及原材料资料：质量分析、价格、运输条件等。.人文经济资料：人口、劳资、市政公用设施、男女比例。.建筑材料砖、瓦、灰、砂石等建材的供应和价格等。.建筑企业机械化程度及装备、土建安装技术水平等。.征地和拆迁面积、类别、补偿费用；有无青苗、树木、果树、水渠、坟墓、建筑；有无迁移安置办法等。（5）编制选址工作报告,4、选址报告基本内容（1）选址依据及选址经过简况；（2）选址中所采用的主要技经指标；（3）拟建地点的概况和自然条件；（4）拟建项目所需原材料、燃料、动力供应、水源、交通运输及协作条件；（5）各个选址方案比较（有时需列表）；（6）对场址选定的初步意见及当地领导部门对选址的意见；（7）主要附件：、各项协议文件；、拟建项目地区位置草图；、拟建项目总平面布置示意图5、选址报告的审批,六、总图布置根据制药工程项目的生产品种、规模及有关技术要求，总体解决工厂内部所有建筑物和构筑物在平面和竖向上布置的相对位置，运输网、工程网、行政管理、福利及绿化设施的布置等问题，即进行工厂的总图布置(又称总图运输、总图布局)。1、总图布置设计依据（P7）（1）政府部门下发、批复的与建设项目有关的一系列管理文件；（2）建设地点建筑工程设计基础资料(厂区地貌、工程地质、水文地质、气象条件及给排水、供电等有关资料)；（3）建设地点厂区规划、建筑设计要求；（4）建设项目所在地区控制性详细规划。,2、总图布置设计范围（1）总平面布置根据建设用地外部环境，工程内容的构成，以及生产工艺要求，确定全厂建筑物、构筑物、运输网和地上、地下工程技术管网(上、下水管道、热力管道、煤气管道、动力管道、物料管道、空压管道、冷冻管道、消防栓高压供水管道、通讯与照明电缆电线等)的坐标。（2）总图竖向布置根据厂区地形特点、总平面布置以及厂外道路的高程，确定目标物的标高并计算项目的土(石)方工程量。竖向布置的目的是在满足生产工艺流程对工程的要求的前提下，利用和改造自然地形，使项目建设的土(石)方工程量为最小，并保证运输、防洪安全(例如使厂区内雨水能顺利排除)。竖向布置有平坡式和台阶式两种。,（3）交通运输布置根据人流与货流分流的原则，设置人流和物流出入口，及对外、对内采用的运输途径、设备和方法，并进行运输量统计。（4）绿化布置确定厂区的绿化面积和绿化方式及投资。3、总图布置的要求制药厂的总图布置要满足生产、安全、发展规划等三个方面的要求，总体布置要紧凑有序、流程规范合理、项目投资少、建设周期短、经济和社会效益高。,一般药厂包含下列组成：主要生产车间(制剂车间、原料药车间等)；辅助生产车间(机修、仪表等)；仓库(原料、辅料、包装材料、成品库等)；动力(锅炉房、压缩空气站、变电所、配电房等)；公用工程(水塔、冷却塔、泵房、消防设施等)；环保设施(污水处理、绿化等)；全厂性管理设施和生活设施(厂部办公楼、中心化验室、药物研究所、计量站、动物房、食堂、医院等)；运输、道路设施(车库、道路等)。,具体应考虑以下原则和要求：、一般在厂区中心布置主要生产区，而将辅助车间布置在它的附近；、生产性质相类似或工艺流程相联系的车间要靠近或集中布置；、生产厂房应考虑工艺特点和生产时的交叉污染。例如，兼有原料药物和制剂生产的药厂，原料药生产区布置在制剂生产区的下风侧；青霉素类生产厂房的设置应考虑防止与其它产品的交叉污染；、办公、质检、食堂、仓库等行政、生活辅助区布置在厂前区，并处于全年主导风向的上风侧或全年最小频率风向的下风侧。,、车库、仓库、堆场等布置在邻近生产区的货运出入口及主干道附近，应避免人、物流交叉，并使厂区内外运输短捷顺直。、锅炉房、冷冻站、机修、水站、配电等严重空气噪声及电污染源布置在厂区主导风向的下风侧。、动物房设置应符合国家药品监督管理局实验动物管理办法等有关规定，布置在僻静处，并有专用排污和空调设施。、危险品库应设于厂区安全位置，并有防冻、降温、消防等措施，麻醉产品、剧毒药品应设专用仓库，并有防盗措施。、考虑工厂建筑群体的空间处理及绿化环境布置，符合当地城镇规划要求。、考虑企业发展需要，留有余地(即发展预留生产区)，使近期建设与远期的发展相结合，以近期为主。,确定各部分建筑的分配比例是GMP对厂房设计的常规要求厂房占厂区总面积：15%；生产车间占建筑总面积：30%；库房占总建筑面积：30%；管理及服务部门占总建筑面积：15%；其它占总建筑面积：10%。安全要求根据生产使用物质的火灾危险性、建筑物的耐火等级、建筑面积、建筑层数等因素确定建筑物的防火间距。