从中试工艺到对接工厂生产

1、从中试工艺到对接工厂生产 中间实验阶段是进一步研究在一定规模的装置中各步化学反应 条件的变化规律， 并解决实验室中所不能解决或发现的问题。 虽然化 学反应的本质不会因实验生产的不同而改变， 但各步化学反应的最佳 反应工艺条件，则可能随实验规模和设备等外部条件的不同而改变。 因此，中试放大很重要。实验室进行中试应具备的条件1、小试收率稳定，产品质量可靠。2、造作条件已经确定，产品，中间体和原理的分析检验方法已 确定。3、某些设备，管道材质的耐腐蚀实验已经进行，并有所需的一 般设备。4、进行了物料衡算。三废问题已有初步的处理方法。5、已提出原材料的规格和单耗数量。6、已提出安全生产的要求。中试放大

2、的方法1、经验放大： 主要是凭借经验通过逐级放大 （小试装置中间装 置中型装置大型装置 ） 来摸索反应器的特征。它也是目前药物合 成中采用的主要方法。2、相似放大：主要是应用相似原理进行放大。此法有一定局限 性，只适用于物理过程放大。而不适用于化学过程的放大。3、数学模拟放大：是应用计算机技术的放大，它是今后发展的方向。此外，微型中间装置的发展也很迅速， 即采用微型中间装置替代 大型中间装置， 为工业化装置提供精确的设计数据。 其优点是费用低 廉，建设快。中试放大的任务主要有以下十点， 实践中可以根据不同情况，分清主次，有计划 有组织地进行。1、工艺路线和单元反应操作方法的最终确定。特别当原来

3、选定 的路线和单元反应方法在中试放大阶段暴露出难以解决的重大问题 时，应重新选择其他路线，再按新路线进行中试放大。2、设备材质和型号的选择。对于接触腐蚀性物料的设备材质的 选择问题尤应注意。3、搅拌器型式和搅拌速度的考察。反应很多是非均相的，且反 应热效应较大。在小试时由于物料体积小，搅拌效果好，传热传质问 题不明显， 但在中试放大时必须根据物料性质和反应特点， 注意搅拌 型式和搅拌速度对反应的影响规律， 以便选择合乎要求的搅拌器和确 定适用的搅拌速度。4、反应条件的进一步研究。试验室阶段获得的最佳反应条件不 一定完全符合中试放大的要求，为此，应就其中主要的影响因素，如 加料速度，搅拌效果，反

4、应器的传热面积与传热系数以及制冷剂等因 素，进行深入研究，以便掌握其在中间装置中的变化规律。得到更适 用的反应条件。5、工艺流程和操作方法的确定。要考虑使反应和后处理操作方 法适用工业生产的要求。特别注意缩短工序，简化操作，提高劳动生 产率。从而最终确定生产工艺流程和操作方法。6、进行物料衡算。当各步反应条件和操作方法确定后，就应该 就一些收率低， 副产物多和三废较多的反应进行物料衡算。 反应产品 和其他产物的重量总和等于反应前各个物料投量量的总和是物料衡 算必须达到的精确程度。 以便为解决薄弱环节。 挖潜节能，提高效率， 回收副产物并综合利用以及防治三废提供数据。 对无分析方法的化学 成分要

5、进行分析方法的研究。7、原材料，中间体的物理性质和化工常数的测定。为了解决生 产工艺和安全措施中的问题，必须测定某些物料的性质和化工常数， 如比热，黏度，爆炸极限等。8、原材料中间体质量标准的制订。小试中质量标准有欠完善的 要根据中试实验进行修订和完善。9、消耗定额，原材料成本，操作工时与生产周期等的确定。在 中试研究总结报告的基础上， 可以进行基建设计， 制订型号设备的选 购计划。进行非定型设备的设计制造， 按照施工图进行生产车间的厂 房建筑和设备安装。 在全部生产设备和辅助设备安装完毕。 如试产合 格和短期试产稳定即可制订工艺规程，交付生产。10、从实验室研究至中试生产。研究的最终目的最终

