阿司匹林的工段工艺设计流程

65/65阿司匹林的工段工艺设计院不：天津大学化工学院专业：制药工程班不：制药一班学号：3010207306姓名：马建宇目录目录 11概述 31.1阿司匹林的的性质 41.1.1理化性质 41.1.2临床上用途 41.2进展简史 51.3国内外生产现状 61.3.1市场分析 61.3.2生产情况 61.3.3市场情况 72生产工艺 72.1设计内容 72.2生产工艺 72.3生产工艺流程确定 82.3.1生产工艺流程 82.3.2工艺流程图 82.4工艺过程讲明 82.4.1醋化岗位 82.4.2酸洗离心洗涤 92.4.3水洗离心洗涤 92.4.4干燥岗位 92.4.5回收岗位 93物料衡算 93.1溶解罐的物料衡算 93.2酰化反应的物料衡算 113.3渗滤槽的物料衡算 123.4酸洗离心机的物料衡算 133.5水洗离心机的物料衡算 143.6流化床的物料衡算 164能量衡算 164.1反应罐能量衡算 164.1.1比热容的计算 174.1.2能量衡算 18（3、4部分为杨书计算）5要紧工艺设备计算 195.1工艺设备选型原则 195.2工艺设备计算 195.2.1醋化反应釜 195.2.2夹套的计算 205.2.3筒体的材料和壁厚 225.2.4水压试验及其强度校核 235.2.5选择釜体法兰 245.2.6选用手孔、视镜、温度计、和工艺接管 255.2.7搅拌器的设计计算 265.2.8容器支座的选用计算 265.3酸洗离心机 265.4水洗离心机 265.5振动流化床干燥器 275.6母液蒸馏罐 275.7循环母液反应罐 276管道设计 276.1管道计算 276.1.1水杨酸的进料管道的计算 286.1.2酸酐的进料管道的计算 286.1.3母液的管道进料计算 28(5、6部分为马建宇计算)7车间布置设计 297.1概述 297.2车间布置设计的依据 297.3车间布置设计应考虑的因素 307.4车间布置设计的程序 307.5车间设计的成果 318公用工程 318.1排水系统 318.2电气和照明 338.2.1电气设计和安装 338.3环境消毒 338.3.1灭菌与消毒 339技术经济 349.1投资指标 34设计体会 35参考文献 361概述阿司匹林具有解热镇痛,预防心血管疾病的作用。目前全世界每年消耗阿司匹林原料药40000～50000余吨，消耗阿司匹林片剂1000多亿片[2]。在中国，今后若干年，将步入老龄社会，十几亿人口中的老龄人口比例将逐步增加,作为中老年人“头号杀手”的心脑血管病的患者将不断增加[2],在中国阿司匹林的消耗量也将进一步增加。从20世纪50年代开始生产至今，阿司匹林一直是我国解热镇痛药的支柱产品之一，年产量已达1万多吨[3]，目前持有阿司匹林原料药生产批准文号的企业有16家，已通过原料药GMP认证的企业有10家，生产规模超过千吨的企业有8家。目前国内外阿司匹林生产工艺大致相同，均采纳醋酐水杨酸酰化法，并在催化剂的作用下合成，收率一般在98%～90%[4]，本文也将采纳该工艺流程，完成年产1200吨阿司匹林的车间工艺设计。阿司匹林是历史悠久的解热镇痛药，它诞生于1899年3月6号。早在1853看夏天，弗雷德克·热拉尔（Gerhardt）就用水杨酸与酸酐合成了乙酰水杨酸，但没能引起人们的重视：1898年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成，并为他父亲治疗风湿关节炎，疗效极好：1899年由德莱塞介绍到临床，并取名为阿司匹林（Aspirin）。到目前为为止，阿司匹林已应用百年，成为医药史上三大经典药物之一，至今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药，也是作为比较和评价其他药物的标准制剂。在体内具有抗血栓的作用，它能抑制血小板的释放反应，抑制血小板的聚拢，这与TXA2的减少有关。临床上用于预防心脑血管疾病的发作。1.1阿司匹林的的性质阿司匹林化学名为：2一(乙酰氧基)苯甲酸，又名醋柳酸，或乙酰水杨酸。1897年由水杨醋和醋酐反应制成，是应用最早和最广泛的解热镇痛药，临床应用已逾百年。1.1.1理化性质本品为白色结晶或结晶性粉末，无臭或身徽酸臭，味徽酸。徽溶于水，易溶于乙醇。显酸性，可溶于碳酸钠及氢氧化钠。稳定性差，极易水解，生成水杨酸(具毒副作用)和醋酸。《中国药典》规定要检查游离水杨酸，遇三氯化铁试液显紫堇色。生产中还可产生醋酸苯酯、水杨酸苯酯和乙酰水杨苯酯。这些杂质由于不含羧基，故不溶于碳酸钠试液中。产生的少量乙酰水杨酸酐杂质可引起过敏反应。用途：本品的解热、镇痛、抗炎作用较强，能选择地使细胞内环氧合酶(cox)乙酰化，抑制环氧合酶(cox)的活性，阻碍下丘脑中枢致热因子前列腺索(PG)的合成，使体温中枢恢复调节体温的正常反应。1.1.2临床上用途1.1.2.1小剂量可勰热、镇痛，用于感冒退热、缓解头痛和全身痛。阿司匹林通过对环氧合酶(COX)的抑制而减少前列腺素(PC)的合成，由此减少组织充血、肿胀，降低对疼痛的敏感性，具有中等程度的镇痛作用。可缓解轻度或中度的疼痛，对钝痛如头痛、牙痛、神经痛、关节痛、肌肉痛及月经痛等有较好的镇痛效果，也用于感冒、流感等退热。丽对创伤性剧痛或内脏平滑肌痉挛引起的绞痛几乎无效，但由于仅对疼痛、发热的症状有缓解作用，不能解除疼痛、发热的致病缘故，也不能防止疾病的发生，需同时应用其他药物参与治疗，故不宜长期服用。阿司匹林服后汲取迅速而完全，解热、镇痛作用较强，作用于下丘脑体温中枢引起外周血管扩张、皮肤血流增加，出汗，使散热增强而起到解热作用。能降低发热者的体温，对正常体温则无阻碍。阿司匹林可减少炎症部位具有痛觉增敏作用的物质——前列腺素(PG)的生成，故有明显的镇痛作用，1.1.2.2大剂量可抗风湿，用于治疗风湿热、风湿性关节炎、类风湿性关节炎等疾病。