工艺流程设计与设备选型

1、典型的制药工艺过程典型的制药工艺过程化学制药生产过程的心脏。化学制药生产过程的心脏。（1）制药工艺过程）制药工艺过程工艺流程设计的任务主要是在初步设计阶工艺流程设计的任务主要是在初步设计阶段完成。段完成。（2）制药工艺流程设计的任务）制药工艺流程设计的任务提供设计条件。工艺专业设计人员向其他专提供设计条件。工艺专业设计人员向其他专业提供设计条件。业提供设计条件。编制概算书及编制设计文件。编制概算书及编制设计文件。对于给定的工艺路线，工艺方法所规定的基本操作条件对于给定的工艺路线，工艺方法所规定的基本操作条件 或参数，如反应温或参数，如反应温度、压力、流量、流速等度、压力、流量、流速等设计人员不

2、能随意改变。设计人员不能随意改变。为实现工艺所规定的基本操作条件或参数为实现工艺所规定的基本操作条件或参数设计人员可以采用不同的技术设计人员可以采用不同的技术方案。方案。应通过方案比较来确定一条最优的技术方案，应通过方案比较来确定一条最优的技术方案，进行工艺流程的设计。进行工艺流程的设计。方案比较评判标准：技术经济指标，如产物收率、原料单耗方案比较评判标准：技术经济指标，如产物收率、原料单耗、能量单耗、产品成本、设备投资、操作费用等。此外，环、能量单耗、产品成本、设备投资、操作费用等。此外，环保、安全、占地面积等也是方案比较时应考虑的重要因素。保、安全、占地面积等也是方案比较时应考虑的重要因素

3、。（3）选择生产方法）选择生产方法制药生产方案制药生产方案比较的前提：比较的前提：保持工艺过程保持工艺过程的原始信息不变。的原始信息不变。虽可滤除活性炭等固体杂质，虽可滤除活性炭等固体杂质，但过滤速度较慢。但过滤速度较慢。过滤速度明显加快，但由于出过滤速度明显加快，但由于出口未设置冷凝器，因而易造成口未设置冷凝器，因而易造成大量低沸点溶剂的挥发损失，大量低沸点溶剂的挥发损失，使溶剂的收率下降。使溶剂的收率下降。方案的比较方案的比较出口设置了冷凝器，以回收低出口设置了冷凝器，以回收低沸点溶剂，从而减少了溶剂的沸点溶剂，从而减少了溶剂的挥发损失，提高了溶剂的收率挥发损失，提高了溶剂的收率，因而较为

4、合理。，因而较为合理。在压滤器上部通入压缩空气或在压滤器上部通入压缩空气或氮气，即加压过滤方式，过滤氮气，即加压过滤方式，过滤速度快，且溶剂的挥发损失很速度快，且溶剂的挥发损失很少，因而最为合理。少，因而最为合理。方案方案1 1 硝化分离方案硝化分离方案可生产出合格的混合硝基可生产出合格的混合硝基氯苯，但将分离后的废酸氯苯，但将分离后的废酸直接出售，要消耗大量的直接出售，要消耗大量的硫酸，使硫酸的单耗居高硫酸，使硫酸的单耗居高不下，另一方面，由于废不下，另一方面，由于废酸中含有未反应的硝酸以酸中含有未反应的硝酸以及少量的硝基氯苯，直接及少量的硝基氯苯，直接出售不仅使硝酸的单耗增出售不仅使硝酸的

5、单耗增加，混合硝基氯苯的收率加，混合硝基氯苯的收率下降，而且存在于废酸中下降，而且存在于废酸中的硝酸和硝基氯苯还会使的硝酸和硝基氯苯还会使废酸的用途受到限制。废酸的用途受到限制。方案方案2 2 硝化分离萃取方案硝化分离萃取方案与与方案1 1比回收了废废酸中的硝酸，降低了硝酸的单单耗；提高了混合硝基氯苯氯苯的收率。但该该方案仍有1.2%1.3%1.2%1.3%的原料氯苯氯苯，将将其直接出售，不仅仅使硫酸的单单耗居高不下，而且会会增加氯苯氯苯的单单耗。此外，存在于废废酸中的氯苯氯苯也会会使废废酸的用途受到限制。方案方案3 3 硝化分离萃取浓缩方案硝化分离萃取浓缩方案与方案与方案2 2比，方案比，方