6、目的是生产出质量合格的药品， 供医疗应用。 研究成果投入大量生产以前，必须研制出一条成熟、稳定、适合于工业生产的技术 工艺路线。研制过程分阶段进行，包括：实验研究阶段，小量试制剂 段，中试生产阶段，最后才能过渡到工业生产。各个阶段前后衔接， 相互促进，任务各不相同， 研究的重点也有差异，制备的规模逐渐由 小变大。新药申请注册前应完成中试生产。下面以合成药物为例，说 明各个阶段的主要任务。1、实验室研究阶段：这是新药研究的探索阶段，目的是发现先 导化合物和对先导化合物的结构修饰， 找出新药苗头。其主要任务是： 合理设计化合物尽快完成这些化合物的合成； 利用各种手段， 确证化 合物的化学结构； 测

7、定化合物的主要物理参数； 了解化合物的一般性 质，而对化合物的合成方法不作过多的研究。 为了制备少量的样品供 药理筛选，不惜采用一切分离纯化手段，如反复分馏，多次重结晶， 各种层析技术等。显然，这样的合成方法与工业生产的距离很大。2、小量试制阶段：新药苗头确定后，应立即进行小量试制（简 称小试）研究，提供足够数量的药物供临床前评价。其主要任务是： 对实验室原有的合成路线和方法进行全面的、 系统的改革。 在改革的 基础上通过实验室批量合成， 积累数据， 提出一条基本适合于中试生 产的合成工艺路线。 小试阶段的研究重点应紧紧绕影响工业生产的关 键性问题。如缩短合成路线，提高产率，简化操作，降低成本

8、和安全 生产等。研究确定一条最佳的合成工艺路线：1）、一个化合物往往可以用不同的路线和方法合成， 实验室最初 采用的路线和方法不一定是最佳者，当时对反应条件，仪器设备，原 材料来源等考察不多， 对产率也不作过高要求， 但这些对工业生产却 十分重要，应通过小试研究改掉那些不符合工业生产的合成步骤和方 法。一条比较成熟的合成工艺路线应该是：合成步骤短，总产率高， 设备技术条件和工艺流程简单，原材料来源充裕而且便宜。2）、用工业级原料代替化学试剂实验室小量合成时， 常用试剂规格的原料和溶剂， 不仅价格昂贵， 也不可能有大量供应。大规模生产应尽量采用化工原料和工业级溶 剂。小试阶段应探明，用工业级原料

9、和溶剂对反应有无干扰，对产品 的产率和质量有无影响。 通过小试研究找出适合于用工业级原料生产 的最佳反应条件和处理方法，达到价廉、优质和高产。3）、原料和溶剂的回收套用合成反应一般要用大量溶剂， 多数情况下反应前后溶剂没有明显 变化，可直接回收套用。有时溶剂中可能含有反应副产物，反应不完 全的剩余原料，挥发性杂质，或溶剂的浓度改变，应通过小试研究找 出回收处理的办法， 并以数据说明， 用回收的原料和溶剂不影响产品 的质量。原料和溶剂的回收套用，不仅能降低成本，而且有利于三废处理和环境卫生4）、安全生产和环境卫生安全对工业生产至关重要， 应通过小试研究尽量去掉有毒物质和 有害气体参加的合成反应；

10、避免采用易燃、易爆的危险操作，实属必 要，一时又不能解决，应找出相应的防护措施。尽量不用毒性大的有 机溶剂，寻找性质相似而毒性小的溶剂代替。药物生产的特点之一是原材料品种多，用量大，化学反应复杂， 常产生大量的废气、废渣和废物，处理不好，将严重影响环境保护， 造成公害。三废问题在选择工艺路线时就要考虑， 并提出处理的建议3、中试生产阶段：中试生产是从实验室过渡到工业生产必有可 少的重要环节，是二者之间的桥粱。中试生产是小试的扩大，是工业 生产的缩影， 应在工厂或专门的中试车间进行。 中试生产的主要任务 是：1）、考核小试提供的合成工艺路线，在工艺条件、设备、原材料 等方面是否有特殊要求，是否适

11、合于工业生产。2）、验证小试提供的合成工艺路线，是否成熟、合理，主要经济 技术指标是否接近生产要求。3）、在放大中试研究过程中，进一步考核和完善工艺路线，对每 一反应步骤和单元操作，均应取得基本稳定的数据。4）、根据中试研究的结果制订或修订中间体和成品的质量标准， 以及分析鉴定方法。5）、制备中间体及成品的批次一般不少于3 "TimesNewRoman""> 5批，以便积累数据，完善中试生产资料。6）、根据原材料、动力消耗和工时等，初步进行经济技术指标的 核算，提出生产成本。7）、对各步物料进行步规划，提出回收套用和三废处理的措施。8）、提出整个合成路线的工