阿司匹林为治疗风湿热的首选药物，用药后可解热、减轻炎症，使关节症状好转，血沉下降，但不能去除风湿的差不多病理改变，也不能预防心脏损害及其他合并症。阿司匹林除治疗风湿性关节炎外，也用于治疗类风湿性关节炎，可改善症状，为进一步治疗制造条件。此外，本品也用于骨关节炎、强直性脊椎炎、幼年型关节炎以及其他非风湿性炎症的骨骼肌肉疼痛，也能缓解症状。1.1.2.3抑制血小板凝集，可用于防治动脉血栓和心肌梗死。阿司匹林对血小板聚拢有抑制作用，阻止血栓形成，临床可用于预防临时性脑缺血发作、心肌梗塞、心房抖动、人工心脏瓣膜、动静脉瘘或其他手术后的血栓形成。1.1.2.4粉末外用治足癣。1.1.2.5其他方面的临床应用ASP用于眼科黑蒙症，是由于视网膜血栓引起的发作性单侧视力消逝，采纳ASP治疗，每13给予0．659，可获得较好疗效。ASP用于治疗胆道蛔虫症，一次19，一日2—3次连用2—3日；阵发性绞痛停止，24小时后停用，然后进行驱虫治疗，有效率可达90％以上。ASP对血小板增多症有效，可改变血小板减少性紫癜，溶血性尿毒症；亦可用于镰状细胞性贫血，ASP合用尿激素等可减少溶血性尿毒症所致慢性肾脏病变的病发率。1.2进展简史早在1853年夏尔，弗雷德里克·热拉尔(Gerhardt)就用水杨酸与醋酸合成了乙酰水杨酸，但没能引起人们的重视；1898年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成，并为他父亲治疗风湿关节炎，疗效极好；1899年由德莱塞介绍到临床，并取名为阿司匹林(Aspirin)。到目前为止，阿司匹林已应用百年，成为医药史上三大经典药物之一，至今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药，也是作为比较和评价其他药物的标准制剂。在体内具有抗血栓的作用，它能抑制血小板的释放反应，抑制血小板的聚拢，这与TXA2生成的减少有关。临床上用于预防心脑血管疾病的发作。阿司匹林于1898年上市，近年来发觉它还具有抗血小板凝聚的作用，因此重新引起了人们极大的兴趣。将阿司匹林及其他水杨酸衍生物与聚乙烯醇、醋酸纤维素等含羟基聚合物进行熔融酯化，使其高分子化，所得产物的抗炎性和解热止痛性比游离的阿司匹林更为长效。依照文献记载，都讲阿司匹林的发明人是德国的费得克期·霍夫曼，但这项发明中，起着特不重要作用的还有一位犹太化学家阿图尔·艾兴格林。阿图尔·艾兴格林的辛酸故事发生在1934年至1949年间。1934年，费利克斯·霍夫曼宣称是他本人发明了阿司匹林。当时的德国正处在纳粹统治的黑暗时期，对犹太人的迫害差不多愈演愈烈。在这种情况下，狂妄的纳粹统治者更不情愿承认阿司匹林的发明者有犹太人那个事实，因此便将错就错把发明家的桂冠戴到了费利克斯·霍夫曼一个人的头上，为他们的“大日耳曼民族优越论”贴金。纳粹统治者为了堵住阿图尔·艾兴格林的嘴，还把他关进了集中营。第二次世界大战结束后，大约在1949年前后，阿图尔·艾兴格林又提出那个问题，但不久他就去世了。从此这事便石沉大海。英国医学家、史学家瓦尔特·斯尼德几经周折获得德国拜尔公司的特许，查阅了拜尔公司实验室的全部档案，终于以确凿的事实恢复了这项发明的历史真面目。他指出：在阿司匹林的发明中，阿图尔·艾兴格林功不可没。事实是在1897年，费利克斯·霍夫曼的确第一次合成了构成阿司匹林的要紧物质，但他是在他的上司——知名的化学家阿图尔·艾兴格林的指导下，同时完全采纳艾兴格林提出的技术路线才获得成功的。1.3国内外生产现状1.3.1市场分析百年老药阿司匹林凭借其低廉的价格和较小的不良反应赢得了市场的普遍认可，现已成为世界上最重要的解热镇痛药之一。近年来，阿司匹林的适用范围已从解热镇痛药向心血管病预防用药领域扩展，在心血管病预防用药量不断增加的推动下，其市场得到进一步的上升空间。事实上，除了心血管病方面，阿司匹林还在其他疾病上有独特的疗效，例如：防治糖性白内障、治疗抗生素所致听力障碍、抗衰除皱、改善老年男性性功能、治疗艾滋病、癌症等。1.3.2生产情况从2O世纪5O年代开始生产至今，我国的阿司匹林产业经历了半个世纪的调整，目前持有阿司匹林原料药生产批准文号的企业有16家，已通过原料药GMP认证的企业有10家，生产规模超过千吨的企业有8家。多年来，我国阿司匹林要紧生产企业有3家__山东新华制药集团、南京制药厂、吉林恒河制药有限公司。这三大企业的年产能都超过3000吨，产量和出口量多年来占据全国85％左右的份额，呈三足鼎立之势。但近年来，这种三足鼎立的局面在悄然发生变化。南京制药厂阿司匹林原生产规模为3500吨、年产量3000吨，后因环保问题，几年前将原料药生产厂区搬迂到南京化学工业园区。搬迁后的生产尚未恢复到往常水平。吉林恒河制药有限公司原生产规模为4500吨、年产量3500吨，前不久亦因环保问题正在进行厂区搬迁，老厂区的阿司匹林已停产，新厂区生产正在建设之中。最近以来，山东新华制药集团的阿司匹林产销量增长迅速，该产品已成为企业的重点产品之一，生产规模一扩再扩，产能已由1996年的2000吨扩大到目前的8000吨左右，年产量已从1996年的1000多吨增长到6000多吨，占全国的近60％，成为我国阿司匹林生产当之无愧的龙头老大。该企业的阿司匹林多年来大部分出口欧美市场，出口量约占全国的70％。2007年，新华制药和山东隆信集团共同出资组建了山东新华隆信化工有限公司生产阿司匹林要紧原料水杨酸，年产能达到12000吨，成为中国最大的水杨酸生产基地，从而为山东新华制药集团进一步扩大阿司匹林产能打下了基础。