6、案3 3萃取之后的废酸经减压浓缩后可循环使用，从而大大降萃取之后的废酸经减压浓缩后可循环使用，从而大大降低了硫酸的单耗。同时，由于氯苯与水形成低共沸混合物，浓缩时氯苯将低了硫酸的单耗。同时，由于氯苯与水形成低共沸混合物，浓缩时氯苯将随水一起蒸出，经冷却后可回收其中的氯苯，从而降低了氯苯的单耗。随水一起蒸出，经冷却后可回收其中的氯苯，从而降低了氯苯的单耗。 各种不同的生产过程都是由若干个反应（包括化学反应和生物转化反应等各种不同的生产过程都是由若干个反应（包括化学反应和生物转化反应等）和若干个基本的物理操作串联而成，每一个基本的物理操作过程都称为一）和若干个基本的物理操作串联而成，每一个基本的物

7、理操作过程都称为一个单元操作，每个基本的反应称为一个单元反应。在工艺流程设计中，常以个单元操作，每个基本的反应称为一个单元反应。在工艺流程设计中，常以单元操作或单元反应为中心，建立与之相适应的工艺流程。单元操作或单元反应为中心，建立与之相适应的工艺流程。实例实例1 工业生产中，硝化混酸的配制常在间歇搅拌釜中进行，试以搅拌釜为工业生产中，硝化混酸的配制常在间歇搅拌釜中进行，试以搅拌釜为中心，完善硝化混酸配制过程的工艺流程。中心，完善硝化混酸配制过程的工艺流程。 配制混酸需要有一台搅拌釜，并考虑到混酸配制过程是一个放热过程，搅配制混酸需要有一台搅拌釜，并考虑到混酸配制过程是一个放热过程，搅拌釜还应

8、有夹套，以便操作时向夹套中通入冷却水冷却。拌釜还应有夹套，以便操作时向夹套中通入冷却水冷却。混酸配制采用间歇操作，为保证硫酸与硝酸的配比，应设置硫酸计量罐和混酸配制采用间歇操作，为保证硫酸与硝酸的配比，应设置硫酸计量罐和硝酸计量罐。硝酸计量罐。在工业生产中，要配制一定浓度的混酸，通常不加水调节，而是用硝化后在工业生产中，要配制一定浓度的混酸，通常不加水调节，而是用硝化后回收的废酸来调节。因此，还应设置废酸计量罐。回收的废酸来调节。因此，还应设置废酸计量罐。在工业生产中，原料硫酸和硝酸须有一定的贮存量，因此，要设置硫酸贮在工业生产中，原料硫酸和硝酸须有一定的贮存量，因此，要设置硫酸贮罐和硝酸贮罐

9、。此外，还需设置废酸贮罐以贮存硝化后回收的废酸。罐和硝酸贮罐。此外，还需设置废酸贮罐以贮存硝化后回收的废酸。考虑将硫酸、硝酸和废酸由贮罐送入计量罐的方式。可以采用泵输送，为考虑将硫酸、硝酸和废酸由贮罐送入计量罐的方式。可以采用泵输送，为防止工作人员失误使酸溢出计量罐，可在计量罐和贮罐之间设置溢流管。防止工作人员失误使酸溢出计量罐，可在计量罐和贮罐之间设置溢流管。为了贮存配置好的硝化混酸，应设置相应的混酸贮罐。为了贮存配置好的硝化混酸，应设置相应的混酸贮罐。混酸配制过程的工艺流程示意图混酸配制过程的工艺流程示意图一台搅拌釜，由于反应温度较高，搅拌釜应一台搅拌釜，由于反应温度较高，搅拌釜应带有夹套

10、，以作为载热体流动空间。带有夹套，以作为载热体流动空间。较高，可考虑采用减压抽滤，以提高过滤速较高，可考虑采用减压抽滤，以提高过滤速度。度。 尽可能采用先进设备、先进生产方法及成熟的科尽可能采用先进设备、先进生产方法及成熟的科学技术成就，以保证产品质量。学技术成就，以保证产品质量。 “就地取材就地取材”、充分利用当地原料，以便获得最、充分利用当地原料，以便获得最佳的经济效果。佳的经济效果。 所采用的设备效率高、降低原材料消耗及水电气所采用的设备效率高、降低原材料消耗及水电气消耗。消耗。 按按GMP要求对不同的药物剂型进行分类的工艺流要求对不同的药物剂型进行分类的工艺流程设计。程设计。（4）工艺

