湖州師范學(xué)院-awesome隊 化學(xué)原料藥多功能車間設(shè)計【含CAD圖紙+文檔】
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1目錄目錄I第1章設(shè)計依據(jù)及設(shè)計規(guī)模11.1.項目概述1*硫辛酸11.1.1.研究進(jìn)展21.1.2.以己二酸為起始原料的合成方法。21.1.3.環(huán)己酮及其衍生物合成法21.1.4.其它合成方法41.1.5.生產(chǎn)能力6*依非韋倫61.2.依非韋倫的概述61.2.1.研究進(jìn)展61.2.2.化學(xué)拆分法71.2.3.不對稱合成法8*纈沙坦121.2.4.背景121.2.5.研究進(jìn)展13第2章工藝說明152.1.生產(chǎn)方法:152.2.設(shè)計規(guī)模152.3.工藝路線152.4.工藝特點162.5.工藝流程詳細(xì)162.5.1.原料儲存162.5.2.,進(jìn)料準(zhǔn)備18*硫辛酸182.5.3.反應(yīng)202.5.4.產(chǎn)物的分離312.5.5.產(chǎn)物的精制322.5.6.產(chǎn)品的包裝342.5.7.物料輸送方法35第3章生產(chǎn)制度383.1.生產(chǎn)時間383.2.員工培訓(xùn)393.2.1.工人、技術(shù)人員和生產(chǎn)管理人員來源393.2.2.人員培訓(xùn)規(guī)劃39第4章物料衡算404.1.物料平衡404.1.1.物料衡算目的404.1.2.物料衡算意義404.1.3.物料衡算原則404.1.4.物料衡算414.2.能量平衡484.2.1.能量衡算目的484.2.2.能量衡算意義484.2.3.能量衡算原理494.2.4.能量衡算49第5章主要工藝設(shè)備選擇585.1.裝置的選型依據(jù)585.2.反應(yīng)釜選型依據(jù)58i.反應(yīng)釜595.3.換熱器615.4.固液分離設(shè)備61ii.壓濾器63iii.離心機(jī)655.5.干燥設(shè)備65iv.真空干燥器665.6.貯罐67v.混合罐68vi.儲罐695.7.泵類705.8.其它設(shè)備71vii.濃縮結(jié)晶釜71viii.脫色釜72ix.減壓濃縮釜73x.粉碎機(jī)73xi.萃取塔74xii.計量罐不銹鋼立式75第6章主要原輔材料和工藝用公用工程消耗量766.1.主要原輔材料的消耗量;766.1.1.硫辛酸766.1.2.依非韋倫786.1.3.纈沙坦80第7章布置827.1.設(shè)計依據(jù)827.2.車間布置83第8章行政法規(guī)執(zhí)行措施888.1.消防設(shè)計措施;888.1.1.標(biāo)準(zhǔn)888.1.2.消防建設(shè)898.1.3.廠房防火防爆898.1.4.儲罐區(qū)防火防爆908.1.5.消防系統(tǒng)918.1.6.日常消防管理938.2.環(huán)境保護(hù)措施;948.2.1.計依據(jù)及說明948.2.2.主要污染物、污染源分析以及處理968.2.3.生態(tài)988.2.4.廠內(nèi)綠化988.3.勞動安全衛(wèi)生措施;998.3.1.編制依據(jù)及設(shè)計采用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范998.3.2.生產(chǎn)過程中職業(yè)危害因素分析1008.3.3.職業(yè)危害因素的防范與管理1038.4.節(jié)能措施;1088.4.1.設(shè)計說明1088.4.2.節(jié)水109第9章GMP 專篇1129.1.潔凈區(qū)劃分和空氣潔凈等級說明1129.1.1.制藥潔凈車間布置要求1129.1.2.空氣潔凈度和級別1139.1.3.我國的潔凈室的標(biāo)準(zhǔn)1149.2.車間人物流設(shè)施說明;1169.2.1.設(shè)備1169.2.2.物料1169.2.3.質(zhì)量控制1189.2.4.機(jī)構(gòu)與人員1189.3.空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置、除塵及局部排風(fēng)說明;1209.3.1.概述1219.4.凈化裝修說明;1249.5.測試工作內(nèi)容如下:1299.6.工藝設(shè)備選型說明1329.7.公用工程設(shè)施符合 GMP 要求的說明133第10章存在問題及建議133133第1章 設(shè)計依據(jù)及設(shè)計規(guī)模1.1. 項目概述*硫辛酸硫辛酸(Thioctic Acid)別名奧力寶、而硫辛酸、健肝靈、凱抒汀。硫辛酸是一種天然的二硫化物,其化學(xué)名稱是1,2-二硫戊環(huán)-3-戊酸,它是在1951年由Reed首次從豬肝中分離出來,隨后的研究發(fā)現(xiàn),它屬于一種B族維生素,廣泛分布于生物組織中,是動植物、微生物的生長因子。在人體代謝過程中,氧自由基(活性氧ROS)占很大比重。自由基在人體內(nèi)不斷地產(chǎn)生和清除,這一動態(tài)平衡一旦破壞,自由基在體內(nèi)積蓄過多,就會引起衰老或?qū)е履承┘膊 A蛐了犭p硫五元環(huán)結(jié)構(gòu),使之具有了顯著的親電子性和與自由基反應(yīng)的能力。在水溶液中,它可直接消除有害的輕自由基和氧自由基等,它很容易形成聚合體,比單體具更強(qiáng)的清除自由基能力。因此硫辛酸被譽(yù)為“萬能抗氧劑”。硫辛酸還對砷、鉻、汞等重金屬中毒特別有效,并越來越多地運(yùn)用來治療糖尿病,同時也廣泛應(yīng)用于生物學(xué)、化妝品和照相中。在歐美,硫辛酸主要用于肝功能障礙、亞急性壞死腦病和度蘑菇中毒的解毒;在日本和亞洲的其他國家,人們將硫辛酸及硫辛酸胺用于亞急性壞死性腦病、鏈霉素和卡那霉素的解毒以及噪聲造成的內(nèi)耳功能障礙;在我國,硫辛酸用于急性肝炎、肝硬化、肝性昏迷、脂肪肝等肝病的治療。鑒于硫辛酸的重要性和市場需要,找尋低成本制備硫辛酸的工業(yè)方法是一直人們所尋找的。1.1.1. 研究進(jìn)展由于硫辛酸具有重要的生理活性,自從其結(jié)構(gòu)得以確認(rèn)以后,其化學(xué)合成就引起了廣大科研工作者的極大興趣和關(guān)注。在設(shè)計合成硫辛酸路線時,必須考慮以下兩個問題,首先是形成8個碳鏈的適當(dāng)結(jié)構(gòu);其次是轉(zhuǎn)化為二硫醇體系。以下按起始原料不同將所查閱的合成方法進(jìn)行簡要介紹。