由于受到国内外阿司匹林市场需求旺盛，以及南京制药、吉林制药等厂区搬迁造成市场供应空缺等因素的刺激，有许多企业加大了对阿司匹林生产的投入，一些企业的规模和产量在迅速扩大，成为阿司匹林生产的新主力军，如河北敬业化工集团医药化工分公司、陕西华阴锦前程药业有限公司、牡丹江双友化工制药有限公司、湖南中南制药有限公司等等。这些企业都已通过了阿司匹林原料药GMP认证，年生产规模都达到1500吨以上。其中，河北敬业化工集团医药化工分公司生产规模达到3000吨，年产量为2500吨；陕西华阴锦前程药业有限公司生产规模达到2500吨，年产量达2000吨，成为阿司匹林生产的后起之秀。1.3.3市场情况近年来，由于化工原料、差不多能源、环保治理、人工费用等各项开支都在不断上涨，人民币汇率逐步走高，推动了阿司匹林生产成本有较大上升，企业面临的成本压力越来越大。21世纪初，阿司匹林国内市场价格在每公斤15～17元人民币，到2006年已达到每公斤22～23元人民币。目前为每公斤24～25元人民币，有企业DC一90规格阿司匹林报价达每公斤35—37元人民币。自2007年7月1日起，国家调整了阿司匹林等众多医药原料药出口退税税率，税率从13％下调至5％，降低了8个百分点。受此阻碍，阿司匹林出口价格仍有上升的动力。此外，国家的环保治理力度也在加大，人民币汇率还会上升，可能今后阿司匹林价格仍会稳中趋升。多年来，我国阿司匹林大部分出口到美国、欧洲等地，出口量占总出口量的较大部分。全世界要紧的阿司匹林市场为欧洲、北美等地，每年消耗的阿司匹林约占全球总量的近2／3。美国是世界上最大的阿司匹林市场，每年耗用的阿司匹林原料药约占世界总产量的30％左右，欧洲也是阿司匹林要紧的消费地区，每年的消费量达万吨之多。2生产工艺2.1设计内容本设计以年产1200吨阿司匹林的生产工段，采纳比较成熟的合适的酰化法进行生产。2.2生产工艺阿司匹林的传统制备方法是以浓硫酸作催化剂进行O－酰化反应，产率一般在75%左右，但浓硫酸对设备的腐蚀性较大，对环境污染大，且易发生副反应而使产品色泽深，不利于提纯。研究表明可用固体超强酸或多酸来代替浓硫酸作催化剂，但这些方法的制备过程较为复杂，需要专用设备。因此就必须查找一种催化效果良好、简单易得同时对环境污染较小的能够进行工业化的新型催化剂。本设计采纳酰化法来生产阿司匹林，以水杨酸作为起始原料，通过酰化、粗制、精制、等化学、物理过程生产阿司匹林产品。本设计要紧分为三个工段:第一工段为反应时期、第二工段为粗制时期、第三工段为精制时期。化学反应方程式为：2.3生产工艺流程确定2.3.1生产工艺流程醋酐.水杨酸—酰化—酸洗离心—水洗离心—气流干燥—旋风分离—阿司匹林2.3.2工艺流程图水杨酸水杨酸酸酐母液酰化酸洗离心水洗离心气流干燥母液旋风分离阿司匹林2.4工艺过程讲明2.4.1醋化岗位第一次投料：按醋酐总量与含量计算水杨酸总投料量，检斤称重，将总投料量的三分之二水杨酸投入醋化罐中，再将醋酐一次全部加入罐中，在搅拌情况下，水汽加热1h，使内温升到80℃～84℃，析出晶体，保温40min～60min后，缓慢均匀降温到第二投料：待罐内降至55℃时，把剩余的三分之一水杨酸投到醋化罐中。水温升温90min至80℃～82℃，保温1h，取样测终点，游离水杨酸≤0.15﹪，如终点不到可延长保温时刻或补加醋酐，直到终点。检查合格，方可进行第二次降温，缓慢降至70℃，将已溶解的回收品溶液通过过滤器抽入反应罐中【（回收品+粉）：母液=1：1.70kg/L,加温80℃～80℃】抽滤完毕，保温30min用水汽混合降至50℃，缓慢加入同温的稀释母液200L～300L,然后用水蒸气接着降温至40℃（夏天）或30℃2.4.2酸洗离心洗涤用665.09Kg冰醋酸将渗滤好的湿的阿司匹林在渗滤槽中全部洗涤一次（洗均），用真空将渗滤好的乙酰水杨酸抽入料斗，再放入离心机中，把料摊平慢车，均匀后在全速开车甩15min，甩开母液和洗涤水酸，停车，将离心机中的乙酰水杨酸抽入水洗料斗中，含酸量≤2.5﹪，洗涤水含酸量≤13﹪。2.4.3水洗离心洗涤将料斗中物料放入离心机中，用手将料摊开，用含0.2﹪磷酸的水洗（200L/机），将含磷酸水甩净，再用清水10L洗涤，全速甩20min～25mim（含水量3.0﹪）将料抽入干燥斗中。洗涤水为本岗自制的蒸馏水，氯化物合格。2.4.4干燥岗位将料斗中的湿品乙酰水杨酸放入湿品料仓中，经螺旋推进器送入流化床干燥器内，操纵进风口压≤800Mpa，进口温度78℃～84℃，进行干燥，经旋风分离器分去粉子，其尾气经袋滤器后排空，沸腾流化床的成品，经冷风段，并通过筛机筛去渣子，成品进入干品料仓，分装成袋25Kg，成桶（出口2.4.5回收岗位一次母液回收处理：一次母液升温65℃，经膜式发器在真空≥-0.088Mpa条件下蒸酸，每小时处理400L～500L，膜式蒸发器气压≤0.2Mpa,蒸出的醋酸经酸洗一部分，做洗涤酸用，其余经检验合格（含量≥98.5﹪）入库，浓缩液入结晶罐降温析结果，再溶掉部分细粉，留下品种保温2h～4h,缓慢降温至40℃～循环母液处理：循环回收母液与一次母液体积比1：1.5～2配比，在96℃～100循环母液处理：循环回收母液套用20批左右其胶体增多无法正常回收，故而可将残液中加入冰醋酸，其配比为1：1.1～1.5，保温3h～5h，对胶体进行酸解而后再蒸馏降温，结晶，离心，回收乙酰水杨酸，酸化二次后，再不能回收乙酰水杨酸，将残液进行蒸酸，汽压0.2Mpa蒸至不能出酸后，再加水蒸稀酸，蒸酸剩余的残液再加水稀释，打入水解罐，加氢氧化钠溶液进行碱解4h～6h，温度95℃～100℃，ph为9～10，得水杨酸钠，碱解液打入酸析罐，用30﹪左右的稀硫酸溶液45℃～50℃温度下，进行酸析，得回收工业水杨酸，ph1.0终点到降温到30℃，离心放到料用30℃的水洗至硫酸盐13物料衡算（杨书）计算依据：年产量：1200t年工作日：300天日产量：4t转化率：99%收率：98.1%物料计算以日产量为基准。