工艺流程设计与设备选型

工艺流程设计与设备选型第22章P282本章内容22.1制约工艺流程设计22.2工艺设备的设计、选型与安装基本要求熟悉工艺流程设计的任务、内容、基本程序和成果；了解工艺流程设计的原则、依据。掌握工艺流程设计中的方案比较以及单元操作或单元反应为中心，完善工艺流程的设计技术，掌握工艺流程设计中应考虑的技术问题。掌握工艺流程框图和工艺流程简图，熟悉物料流程图和带控制点的工艺流程图。掌握工艺设备设计与选型的阶段划分及内容，熟悉工艺设备设计选型的主要依据。了解制药设备GMP设计的内容。22.1制药工艺流程设计一、制药工艺过程及制药工艺流程设计的任务

工艺就是选择切实可靠的生产技术路线，由原料到产品的加工过程。

典型的制药工艺过程化学制药生产过程的心脏。（1）制药工艺过程工艺流程设计的任务是在确定的原料路线和技术路线的基础上，通过图解和必要的文字说明将原料变成产品（包括污染物治理）的全部过程表示出来。工艺流程设计是车间工艺设计的核心，是车间设计最重要、最基础的设计步骤。工艺流程设计是工程设计所有设计项目中最先进行的一项设计，但随着车间布置设计和其他专业设计的进展，还要不断地做一些修改和完善，结果几乎是最后完成。工艺流程设计的任务主要是在初步设计阶段完成。（2）制药工艺流程设计的任务

制药工艺流程设计的任务主要内容：方案设计，确定生产方法及生产流程，是全部工艺设计的基础。物料热量衡算。主要包括物料衡算、热量衡算以及设备计算、设备选型等。车间布置设计。主要任务是确定整个工艺流程中的全部设备在平面和空间中的具体位置，相应地确定厂房或框架的结构形式。管路设计。确定装置全部管线、阀件、管件以及各种管架的位置，以满足工艺生产的要求。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。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或参数，如反应温度、压力、流量、流速等——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——设计人员可以采用不同的技术方案。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。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，环保、安全、占地面积等也是方案比较时应考虑的重要因素。（3）选择生产方法制药生产方案比较的前提：保持工艺过程的原始信息不变。（1）实例1

在药品精制中，粗品常先用溶剂溶解，然后加入活性炭脱色，最后再滤除活性炭等固体杂质。假设溶剂为低沸点易挥发溶剂，试确定适宜的过滤流程。

首先选定过滤速度和溶剂收率为方案比较的评判标准。

方案I常压过滤方案。

方案II真空抽滤方案。虽可滤除活性炭等固体杂质，但过滤速度较慢。过滤速度明显加快，但由于出口未设置冷凝器，因而易造成大量低沸点溶剂的挥发损失，使溶剂的收率下降。方案的比较