1.1.2. 以己二酸為起始原料的合成方法。該路線的主要反應(yīng)步驟包括單甲?;?、酸氯化生成己二酸單甲酯酰氯,在三氯化鋁存在下,己二酸單甲酯酰氯和乙烯進(jìn)行加成反應(yīng)生成8-氯,6-氧辛酸甲基酯,再經(jīng)還原、氯化、環(huán)合、水解等反應(yīng)合成硫辛酸。該路線是天津生物化學(xué)制藥廠采用的生產(chǎn)路線,總收率為34.6%:二氯代物和硫化鈉反應(yīng)易形成硫辛酸聚合物,難以分離,所得產(chǎn)物純度低。1.1.3. 環(huán)己酮及其衍生物合成法在該合成方法中主要有以下四種合成路線。方法一: 這種方法收率較低,僅有18%。方法二:該方法的缺點是起始原料2一乙氧基乙基澳價格比較昂貴的,而且a一硫辛酸的總收率僅有10%。方法三:此方法是一種有效制備硫辛酸的方法,易實現(xiàn)工業(yè)化。但其缺點是收率較低,僅有19%。方法四:該路線反應(yīng)步驟少,收率較高,基于乙烯基烷氧醚的收率為45%,易實現(xiàn)工業(yè)化,是一條具有工業(yè)化潛力的合成路線。1.1.4. 其它合成方法在下列的合成方法中起始原料比較復(fù)雜,而且這些方法存在收率、原料成本、反應(yīng)條件等方面的問題,此外也有生物合成法,但這些方法實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)都比較困難。方法一:2-(3-烷硫基丙酞基)環(huán)戊酮合成法:該路線起始化合物2-(3-烷硫基丙酞基)環(huán)戊酮須通過多步反應(yīng)制得,價格相當(dāng)昂貴,而且在液氨中與鈉反應(yīng)須在-60-10的低溫下進(jìn)行,操作費(fèi)用很高。方法二:6-烯基庚酸合成法Braude等是從6-烯基庚酸出發(fā),用甲醛進(jìn)行Prins反應(yīng)生成6,8-甲烯基雙氧辛酸,總收率僅有%8。采用五步反應(yīng),總收率為20一30%。此方法收率不高,起始化合物還需經(jīng)四氫呋喃甲醇制得。 化學(xué)原料藥多功能車間中硫辛酸生產(chǎn)時以硫化鈉、硫磺、6,8-二氯辛酸乙酯等為原料,經(jīng)過環(huán)合、水解、精制等過程制得。6,8-雙氧乙酸酷辛酸鹽,然后轉(zhuǎn)化為硫辛酸。Prins反應(yīng)的產(chǎn)物直接轉(zhuǎn)化硫辛二硫化鈉的制備:環(huán)合反應(yīng)水解、酸化反應(yīng)產(chǎn)品的收率為48.82%。(以6,8-二氯辛酸乙酯計)1.1.5. 生產(chǎn)能力在本次設(shè)計中,生產(chǎn)硫辛酸的計劃時間為100天,在100天內(nèi)生產(chǎn)25噸的硫辛酸。*依非韋倫1.2. 依非韋倫的概述 依非韋倫(Efavirenz,CAS 號:173676-60-3)是美國Merck公司開發(fā)的非核苷類逆轉(zhuǎn)錄酶抑劑,1998年經(jīng)FDA批準(zhǔn)上市用于HIV感染治療藥物。其化學(xué)名為(S)-6-氯-4-(丙基乙炔基)-1,4-氫-4-(三氟甲基)-2H-3,1-氧氮雜萘-2-酮,分子式為:C14H9ClF3NO2,分子量:315.68,結(jié)構(gòu)式如圖所示:依非韋倫結(jié)構(gòu)式本品是一種口服有效的I-型人類免疫缺陷病毒(HIV-1)的非核苷類反轉(zhuǎn)錄酶抑劑:選擇性好,高度抑制HIV-1,但不抑制HIV-2 和其他逆轉(zhuǎn)錄病毒;只針對病毒逆轉(zhuǎn)錄酶,而不抑制細(xì)胞多聚酶,因此毒性??;直接與HIV-1逆轉(zhuǎn)錄酶催化活性位點的p66疏水區(qū)結(jié)合,造成酶蛋白構(gòu)象改變,導(dǎo)致酶失活,阻止HIV-1 RNA逆轉(zhuǎn)錄為DNA;也能與細(xì)胞外如血漿中的逆轉(zhuǎn)錄酶結(jié)合,減少游離病毒毒粒逆轉(zhuǎn)錄,從而改變病毒的感染性。1.2.1. 研究進(jìn)展Merck 和Dupont 是最早報道合成依非韋倫的公司,Merck 的工藝中用到了CAN( 硝酸鈰銨) ,但在CAN 的作用下產(chǎn)生等量的對甲氧基苯甲醛( 對最后產(chǎn)品的分離不利) 和大量對環(huán)境有害的廢物鈰鹽; Dupont 的工藝沒有采用手性控制的不對稱技術(shù),使得該路線需要化學(xué)拆分對映異構(gòu)體,原子不經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)率較為低下,分離難度加大。有文獻(xiàn)報道使用有機(jī)鋅試劑和不同的配體參與反應(yīng)時,也能合成出產(chǎn)率和ee值都較好的依非韋倫。本實驗室在綜合大量文獻(xiàn)、專利和考察了工業(yè)化生產(chǎn)所需條件的基礎(chǔ)上,得出了一條適合工業(yè)化生產(chǎn)的路線,并對該路線的最佳物料配比做了考察,合成出了具有良好ee值( 99 9%) 和較高產(chǎn)率( 69%) 的依非韋倫。合成路線如下圖所示。依非韋倫的合成路線1.2.2. 化學(xué)拆分法合成路線一: 早期使用的是化學(xué)拆分法。1993年,Merck公司申請了依非韋倫的化合物專利,首次報道了依非韋倫的合成路線。以對氯苯胺為原料,經(jīng)4步反應(yīng)合成得到重要的中間體2-三氟乙?;?4氯苯胺。接著在炔基格式試劑的作用下得到化合物,進(jìn)而與羰基二咪唑關(guān)環(huán)得到消旋的依非韋倫。經(jīng)薄荷酰氯酯化后為非對映異構(gòu)體,重結(jié)晶拆分再酸解脫去薄荷基團(tuán)得到具有光學(xué)純的依非韋倫,該路線總產(chǎn)率只有25%左右、ee%值為98%。 化學(xué)拆分法:對氯苯胺合成依非韋倫 合成路線二: 1997 年,Radesca 等以對氯苯基異氰酸酯為原料,與叔丁醇反應(yīng)得到中間體,然后再經(jīng)三步反應(yīng)得到了消旋的依非韋倫,最后經(jīng)化學(xué)拆分法得到左旋的依非韋倫??偟寐始s為16%,原子不經(jīng)濟(jì),分離難度大。 1.2.3. 不對稱合成法 不對稱合成,也稱立體選擇性合成、手性合成、對映選擇性合成,是研究向反應(yīng)物引入一個或多個具手性元素的化學(xué)反應(yīng)的有機(jī)合成分支。不對稱合成目前在藥物合成和天然產(chǎn)物全合成中都有十分重要的地位。 合成路線三: Dupont 公司采用不對稱合成技術(shù)控制手性合成了依非韋倫。