3.1溶解罐的物料衡算溶解罐①溶解罐③依照吉林恒河制药厂和山东新华制药厂的参考公式，可得：回收品∶母液=1∶1.7（粉子、渣子、尾料）∶母液=1∶2.5因为投入回收品、粉子、渣子为固定值：回收品=294Kg粉子+渣子=3.5Kg+27.5Kg=31Kg因此计算出母液量为：294Kg×1.7+31Kg×2.5=499.8Kg+77.5Kg=577.3Kg综合以上计算，得：进料①：粉子=3.5Kg渣子=27.5Kg回收品=294Kg进料②：母液量=577.3Kg出料③：通过溶解的进料①和进料②，完全通过过滤罐过滤出料，即出料③=902.3Kg3.2酰化反应的物料衡算酰化反应釜①酰化反应釜②③年产量为1200t，一年按300个工作日计算，可得出日产量为：1200t/300天=4000Kg/天因为此物料衡算时以吉林恒和制药为模型，在此基础上进行扩建和改造，因此改造后产品的收率仍为改造前的收率，即98.1%。又因为:产品收率=产品/（水杨酸×1.3043）=0.981则水杨酸投料量=4000Kg/（0.981×1.3043）=3126.18Kg依照阿司匹林生产设计的经验公式：水杨酸投料量=（醋酐×含量）/0.820～0.836=3126.18Kg此物料衡算中运用经验常数0.830；同时醋酐含量为98%；则投入酸酐量=3126.18Kg×0.830/0.98=2647.68Kg同时因为醋酐中的醋酸的含量为2%则HAC质量=2647.68×2%=52.95Kg依照吉林恒河制药厂和山东新华制药厂的参考公式，可得：总投料量∶母液量=6.8∶1因为总投料量=水杨酸+酸酐=3126.18Kg+2647.68Kg=5773.86Kg由此的投入反应罐母液量为5773.86Kg/6.8=849.10Kg综合以上计算，得：进料①：水杨酸=3126.18Kg酸酐=2647.68Kg进料②：溶解罐中的出料③=902.3Kg投入反应罐的母液量=5773.86Kg/6.8=849.10Kg出料③：此工艺过程可近似不考虑损耗，即完全出料:即出料③=水杨酸+酸酐+溶解罐中的出料③+投入反应罐的母液量=7525.26Kg3.3渗滤槽的物料衡算渗滤槽渗滤槽①②③因为1.1和1.2中的母液均来自于此工艺过程，即渗滤掉的母液量=577.3Kg+849.10Kg=1426.4Kg进入工艺1.1和1.2使用。依照渗滤槽的渗滤能力和反应液的性状，渗滤掉的母液百分比为44.3%（吉林恒和制药的经验值）。则渗滤结束后剩余的母液量=1426.4Kg/44.3%×55.7%=1793.46Kg，因为反应液中存在挥发性物质醋酸、醋酐以及设备老化等缘故造成了损耗，一般损耗率为1.42%；即损耗量=进料总量×1.42%=7525.26Kg×1.42%=106.86Kg因此此工艺得到粗品阿司匹林=7525.26Kg-1426.4Kg-1793.46Kg-106.86Kg=4198.54Kg综合以上计算，得：进料①：完全来自酰化反应罐中的出料③=7525.26Kg出料②：粗品阿司匹林=4305.4Kg渗滤结束后剩余的母液量=1793.46Kg出料③：渗滤掉的母液量=1426.4Kg表1酯化反应前物料衡算表物料名称水杨酸酸酐回收阿司匹林粉子渣子母液总量重量Kg3126.182647.6829427.53.51426.47525.26表2酯化反应后的物料衡算表物料名称阿司匹林母液损耗总量重量Kg4305.43113106.867525.263.4酸洗离心机的物料衡算酸洗离心机①③酸洗离心机②④依照醋酸的浓度、渗滤槽中剩余母液的粘度和质量，确定酸洗工艺过程中加入醋酸的质量，因为本设计采纳的醋酸浓度为98.5%，又依照经验公式：醋酸/（阿司匹林+母液）=1∶9.17因此确定投入醋酸量=（阿司匹林+母液）/9.17=（4305.4+1793.46）/9.17=665.09Kg依照酸洗离心机的离心能力和物品的粘度得出经验离心率为34.88%，因此离心出来的母液=总投料量×34.88%=（665.09Kg+4305.4Kg+1793.46Kg）×34.88%=2359.26Kg，进入回收工艺。又由于醋酸的挥发及设备的老化造成了一定的损耗，损耗率一般为3.1%～3.3%，本次设计取3.18%。因此确定损耗=总投料量×3.18%=（665.09Kg+4305.4Kg+1793.46Kg）×3.18%=215.09Kg。以此计算出湿品阿司匹林=总投料量-离心出来的母液-损耗=（665.09Kg+4305.4Kg+1793.46Kg）-2359.26Kg-215.09Kg=4189.6Kg综合以上计算，得：进料①：来自于渗滤槽中的出料②粗品阿司匹林=4305.4Kg渗滤结束后剩余的母液量=1793.46Kg进料②：醋酸=665.09Kg出料③：湿品阿司匹林=4189.6Kg。要保证湿品中醋酸含量≤2.5%，本设计计算时取2.5%。出料④：离心出来的母液=2359.26KgKg表3酸洗离心物料衡算酸洗离心前物料衡算酸洗离心后物料衡算物料名称阿司匹林母液酯酸总量阿司匹林母液损耗总量重量Kg4305.41793.46550.186649.044189.62359.26215.096763.953.5水洗离心机的物料衡算水洗离心机①③水洗离心机②④依照湿品中含醋酸量和湿品ASP的纯净度，投入洗剂水与ASP的比例=1∶3.77，因此洗剂水量=湿品ASP/3.77=4189.6Kg/3.77=1111.30Kg。又依照离心机的脱水能力，经验值为20.1%，因此脱水量=总投料量×20.1%=（1111.30Kg+4189.6Kg）×20.1%=1065.48Kg。并要保证湿品中含水量应≤3%，本次设计计算中采纳3%。