11、流程设计的原则）工艺流程设计的原则（五）工艺流程设计的（五）工艺流程设计的依据依据：（六）工艺流程的分类（六）工艺流程的分类1. 从工艺和技术角度来看，应满足以下要求。从工艺和技术角度来看，应满足以下要求。 尽量采用能使物料和能量有高利用率的连续过程。尽量采用能使物料和能量有高利用率的连续过程。间歇操作间歇操作半间歇操作半间歇操作连续操作连续操作（七）工艺流程设计应考虑的问题（七）工艺流程设计应考虑的问题水平和设备材质等允许下，大型单系列优水平和设备材质等允许下，大型单系列优于小型多系列，且便于实现微机控制。于小型多系列，且便于实现微机控制。劳动负担。劳动负担。重视环保，做好三废治理。污染处理

12、装置应重视环保，做好三废治理。污染处理装置应与生产同时投产。与生产同时投产。施工图设计施工图设计初步设计初步设计工艺流程设计工艺流程设计带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图物料流程图物料流程图工艺流程示意图工艺流程示意图工艺流程框图工艺流程框图施工阶段带控制点的工施工阶段带控制点的工艺流程图艺流程图工艺流程图是以图解形式表示的工艺流程，在工艺流程设计的不同阶段，工艺工艺流程图是以图解形式表示的工艺流程，在工艺流程设计的不同阶段，工艺流程图深度是不同的。流程图深度是不同的。工艺流程简图工艺流程简图葡萄糖生产工艺流程框图葡萄糖生产工艺流程框图阿司匹林的生产工艺流程框图阿司匹林的生产工艺流程框图

13、硬胶囊剂生产工艺流程简图硬胶囊剂生产工艺流程简图阿司匹林的生产工艺流程示意图阿司匹林的生产工艺流程示意图 物料流程图物料流程图表示方式：表示方式：以方框流程表示单元操作及物以方框流程表示单元操作及物料成分和数量；料成分和数量；在工艺流程简图下方列表表示在工艺流程简图下方列表表示物料组成和量的变化图中应有物料组成和量的变化图中应有设备位号、操作名称、物料成设备位号、操作名称、物料成分和数量分和数量。某中药固体制剂车某中药固体制剂车间工艺物料流程图间工艺物料流程图氯苯硝化的物料氯苯硝化的物料流程图流程图用框图绘制的氯用框图绘制的氯苯硝化的物料流苯硝化的物料流程图程图带控制点的工艺流程图带控制点的工

14、艺流程图 基本要求： 一般应画应画出所有工艺设备艺设备、工艺艺物料管线线、辅辅助管线线、阀门阀门、管件以及工艺艺参数参数（温温度、压压力、流量、液位、物料组组成、浓浓度等）的测测量点，并并表示出自动动控制的方案。例：例：2,4二氯甲苯生产过程中的精馏工段为例介绍带控制点的工艺流程图。以三二氯甲苯生产过程中的精馏工段为例介绍带控制点的工艺流程图。以三氯化锑为催化剂、对氯甲苯和氯气为原料，经反应、分离等工序而制得，其氯化锑为催化剂、对氯甲苯和氯气为原料，经反应、分离等工序而制得，其工艺流程框图如下：工艺流程框图如下：二氯甲苯精馏工段带控制点的工艺流程图二氯甲苯精馏工段带控制点的工艺流程图VE 04

15、 0132 x 3.5 BCW040132x3.5A1AC H第二阶段第二阶段第一阶段第一阶段一、工艺设备设计与选型的内容一、工艺设备设计与选型的内容第二阶段是解决工艺过程中的技术问题，例如过滤面积，第二阶段是解决工艺过程中的技术问题，例如过滤面积，传热面积，干燥面积以及各种设备的主要规格等。传热面积，干燥面积以及各种设备的主要规格等。生产工艺确定生产工艺确定设备设计与选型设备设计与选型第一阶段内容：第一阶段内容：定型机械设备和制药机械设备的选型；定型机械设备和制药机械设备的选型；计量贮存容器的计算；计量贮存容器的计算；定型化工设备的选型；定型化工设备的选型；确定非定型设备的形式，工艺要求，台

16、数，主要规格；确定非定型设备的形式，工艺要求，台数，主要规格；编制工艺设备一览表。编制工艺设备一览表。二、工艺设备设计选型的主要依据：二、工艺设备设计选型的主要依据：设备符合国家有关政策法规，可满足药品生产的要求，保证药品生产的质量设备符合国家有关政策法规，可满足药品生产的要求，保证药品生产的质量、安全可靠、易操作、维修及清洁。、安全可靠、易操作、维修及清洁。设备的性能参数符合国家，行业或企业标准，与国际先进制约设备相比具有设备的性能参数符合国家，行业或企业标准，与国际先进制约设备相比具有可比性，与国内同类产品相比具有明显的技术优势。可比性，与国内同类产品相比具有明显的技术优势。具有完整的，符