該路線以 2-三氟乙?;?4 氯苯胺為原料,經(jīng)對甲氧基芐氯氨基保護(hù)后得,再在丁基鋰作用下,與N,N-四氫吡咯烷基-L-苯丙醇胺和環(huán)丙基乙炔反應(yīng),得到ee%98%的化合物,進(jìn)而與光氣關(guān)環(huán),硝酸鈰鹽(CAN)脫保護(hù)得到目標(biāo)產(chǎn)物。該路線使工藝的立體選擇性、產(chǎn)率都大大的提高(產(chǎn)率60 %)。但是在CAN的作用下會產(chǎn)生等量的對甲氧基苯甲醛(對最后產(chǎn)品的分離不利)和大量對環(huán)境有害的廢物鈰鹽。 硝酸鈰鹽合成依非韋倫合成路線四: 1998 年,Pierce 等使用醌類化合物二氯二氰醌(DDQ)對中間體進(jìn)行環(huán)化,然后在堿性條件下與NaBH4反應(yīng)開環(huán),得到氨基醇。氨基經(jīng)光氣關(guān)環(huán)得到依非韋倫(該步反應(yīng)產(chǎn)率為94%)。該合成方法是對硝酸鈰鹽法的改進(jìn),即可除去產(chǎn)生的對甲氧基苯甲醛,也可減少鈰鹽對環(huán)境的污染,但是 DDQ氧化還原的產(chǎn)物 DDQH 也對環(huán)境有一定的污染。 DDQ 參與合成依非韋倫在此基礎(chǔ)上,Choudhury 等人對脫保護(hù)的方法進(jìn)行了改進(jìn):使用醌類化合物四氯苯醌對中間體進(jìn)行環(huán)化,然后在堿性條件下與NH2OH或者 TsNHNH2反應(yīng)開環(huán),得到氨基醇,該步反應(yīng)產(chǎn)率為82%。 四氯苯醌參與合成依非韋倫合成路線五: 1998 年Merck公司首先報道,使用2-三氟乙酰基-4 氯苯胺與N,N-四氫吡咯烷基-L-苯丙醇胺、格氏試劑和二乙基鋅所形成的配合物反應(yīng),得到產(chǎn)率為87%、ee%值高達(dá)99.2%的。該反應(yīng)用二乙基鋅替代丁基鋰,提高了反應(yīng)的對映選擇性,省去了保護(hù)和脫保護(hù)兩步,進(jìn)一步減少了對環(huán)境的污染,但是反應(yīng)中用到的格氏試劑、二乙基鋅的價格昂貴,工業(yè)化生產(chǎn)成本高。 Et2Zn 參與合成依非韋倫合成路線六: 2003 年,姜標(biāo)等選用了一種新的配體(1R,2R)-1-(4-硝基苯基)-2-(N,N-二甲基氨基-3-(叔丁基氧基)-1-丙醇,在Zn(II)、Cu(II)絡(luò)合下。對化合物的酮羰基進(jìn)行立體選擇性加成,得到產(chǎn)率為80%、ee%值為99%的產(chǎn)品 。該路線反應(yīng)條件溫和,產(chǎn)率高,但是該法使用的配體不是易得原料。 新手性氨基醇配體催化合成依非韋倫合成路線七: 2011 年,Chinkov 等人發(fā)現(xiàn)中間體12具有自催化作用。將2-三氟乙?;?4 氯苯胺加入環(huán)丙基乙炔、中間體、配體、二乙基鋅的混合物中,反應(yīng)生成中間體,產(chǎn)率為79%,ee%值高達(dá)99.6%。反應(yīng)大大減少了二乙基鋅、配體用量。 依非韋倫自催化*纈沙坦1.2.4. 背景纈沙坦(valsartan),化學(xué)名稱為:N-(1-戊?;?-N-4-2-(1H- 四氮唑-5-基)苯基芐基-L-纈氨酸,是瑞士諾華公司研發(fā)的一種血管緊張素 II受體拮抗劑(ARB)。1996 年12月,美國FDA批準(zhǔn)其首先在德國上市,商品名為Diovan(代文)。該藥的特點是口服后可直接起效,并且維持降壓時間較長。纈沙坦在治療中度高血壓中療效確切,耐受性比較好,副作用也少。隨著越來越多的ARB類藥物循證醫(yī)學(xué)證據(jù)的積累,纈沙坦的臨床應(yīng)用已經(jīng)從高血壓的治療階段發(fā)展到對冠心病、糖尿病、腎病、心力衰竭等全面心血管事件的干預(yù)階段。隨著這一藥物的臨床應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大,大規(guī)模的臨床研究的深入開展,對其作用機(jī)理、有效性、安全性將會有更加全面的認(rèn)識,具有較大的開發(fā)和應(yīng)用前景。研究合成該原料藥的新方法,降低生產(chǎn)成本,具有重要的意義。 1.2.5. 研究進(jìn)展方法一:J.Med.chem合成路線以鄰甲氧基苯基甲酸為原料經(jīng)酰氯化和2-甲基-2-氨基-丙醇縮合,再在氯化亞砜中環(huán)合得到噁唑啉。再經(jīng)格氏反應(yīng)、水解、溴化制得4-甲基-2-氰基聯(lián)苯,與L-纈氨酸芐基(或甲酯)縮合,戊?;?,與疊氮三丁基錫環(huán)合成四氮唑,最后脫芐酯得纈沙坦。粗品收率為25.4%(以鄰甲氧基苯甲酸計)方法二:歐洲專利路線以4-溴甲基-2-氰基聯(lián)苯為原料制備2-氰基-4甲酰-聯(lián)苯,與L-纈氨酸芐基(或甲酯)在分子篩5A作用下,再用硼氫化鈉還原制備化合物,后三步與J.Med.chem合成路線相同。 由于專利未報道溴化物制成苯甲醛路線的收率,所以無法計算總收率?;瘜W(xué)原料藥多功能車間中纈沙坦是以N-正戊?;i氨酸甲酯(4 - 異丙基 - 3 - 戊酰基-2 - 2 - (2H-四唑-5 - 基) - 聯(lián)苯-4 - 基 - 惡唑烷-5酮)為起始原料,經(jīng)過加氫還原、精制而成。纈沙坦的收率為86.05%。(以N-正戊?;i氨酸甲酯計)第2章 工藝說明2.1. 生產(chǎn)方法: 間歇式生產(chǎn)。在生產(chǎn)操作一開始物料一次投入系統(tǒng),直到操作過程結(jié)束后,立即將產(chǎn)物一次取出。在投料與出料之間,系統(tǒng)內(nèi)沒有物料交換。間歇操作是我國制劑工業(yè)目前采用的主要操作方式。這主要是制劑產(chǎn)品的產(chǎn)量相當(dāng)少,國產(chǎn)化連續(xù)操作設(shè)備尚不成熟,原輔料質(zhì)量不穩(wěn)定,技術(shù)工藝條件及產(chǎn)品質(zhì)量要求嚴(yán)格等。從國外制藥工藝發(fā)展情況看,廣泛采用先進(jìn)的連續(xù)化操作生產(chǎn)線聯(lián)動線是制藥工業(yè)向?qū)I(yè)化規(guī)?;较虬l(fā)展的必然趨勢,也是促進(jìn)我國制藥企業(yè)全面實施GMP與國際接軌的有效途徑。2.2. 設(shè)計規(guī)模產(chǎn)品名稱 設(shè)計規(guī)模(t/a)含量包裝規(guī)格 其他硫辛酸2599.5%25Kg/桶非無菌原料藥依非韋倫2599.5%25Kg/桶非無菌原料藥纈沙坦 2599.5%25Kg/桶非無菌原料藥2.3. 