由于设备的缘故造成洗涤过程中有损耗，一般为0.65%～0.70%，本次设计取值为：0.685%，因此可确定：损耗量=（1111.30Kg+4189.6Kg）×0.685%=36.31Kg.依此得出湿品ASP=总投料量-损耗-脱水量=1111.30Kg+4189.6Kg-36.31Kg-1065.48Kg=4199.11Kg。综合以上计算，得：进料①：湿品ASP=4189.6Kg。进料②：洗剂水量=1111.30Kg。出料③：湿品阿司匹林=4199.11Kg出料④：脱水量=1065.48Kg。表4水洗离心物料衡算水洗离心前物料衡算水洗离后前物料衡算物料名称阿司匹林洗剂水总量水杨酸洗剂水损耗总量重量Kg4189.61111.305300.93369.181065.4836.314384.753.6气流干燥的物料衡算气流干燥器气流干燥器①②依照物料计算，干燥物料总重为：4199.11Kg，含水量为3%，即125.97Kg进行完全脱水即干燥失重为125.97Kg因为流化床的排空系统和机器本身造成的损耗一般为：0.15%～0.171%，本次设计取0.150%，因此损耗量为：4199.11×0.150%=6.30Kg。在沉降室和扑集器得到粉子，渣子质量为31.Kg，由总产率为98.1%，成品量4000Kg（符合设计要求）综合以上计算，得：进料①：来自于水洗离心机，湿品阿司匹林=4199.11Kg。出料②：得到成品=4000Kg。表5干燥物料衡算干燥前物料衡算干燥后物料衡算物料名称阿司匹林总量成品其他损耗总量重量Kg4199.113437.384000125.976.304199.114能量衡算（杨书）4.1反应罐能量衡算反应罐Q3、t3Q1、t1Q反应罐Q3、t3Q2、t2Q5、t5Q6反应罐能量衡算可表示如下式：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q1SA与醋酐带入设备的热量KJ；Q2加热剂水蒸汽传给物料的热量KJ；Q3过程反应热KJ；Q4生成ASP与醋酸带走的热量KJ；Q5加热剂水蒸汽带走的热量KJ；Q6设备向环境散失的热量KJ；t1SA与醋酐进入设备的温度℃，t1=20℃t2加热剂水蒸气的进入温度℃，t2=142.9℃t3最终反应罐中温度℃，t3=80℃t4物料流出时的温度℃，t4=80℃t5加热剂水蒸汽流出时的温度℃，t5=80℃4.1.1比热容的计算（一）经《化学基础数据手册》可查得乙酸与醋酐的比热容，见下表（二）ASP与SA比热容的计算大多数液体的比热容在1.7～2.5KJ/(kg.℃)之间，少数液体例外，如液氨与水的比热容比较大，在4左右；而汞和液体金属的比热容比较小。液体比热容一般与压强无关，随温度上升而稍有增大。作为水溶液比热容的近似计算，可先求出固体的比热容，再按下式计算C=CSa+(1-a)式中C水溶液的比热容KJ/(Kg.℃);CS固体的比热容KJ/(Kg.℃);a水溶液中固体的质量分数。关于绝大多数有机化合物，其比热容可利用下表求得。先依照化合物的分子结构，将各种基团结构的摩尔热容数值加和，求出摩尔热容，再由化合物的分子量换成比热容。表6基团结构摩尔热容[J/(mol.℃)]基团C6H5－－COOH－O－－CO－OH－CH3温度20℃116.3677.7829.6243.3441.9041.3680℃131.0690.8430.6845.3863.6846.40因此ASP的比热容=[(C6H5-)+(-COOH)+(-O-)+(-CO-)+(-CH3)]/180.2AS的比热容=[(C6H5-)+(-COOH)+(-OH)]/138.1经以上式子可求得所需比热容（KJ/Kg℃）温度表7比热容（KJ/Kg℃）温度名称Cp名称Cp2080乙酸1.351.41醋酐1.992.01阿司匹林——2.26水杨酸1.712.074.1.2能量衡算1.Q1与Q4Q1与Q4均可用下式计算Q1（Q4）=∑mctKJ;式中m输入（输出）设备的物料质量Kg；c物料的平均比热容KJ/Kg℃;t物料的温度℃；利用（1）Q1=∑mct[3126.18Kg×1.71KJ/Kg℃+2647.68Kg×1.99KJ/Kg℃]×20=2.12×10^5KJQ4=(4000Kg×2.26KJ/Kg℃+1569.42×1.41KJ/Kg℃)×80=9.00×10^5KJ2.Q2，Q5Q2与Q5军可用下式计算：Q2（Q5）=∑mctKJ;m水的重量Kg；c水蒸汽比热容KJ/Kg℃t温度℃Q2=1000×7525.26Kg/300天×4.2KJ/Kg℃×142.9=150.55×10^5KJQ5=7525.26Kg×1000/300天×4.2KJ/Kg℃×80=84.28×10^5KJ3.Q3Q3=27.2KJ/mol×180.1g/mol×1000=48.98×105KJ由Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6；∴Q6=Q1+Q2+Q3-Q4-Q5；=2.12×10^5KJ+150.55×10^5KJ-48.98×10^5KJ-9.00×10^5KJ-84.28×10^5KJ=10.41×10^5KJ5要紧工艺设备计算（马建宇）5.1工艺设备选型原则（1）为提高产品质量，节约投资，降低能耗，并满足GMP要求，工艺设备选用国内先进，成熟，可靠的设备，使建成后的生产装备达到国内先进水平。（2）凡接触物料精，干，包岗位的设备，容量和管件均选用不锈钢材料。（3）设备选型为今后阿司匹林扩产留有余地。5.2工艺设备计算5.2.1醋化反应釜5.2.1.1反应釜体积的计算：釜式反应器间歇操作时，每处理一批物料都需要一定的出料，清洗，加料等辅助操作时刻，故处理一定量物料所需要的有效体积不仅与反应时刻有关，而且与辅助操作时刻有关。