华夏学院13制药设备及工艺设计的复习ppt

1、LOGO复习串讲复习串讲Company Logo第一章第一章 制药工程项目设计的基本程序制药工程项目设计的基本程序v制药工程项目从设想到生产的整个过程可以分为制药工程项目从设想到生产的整个过程可以分为三个阶段：设计前期、设计中期、设计后期。三个阶段：设计前期、设计中期、设计后期。Company Logo第一章第一章 制药工程项目设计的基本程序制药工程项目设计的基本程序Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计 工艺流程设计是车间工艺设计的核心。工艺流程设计是车间工艺设计的核心。 按照产品的工艺技术成熟的程度，工艺流程按照产品的工艺技术成熟的程度，工艺流程设计可分为两类：生产

2、工艺流程设计和试验工艺设计可分为两类：生产工艺流程设计和试验工艺流程设计。流程设计。Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计 工艺流程设计在不同的阶段，工艺流程图的深度有所不同。工艺流程工艺流程设计在不同的阶段，工艺流程图的深度有所不同。工艺流程图可分为：工艺流程框图、设备工艺流程图、物料流程图、带控制点的图可分为：工艺流程框图、设备工艺流程图、物料流程图、带控制点的工艺流程图。工艺流程图。一、工艺流程框图一、工艺流程框图 单元反应单元反应单元操作单元操作 物料流向物料流向 文字说明单元反应、单元操作文字说明单

3、元反应、单元操作及物料的名称。及物料的名称。Company Logo配配 料料硫磺硫磺 硫化钠硫化钠 水水还原还原 对硝基苯乙醚对硝基苯乙醚 分分 离离 蒸蒸 馏馏水水还原母液还原母液 纯碱回收纯碱回收 粗氨粗氨 刷灌水刷灌水 污水处理污水处理 精精 氨氨Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计v阿司匹林的工艺流程框图阿司匹林的工艺流程框图Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计v设备的标注设备的标注R 12 03 2设备类别代号主 项 号设备顺序号相同设备的尾号设备位号线 酰酰 化化 罐罐设备名称Company Logo方案一方案一 硝化分层方案硝

4、化分层方案 图图2-20 硝化分层方案硝化分层方案 在硝基物层中主要是硝基氯苯和氯苯，还含有少量的硫酸、硝酸和在硝基物层中主要是硝基氯苯和氯苯，还含有少量的硫酸、硝酸和水水; ;在废酸层中则主要是硫酸、硝酸和水，还含有少量的硝基氯苯和在废酸层中则主要是硫酸、硝酸和水，还含有少量的硝基氯苯和氯苯。废酸层直接出售，该方案硫酸单耗很大，且废酸层含有硝基氯氯苯。废酸层直接出售，该方案硫酸单耗很大，且废酸层含有硝基氯苯和氯苯，使废酸的利用受到了限制。苯和氯苯，使废酸的利用受到了限制。第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计Company Log

5、o方案二方案二 硝化、分层、萃取方案硝化、分层、萃取方案 将废酸层和氯苯混合进行硝化萃取分层。氯苯与废酸层中残余的硝酸将废酸层和氯苯混合进行硝化萃取分层。氯苯与废酸层中残余的硝酸进行硝化进行硝化反应反应，并将废酸层中少量的硝基氯苯和生成的硝基氯苯，并将废酸层中少量的硝基氯苯和生成的硝基氯苯萃取萃取进入进入酸性苯层，酸性氯苯层进入硝化分层进行硝化反应。经硝化、萃取、分层酸性苯层，酸性氯苯层进入硝化分层进行硝化反应。经硝化、萃取、分层后的萃取废酸层主要含有硫酸和水。该方案硝酸、氯苯单耗减小，产物硝后的萃取废酸层主要含有硫酸和水。该方案硝酸、氯苯单耗减小，产物硝基氯苯的收率提高，但基氯苯的收率提高，

6、但硫酸硫酸的的单耗单耗仍然很大，废酸中含有少量的氯苯和硝仍然很大，废酸中含有少量的氯苯和硝基氯苯，因而废基氯苯，因而废 酸的综合利用仍受到限制。酸的综合利用仍受到限制。第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计Company Logo方案三方案三 硝化、分层、萃取、浓缩方案硝化、分层、萃取、浓缩方案 将萃取废酸层进行浓缩除去大部分水，浓缩时氯苯与水形成共沸物一起蒸出，经冷却后回收其中氯苯，浓缩后的废酸进入混酸配制循环使用。该方案使硫酸单耗大大降低，氯苯的损耗进一步降低。哪种方案最佳，综合分析才能选定。第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设