12、艺流程，各个单元操作的工艺规程， 安全操作要求及制度。4、天然药物有效单体的实验研究，小试研究和中试生产基本与 合成药物相似，只是用提取、分离、纯化等工序代替各步化学合成反 应。中试生产的原料药供临床试验，属于人用药物。中试生产的一切 活动要符合药品生产质量管理规范（GMP），产品的质量和纯度 要达到药用标准。美国FDA规定，在新药申请（NDA ）时要提供 原料药中试生产（或今后大规模生产）的资料。设备的选择工工艺管理的设计1、根据小试的结果，在多功能、中试车间，对设备进行选择， 首先应考虑设备容量是否适宜， 设备材质、 管路材质与工艺介质的适 应性，是否耐腐蚀，加热、冷却和搅拌速度是否符合要

13、求。2、物料输送的方法（投料、出料、各步之间的流转） ，如何防止 跑料、凝固和堵塞等。3、物料的计量和加料的方法，如滴加如何有效控制？4、反应有无气体生成？会否冲料？如有必要， 应加气液分离器， 安装回流管。5、离心，压滤等分离条件是否满足？ 根据以上情况和其他工艺要求，对设备，管路进行适应性改造。 投料前准备1、对设备，尤其是新安装和技改过的设备或久置不用的设备要 进行试压、试漏工作，要结合清洗工作进行联动试车，以确保投料后 不用再动火，在无泄漏的前况下，进行设备管道保温。2、做好设备的清洗和清场工作，确保不让杂物带入反应体系， 防止产生交叉污染和确保有序的工作。3、根据工艺要求和试验的需要

14、核定投料系数，计算投料量做到 原材料配套领用，质量合格，标志清楚，分类定置安放。4、计划和准备好中间体的盛放器具和堆放场所。5、生产条件的检查：蒸汽、油浴、冷却水和盐水是否通畅（可 用手试一下阀门开启后的前后温差） ，阀门开关是否符合要求。6、物料是否均相，搅拌是否足以使他们混合均匀，固体是否沉 积在底阀凹处， 尤其固体催化剂或难溶原料的沉积， 如何采取避免沉 积的措施。7、各种仪表是否正常？估计整个过程（物料浅满发生变化和投料偏少时）温度计是否能插到物料里8、写好操作规程和安全规程。9、对职工进行培训，工艺培训（尤其要讲清楚控制指标和要点， 违犯操作规程的危害和管道走向， 阀门的进出控制，

15、落实超出控制指 标和突发事件的应急措施） 。进行安全培训和劳动保护培训。10、明确项目的责任人，组织好班次，骨干力量安排好跟班，明 确职工与骨干与上级领导之间夜间沟通联络方法。11、做好应急措施预案和必要的准备工作。中试放大与生产工艺规程中试放大的目的是验证、 复审和完善实验室工艺所研究确定的反 应条件，及研究选定的工业化生产设备结构、材质、安装和车间布置 等，为正式生产提供数据，以及物质量和消耗等。（一）、中试放大的研究内容1、概述 工艺过程在生产过程中凡直接关系到化学合成反应或生物合 成途径的次序、条件（配料比、温度、反应时间、搅拌方式、后处理 方法和精制条件等）统称为工艺条件。其它过程则

16、成为辅助过程。2、中试放大的重要性和形状 当化学制药工艺研究的实验室工艺完成后， 即药品工艺路线经论 证确定后，一般都需要经过一个比小型试验规模放大 50100 倍的中试放大，以便进一步研究在一定规模装置中各部反应条件变化规律，并解决实验室阶段未能解决或尚未发现的问题。新药开发中也需要一定数量的样品， 以供应临床试验和作为药品 检验及留样观察之用。根据该药品剂量大小，疗程长短，通常需要 210kg数量，这是一般实验室条件所难以完成的。确定工艺路线后，每步化学合成反应或生物合成反应不会因小 试、中试放大和大型生产条件不同而有明显变化， 但各步最佳工艺条 件，则随试验规模和设备等外部条件的不同而有