方案III真空抽率－冷凝方案。

方案Ⅳ加压过滤方案。出口设置了冷凝器，以回收低沸点溶剂，从而减少了溶剂的挥发损失，提高了溶剂的收率，因而较为合理。在压滤器上部通入压缩空气或氮气，即加压过滤方式，过滤速度快，且溶剂的挥发损失很少，因而最为合理。（2）实例2用混酸硝化化氯苯制备备混合硝基基氯苯。已已知混酸的的组成为HNO347％、H2SO449％、H2O4％；氯苯与与混酸中HNO3的摩尔比1：1.1；反应开始始温度为40～55℃，并逐步升升温至80℃；硝化时间间为2h；硝化废酸酸中含硝酸酸小于1.6%，含混合硝硝基氯苯为为获得混合合硝基氯苯苯量的1％。试通过过方案的比比较，确定定适宜的硝硝化及后处处理工艺流流程。首先选定混混合硝基氯氯苯的收率率以及硫酸酸、硝酸及及氯苯的单单耗作为方方案比较的的评判标准准。方案1硝化－分离离方案可生产出合合格的混合合硝基氯苯苯，但将分分离后的废废酸直接出出售，要消消耗大量的的硫酸，使使硫酸的单单耗居高不不下，另一一方面，由由于废酸中中含有未反反应的硝酸酸以及少量量的硝基氯氯苯，直接接出售不仅仅使硝酸的的单耗增加加，混合硝硝基氯苯的的收率下降降，而且存存在于废酸酸中的硝酸酸和硝基氯氯苯还会使使废酸的用用途受到限限制。方案2硝化－分离离－萃取方方案与方案1比回收了废废酸中的硝硝酸，降低低了硝酸的的单耗；提提高了混合合硝基氯苯苯的收率。。但该方案案仍有1.2%~1.3%的原料氯苯苯，将其直直接出售，，不仅使硫硫酸的单耗耗居高不下下，而且会会增加氯苯苯的单耗。。此外，存存在于废酸酸中的氯苯苯也会使废废酸的用途途受到限制制。方案3硝化－分离离－萃取－－浓缩方案案与方案2比，方案3萃取之后的的废酸经减减压浓缩后后可循环使使用，从而而大大降低低了硫酸的的单耗。同同时，由于于氯苯与水水形成低共共沸混合物物，浓缩时时氯苯将随随水一起蒸蒸出，经冷冷却后可回回收其中的的氯苯，从从而降低了了氯苯的单单耗。以单元操作作或单元反反应为中心心，完善工工艺流程各种不同的的生产过程程都是由若若干个反应应（包括化化学反应和和生物转化化反应等））和若干个个基本的物物理操作串串联而成，，每一个基基本的物理理操作过程程都称为一一个单元操操作，每个个基本的反反应称为一一个单元反反应。在工工艺流程设设计中，常常以单元操操作或单元元反应为中中心，建立立与之相适适应的工艺艺流程。实例1工业生产中中，硝化混混酸的配制制常在间歇歇搅拌釜中中进行，试试以搅拌釜釜为中心，，完善硝化化混酸配制制过程的工工艺流程。。配制混酸需需要有一台台搅拌釜，，并考虑到到混酸配制制过程是一一个放热过过程，搅拌拌釜还应有有夹套，以以便操作时时向夹套中中通入冷却却水冷却。。混酸配制采采用间歇操操作，为保保证硫酸与与硝酸的配配比，应设设置硫酸计计量罐和硝硝酸计量罐罐。在工业生产产中，要配配制一定浓浓度的混酸酸，通常不不加水调节节，而是用用硝化后回回收的废酸酸来调节。。因此，还还应设置废废酸计量罐罐。在工业生产产中，原料料硫酸和硝硝酸须有一一定的贮存存量，因此此，要设置置硫酸贮罐罐和硝酸贮贮罐。此外外，还需设设置废酸贮贮罐以贮存存硝化后回回收的废酸酸。考虑将硫硫酸、硝硝酸和废废酸由贮贮罐送入入计量罐罐的方式式。可以以采用泵泵输送，，为防止止工作人人员失误误使酸溢溢出计量量罐，可可在计量量罐和贮贮罐之间间设置溢溢流管。。为了贮存存配置好好的硝化化混酸，，应设置置相应的的混酸贮贮罐。混酸配制制过程的的工艺流流程示意意图实例2在合成抗抗菌药诺诺氟沙星星的生产产中，以以对氯硝硝基苯为为原料制备备对氟硝硝基苯的的反应方方程式为为反应拟在在间歇釜釜反应器器中进行行，试以以反应器器为中心心，完善善反应过程的的工艺流流程。一台搅拌拌釜，由由于反应应温度较较高，搅搅拌釜应应带有夹夹套，以以作为载载热体流流动空间间。要确定载载热体的的技术规规格。选选择较普普遍的导导热油如如联苯混混合物作作为载热热体。它它是一种种常用的的高温有有机载热热体，沸沸点为258℃℃，可在较较低的压压力下得得到较高高的加热热温度。。由于过程程的温度度较高，，物料中中的低沸沸点组分分可能挥挥发，对对环境造造成污染染，因此此，在反反应器的的上部应应设置一一台回流流冷凝器器，并用用冷却水水冷却，，以回收收易挥发发组分。。氟化反应应是液固固非均相相反应，，反应液液经冷却却后，其其中固体体应滤除除。因此此，在反反应器的的下部可可设置一一台过滤滤器。由由于溶剂剂等的沸沸点均较较高，可可考虑采采用减压压抽滤，，以提高高过滤速速度。氟化反应应过程的的工艺流流程图：：尽可能采采用先进进设备、、先进生生产方法法及成熟熟的科学学技术成成就，以以保证产产品质量量。“就地取取材”、、充分利利用当地地原料，，以便获获得最佳佳的经济济效果。。所采用的的设备效效率高、、降低原原材料消消耗及水水电气消消耗。按GMP要求对不不同的药药物剂型型进行分分类的工工艺流程程设计。。（4）工艺流流程设计计的原则则β－内酰胺胺类药品品（包括括青霉素素类、头头孢菌素素类）按按单独分分开的建建筑厂房房进行工工艺流程程设计。。中药制制剂和生生化药物物制剂涉涉及中药药的前处处理，单单独设立立前处理理车间其他如激激素，抗抗肿瘤药药、生产产用毒菌菌种、活活疫苗与与灭活疫疫苗等按按特殊要要求进行行工艺流流程设计计。