制药设备与工程设计 药物合成.doc

第一部分 设计任务 一、产品名称及产量 环丙孕酮：500kg/年 二、年工作日及生产班制 年工作日：300天/年 生产班制：三班/天 第二部分 生产工艺选择和工艺流程设计 一、生产工艺选择 本项目设计产品生产工艺资料由建设单位提供。工艺资料包括各步反应化学方程式、原辅料配比、操作条件、操作周期、各步收率及原辅料、中间体、成品等物化性质等等。 生产工艺介绍 （一）生产方法 环丙孕酮生产采用化学合成法，以17α—羟基黄体酮作为起始原料，经过脱氢、加成、酰化、环氧、氯化、精制等化学、物理过程生产环丙孕酮产品。 （二）工艺过程及工序划分 本车间分七个工段，第一工段为△6和△1.6的制备，它以17α-羟基黄酮体为原料，经过二步脱氢而得；第二工段为环丙物制备；第三工段为酰化物精品制备；第四工段为环氧物制备；第五工段为氯化物制备；第六工段为环合物制备；第七工段为精烘包工段。 （三）化学反应方程式及各步重量收率 详见化学反应流程图 二、工艺流程设计 （一）工艺流程简述（以第一工段△6的制备为例） 在反应罐中加入乙酸乙酯，然后加入起始原料C000（17α-羟基黄体酮）及TCBQ（四氯苯醌），升温回流溶解，回流反应5hr，减压浓缩回收乙酸乙酯，回收后反应产物放入冷冻结晶罐进行冷冻结晶3.5hr，然后进行离心洗涤，结晶物在60℃下烘干6～8hr。烘干物进行碱洗二次（4.5hr），然后过滤洗涤，最后在80℃下干燥6～8hr，得△6中间体用于下步反应。 （二）工艺流程设计（以第一工段△6的制备为例） △6制备过程涉及到以下单元操作过程： 1．间歇回流反应 2．减压浓缩 3．冷冻结晶 4．离心及洗涤 5．干燥（真空干燥） 6．萃取（碱洗） 7．过滤（压滤） 8．干燥（带压干燥） 每个单元操作均有各种典型的设备组合型式，通过以上各单元操作的合适设备组合形成了相应的生产流程。每个单元操作的设备类型选择要根据生产工艺性质需要和设计者经验来确定，而设备的大小则需要进行物料衡算和能量衡算，并考虑设备的制备性能。 △6制备详细工艺流程图见图10.1至图10.3。  三、物料衡算和能量衡算 （一）物料衡算（以△6制备为例） 1、物料衡算基础数据 （1）投料及配比（以C000-17α-羟基黄体酮为基准） C000 乙酸乙酯 TCBQ NaOH 水 1.0（W） 25.0（V） 1.5（W） 1.6（W） 80.0（V） （2）年生产批数计算 根据生产工艺，△6制备生产周期约为40hr，按2天计算，年工作日取300天，则年生产批数为300/2=150（批/年）。 2、物料衡算 （1）每批起始主原料投料量计算 根据成品的年产量及每步收率（或总收率）计算起始原料C000的总投料量为2773.68kg/年，则其批投料量为2773.68/150≈18.5（kg/批）。 （2）△6制备物料衡算： （kg/批） （二）能量衡算 药物生产的整个过程由许许多多的基本单元操作组成，每个单元操作过程均伴随着能量的转换，并需要保持平衡。每个过程均需要由系统吸收能量或放出能量，相应地，外界需对系统提供能量或移出能量。由此确定外供的公用工程消耗，如蒸汽、冷冻水、循环水等等用量。 以△6制备过程中的加成回流反应过程为例，计算回流冷凝器的冷却水用量及冷凝器面积。 1．加成反应罐容积计算 乙酸乙酯投料量为399.6kg，约合443.8L TCBQ投料量为28kg，约合9.3L C000（17α-羟基黄体酮）投料量为18.5kg，约合6.2L 以上物质合计443.8+9.3+6.2=459.3（L） 考虑到本步反应为较为温和的吸热反应，故取装料系数为0.9。 计算反应罐容积为459.3/0.9=510L。选用500LK型搪玻璃反应罐，其常用参数如下：计算容积588L，夹套换热面积2.6m2，电机功率2.2KW，容器内公称压力0.25～1.0MPa，夹套内公称压力0.6MPa。 2．回流反应过程操作条件 反应罐：常压回流反应，蒸汽加热（0.2MPa），反应温度77℃。 回流冷凝器：循环水（32-37℃，0.25MPa）冷却，列管单程，不锈钢材质，物料走壳程，循环水走管程。 3．回流冷凝器的冷却水用量及换热面积计算 回流冷凝器主要是对反应罐中蒸发的乙酸乙酯进行冷凝，而乙酸乙酯的蒸发量取决于反应罐夹套加热面积、加热蒸汽的压力以及反应热情况。 首先计算乙酸乙酯的蒸发热量： Q1=Q2+Q3 Q1——夹套蒸汽给反应液传热量 Q2——乙酸乙酯蒸发热 Q3——反应热（本反应过程为吸热反应，其反应热较少，可忽略不计） Q1=K1F△t1 K1——总传热系数，按类似蒸汽夹套加热反应液情况取值为：1256KJ/m2·h·℃ F——反应罐夹套传热面积，为2.6 m2 △t=132-77=55℃（加热蒸汽温度