工藝路線(1)硫辛酸:以硫化鈉、硫磺、6,8-二氯辛酸乙酯等為原料,經(jīng)環(huán)合、水解、精制等過程制得。(2)依非韋倫:以環(huán)丙基乙炔鋰、4-氯-2-(三氟乙?;?苯胺為原料,經(jīng)加成、環(huán)合、精制等過程制得。(3)纈沙坦:以 N-正戊酰基纈氨酸甲酯為起始原料,經(jīng)加氫還原、精制等。 2.4. 工藝特點1 選用三種物料間歇生產(chǎn),硫辛酸生產(chǎn)100天 依非韋倫生產(chǎn)150天 纈沙坦50天;2 采用能使物料和能量有高利用率的連續(xù)過程;3 維持各個反應(yīng)在最適宜的工藝條件下進(jìn)行;4 設(shè)備或者器械的設(shè)計考慮到流動形態(tài)對過程的影響,并考慮到某些因素可能變動對工藝的影響;5 盡可能采用先進(jìn)設(shè)備,先進(jìn)生產(chǎn)方法及成熟的科學(xué)技術(shù)成就,以保證產(chǎn)品質(zhì)量;遵循“三協(xié)調(diào)”原則即人流物流協(xié)調(diào)工藝流程協(xié)調(diào)潔凈級別協(xié)調(diào),正確劃分生產(chǎn)工藝流程中生產(chǎn)區(qū)域的潔凈級別,并且按工藝流程合理布置,避免生產(chǎn)流程的迂回往返和人物流交叉。充分預(yù)計生產(chǎn)故障,使得此工藝靈活性提高,以便及時處理,保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性。2.5. 工藝流程詳細(xì)2.5.1. 原料儲存儲罐硫辛酸依非韋倫纈沙坦V10016,8-二氯辛酸乙酯/95%乙醇V1002NaOH/醋酸異丁酯V100395%乙醇/醋酸異丁酯 儲罐硫辛酸依非韋倫纈沙坦W100636%HCl/V100795%乙醇/儲罐硫辛酸依非韋倫纈沙坦V2001/乙基鋅/V2002/丙酮/V2003/環(huán)丙基乙炔鋰/2.5.2. ,進(jìn)料準(zhǔn)備*硫辛酸1) 稱量水合硫化鈉658.35kg,備用。2) 將反應(yīng)釜升溫至60,備用。3) 稱量硫磺粉101.745kg,備用。4) 稱量四丁基溴化銨538.65kg備用。*依非韋倫1) 將儲罐V2002中的丙酮用計量罐為W2002依次量取94.136L,104.59L,209.18L分別放入V2004,V2005,V2006混合罐中。2) 將V2004混合罐加入60.5L的乙基鋅攪拌混合0.5小時,控制溫度30制成混合溶液I待用。3) 將V2005混合罐加入85.86L環(huán)丙基乙炔鋰攪拌混合0.5小時,控制溫度30,制得混合溶液II待用。4) 將V2006混合罐加入4-氯-2-(三氟乙?;┍桨泛捅?09.18攪拌混合0.5小時,控制溫度30,制得混合物III待用。5) 稱量A物質(zhì)12.0218Kg,與物質(zhì)B 0.48W和丙酮418.36加入加成反應(yīng)釜中。*纈沙坦1稱量N-正戊酰基纈氨酸甲酯578.44kg2稱量5%Pd-C(鈀-碳)5.7844kg3將反應(yīng)釜預(yù)熱至70752.5.3. 反應(yīng)1 硫辛酸硫辛酸生產(chǎn)以硫化鈉、硫磺、6,8-二氯辛酸乙酯等為原料,經(jīng)環(huán)合、水解、精制等過程制得。 產(chǎn)品主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下: (1)二硫化鈉制備 Na2S. 9H2O + S =Na2S2 + 9H2O在環(huán)合反應(yīng)釜R301A、R301B分別等量加入149.6kg的純化水、329.2kg水合硫化鈉攪拌升溫至60,分批將101.7kg硫磺平均加入兩個反應(yīng)釜中,反應(yīng)1.5h,制得二硫化鈉。(2) 環(huán)合反應(yīng) 在上述環(huán)合反應(yīng)釜R301A、R301B中分別平均加入1197kg95%乙醇和53.87kg的四丁基溴化銨,升溫至75。再在R301A、R301B分別緩慢滴加299.25kg 6,8-二氯辛酸乙酯,滴加時間為2h,加熱回流,反應(yīng)8h,得到環(huán)合液,冷卻至室溫備用。(3) 水解、酸化反應(yīng)將上述環(huán)合液1/3經(jīng)管道流入減壓濃縮釜E301,另外2/3環(huán)合液經(jīng)管道流入儲罐V301備用。由計量罐V1005經(jīng)管道向減壓濃縮釜E301緩慢加20%氫氧化鈉溶液147L,升溫至60,反應(yīng)3小時。將上述反應(yīng)液減壓濃縮除去乙醇,餾出液約為反應(yīng)液體積的1/2。將濃縮液降至室溫。然后緩慢加入適量2mol/L鹽酸,調(diào)節(jié)體系pH值至2(加入過程耗時約 1.5小時)。將上述反應(yīng)液經(jīng)管道流入萃取塔T401,用498.8kg乙酸乙酯萃取上述酸化液,有機(jī)相用飽和食鹽水洗滌分層,廢液流入儲罐V401。再用無水硫酸鎂干燥有機(jī)相,經(jīng)壓濾器M401過濾,濾液進(jìn)入濃縮結(jié)晶釜E401,濃縮至餾出液約為上述有機(jī)相體積的1/2,將濃縮液緩慢冷卻至10以下,結(jié)晶出粗產(chǎn)品。將濃縮結(jié)晶釜E401中出來的液體用離心機(jī)M402離心,用20kg乙酸乙酯淋洗,濾餅 (含濕量為20%)轉(zhuǎn)移至真空干燥器E402,在真空度0.08MPa條件下干燥,得淡黃色針狀粗品(粗品含量99%)。在脫色釜R601中依次加入267.3kg粗品、801.9kg 乙酸乙酯、26.7kg活性炭,加熱回流2小時,再將脫色釜R601中反應(yīng)后的反應(yīng)液加到多功能設(shè)備M601中脫碳過濾,結(jié)晶,固液分離,在真空度0.08MPa 條件下干燥,得淡黃色針狀硫辛酸精品。 最后將硫辛酸精品按要求經(jīng)粉碎機(jī)M602粉碎、待檢。檢驗合格后,將粉碎后的硫辛酸進(jìn)行內(nèi)包、外包、入庫。2 依非韋倫依非韋倫生產(chǎn)以環(huán)丙基乙炔鋰、4-氯-2-(三氟乙?;?苯胺為原料,經(jīng)加成、環(huán) 合、結(jié)晶等過程制得。 主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下: 加成反應(yīng)稱量A物質(zhì)12.0218Kg,與物質(zhì)B 0.48W和丙酮418.36L加入加成反應(yīng)釜R301A,R301B中,攪拌冷卻至 0(約1小時),將混合溶液緩慢加入加成反應(yīng)釜中R301A,R301B中(約 2 小時)。