7、计Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计Company Logov提高能量利用率，降低能耗提高能量利用率，降低能耗（1 1）合理安排设备间的相对高度，并采用物料自流，节约输送物）合理安排设备间的相对高度，并采用物料自流，节约输送物料的能耗。料的能耗。第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计v系统未采用热集成的方式：系统未采用热集成的方式：Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计v系统采用热集成的方式系统采用热集成的方式Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计 例：在加

8、压连续斧式反应器中，用含硫酸、硝酸、水的混例：在加压连续斧式反应器中，用含硫酸、硝酸、水的混酸硝化苯制备硝基苯。反应温度酸硝化苯制备硝基苯。反应温度130C，压力，压力0.46MPa，反应后硝化液进入连续分离器，分离出酸性，反应后硝化液进入连续分离器，分离出酸性硝基苯和废酸的温度约硝基苯和废酸的温度约120C。酸性硝基苯经冷却、碱。酸性硝基苯经冷却、碱洗、水洗等处理工序后送精制工段。洗、水洗等处理工序后送精制工段。方案一方案一 间接水冷间接水冷-常压浓缩方案常压浓缩方案Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计Company Logo第二章第二章 工艺流程设计工艺流程设计v

9、 方案二方案二 原料预热原料预热-闪蒸浓缩方案闪蒸浓缩方案Company Logo第三章 物料衡算v物料流程图有三纵行，左边表示物料流程图有三纵行，左边表示原料、中间体和原料、中间体和成品成品 ，中间表示，中间表示单元反应和单元操作单元反应和单元操作 ，右边表，右边表示示副产品和副产品和“三废三废”排放物排放物 。 Company Logo第二节第二节 物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算冷凝器水F11200kg/h空气F3混合气体F2丙酮1.5%（摩尔分数）废料F5丙酮5%，水95%产品F4丙酮99%，水1%吸收塔蒸馏塔 某药厂要求设计一套从气体中挥发丙酮的装置系统，并计算回收丙酮某药厂要求

10、设计一套从气体中挥发丙酮的装置系统，并计算回收丙酮的费用。系统流程框图如上所示。先讨论起系统的物料衡算。的费用。系统流程框图如上所示。先讨论起系统的物料衡算。Company Logo第二节第二节 物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算 本系统包括吸收塔、蒸馏塔、冷凝器三个单元操作。由于除本系统包括吸收塔、蒸馏塔、冷凝器三个单元操作。由于除空气进料的其余组成都是质量分数表示的，所以将空气空气进料的其余组成都是质量分数表示的，所以将空气- -丙酮混合丙酮混合气进料的摩尔分数换算为质量分数。基准：气进料的摩尔分数换算为质量分数。基准：100kmol100kmol气体进料。气体进料。组分组分组组 成成

11、量量KmolKmolKgKg质量分数质量分数/%/%丙酮丙酮1.51.587872.952.95空气空气98.598.52860286097.0597.05总计总计10010029472947100.00100.00Company Logo第二节第二节 物理过程的物料衡算物理过程的物料衡算例1. 硝化混酸配制过程的物料衡算。已知混酸组成为H2SO446%(质量分数），HNO346%,H2O为8%，配置混酸用的原料为92.5%的工业硫酸、98%的硝酸及含H2SO4 69%的硝化废酸，试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。为简化计算，设原料中除水外其他杂质可忽略不计。 混酸配制搅拌

12、釜G GH2SO4H2SO4G GHNO3HNO3G G废废硝酸混酸硝酸混酸1000kg1000kgCompany Logo化学反应过程的物料衡算化学反应过程的物料衡算 例：做年产例：做年产700t700t非那西丁烃化工段的物料衡算。设非那西丁烃化工段的物料衡算。设计的基本条件为工作日：计的基本条件为工作日：300300天天/ /年；收率：总收率为年；收率：总收率为83.93%83.93%，其中烃化工段收率为，其中烃化工段收率为93%,93%,还原工段为还原工段为95%95%，酰，酰化工段精制收率为化工段精制收率为95%95%。设产品的纯度为。设产品的纯度为99.5%99.5%。 已知生产原始