:反应器的有效体积或反应体积，即物料所占有的体积，:每小时所需要处理的物料体积，T：达到规定转化率所需要的反应时刻，ht:辅助操作时刻，h决定反应器的总体积,还要考虑装料系数=日处理量为7525.26Kg，则每小时处理量为7525.26/24＝313.55Kg混合物密度由下面公式求得：水杨酸的相对密度为1.44，酸酐的相对密度为1.08，醋酸的相对密度为1.05，分不为水杨酸，酸酐，醋酸的质量分数。求出每小时处理的体积为313.55/1190＝0.26反应时刻为6h，每批料辅助时刻为0.5h，＝0.26（6+0.5）＝1.69＝1.69/0.8＝2.115.2.1.2反应釜的筒体直径及高度将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径D＝1200mm,查附录，DN＝1200mm时标准椭圆封头曲面高度，直边高度，封头容积，表面积，由手册计算得每一米高的筒体容积为，表面积筒体高度圆整为H=1400mm因此H/D=1400/1200＝1.16，复核结果差不多符合原定范围。5.2.2夹套的计算夹套内径D1，能够依照筒体内径D选取[21]表8：D700~18002000~3000D+50D+100D+200则夹套的内径为=1200+100=1300mm有前面明白，装料系数；夹套的高度计算如下：选取夹套高度，刚，如此是便于筒体法兰螺栓装拆的。夹套传热面积>6夹套传热面积符合设计要求。由于夹套的介质为水或水蒸气，介质对材料的腐蚀性轻微，故选用Q235-A为夹套材料，查手册明白板厚为4.5~16mm。Q235-A的应许力=113MPa，夹套安全系统有安全阀，选取夹套设计压力P=1.1=1.10.4MPa，即P=0.44MPa。夹套筒体和内筒的环焊缝因无法双面焊和做相应的探伤检查，从安全考虑，夹套所有焊缝均取焊缝系数，取壁厚附加量的钢板厚度负偏差，单面腐蚀取腐蚀余量。夹套的壁厚计算如下：=凸形封头的壁厚附加量也只考虑和，加工成型的减薄量由制造厂依照加工条件确定，以保证壁厚符合图纸要求，设计计算时能够不考虑。取，，标准椭圆形夹套的壁厚为，圆整到钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头壁厚均为6mm5.2.3筒体的材料和壁厚筒体材料也选用Q235-A，筒体受内压取设计压力为P＝0.33MPa,设计温度150℃，参考前面计算夹套壁厚结果，可知按强度计算内筒的壁厚约为5mm，而筒体又受外压作用，按设计外压P=0.44Mpa，所得壁厚大于内压设计的壁厚，刚外压稳定设计的壁厚，一定能满足内压设计要求，能够不再作内压设计校核。考虑到内筒筒体按外压设计，且受双面腐蚀作用，能够初选筒体壁厚，并取，，筒体有效壁厚，。内筒体受外压作用的计算长度L为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高的1/3，,由和能够查得系数,。筒体的许用外压为>P=0.44Mpa因为[p]>p，且比较接近，因此取筒体，此外，外压稳定和内压强度均能满足要求。选取筒体下封头壁厚，壁厚附加量中，，因此筒体下封头的有效壁厚，标准椭圆封头的外压计算当量球面半径，计算系数A为，由系数A查表得系数B＝112Mpa，许用外压为>P=0.44Mpa取筒体下封头壁厚符合外压稳定和内压强度要求。筒体的上封头只受内压作用，并不受外压作用，为了便于制造取上封头壁厚与筒体下封头壁厚相同。5.2.4水压试验及其强度校核内筒体水压试验压力由，，取二者中大值，为方便压力表读数，取。夹套水压试验压力由，，，取夹套水压试验。内筒水压试验时壁内应力夹套水压试验时壁厚内应力由于Q235-A在常温时的屈服强度为，计算可见水压试验时内筒、夹套壁内应力都小于，水压试验安全。当夹套作水压试验时，釜体将受外压作用。因夹套的试验压力为，而筒体的许用外压为故在夹套水压试验时，筒体内需要充压才能保持筒体稳定。5.2.5选择釜体法兰依照筒体内操作压力、温度和筒体直径，查表初选甲型平焊法兰和《压力容器法兰类型与技术条件》，法兰材料为Q235A，再查标准JB4701－2000《甲型平焊法兰》，公称压力PN6的Q235A甲型平焊法兰在操作温度150℃时的许用工作压力为0.48MPa,大于筒体设计压力，所选用的甲型平焊法兰合适。查标准《非金属软垫片》（JB4704－2000）、《缠绕垫片》（JB4705－2000）和《金属包垫片》（JB4706－2000）以及《压力容器法兰类型与技术条件》（JB/T4700）,选择石棉橡胶垫片和光滑面密封。查标准《甲型平焊法兰》（JB4701－2000），选用甲型平焊法兰光滑密封面，公称压力为PN6，公称直径为DN1200。，标记为：法兰GII6I-1200JB/T4701-2000,查标准《非金属软垫片》（JB/T4704－2000）,选用垫片124012003JB/T4704-2000。5.2.6选用手孔、视镜、温度计、和工艺接管由《平盖手孔》（JB/T589－1979）或《板式平焊兰手孔》（HG21529－1992），选用光滑密封的平盖手孔APN1,DN250JB/589T4725－1992。由标准《压力容器视镜》（HG/T21619－21620－1986）或《组合式视镜》（HG21505－1992）。选用碳钢带颈视镜IP1,DN80(GH/T21619－21620－1986)。温度计选用公称长度1460mm，配凸面板式平焊管法兰PN0.6MPa，DN50,HG20593－1997进料管口c1－2采纳无缝钢管，配法兰PN0.6，DN50,GH20592－1997出料管口h采纳无缝钢管，配法兰PN0.6，DN50，HG20592－1997。加热蒸汽进口管g采纳无缝钢管，配法兰PN0.6,DN32,HG20592－1997。