維持體系溫度 28 以下,再將混合溶液緩慢加入到加成反應(yīng)釜R301A,R301B中(約 2 小時),并維持體系溫度在 05,反應(yīng)(約1.5小時)。再將混合溶液緩慢加入加成反應(yīng)釜R301A,R301B中(約3小時),并維持體系溫度 40,反應(yīng)(約 2 小時),得加成液(加成液比容約為 950kg/m3)。將加成液通入減壓濃縮釜E301中減壓濃縮,餾出液約為加成液體積的 3/4,餾出液收集到儲罐V401中,儲罐通到廠外回收處理。 加入 551.2842L乙酸乙酯,溶解濃縮物,再加入 1W164.843Kg冰水,控制溫度在 05淬滅反應(yīng)(約 1 小時)。 加入 1W 純化水洗滌靜置分層,水相經(jīng)預(yù)處理后排至污水處理站,有機(jī)相過濾、減壓濃縮,餾出液約為上述有機(jī)相總體積的 1/2。濃縮液冷卻至 10以下,到結(jié)晶釜E401結(jié) 晶,通入M402離心,用18.376L 乙酸乙酯淋洗,濾餅(含濕量為 20%)轉(zhuǎn)移至真空干燥器E402中,在 真空度0.08MPa 條件下干燥,得加成物(加成物含量99%)。 回收離心母液和餾出液中的乙酸乙酯套用,回收率 90%,殘留物送市政處理。 加成收率為90%。 (2) 環(huán)合反應(yīng)將加成物加入環(huán)合釜R501,再加入551.2842L乙酸乙酯,攪拌溶解,加入 0.55W 氯甲酸甲酯、0.95W 碳酸鈉和 5W 純化水制得的溶液,控制反應(yīng)溫度在 35C,快速攪拌反應(yīng)(約 6 小時)。通入萃取塔T501,用164.843 Kg純化水洗分層,水相再用110.26L乙酸乙酯萃取,合并有機(jī)相,用 0.2W無水硫酸鈉干燥(約 4 小時),置入M501壓濾器中過濾,過濾出硫酸鈉后,濾液經(jīng)減壓濃縮釜E501(餾出液約為上述濾液總體積的 1/2)、結(jié)晶、置于離心機(jī)M501離心,用 0.1W 乙酸乙酯淋洗,濾餅(含濕量為20%)轉(zhuǎn)移至干燥器E502,在真空度0.08MPa 條件下干燥,得環(huán)合粗品(環(huán)合粗品含量99%)?;厥针x心母液和餾出液中的乙酸乙酯套用,回收率 90%,殘留物送市政處理。環(huán)合收率為 85%。3 纈沙坦纈沙坦是以 N-正戊?;i氨酸甲酯為起始原料,經(jīng)加氫還原、精制而成。主要化學(xué)反應(yīng)方程式如下:氫化還原反應(yīng):在R301A和R301B中,依次加入2313.76L的 醋酸異丁酯、578.44kg的N-正戊?;i氨酸甲酯、5.7844kgPd-c,加熱至7075使其溶解(反應(yīng)液比容約為950kg/m3),降溫通氫氣,控制溫度在38、壓力0.10.2MPa,反應(yīng)8 小時,停攪拌,降至常溫,通入M301A和M301B內(nèi)壓濾,回收Pd-C。然后將濾液轉(zhuǎn)移至V301一半留在V301一半往下通入E301進(jìn)行減壓濃縮至干,回收醋酸異丁酯套用,回收率95%。向E301中加入1291.5L 乙酸乙酯,溶解濃縮物,再加入578.44L水,進(jìn)行水洗分層,將水相通入T401,水相用322.9L 乙酸乙酯提取,水相通向V401,將有機(jī)相重新導(dǎo)回E301,再將V401內(nèi)的水相重新導(dǎo)回T401加入322.9L 乙酸乙酯提取,水相通向V401,將有機(jī)相重新導(dǎo)回E301再將V401內(nèi)的水相重新導(dǎo)回T401加入322.9L 乙酸乙酯提取,水相通向V401,將有機(jī)相重新導(dǎo)回E301,合并有機(jī)相于E301。水相經(jīng)預(yù)處理后排至污水處理站。將有機(jī)相減壓濃縮(餾出液約為上述有機(jī)相總體積的1/4),將減壓濃縮后的有機(jī)相通入E401冷卻降溫至5結(jié)晶,然后再通入M402離心,濾餅(含濕量為20%)轉(zhuǎn)移至E402,在真空度0.08MPa 條件下干燥,得纈沙坦粗品(纈沙坦粗品95%)。將上述纈沙坦粗品導(dǎo)入R601中,在R601中通入2726L丙酮使其溶解,再加入活性炭使其脫色,加熱回流4 小時。然后將其通入M601脫碳過濾,緩慢冷卻至5結(jié)晶,然后壓濾進(jìn)行經(jīng)固液分離,在真空度0.08MPa 條件下干燥,得纈沙坦精品(含量99.5%)2.5.4. 產(chǎn)物的分離在三種藥物的生產(chǎn)中,會產(chǎn)生含有大量塵灰或霧沫的氣體及產(chǎn)品懸浮在液體內(nèi)的懸浮液。為了回收有用物料,獲得產(chǎn)品,凈化氣體,都必須進(jìn)行非均勻一相的分離操作。另外,非均相系的分離在環(huán)境保護(hù),三廢處理方面具有重要意義。常用的非均相分離方法主要有以下三種。a. 過濾法b. 沉降法c. 離心分離d. 萃取 2.5.5. 產(chǎn)物的精制1) 硫辛酸工藝配比原輔料名稱規(guī)格質(zhì)量比(W*)粗品99%1.0乙酸乙酯99%3.0活性炭醫(yī)用級0.1在脫色釜R601中依次加入1W粗品、3W乙酸乙酯、0.1W活性炭,加熱回流2小時,脫碳過濾。 將濾液轉(zhuǎn)至結(jié)晶釜中,緩慢冷卻至10,結(jié)晶。經(jīng)固液分離,在真空度0.08MPa 條件下干燥,得淡黃色針狀硫辛酸精品(含量99.5%)。 回收母液中的乙酸乙酯套用,回收率為90%,殘留物送至市政處理。 精制收率為94%。 2) 依非韋倫向脫色釜R601中加入1.9W乙酸乙酯、1W環(huán)合粗品、0.15W活性炭,加熱至回流5 小時,脫碳過濾。 將濾液轉(zhuǎn)移至多功能設(shè)備,結(jié)晶,緩慢冷卻至5結(jié)晶,經(jīng)固液分離,用0.1W乙酸乙酯 淋洗,濾餅(含濕量為20%),在真空度0.08MPa條件下干燥,得依非韋倫精品 (依非韋倫精品含量99.5%)。3) 纈沙坦工藝配比原輔料名稱規(guī)格質(zhì)量比(W*)纈沙坦粗品中間體1.0 丙酮99%4.0活性炭醫(yī)用級0.1在脫色釜中R601依次加入 1W 粗品、3W 乙酸乙酯、0.1W 活性炭,加熱回流 2 小時,脫碳過濾。將濾液轉(zhuǎn)至結(jié)晶釜中,緩慢冷卻至 10,結(jié)晶。經(jīng)固液分離,在真空度0.08MPa 條件下干燥,得淡黃色針狀硫辛酸精品(含量99.5%)。 回收母液中的乙酸乙酯套用,回收率為 90%,殘留物送至市政處理。精制收率為 94%。2.5.6. 