17、可能需要调整。中试放大的方法有经验放大法、相似放大法和数学模拟放大法。1 ）经验放大法主要凭借经验通过逐级放大（试验装置、中间装置、 中型装置、大型装置）来摸索反应器的特征。在合成药物的工艺研究 中，中试放大主要采用经验放大法，也是化工研究中的主要方法。 2） 相似放大法主要应用相似理论进行放大。 使用于物理过程， 有一定 局限性。 3）（非线性）数学模拟放大法应用计算机技术的放大法， 它是今后发展的主要方向。 （数字工厂）3、中试放大的研究1 ）、生产工艺路线的复审一般情况下，单元反应的方法和生产工艺路线应在实验室阶段就 基本选定。 在中试放大阶段， 只是确定具体工艺操作和条件以适应工 业生

18、产。但是当选定的工艺路线和工艺过程， 在中试放大时暴露出难 以克服的重大问题时，就需要复审实验室工艺路线， 修正其工艺过程。2）、设备材质与型式的选择 开始中试放大时应考虑所需各种设备的材质和型式， 并考查是否 合适，尤其应注意接触腐蚀性物料的设备材质的选择。3）、搅拌器型式与搅拌速度的考查药物合成反应中的反应大多是非均相反应，其反应热效应较大。在实验室中由于物料体积较小，搅拌效率好，传热、传质的问题 表现不明显，但是在中试放大时，由于搅拌效率的影响，传热，传质 的问题就突出地暴露出来。 因此，中试放大时必须根据物料性质和反 应特点注意研究搅拌器的型式， 考察搅拌速度对反应规律的影响， 特 别

19、是在固液非均相反应时， 要选择合乎反应要求的搅拌器型式和适 宜的搅拌速度。4）、反应条件的进一步研究实验室阶段获得的最佳反应条件不一定能符合中试放大要求。 应 该就其中的主要的影响因素， 如放热反应中的加料速度， 反应罐的传 热面积与传热系数， 以及制冷剂等因素进行深入的试验研究， 掌握它们在中试装置中的变化规律，以得到更合适的反应条件5）、工艺流程与操作方法的确定 在中试放大阶段由于处理物料增加， 因而又必要考虑使反应与后 处理的操作方法如何适应工业生产的要求， 特别要注意缩短工序、 简 化操作。6）、原辅材料和中间体的质量控制 原辅材料、中间体的物理性质和化工参数的测定。 原辅材料、中间体

20、质量标准的制定。（二）、物料衡算物料衡算是化工计算中最基本， 也是最重要的内容之一。 它也是 能量衡算的基础。通过物料衡算，可深入分析生产过程，对生产全过 程有定量了解，就可以知道原料消耗定额，揭示物料利用情况；了解 产品收率是否达到最佳数值， 设备生产能力还有多大潜力； 各设备生 产能力是否匹配等。（1）、物料衡算的理论基础物料衡算是研究某一个体系内进、 出物料及组成的变化， 即物 料平衡。所谓体系就是物料衡算的范围， 可以是一个设备或多个设备， 可以是一个单元操作或整个化工过程。物料衡算的理论基础为质量守恒定律：进入反应器的物料量流出反应器的物料量反应器中的转化量=反应器中的积累量在化学反

21、应系统中， 物质的转化服从化学反应规律， 可以根据化学反应方程式求出物质转化的定量关系。（2）、确定物料衡算的计算基准及每年设备操作时间1）、物料衡算的基准通常采用的基准有： 以每批操作为基准， 适用于间歇操作设备、 标准或定型设备的物料衡算， 化学制药产品的生产间歇操作居多。 以单位时间为基准，适用于连续操作设备的物料衡算。 3）以每公斤 产品为基准，以确定原辅材料的消耗定额。2）、每年设备操作时间： 车间每年设备正常开工生产的天数一般 以 330 天计算，其中余下的 36 天作为车间检修时间。（3）、收集有关计算数据和物料衡算步骤1）、收集有关计算数据：反应物的配料比，原辅材料、半成品、