13、投料量已知生产原始投料量投料物投料物对硝基氯苯对硝基氯苯乙乙 醇醇催化剂乙醇溶催化剂乙醇溶液液碱碱 液液投料量投料量/kg2000514.46344.684653含量含量95%95%39.5%46%Company Logo第四节第四节 连续过程的物料衡算连续过程的物料衡算节点法与循环圈套用解题技巧Company Logo例：浓度例：浓度20%20%的羟丙哌嗪酒石酸盐（的羟丙哌嗪酒石酸盐（A)A)，以每小时，以每小时10000kg10000kg的的流速进入一高效蒸发器，浓缩至流速进入一高效蒸发器，浓缩至50%50%后，放入结晶罐，上后，放入结晶罐，上层的饱和溶液（层的饱和溶液（37.837.8时

14、，溶解度时，溶解度0.6kg0.6kg羟丙哌嗪酒石酸羟丙哌嗪酒石酸盐盐/kg/kg水）进行循环，求循环的物料流速。水）进行循环，求循环的物料流速。第四节第四节 连续过程的物料衡算连续过程的物料衡算蒸发器148.9结晶罐37.8水 WF进料10000kg/h羟丙哌嗪酒石酸盐（A)20%水80%RA/结晶羟丙哌嗪酒石酸盐（A/）96%水4%浓缩液羟丙哌嗪酒石酸盐50%水50%MCompany Logo第四章第四章能量衡算及热力学估算能量衡算及热力学估算v能量衡算的依据能量衡算的依据 能量衡算的主要依据是能量守恒定律能量衡算的主要依据是能量守恒定律v设备的热量平衡方程式设备的热量平衡方程式 Q1+Q

15、2+Q3=Q4+Q5+Q6式中式中Q Q1 1物料带入设备的热量，物料带入设备的热量，KJ;KJ; Q Q2 2加热剂或冷却剂传给设备或所处理物料的热量，加热剂或冷却剂传给设备或所处理物料的热量，KJKJ； Q Q3 3过程热效应，过程热效应，KJ;KJ;（放热为正，吸热为负）（放热为正，吸热为负） Q Q4 4物料离开设备所带走的热量，物料离开设备所带走的热量，KJ;KJ; Q Q5 5加热或冷却设备所消耗的热量，加热或冷却设备所消耗的热量，KJ;KJ; Q Q6 6设备向环境散失的热量，设备向环境散失的热量，KJKJ。Company Logo第四章第四章能量衡算及热力学估算能量衡算及热力学

16、估算v燃烧热燃烧热 有机物的燃烧热可用卡拉奇法估算。有机物的燃烧热可用卡拉奇法估算。 1. 1. 最简单的有机化合物的计算最简单的有机化合物的计算 Q QC C=109.07n=109.07=109.07n=109.07（4C + H - P)4C + H - P) 2. 2. 更复杂的键类和多数具有取代基的衍生物更复杂的键类和多数具有取代基的衍生物 Q QC C=109.07n+k=109.07n+k 式中式中 kk分子中同样取代基的数目；分子中同样取代基的数目； 取代基和键的热量校正值；取代基和键的热量校正值； nn化合物在燃烧时的电子转移数。化合物在燃烧时的电子转移数。Company L

17、ogo第四章第四章能量衡算及热力学估算能量衡算及热力学估算例：用卡拉奇法对摩尔燃烧热估算时公式为： qc=109.05n+（ki）请计算下列化合物的燃烧热的估值(Ar-OH=+14.7; Ar-SO3H =-98.0 ) SO3HOH解：解：C6H4OHSO3H+13O 6CO2+3H2O+SO2C6H4OHSO3H+13O 6CO2+3H2O+SO2 n=2 n=213=26 13=26 或或n=6n=64+6-4=264+6-4=26 Ar-OH=+14.7 k=1Ar-OH=+14.7 k=1 Ar-SO3H =-98.0 k=1Ar-SO3H =-98.0 k=1 q qc c=109

18、.05n+=109.05n+（k k） =109.05=109.0526+(+14.7)26+(+14.7)1+(-98.0)1+(-98.0)1 =2752KJ/mol1 =2752KJ/molCompany Logo第五章第五章工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀 化学腐蚀化学腐蚀 ：发生化学反应：发生化学反应材料腐蚀材料腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀 ：有电流产生：有电流产生v一、材料腐蚀的形式一、材料腐蚀的形式 金属腐蚀的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。金属腐蚀的形态可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。 局部腐蚀分为局部腐蚀分为孔蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。孔