產(chǎn)品的包裝本次要生產(chǎn)包裝的是三種藥品,分別是硫辛酸依非韋倫纈沙坦,因此選用全自動多用包裝機(jī),它常用于包裝顆粒沖劑片劑粉狀以及流體和半流體物料。其特點是直接用筒狀的熱封包裝材料,自動完成制袋計量和充填排氣或充氣封口和切斷等多種功能。我們選擇立式連續(xù)式。2.5.7. 物料輸送方法我們的生產(chǎn)路線需要用到兩種流體類型,輸送的設(shè)備分別是液體分配設(shè)備和氣體輸送設(shè)備。泵,一種用以增加液體或氣體的壓力,使之輸送流動的機(jī)械,與“蹦”或“流”同音,為英語pump的音譯,是一種用來移動液體、氣體或特殊流體介質(zhì)的裝置,即是對流體作功的機(jī)械。人類及動物的心臟可說是天然的泵,它把血液輸送到身體各個部分。泵主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態(tài)金屬等,也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。從泵的性能范圍看,巨型泵的流量每小時可達(dá)幾十萬立方米以上,而微型泵的流量每小時則在幾十毫升以下;泵的壓力可從常壓到高達(dá)19.61Mpa(200kgf/cm2)以上;被輸送液體的溫度最低達(dá)-200以下,最高可達(dá)800以上。泵輸送液體的種類繁多,諸如輸送水(清水、污水等)、油液、酸堿液、懸浮液、和液態(tài)金屬等。泵在化工和石油部門的生產(chǎn)中,原料、半成品和成品大多是液體,而將原料制成半成品和成品,需要經(jīng)過復(fù)雜的工藝過程,泵在這些過程中起到了輸送液體和提供化學(xué)反應(yīng)的壓力流量的作用,此外,在很多裝置中還用泵來調(diào)節(jié)溫度。泵的分類, 按工作原理分1.容積式泵:靠工作部件的運(yùn)動造成工作容積周期性地增大和縮小而吸排液體,并靠工作部件的擠壓而直接使液體的壓力能增加。根據(jù)運(yùn)動部件運(yùn)動方式的不同又分為:往復(fù)泵和回轉(zhuǎn)泵兩類。根據(jù)運(yùn)動部件結(jié)構(gòu)不同有:活塞泵和柱塞泵,有齒輪泵、螺桿泵、葉片泵和水環(huán)泵。2.葉輪式泵:葉輪式泵是靠葉輪帶動液體高速回轉(zhuǎn)而把機(jī)械能傳遞給所輸送的液體。根據(jù)泵的葉輪和流道結(jié)構(gòu)特點的不同葉輪式又可分為:1)離心泵2)軸流泵3)混流泵4)旋渦泵3.噴射式泵:是靠工作流體產(chǎn)生的高速射流引射流體,然后再通過動量交換而使被引射流體的能量增加。泵的其它分類,泵還可以按泵軸位置分為:1)立式泵2)臥式泵,按吸口數(shù)目分為:1)單吸泵2)雙吸泵,按驅(qū)動泵的原動機(jī)來分:1)電動泵2)汽輪機(jī)泵3)柴油機(jī)泵4)氣動隔膜泵泵的性能參數(shù),主要有流量和揚(yáng)程,此外還有軸功率、轉(zhuǎn)速和必需汽蝕裕量。流量是指單位時間內(nèi)通過泵出口輸出的液體量,一般采用體積流量;揚(yáng)程是單位重量輸送液體從泵入口至出口的能量增量 ,對于容積式泵,能量增量主要體現(xiàn)在壓力能增加上,所以通常以壓力增量代替揚(yáng)程來表示。泵的效率不是一個獨立性能參數(shù),它可以由別的性能參數(shù)例如流量、揚(yáng)程和軸功率按公式計算求得。反之,已知流量、揚(yáng)程和效率,也可求出軸功率。泵的各個性能參數(shù)之間存在著一定的相互依賴變化關(guān)系,可以通過對泵進(jìn)行試驗,分別測得和算出參數(shù)值,并畫成曲線來表示,這些曲線稱為泵的特性曲線。每一臺泵都有特定的特性曲線,由泵制造廠提供。通常在工廠給出的特性曲線上還標(biāo)明推薦使用的性能區(qū)段,稱為該泵的工作范圍。泵的實際工作點由泵的曲線與泵的裝置特性曲線的交點來確定。選擇和使用泵,應(yīng)使泵的工作點落在工作范圍內(nèi),以保證運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性和安全。此外,同一臺泵輸送粘度不同的液體時,其特性曲線也會改變。通常,泵制造廠所給的特性曲線大多是指輸送清潔冷水時的特性曲線。對于動力式泵,隨著液體粘度增大,揚(yáng)程和效率降低,軸功率增大,所以工業(yè)上有時將粘度大的液體加熱使粘性變小,以提高輸送效率。附:工藝設(shè)備一覽表工藝管道及儀表流程圖(PID)(見附件)第3章 生產(chǎn)制度3.1. 生產(chǎn)時間年工作時間:7200小時。生產(chǎn)班制:除系統(tǒng)管理及后勤人員等實行一班制工作,各主要工序為連續(xù)操作,其基本工作制度為三班/天運(yùn)轉(zhuǎn)。生產(chǎn)方式:分批生產(chǎn),每一種藥物按照下述表格的次序進(jìn)行生產(chǎn)三種物料間歇生產(chǎn),硫辛酸生產(chǎn)100天 依非韋倫生產(chǎn)150天 纈沙坦50天。藥物天數(shù)總產(chǎn)量次序硫辛酸:100天25噸2依非韋倫:150天25噸3纈沙坦:50天25噸1總300天75噸3.2. 員工培訓(xùn)3.2.1. 工人、技術(shù)人員和生產(chǎn)管理人員來源由于系統(tǒng)的主要生產(chǎn)裝置技術(shù)含量高,自動化程度亦高。因此主要裝置的操作工、檢修工應(yīng)具有大專以上文化程度。技術(shù)人員,生產(chǎn)管理人員可以從相類似的工廠調(diào)入具有實踐經(jīng)驗的人員,也可吸收少量的高校畢業(yè)生進(jìn)行培養(yǎng)。技術(shù)人員,生產(chǎn)管理人員應(yīng)具有大學(xué)本科以上文化程度,部分人員應(yīng)有實踐及專業(yè)理論知識。3.2.2. 人員培訓(xùn)規(guī)劃該系統(tǒng)所需人員的技術(shù)水平和素質(zhì)要求較高,所以在建設(shè)初期,就需對人員進(jìn)行培訓(xùn)。培訓(xùn)分專業(yè)技術(shù)知識和崗位技能適應(yīng)性培訓(xùn)。專業(yè)技術(shù)知識培訓(xùn):可分為管理、工藝、機(jī)械、設(shè)備、電氣、儀表、計算機(jī)等專業(yè)培訓(xùn)。培訓(xùn)資料可采用國內(nèi)同類工廠資料和本系統(tǒng)的技術(shù)資料。培訓(xùn)地點在總廠進(jìn)行,或在高等學(xué)校委培。崗位、技能適應(yīng)性培訓(xùn):可按管理、工藝、電氣、自控、總控、調(diào)度等專業(yè)按崗位對口進(jìn)行。培訓(xùn)人員主要為工段長、操作工人和檢修工人。第4章 物料衡算4.1. 物料平衡4.1.1. 