油罐区、危险品库应布置在厂区的安全地带，生产车间使用液化气、氮、氧气和回收有机溶剂(如乙醇蒸馏)，则将它们布置在邻近生产区域的单层防火、防爆厂房内。,药厂总图布置设计：遵照项目规划要求，充分考虑厂址周边环境，做到功能分区明确，人、物分流，合理用地，尽量增大绿化面积；满足工艺生产要求，做到分区明确，人物分流，交通直捷、便利。平面布置符合建筑设计防火规范和GMP的要求。建筑立面设计简洁、明快、大方，充分体现医药行业卫生、洁净的特点和现代化制药厂房的建筑风格。5、总图布置设计成果（1）设计图纸：鸟瞰图(根据项目要求可缺项)；区域布置图；总平面图；竖向布置图；管道综合布置图；道路、排水沟、挡土墙等标准横断面图；土石方作业图(内部作业)等。（2）设计表格：总平面布置的主要技术经济指标和工程量表；设备表；材料表。,某制药厂总平面布置图,P10,第二节设计中期工作阶段一般按工程的重要性、技术的复杂性，并根据计划任务书的规定，可将设计分为：、三阶段设计：初步设计、技术设计和施工图设计(设计重要的大型企业、使用比较新的和比较复杂的技术)。、两阶段设计：扩大初步设计和施工图设计(比较成熟的中小型工厂，为简化设计步骤，缩短设计时间)。、一阶段设计：施工图设计(技术上比较简单、规模较小的工厂或个别车间的设计)。目前，我国的制药工程项目(设计阶段和工作程序)，一般采用两阶段设计。,一.初步设计阶段初步设计是根据已下达的任务书(或可行性研究报告)及设计基础资料，确定全厂设计原则、设计标准、设计方案和重大技术问题。设计内容包括总图布置、运输、工艺、关键设备和仪表选型、土建、电力照明、采暖、通风、空调、上下水道、动力、环境保护和设计概算等。初步设计是确定建设项目的投资额、征用土地、组织主要设备及材料的采购，以及编制施工图设计的依据，也是签订建设总承包合同、银行贷款及实行投资包干和控制建设工程拨款的依据。,初步设计成果是初步设计说明书和图纸带控制点工艺流程图、车间布置图（平、立面布置图）及重要设备的装配图。1、初步设计工作基本程序（见图1-3/P13）设计准备工艺专业设计方案的讨论确定与编制工艺专业向其它各专业提交正式条件中间审查编制初步设计文件校审、复制、归档、报批2、初步设计说明书的内容(P1315)设计依据和设计范围、文件：任务书、批文等。、设计资料：中试报告、调查报告等。,图13初步设计工作程序,设计指导思想和设计原则、设计指导思想：关于工程设计的具体方针政策。、设计原则：各专业设计原则，如工艺路线选择、设备选型和材质选用原则等。建设规模和产品方案、产品名称和性质、产品质量规格、产品规模(T/a)、副产物数量(T/a)、产品包装、储藏方式生产方法和工艺流程、生产方法扼要说明原料路线和工艺路线。、化学反应方程式写明方程式、注明化学名称、标注主要操作条件。,、工艺流程a.工艺流程方框图b.带控制点工艺流程图和流程叙述按生产工艺工序物料经过工艺设备的顺序及生成物去向说明技术条件，如温度、流量、压力、配比等(如系间歇操作，需说明一次操作的加料量和时间)。车间组成和生产制度、车间组成、生产制度年工作日、操作班次、间歇或连续生产原料及中间产品的技术规格、原料、辅料的技术规格、中间产品及产品的技术规格,物料衡算、物料衡算的基础数据、物料衡算结果以物料平衡图表示，单位：连续小时；间歇批、原料定额、排出物料综合表(包括三废)、原料消耗综合表能量衡算、热量衡算的基础数据、能量衡算结果以热量平衡图表示、能量消耗综合表(还有水、电、热、冷用量表),主要工艺设备选型与计算、基础数据来源物料衡算、热量衡算、主要化工数据等、主要工艺设备的工艺计算按流程编号为序进行编写a.承担的工艺任务b.工艺计算：包括操作条件、数据、公式、运算结果、必要的接管尺寸等c.最终结论：技术结果的论述、设计结果d.材料选择、一般工艺设备以表格形式分类表示计算和选型结果工艺设备一览表按非定型工艺设备和定型工艺设备两类编制、间歇操作的设备要排列工艺操作时间表和动力负荷曲线,工艺主要原材料、动力消耗定额及公用系统消耗车间布置设计、车间布置说明包括生产部分、辅助生产部分、生活部分的区域划分、生产流向、防毒、防爆的考虑等。、设备布置平面图与立面图。生产分析控制、中间产品、生产过程质量控制的常规分析和三废分析等、主要生产控制分析表、分析仪器设备表仪表及自动控制、控制方案说明，具体表现在工艺流程图上。、控制测量仪器设备汇总表。,土建、设计说明。、车间(装置)建筑物、构筑物(水塔、烟囱等)表。、建筑平面、立面、剖面图。采暖通风及空调公用工程、供电a.设计说明，包括电力、照明、避雷、弱电等；b.设备、材料汇总表。