遵循“三三协调””原则即即人流物物流协调调、工艺艺流程协协调、洁洁净级别别协调。。充分预计计生产的的故障，，以便即即时处理理、保证证生产的的稳定性性。主要从原原料性质质、产品品质量和和品种、、生产能能力以及及今后发发展余地地等方面面考虑。。（五）工工艺流程程设计的的依据：（六）工工艺流程程的分类类从工艺和和技术角角度来看看，应满满足以下下要求。。尽量采用用能使物物料和能能量有高高利用率率的连续续过程。。间歇操作作半间歇操操作连续操作作（七）工工艺流程程设计应应考虑的的问题反应物在在设备中中的停留留时间既既要使之之反应完完全，又又要尽可可能地短短。维持各个个反应在在最适宜宜的工艺艺条件下下进行。。设备或器器械的设设计要考考虑到流流动形态态对过程程的影响响，也要要考虑某某些因素素可能的的变动，，如原料料成分变变动范围围，操作作温度的的允许范范围等。。尽可能使设备备的构造、反反应系统的操操作和控制简简单、灵敏和和有效。及时采用新技技术和新工艺艺。为易于控制和和保证产品质质量一致，在在技术水平和和设备材质等等允许下，大大型单系列优优于小型多系系列，且便于于实现微机控控制。2.从经济核算、、管理、环保保和操作安全全的角度来看看，要求如下下。选用小而有效效的设备和建建筑，以降低低投资费用，，并便于管理理和运输，与与此同时，也也要考虑到操操作、安全和和扩建的需要要。用各种方法减减少不必要的的辅助设备或或辅助操作。。工序和厂房的的衔接安排要要合理。创造有职业保保护的安全工工作环境，减减轻体力劳动动负担。重视环保，做做好三废治理理。污染处理理装置应与生生产同时投产产。二、工艺流程程设计的基本本程序工艺路线的选选择确确定工艺艺流程的组成成和顺序绘绘制工艺流流程框图绘绘制制工艺流程示示意图绘绘制制物料流程图图绘绘制初步设设计阶段带控控制点的工艺艺流程图绘绘制施工阶段段带控制点的的工艺流程图图三、工艺流程程设计的成果果在通常的初步步设计和施工工图设计中，，初步设计阶阶段的主要成成果是初步设设计阶段带控控制点的工艺艺流程图；施施工图设计阶阶段的主要成成果是施工阶阶段带控制点点的工艺流程程图。四、工艺流程程图施工图设计初步设计工艺流程设计计带控制点的工工艺流程图物料流程图工艺流程示意意图工艺流程框图图施工阶段带控控制点的工艺艺流程图工艺流程图是是以图解形式式表示的工艺艺流程，在工工艺流程设计计的不同阶段段，工艺流程程图深度是不不同的。工艺流程简图图工艺流程框图图：表示单元元过程及物料料葡萄糖生产工工艺流程框图图阿司匹林的生生产工艺流程程框图工艺流流程简简图：：物料料流程程和设设备组组成硬胶囊囊剂生生产工工艺流流程简简图工艺流流程简简图：：物料料流程程和设设备组组成阿司匹匹林的的生产产工艺艺流程程示意意图物料流流程图图表示方方式：：以方框框流程程表示示单元元操作作及物物料成成分和和数量量；在工艺艺流程程简图图下方方列表表表示示物料料组成成和量量的变变化图图中应应有设设备位位号、、操作作名称称、物物料成成分和和数量量。某中药药固体体制剂剂车间工艺艺物料料流程程图氯苯硝硝化的的物料料流程程图用框图图绘制制的氯氯苯硝硝化的的物料料流程程图带控制制点的的工艺艺流程程图基本要要求：：一般应应画出出所有有工艺艺设备备、工工艺物物料管管线、、辅助助管线线、阀阀门、、管件件以及及工艺艺参数数（温温度、、压力力、流流量、、液位位、物物料组组成、、浓度度等））的测测量点点，并并表示示出自自动控控制的的方案案。例：2,4－二氯氯甲苯苯生产产过程程中的的精馏馏工段段为例例介绍绍带控控制点点的工工艺流流程图图。以以三氯氯化锑锑为催催化剂剂、对对氯甲甲苯和和氯气气为原原料，，经反反应、、分离离等工工序而而制得得，其其工艺艺流程程框图图如下下：二氯甲甲苯精精馏工工段带带控制制点的的工艺艺流程程图施工流流程图图中的的每条条管道道都要要标注注管道代代号。横向管管道的的管道道代号号注写写在管管道线线的上上方;竖向管管道则则注写写在管管道线线左侧侧，字字头向向左。。工段号号按工工程规规定填写写，采采用两两位数字字，从从01开始，至至99为止管段序号工段号物料代号VE0401——32x3.5B管路外径壁厚管道材料代号管段序序号采采用两两位数数字字，，从从01开始，，至至99为止止，，相同类别别的物料料在同一主主项内以以流向先后后为序，，顺序编号号隔热或隔隔音的功功能管路的使使用温度度范围管道等级级代号CW0401——32x3.5A1A—CH管道尺寸寸一般标注公称称通径，，以mm为单位，，注数字，，不注单位22.2工艺设备备的设计计、选型型与安装装第二阶段段第一阶段段一、工艺艺设备设设计与选选型的内内容第二阶段段是解决决工艺过过程中的的技术问问题，例例如过滤滤面积，，传热面积积，干燥燥面积以以及各种种设备的的主要规规格等。。生产工艺艺确定设备设计计与选型型第一阶段段内容：：定型机械械设备和和制药机机械设备备的选型型；计量贮存存容器的的计算；；定型化工工设备的的选型；；确定非定定型设备备的形式式，工艺艺要求，，台数，，主要规规格；编制工艺艺设备一一览表。。二、工艺艺设备设设计选型型的主要要依据：：设备符合合国家有有关政策策法规，，可满足足药品生生产的要要求，保保证药品品生产的的质量、、安全可可靠、易易操作、、维修及及清洁。。