物料衡算目的工藝設(shè)計中,物料衡算是在工藝流程確定后進(jìn)行的。目的是根據(jù)原料與產(chǎn)品之間的定量轉(zhuǎn)化關(guān)系,計算原料的消耗量,各種中間產(chǎn)品、產(chǎn)品和副產(chǎn)品的產(chǎn)量,生產(chǎn)過程中各階段的消耗量以及組成,進(jìn)而為熱量衡算、其他工藝計算及設(shè)備計算打基礎(chǔ)。對于已有裝置,物料衡算可以弄清原料的來龍去脈,找出生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié),為改進(jìn)生產(chǎn)、完善管理提供可靠的依據(jù)和明確方向,并可作為檢查原料利用率及三廢處理完善程度的一種手段。4.1.2. 物料衡算意義在化學(xué)工程中,設(shè)計或改造工藝流程和設(shè)備,了解和控制生產(chǎn)操作過程,核算生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)效益,確定原材料消耗定額,確定生產(chǎn)過程的損耗量,對現(xiàn)有的工藝過程進(jìn)行分析,選擇最有效的工藝路線,對設(shè)備進(jìn)行最佳設(shè)計以及確定最佳操作條件等都要進(jìn)行物料衡算。而且,化學(xué)工程的開發(fā)與放大都以物料衡算為基礎(chǔ)的。物料衡算是質(zhì)量守恒定律的一種表現(xiàn)形式。凡引入某一設(shè)備的物料質(zhì)量等于操作后所得產(chǎn)物質(zhì)量加上物料損失。4.1.3. 物料衡算原則物料衡算是以質(zhì)量守恒定律為基礎(chǔ),對物料平衡進(jìn)行的計算。物料平衡是指“在單位時間內(nèi)進(jìn)入系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量必定等于離開該系統(tǒng)的全部物料質(zhì)量再加上損失掉的和積累起來的物科質(zhì)量”。進(jìn)行物料衡算時,先必須確定衡算的體系。對一般的體系而言,物料分布均可表示為:(物料的累積率)=(物料進(jìn)入率)-(物料流出率)+(反應(yīng)生成率)-(反應(yīng)消耗率)特別地,當(dāng)系統(tǒng)沒有化學(xué)反應(yīng)時,則可簡化為:(物料的累積率)=(物料進(jìn)入率)-(物料流出率)在穩(wěn)定狀態(tài)下有:(物料進(jìn)入率)=(物料流出率)利用以上三個關(guān)系,可以對整個工藝系統(tǒng)或子系統(tǒng)進(jìn)行物料衡算。4.1.4. 物料衡算4.1.4.1. 硫辛酸硫辛酸生產(chǎn)以硫化鈉、硫磺、6,8-二氯辛酸乙酯等為原料,經(jīng)環(huán)合、水解、精制等過程制得。圖1硫辛酸反應(yīng)一物料衡算圖從表1可以看出,進(jìn)、出物料的總體質(zhì)量保持平衡表1 硫辛酸反應(yīng)一物料衡算表12345Temperature C6565757575Pressure bar1.011.011.011.011.01Mass Flow kg/hrEnthalpy MMBtu/hr12.61112.611-6.847-6.847-2.897NaS.9H2O430.171859.34591430.171859.3459118.69182S67.453151.8453167.453151.845313.69062Na2S205.852405.852411.7048H2O157.531210.48332157.531210.4833220.966646,8-二氯辛酸乙酯374.062525.75236374.062525.7523651.50472C10H18S2O20369.34370369.3437738.6874NaCl012.56325012.5632525.1265硫辛酸0358.794850358.79485717.58974.1.4.2. 依非韋倫依非韋倫生產(chǎn)以環(huán)丙基乙炔鋰、4-氯-2-(三氟乙?;?苯胺為原料,經(jīng)加成、環(huán) 合、結(jié)晶等過程制得。圖2 C13H11ClF3NO生成段物料衡算圖從表2可以看出,進(jìn)、出物料的總體質(zhì)量保持平衡表2 C13H11ClF3NO生成段物料衡算表12345Temperature C2828282828Pressure bar1.011.011.011.011.01Mass Flow kg/hrEnthalpy MMBtu/hr-22.134-22.1341.5231.523-2.103環(huán)丙基乙炔鋰235.171853.42248235.171853.422486.84496H2O35.453152.8453135.453152.845315.69062C13H11F3ClNO0198.0859250198.085925396.17185LiOH157.531210.48332157.531210.4833220.96664乙基鋅145.0385145.0385145.0385145.0385290.077丙酮125.7832125.7832125.7832125.7832251.5664圖3依非韋倫反應(yīng)物料衡算圖從表3可以看出,進(jìn)、出物料的總體質(zhì)量保持平衡表3 依非韋倫反應(yīng)物料衡算表12Temperature C4040Pressure bar1.011.01Mass Flow kg/hrEnthalpy MMBtu/hr-18.647-61.104453C13H11F3ClNO396.1718545.34591ClCOOMe67.4531517.84531Na2CO305.8524依非韋倫0325.6372MeOH045.75236NaCl023.3437NaHCO3032.563254.1.4.3. 纈沙坦纈沙坦是以 N-正戊?;i氨酸甲酯為起始原料,經(jīng)加氫還原、精制而成。圖4 纈沙坦反應(yīng)段物料衡算圖從表4可以看出,進(jìn)、出物料的總體質(zhì)量保持平衡表4 纈沙坦反應(yīng)段物料衡算表12345Temperature C7575383838Pressure bar1.011.011.011.011.01Mass Flow kg/hrEnthalpy MMBtu/hr-34.841-34.841-1.477-1.477-2.897N-正戊?;i氨酸甲酯341.1724512.46491341.1724512.4649124.92982H234.453152.8453134.453152.845315.69062纈沙坦0334.11750334.1175668.2354.2. 