、供排水a.供水；b.排水：清下水、生产污水、生活污水、蒸汽冷凝水；c.消防用水。、蒸汽各种蒸汽用量及规格等。、冷冻与空压a.冷冻；b.空压；c.设备、材料汇总表。,原、辅材料及产品贮运车间维修职业安全卫生环境保护、“三废”情况表。、处理方法及综合利用途径。(21)消防(22)节能(23)车间定员如生产工人、分析工、维修工、辅助工、管理人员等。(24)概算,（25）工程技术经济、投资、产品成本计算数据：a.各种原料、中间产品的单价和动力单价依据；b.折旧费、工资、维修费、管理费用依据。成本计算：a.原料和动力单耗费用；b.折旧、工资、维修、管理费用及其它费用。c.产品工厂成本。技术经济指标包括：规模；年工作日；总收率、分步收率；车间定员(生产人员与非生产人员)；主要原材料及动力消耗；建筑与占地面积；产品车间成本；年运输量(运进与运出)；基建材料；三废排出量；车间投资。（26）存在的问题及建议,二.技术设计阶段解决初步设计中存在和尚未解决而需要进一步研究解决的一些技术问题(如特殊工艺流程方面的试验、研究和确定，新型设备的试验、创造和确定等)。成果：技术设计说明书和工程概算书(设计说明书内容同初步设计说明书，只是根据工程项目的具体情况作些增减)。三.施工图设计阶段根据批准的(扩大)初步设计及总概算为依据，使初步(扩初)设计的内容更完善、具体和详尽，完成各类施工图纸和施工说明及施工图预算工作，以便施工。,、施工图设计的深度施工图设计的深度应满足下列要求：设备及材料的安排和定货；非标设备的设计和安排；施工图预算的编制；土建、安装工程的要求。、施工图设计的内容施工图设计阶段的主要设计文件有图纸和设计说明书。说明书施工图设计说明书的内容除(扩大)初步设计说明书内容外，包括有以下内容：、对原(扩大)初步设计的内容进行修改的原因说明；、安装、试压、保温、油漆、吹扫、运转安全等要求；、设备和管道的安装依据、验收标准和注意事项。通常将此部分直接标注在图纸上，可不写入设计说明书中。,图纸施工图主要包括：、施工阶段工艺管道及仪表流程图(带控制点的工艺流程图)、施工阶段设备布置图及安装图、施工阶段管道布置图及安装图、非标设备制造及安装图、设备一览表、非工艺工程设计项目的施工图、设计基本程序,图12施工图设计工作程序,第三节设计后期工作（设计代表工作）项目建设单位依据设计概算或施工图预算制定标底，通过招、投标的形式确定施工单位。施工单位编制施工预算和施工组织计划。项目建设单位、施工单位和设计单位对施工图进行会审。设计部门派人参加现场施工过程，以便了解和掌握施工情况，确保施工符合设计要求，同时能及时发现和纠正施工图中的问题。施工完后进行设备的调试和试车生产，设计人员(或代表)参加试车前的准备工作以及试车生产工作。当试车正常后，建设单位组织施工和设计等单位按工程承建合同、施工技术文件及工程验收规范先组织验收，然后向主管部门提出竣工验收报告，并绘制施工图以及整理一些技术资料，在竣工验收合格后，作为技术档案交给生产单位保存，建设单位编写工程竣工决算书以报上级主管部门审查。,工艺专业设计策划文件项目人员安排专业设计输入文件表专业计划表专业统一技术规定设备及材料选型平面布局方案,第四节制药工程设计常用规范和标准按指令性质可将标准和规范分为强制性与推荐性两类。强制性标准是法律、行政法规规定强制执行的保障人体健康、安全的标准。推荐性标准则不具强制性，任何单位均有权决定是否采用。按发行单位可以将规范和标准分为国家标准、行业标准、地方标准和企业标准。制药设计中常用的有关规范和标准见P1718。,第五节设计资料的收集,1.资料的收集、生产方法和工艺流程资料（1）各种生产方法及其工艺流程技术资料（2）各种方法的技术经济指标资料、产品的质量规格、主要原材料、辅助材料的用量、质量和供应情况、副产品的品种、数量和利用情况，“三废”的数量及其治理方法、水、电、汽的用量和供应情况、主要生产设备的建造、安装及操作情况、生产自动化、机械化程度、基本建设投资资料、占地面积及筑建面积主要建材的用量及供应情况，、定员及劳动生产率,、物料衡算资料（1）工艺流程图、设备连接系统图（2）生产步骤及其主化学反应、付化学反应（3）各生产步骤所用原料、中间体的规格和物化数据（4）产品、副产品的规格和物化数据（5）各生产步骤的产率（6）每批加料量或单位时间的进料量（7）物料衡算的计算方法及其有关计算公式,、热量衡算资料（1）要求控制的温度及时间参数（2）热量计算方法及有关公式（3）计算热量用的物化常数（4）计算加热、冷却、冷凝