22、成品及副产品等的浓度、纯度或组成，车间总产率，阶段产率，转化 率。2）、转化率：对某一组分来说，反应物所消耗的物料量与投入反 应物料量之比简称该组分的转化率。一般以百分率表示。3）、选择性：各种主、副产物中，主产物所占分率。 例：甲氧苄氨嘧啶生产中由没食子酸经甲基化反应制备三甲氧苯 甲酸工序，测得投料没食子酸 （ 1）25.0kg ，未反应的没食子酸 2.0kg ， 生成三甲氧苯甲酸（ 2）24.0kg ，求选择性和收率。（4）、车间总收率：车间总收率为各个工序收率的乘积。（5）、物料计算的步骤1）收集合计算所必需的基本数据。2）列出化学反应方程式，包括主反应和副反应；根据给定条件 画出流程简

23、图。3）选择物料计算的基准。4）进行物料衡算5）列出物料平衡表：输入与输出的物料平衡表；三废排量表；计算原辅材料消耗定额（kg）。（三）、生产工艺规程一个药物可以采用几种不同的生产工艺过程， 但其中必有一种是 在特定条件下最为合理、 最为经济又最能保证产品重量的。 人们把这 种生产工艺过程的各项内容写成文件形式即为生产工艺规程。生产工艺规程是指导生产的重要文件， 也是组织管理生产的基本 依据；更是工厂企业的核心机密。 先进的生产工艺规程是工程技术人 员、岗位工人和企业管理人员的集体创造，属于知识产权的范畴，要 积极组织申报专利，以保护发明者和企业的合法利益。（ 1）、生产工艺规程的主要作用：

24、生产工艺规程是组织工业生 产的指导性文件，生产的计划、调度只有根据生产工艺规程安排，才 能保持各个生产环节之间的相互协调， 才能按计划完成任务。 生产 工艺规程也是生产准备工作的依据。 生产工艺规程又是新建和扩建 生产车间或工厂的基本技术条件。（ 2）、制订生产工艺规程的原始资料和基本内容制定生产工艺规程，需要下列原始资料和包括的基本内容：1）、产品介绍：叙述产品规格、 药理作用等， 包括名称（商品名、 化学名、英文名）；化学结构式，分子式、分子量；性状 （物化性质 ）；质量标准及检验方法（鉴别方法，准确的定量分析方法、杂质检查方法和杂质最高限度检验方法等） ；药理作用、毒副作用（不良反应）

25、用途（适应症、用法） ；包装与贮存。2）、化学反应过程： 按化学合成或生物合成， 分工序写出主反应、 副反应、辅助反应（如催化剂的制备、副产物处理、回收套用等）及 其反应原理。还要包括反应终点的控制方法和快速化验方法。3）、生产工艺流程：以生产工艺过程中的化学反应为中心，用图 解形式把冷却、加热、过滤、蒸馏、提取分离、中和、精制等物理化 学过程加以描述。4）、设备一览表：岗位名称，设备名称，规格，数量（容积、性 能），材质，电机容量等。5）、设备流程和设备检修： 设备流程图是用设备示意图的形式来 表示生产过程中各设备的衔接关系。6）、操作工时与生产周期：记叙各岗位中工序名称、操作时间。7）、原

26、辅材料和中间体的质量标准：按岗位名称、原料名称、分 子式、分子量、规格项目瞪列表。8）、生产工艺过程： 配料比；工艺操作；主要工艺条件及其说明； 生产过程中的中间体及其理化性质和反应终点控制； 后处理方法及收 率等。9）、生产技术经济指标：生产能力（年，月） ；中间体、成品收 率，分步收率和产品总收率，收率计算方法；劳动生产率及成本；原 辅材料及中间体消耗定额。10）、技术安全与防火、防爆11）、主要设备的使用与安全注意事项12）、成品、中间体、原料检验方法13）、资源综合利用和三废处理14）、附录（有关常数及计算公式等） 生产过程注意事项1、严格按操作规程、安全规程操作，不能随意更改。如发现新 问题需更改，必须有充分的小试作基础。2、严格控制反应条件如温度，PH值等，万一超标应及时进行处 理（小试就应考虑到，小试应做过破坏性试验，找出处理办法）3、注意中试，试生产温度计的传热敏感度与小试不一样，温度 变化存在滞后性，应提前预计到这一点进行有关操作。4、真空系统出现漏气如何检查和应急处理， 尤其在高温情况下， 应及时