17、合标准的技术文件。具有完整的，符合标准的技术文件。 三、制药设备三、制药设备GMP设计通则的具体内容设计通则的具体内容 设备的设计应符合药品生产及工艺的要求，安全设备的设计应符合药品生产及工艺的要求，安全、稳定、可靠，易于清洗，消毒或灭菌，便于生产、稳定、可靠，易于清洗，消毒或灭菌，便于生产操作和维修保养，并能防止差错和交叉污染。操作和维修保养，并能防止差错和交叉污染。 设备的材质选择应严格控制。与药品直接接触的设备的材质选择应严格控制。与药品直接接触的零部件均应选用无毒、耐腐蚀，不与药品发生化学零部件均应选用无毒、耐腐蚀，不与药品发生化学变化，不释出微粒，或吸附药品的材质。变化，不释出微粒，

18、或吸附药品的材质。 与药品直接接触的设备内表面及工作零件表面，与药品直接接触的设备内表面及工作零件表面，尽可能不设计有台、沟及外露的螺栓连接。表面应尽可能不设计有台、沟及外露的螺栓连接。表面应平整、光滑、无死角，易清洗与消毒。平整、光滑、无死角，易清洗与消毒。 设备应不对装置之外环境构成污染，鉴于每类设设备应不对装置之外环境构成污染，鉴于每类设备所产生污染的情况不同，应采取防尘、防漏、隔备所产生污染的情况不同，应采取防尘、防漏、隔热、防噪声等措施。热、防噪声等措施。 在易燃易爆环境中的设备，应采用防爆电器在易燃易爆环境中的设备，应采用防爆电器并设有消除静电及安全保险装置。并设有消除静电及安全保

19、险装置。 对注射制剂的灌装设备除应处于相应的洁净对注射制剂的灌装设备除应处于相应的洁净室内运行外，要按室内运行外，要按GMPGMP要求，局部采用要求，局部采用100100级层流级层流洁净空气和正压保护下完成各个工序。洁净空气和正压保护下完成各个工序。 药液、注射用水及净化压缩空气管道的设计药液、注射用水及净化压缩空气管道的设计应避免死角、盲管。材料应无毒，耐腐蚀。内表应避免死角、盲管。材料应无毒，耐腐蚀。内表面应经电化抛光，易清洗。管道应标明管内物料面应经电化抛光，易清洗。管道应标明管内物料流向。其制备、贮存和分配设备结构上应防止微流向。其制备、贮存和分配设备结构上应防止微生物的滋生和传染。管

20、路的连接宜采用卡箍式连生物的滋生和传染。管路的连接宜采用卡箍式连接接 当驱动摩擦而产生的微量异物及润滑剂无法当驱动摩擦而产生的微量异物及润滑剂无法避免时，应对其机件部位实施封闭并与工作室隔避免时，应对其机件部位实施封闭并与工作室隔离，所用的润滑剂不得对药品、包装容器等造成离，所用的润滑剂不得对药品、包装容器等造成污染。对于必须进入工作室的机件也应采取隔离污染。对于必须进入工作室的机件也应采取隔离保护措施。保护措施。 无菌设备的清洗，尤其是直接接触药品的部位无菌设备的清洗，尤其是直接接触药品的部位和部件必须灭菌，并标明灭菌日期，必要时要进和部件必须灭菌，并标明灭菌日期，必要时要进行微生物学的验证

21、。经灭菌的设备应在行微生物学的验证。经灭菌的设备应在3 3日内使用日内使用，同一设备连续加工同一无菌产品时，每批之间，同一设备连续加工同一无菌产品时，每批之间要清洗灭菌；同一设备加工同一非灭菌产品时，要清洗灭菌；同一设备加工同一非灭菌产品时，至少每周或每生产三批后进行全面清洗。设备清至少每周或每生产三批后进行全面清洗。设备清洗除采用一般方法外，最好配备就地清洗洗除采用一般方法外，最好配备就地清洗 (CIP)(CIP)和就地灭菌和就地灭菌(SIP)(SIP)的洁净、灭菌系统。的洁净、灭菌系统。 设备设计应标准化、通用化、系列化和机电一设备设计应标准化、通用化、系列化和机电一体化。实现生产过程的连续密闭，自动检测，是体化。实现生产过程的连续密闭，自动检测，是全面实施设备全面实施设备GMPGMP的要求的保证。的要求的保证。 此外，涉及压力容器时，除符合上述要求外，还此外，涉及压力容器时，除符合上述要求外，还应符合应符合GB150-1998“GB150-1998“钢制压力容器钢制压力容