19、蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀。 化工管道的主要连接方式有：化工管道的主要连接方式有：焊接、螺纹连接、法兰焊接、螺纹连接、法兰连接、承插连接、卡套连接、卡箍连接。连接、承插连接、卡套连接、卡箍连接。 Company Logo第五章第五章工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀v制剂设备制剂设备GMP达标中的隔离与清洗灭菌问题达标中的隔离与清洗灭菌问题 无菌隔离GMP要求要求 就地清洗（CIP) 清洗灭菌 就地灭菌（SIP)Company Logo第五章第五章工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀v粉碎粉碎 粉碎是利用机械力将大块固体药物制成适宜粒度的

20、碎块或细粉的操作过程，它是药物生产的基本单元操作之一。 按粉碎后颗粒粒度不同，粉碎可分为粗碎、中碎、细碎、和超细碎。粗碎颗粒粒度为数十毫米至数毫米，中碎后粒径为数毫米至数百微米，细碎后粒径为数百微米至数十微米，超细碎后粒径在数十微米以下，其中粉碎后粒径在1100nm之间称纳米粉碎。Company Logo第五章第五章工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀4、干法粉碎和湿法粉碎 干法粉碎是通过干燥处理使物料含水量降至一定后再粉碎方法。湿法粉碎是在固体药物中加入适量液体进行研磨粉碎。5、低温粉碎 利用药物在低温下脆性较大的特点进行粉碎的方法。此法要注意防潮。6、超微粉碎 能将

21、固体药物粉碎至5um作用，中药超微粉碎又称细胞级微粉碎，以动植物类药材细胞破壁为目的的粉碎。此法可减少虫害对中药材的影响，降低中药材毒副作用。Company Logo第四节第四节 制剂专用设备制剂专用设备5、球磨机Company Logo第四节第四节 制剂专用设备制剂专用设备 （1）对流混合）对流混合混合机制混合机制 （2）剪切混合）剪切混合 （3）扩散混合）扩散混合混合设备类型：固定型、回转型、复合型。混合设备类型：固定型、回转型、复合型。Company Logo第五章第五章工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀工艺设备设计及材料腐蚀和防腐蚀就地灭菌就地灭菌 就地灭菌是制剂设备就地灭菌是制剂设备GM

22、PGMP达标的另一个重要方面。需达标的另一个重要方面。需要采取就地灭菌的系统是无菌药品生产过程的管道输送要采取就地灭菌的系统是无菌药品生产过程的管道输送线、配制釜、过滤系统、灌装系统、冻干机和水处理系线、配制釜、过滤系统、灌装系统、冻干机和水处理系统等。统等。 臭氧灭菌法具有强大而广谱的杀菌消毒作用，适用于臭氧灭菌法具有强大而广谱的杀菌消毒作用，适用于多种致病微生物，原料易得，有较高的扩散性，杀菌无多种致病微生物，原料易得，有较高的扩散性，杀菌无死角，浓度分布均匀，特别是臭氧能快速分解成氧气和死角，浓度分布均匀，特别是臭氧能快速分解成氧气和单原子氧，单原子氧又可自身结合成氧分子，没有二次单原子

23、氧，单原子氧又可自身结合成氧分子，没有二次污染问题，具有良好的环保性，是公认的绿色消毒剂。污染问题，具有良好的环保性，是公认的绿色消毒剂。 臭氧灭菌法优点：高效彻底、高洁净性、操作方便、臭氧灭菌法优点：高效彻底、高洁净性、操作方便、使用经济。使用经济。Company Logo第六章第六章 车间布置车间布置v车间的组成车间的组成 车间一般由生产部分（一般生产区及洁净区）、车间一般由生产部分（一般生产区及洁净区）、辅助生产部分和行政区和生活区部分组成。辅助生产部分和行政区和生活区部分组成。v厂房组成形式厂房组成形式 集中式集中式 单体式单体式v工业建筑模数制：工业建筑模数制：基本模数为100mm；层高应该采用300mm的模数。Company Logo第六章第六章 车间布置车间布置v厂房平面布置厂房平面布置1）布置生产厂房时，应避免生产时污染，原料药生产区应布置在下风侧。2）行政、生活区应处于主导风上风侧并与生产区保持一