冷凝液出口管i和压力表接管e都选用，无缝钢管，配法兰PN0.6，DN25,HG20592－1997。安全阀接管a采纳无缝钢管，配法兰PN0.6.DN40，HG20592－1997。5.2.7搅拌器的设计计算搅拌在药品生产中的应用特不广泛，原料药生产的许多过程差不多上在有搅拌器的釜式反应器中进行的。通过搅拌，能够加速物料之间的混合，提高传热和传质速率，促进反应的进行或加快物理变化过程。此次操作要求搅拌器具有较强的剪切作用和较大的循环流量，因此选涡轮式最为合适，同时乙酸酐属于低黏度糊流体。叶轮直径一般为釜径的0.2~0.5倍。取400mm，常用转速为10~500，取200，本设计选六叶直叶圆盘涡轮式搅拌器。酸酐的粘度为，混合物的粘度，，是水杨酸与酸酐的体积比，则算出，混合物的密度为1190雷诺数，由相关曲线查得校正桨叶数量的阻碍校正桨叶直径的阻碍故所求搅拌功率为搅拌轴直径的计算依照工艺条件要求，选取搅拌器外径700mm,搅拌轴直径d=50mm,选择搅拌材料为45钢，查表得钢的许用扭应力为，计算系数A=118~107，则搅拌轴的直径为<50mm,因此该轴是安全5.2.8容器支座的选用计算反应釜因需外加保温，故选用B型悬挂式支座。反应釜的总质量包括物料（或水压试验的水）质量,釜体和夹套的质量,电动机、减速机、搅拌装置、法兰、保温等附件质量。，釜体和夹套的质量能够查手册或自行计算，由此，电动机和减速机总质量约100kg,搅拌装置质量约40kg,筒体法兰质量约120kg,保温层质量约100kg，手孔及其他接管附件质量约50kg,由此得，反应釜的总质量即总重力约为78KN。反应釜安装四个支座，但按三个支座承载计算，查阅标准《耳式支座》（JB/T4725-1992），能够选用承载能力为20的支座B2JB/T2725-1992.5.3酸洗离心机依照物料计算，酸洗物料料重量为4305.4Kg，每天24小时生产，生产周期为每车1小时。拟选用SS-1000型三足式离心机，每年装料100Kg，则需要设备台数为：N=4305.4/[100×(24/1)]=1.69(台)故选用2台SS-1000型三足式离心机能满足生产。5.4水洗离心机依照物料计算，水洗物料总量为4189.6Kg。每天按24小时，生产周期为每车1小时。拟选用SS-1000型三足式离心机，每车装料100Kg，则需要设备台数为：N=4189.6/[100×（24/1）]=1.44（台）故选用2台SS-1000型三足式离心机能满足生产。5.5振动流化床干燥器依照物料计算，干燥物料总重量为4199.11Kg。拟选用GZQ3×45型振动流化床干燥器，其生产能力为200Kg/h，每天24小时生产，则需要设备台数为：N=4199.11/（200×24）=0.72（台）故选用1台振动流化床干燥器能满足生产需要。5.6母液蒸馏罐依照物料计算，一次母液重量为2359.26Kg，比重大约1.05。则母液体积为2359.26/1.05=1858.62L。故选用2台1500L母液蒸馏罐能满足生产，并为今后扩产留有余地。5.7循环母液反应罐依照物料计算，循环母液重量为1065.48Kg，比重约为1.05，则循环母液体积为1065.48/1.05=839.36L，故选用1台1000L循环母液反应罐能满足生产，并为今后扩产留有余地。6管道设计（马建宇）在药品生产中，水，蒸汽以及各种流体物料通常采纳管道来输送。管道布置是否合理，不仅阻碍装置的基建投资，而且与装置建成后的生产，治理，安全和操作费用紧密相关。因此，管道设计在制药工程设计中占有重要的地位。6.1管道计算表9公称通径（mm）管子外径（mm）一般碳钢管壁厚（mm）10172.251521.252.752026.752.752533.53.253242.253.2540483.550603.57075.53.756.1.1水杨酸的进料管道的计算依照管道的公称通径、外径、壁厚表得，公称通径＝50，，管子的外径D=60，则管子的内径6.1.2酸酐的进料管道的计算

依照管道的公称通径、外径、壁厚表得，公称通径＝80，，管子的外径D=88.5，则管子的内径6.1.3母液的管道进料计算依照管道的公称通径、外径、壁厚表得，公称通径＝70，，管子的外径D=75.5，则管子的内径6.1.4反应釜的出料管道计算依照管道的公称通径、外径、壁厚表得，公称通径＝70，，管子的外径D=75.5，则管子的内径7车间布置设计7.1概述车间布置设计是制药工程设计中的一个重要环节。车间布置是否合理，不仅与施工、安装、建设投资紧密相关，而且与车间建成后的生产、治理、安全和经济效益紧密相关。因此，车间布置设计应按照设计程序，进行细致而周密的考虑。车间布置设计是一项复杂而细致的工作，它是以工艺专业为主导，在大量的非工艺专业如土建、设备、安装、电力照明、采暖通风、自控仪表、环保等的紧密配合下，由工艺人员完成的。因此，在进行车间布置设计时，工艺设计人员要善于听取和集中各方面的意见，对各种方案进行认确实分析和比较，找出最佳方案进行设计，以保证车间布置的合理性。原料药车间和制剂车间差不多上常见的制药车间。原料药作为精细化学品，属于化学工业的范畴，其车间设计与一般的化工车间具有许多相同点。但药品是一种专门商品，其质量好坏直接关系到人体健康、疗效和安全。为保证药品质量，原料药车间的成品工序（精细、烘干、包装工序）与制剂车间一样，其生产环境都有相应的洁净等级要求。7.2车间布置设计的依据1、有关的设计规范和规定在进行车间布置设计时，设计人员应熟悉并执行有关的设计规范和规定，如《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）、《石油化工企业厂界噪声标准》（GB50160-99）、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058－92）、《洁净厨房设计规范》（GBJ73－84）、《药品生产质量治理规范》（国家药品监督治理局，1998年修订版）、《采暖通风和空气调节设计规范》（GBJ19-87）等。