能量平衡4.2.1. 能量衡算目的在化工生產(chǎn)過程中,物料在不同單元間發(fā)生質(zhì)量傳遞的同時,也伴隨著能量的消耗、釋放和轉(zhuǎn)化。其中能量變化可以通過能量衡算確定。能量衡算是以熱力學(xué)第一定律為依據(jù),對生產(chǎn)過程或設(shè)備的能量平衡進(jìn)行定量的計算,計算過程中要供給或移走的能量。能量是熱能、電能、化學(xué)能、動能、輻射能的總稱?;どa(chǎn)中最常用的能量形式為熱能,故化工設(shè)計中經(jīng)常把能量計算稱為熱量計算。通過能量計算我們可以達(dá)到以下幾個目的:確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷:為設(shè)計傳熱型設(shè)備如反應(yīng)器、結(jié)晶器、塔式設(shè)備、輸送設(shè)備、壓縮系統(tǒng)、分離等設(shè)備的形式、尺寸、傳熱面積等,以及各種控制儀表等提供參數(shù);確定單位產(chǎn)品的能耗指標(biāo);為非工藝專業(yè)(熱工、電、給水、冷暖)的設(shè)計提供設(shè)計條件等。4.2.2. 能量衡算意義在化工生產(chǎn)中,有些過程需消耗巨大的能量,如蒸發(fā)、干燥、蒸餾等;而另一些過程則可釋放大量能量,如燃燒、放熱化學(xué)反應(yīng)過程等。為了使生產(chǎn)保持在適宜的工藝條件下進(jìn)行,必須掌握物料帶入或帶出體系的能量,控制能量的供給速率和放熱速率。為此,需要對各生產(chǎn)體系進(jìn)行能量衡算。能量衡算對于生產(chǎn)工藝條件的確定、設(shè)備的設(shè)計是不可缺少的一種化工基本計算。化工生產(chǎn)的能量消耗很大,能量消耗費(fèi)用是化工產(chǎn)品的主要成本之一。衡量化工產(chǎn)品能量消耗水平的指標(biāo)是能耗,即制造單位質(zhì)量(或單位體積)產(chǎn)品的能量消耗費(fèi)用。能耗也是衡量化工生產(chǎn)技術(shù)水平的主要指標(biāo)之一。而能量衡算可為提高能量的利用率,降低能耗提供主要依據(jù)。通過能量衡算,可確定整個工藝系統(tǒng)的能耗是否符合設(shè)計合同的要求。4.2.3. 能量衡算原理能量衡算的基本依據(jù)是能量守恒定律。而能量守恒定律是以化工過程的物料衡算結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行的。本工藝所需的主要設(shè)備有泵、壓縮機(jī)、換熱器、反應(yīng)器、閃蒸器、吸收塔和精餾塔等。輸入生產(chǎn)系統(tǒng)的能量主要有電能、熱公用工程帶入的熱量和原料的焓值,輸出的能量主要有冷公用工程帶走的熱量和產(chǎn)物的焓值。物流焓的基準(zhǔn)狀態(tài)包括物流的基準(zhǔn)壓強(qiáng)、基準(zhǔn)溫度、基準(zhǔn)相狀態(tài),熱量衡算的文字表達(dá)式為:輸入系統(tǒng)的能量=輸出系統(tǒng)的能量+系統(tǒng)積累的能量根據(jù)能量守恒定律,對于連續(xù)系統(tǒng)有:Q + W + Q 損= Hout - HinQ 設(shè)備的熱負(fù)荷;W 機(jī)械能,輸入為正,輸出為負(fù);Q 損系統(tǒng)損失的熱量,本計算書中忽略不計,即Q 損=0;Hout進(jìn)料帶入系統(tǒng)的能量之和,本計算書中即為物料焓值;Hin出料帶出系統(tǒng)的能量之和,本計算書中即為物料焓值。利用以上關(guān)系,可以對整個工藝系統(tǒng)或子系統(tǒng)進(jìn)行能量衡算。4.2.4. 能量衡算4.2.4.1. 硫辛酸硫辛酸生產(chǎn)以硫化鈉、硫磺、6,8-二氯辛酸乙酯等為原料,經(jīng)環(huán)合、水解、精制等過程制得。圖1硫辛酸反應(yīng)一物料衡算圖表2-1熱負(fù)荷表ItemRCS-11RCS-12MIX-1QHeat duty MMBtu/hr-21.64577-21.645773.426803-39.864737表2-2流股焓變計算表INOUT13245Temperature C6565757575Pressure bar1.011.011.011.011.01Enthalpy MMBtu/hr12.61112.611-6.847-6.847-2.897hin/MMBtu/hr25.222hout/MMBtu/h-16.591表2-3熱量平衡計算一覽表Q總/MMBtul/hrW總/MMBtu/hrhin/MMBtu/hrhout/MMBtu/hError-39.8647370.05173025.222-16.591-0.00E-06滿足能量衡算要求4.2.4.2. 依非韋倫依非韋倫生產(chǎn)以環(huán)丙基乙炔鋰、4-氯-2-(三氟乙?;?苯胺為原料,經(jīng)加成、環(huán) 合、結(jié)晶等過程制得。圖2 C13H11ClF3NO生成段熱量衡算圖表2-4 熱負(fù)荷表ItemRCS-21RCS-22MIX-2QHeat duty MMBtu/hr15.263915.263913.50973844.037538表2-5流股焓變計算表INOUT687910Temperature C2828282828Pressure bar1.011.011.011.011.01Enthalpy MMBtu/hr-22.134-22.1341.5231.523-2.103Hin(MMBtu/hr)-44.268Hout(MMBtu/hr)0.943表2-6 熱量平衡計算一覽表Q總/MMBtul/hrW總/MMBtu/hrhin/MMBtu/hrhout/MMBtu/hError44.037538-0.23-44.2680.9430.000462滿足能量衡算要求圖3依非韋倫反應(yīng)熱量衡算圖表2-10熱負(fù)荷表ItemRCS-4QHeat duty MMBtu/hr42.457302-42.457302表2-11流股焓變計算表INOUTITEM1617說明C13H11ClF3NO進(jìn)料C14H9ClF3NO2收量Temperature C4040Pressure bar11Enthalpy MMBtu/hr-18.647-61.104453Hin(MMBtu/hr)-18.647Hout(MMBtu/hr)-61.104453表2-12
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