设备的性性能参数数符合国国家，行行业或企企业标准准，与国国际先进进制约设设备相比比具有可可比性，，与国内内同类产产品相比比具有明明显的技技术优势势。具有完整整的，符符合标准准的技术术文件。。三、制药药设备GMP设计通则则的具体体内容①设备备的设计计应符合合药品生生产及工工艺的要要求，安安全、稳稳定、可可靠，易易于清洗洗，消毒毒或灭菌菌，便于于生产操操作和维维修保养养，并能能防止差差错和交交叉污染染。②设备备的材质质选择应应严格控控制。与与药品直直接接触触的零部部件均应应选用无无毒、耐耐腐蚀，，不与药药品发生生化学变变化，不不释出微微粒，或或吸附药药品的材材质。③与药药品直接接接触的的设备内内表面及及工作零零件表面面，尽可可能不设设计有台台、沟及及外露的的螺栓连连接。表表面应平平整、光光滑、无无死角，，易清洗洗与消毒毒。④设备备应不对对装置之之外环境境构成污污染，鉴鉴于每类类设备所所产生污污染的情情况不同同，应采采取防尘尘、防漏漏、隔热热、防噪噪声等措措施。⑤在易易燃易爆爆环境中中的设备备，应采采用防爆爆电器并并设有消消除静电电及安全全保险装装置。⑥对注注射制剂剂的灌装装设备除除应处于于相应的的洁净室室内运行行外，要要按GMP要求，局局部采用用100级层流洁洁净空气气和正压压保护下下完成各各个工序序。⑦药液液、注射射用水及及净化压压缩空气气管道的的设计应应避免死死角、盲盲管。材材料应无无毒，耐耐腐蚀。。内表面面应经电电化抛光光，易清清洗。管管道应标标明管内内物料流流向。其其制备、、贮存和和分配设设备结构构上应防防止微生生物的滋滋生和传传染。管管路的连连接宜采采用卡箍箍式连接接⑧当驱驱动摩擦擦而产生生的微量量异物及及润滑剂剂无法避避免时，，应对其其机件部部位实施施封闭并并与工作作室隔离离，所用用的润滑滑剂不得得对药品品、包装装容器等等造成污污染。对对于必须须进入工工作室的的机件也也应采取取隔离保保护措施施。⑨无菌设备备的清洗洗，尤其其是直接接接触药药品的部部位和部部件必须须灭菌，，并标明明灭菌日日期，必必要时要要进行微微生物学学的验证证。经灭灭菌的设设备应在在3日内使用用，同一一设备连连续加工工同一无无菌产品品时，每每批之间间要清洗洗灭菌；；同一设设备加工工同一非非灭菌产产品时，，至少每每周或每每生产三三批后进进行全面面清洗。。设备清清洗除采采用一般般方法外外，最好好配备就就地清洗洗(CIP)和就地灭灭菌(SIP)的洁净、、灭菌系系统。⑩设备备设计应应标准化化、通用用化、系系列化和和机电一一体化。。实现生生产过程程的连续续密闭，，自动检检测，是是全面实实施设备备GMP的要求的的保证。。此外，涉涉及压力力容器时时，除符符合上述述要求外外，还应应符合GB150-1998“钢制压力力容器””有关规规定。9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。13:08:3013:08:3013:0812/29/20221:08:30PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2213:08:3013:08Dec-2229-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。13:08:3013:08:3013:08Thursday,December29,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2213:08:3013:08:30December29,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。29十十二二月月20221:08:30下下午午13:08:3012月月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月221:08下下午午12月月-2213:08December29,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2913:08:3013:08:3029December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。1:08:30下午午1:08下午午13:08:3012月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。13:08:3113:08:3113:0812/29/20221:08:31PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2213:08:3113:08Dec-2229-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。13:08:3113:08:3113:08Thursday,December29,202213、不知香积寺寺，数里入云云峰。。12月-2212月-2213:08:3113:08:31December29,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。29十二