2、有关布置设计是在工艺流程设计、物料衡算、能量衡算和工艺设备设计之后进行的，因此，一般已具备下列设计基础资料。（1）不同深度的工艺流程图，如初步设计时期带操纵点的工艺流程图、施工时期带操纵点的工艺流程图。（2）物料衡算、能量衡算的计算资料和结果，如各种原材料、中间体、副产品和产品的数量、组成及性质;三废的数量、组成及处理方法；加热和冷却剂的种类、规格及用量等。（3）工艺设备设计结果，如设备一览表，各设备的外形尺寸、重量、支承形式、操作条件及保温情况等。（4）厂区的总平面布置示意图，包括本车间与其他车间及生活设施的联系、厂区内的人流和物流分布情况等。（5）其他相关资料，如车间定员及人员组成情况，水、电、汽等公用工程情况，厂房情况等。7.3车间布置设计应考虑的因素在进行车间布置设计时，一般应考虑下列因素。（1）本车间与其他车间及生活设施在总平面图上的位置，力求联系方便、短捷。（2）满足生产工艺及建筑、安装和检修要求。（3）合理利用车间的建筑面积和土地。（4）车间内应采取的劳动爱护、安全卫生及防腐蚀措施。（5）人流、物流通道应分不独立设置，尽可能幸免交叉往返。（6）对原料药车间的精制、烘干、包装工序以及制剂车间的设计，应符合《药品生产质量治理规范》的要求。（7）要考虑车间进展的可能性，留有进展空间。（8）厂址所在区域的气象、水文、地质等情况。7.4车间布置设计的程序车间设计一般可按下列程序进行。（1）收集有关的基础设计资料（2）确定车间的防火等级设计人员依照生产过程中使用、产生和贮存物质的火灾危险性，按《建筑设计防火规范》和《石油化工企业设计防火规定》，确定车间的火灾危险性类不。（3）确定车间的洁净等级关于有洁净等级要求的车间，设计人员应依照《药品生产质量治理规范》的要求，确定相应的洁净等级。（4）初步设计依照带操纵点的工艺流程图、设备一览表等基础设计资料以及物料贮存运输、辅助生产和行政生活等要求，结合有关的设计规范和规定，进行初步设计。初步设计的任务是确定生产、辅助生产及行政生活等区域的布局；确定车间场地及建（构）筑物的平面尺寸和立面尺寸；确定工艺设备的平面布置图和立面布置图；确定人流及物流通道；安排管道及电气仪表管线等；编制初步设计讲明书。（5）施工图设计初步设计经通过后，即可进行施工图设计。施工图设计是依照初步设计的审查意见，对初步设计进行修改、完善和深化，其任务是确定设备管口、操作台、支架及仪表及电气等的空间位置；确定设备的安装议案确定与设备安装有关的建筑和结构尺寸；确定管道及电气仪表管线的走向等。在施工图设计中，一般先由工艺专业人员绘出施工时期车间设备的平面及立面布置图，然后提交安装专业人员完成设备安装图的设计。7.5车间设计的成果车间布置设计通常采纳两时期设计即初步设计和施工图设计。在初步设计时期，车间布置设计的要紧成果是初步设计时期的车间平面图和立面图；在施工图设计时期，车间布置设计的要紧成果是施工时期的车间平面图和立面图。8公用工程公用系统一般是对全厂各部门有紧密关系,为这些部门所有的一类动力辅助设施的总称,是一类非工艺设计的项目。工程包括给排水、供电、环境消毒等专业。8.1排水系统排水系统的任务是今后自洗涤与卫生器具和生产设备排除的污水，以及降落在屋面上的雨水，雪水迅速排到室外排水管道中去，同时药品生产的洁净要求需防止室外排水管道中的有害气体，臭气，有害虫类进入室内，产生微生物污染。医药工业所产生的污水有3类。a生活污水卫生洁具，洗手设施，沐浴设施等排出的污水。b生产废水生产过程中所产生的污水和废水，包括设备及容器洗涤用水，冷却用水等。c雨水包括屋面的雨水及融化的雪水。医药工业室内排水体制一般采纳分流制，生活污水，生产废水及雨水分不设置管道排出去。生活污水和生产废水排放前应先进行预处理，达到接口指标才能排放至都市污水处理厂的总体管道;或者建筑污水处理站，达到国家规定的排给水，排水设计，施工和验收规范外，还必须遵守《规范》的有关规定。采取的措施要紧如下。100级的洁净室内不宜设置水斗和地漏，10000级的洁净室应幸免安装水斗和地漏，在其他级不的洁净室中应把水斗及地漏的数量减少到最低程度。洁净室内与下水管道连接的设备、清洁器具和排水设备的排出口以下部位必须设存水弯或水土封装置。设在洁净室的地漏，要求材质不易腐蚀、内表面光洁，例如不锈钢材料；不易结垢，有密封盖，开启方便；有水封能防止废水废气倒灌，同意冲洗地面时临时开盖，不用时则将盖盖死，必要时还应依照产品工艺要求，灌以消毒剂定期消毒灭菌，从而能够防止污染。现在国内已开发了这种医药工业的新型专用地漏。下水管路必须有足够在的管径和安装坡度，使流水畅通无阻。在排水立管上设置辅助通气管或专用勇气管，使室内外排水管道中散发的有害气体能排到大气中去，并使水流畅通，防止水封被破坏。蒸汽冷凝水应返回锅炉房，若是直接排放的，应设置单独的管道，以防止疏水器后的蒸汽背压将残余汽、水通过下水道及地漏冲到其他房间，造成污染。质监部门及生产上产生的酸碱废水亦应设置专用管道，并采纳PVC塑料管或ABS工程塑料管，引至酸碱处理装置。排水主管不应穿过洁净度要求高的房间，排水主管应尽量靠柱、墙角敷设，并用钢丝网、水泥粉光。盥洗间的洗手池水龙头最好采纳感应式装置，尤其是无菌室，以幸免交叉污染。洁净室洗涤间的水槽形式有两种：一种是不锈钢水斗；另一种是地槽，上铺不锈钢格栅，这种形式较好，尤其适用于大工具、大设备的清洗。总之，洁净区域应尽量幸免安装水斗和下水道，而无菌操作区应绝对幸免，如需安装的，则设计时应考虑其位置便于维护、清洁，使微生物污染降低到最小程度。8.2电气