第二章-制药工程与工艺设计.ppt

第二节 药物生产工艺设计-（五）工艺流程图设计 要求 关键 缺点 优点 这种集成方法就是做出一系列局部最佳的决策。只有根据所适用的信息，当然是不完整的信息，判定一台设备在经济上可行时，才能将它加入设计流程。这样设计的流程是不能再简化的了，因为技术上或经济上多余的设备并不存在。 在每一层必须根据设计阶段所适用的信息做出相应的决定。 如果能够预测设计完成后系统的性能，那么可能会做出不同的决定。然而，这是根本做不到的。因此，必须根据不完整的信息做出相应的决定 ①在每个设计阶段可能有不同的设计决定。为了保证做出最佳决定，必须评估与其他决定有关的设计。因此，为了找到某一设计阶段的最佳设计决定，必须完成并且优化很多设计，否则就无法正确评估该设计决定。 ②即使完成并评估了很多设计选择，也不保能找到最优设计。在流程中，不同设备之间能够产生非常复杂的相互作用。在设计初期，为保持简单的流程和不增加设备所作的努力，可能会错过在复杂流程中，因设备之间的相互作用而带来的好处。 设计者能够控制基本的设计决定，而且能够随设计进展与设计本身进行交流。通过控制基本的设计决定，设计中捉摸不定的因素就全部包括在决策过程中。 建立一个不可简化的流程 先选择关键设备系统，再通过增加分离与再循环系统而向外扩展，最后是换热网络和公用工程（史密斯和林霍夫的洋葱模型？） 第二节 药物生产工艺设计-（五）工艺流程图设计 要求 关键 缺点 优点 这种集成方法就是将设计问题转变为数学问题。设计方程是流程中操作单元的模型方程及其约束条件。设计变量有两种。第一种设计变量描述每个操作单元的操作 (流率、组成、温度和压力)，尺寸(体积和传热面积等)及其相关的成本或效益。由于设计方程对这些设计变量的依赖性是以连续方式表示的，所以这些变量被称为连续变量。第二种设计变量与确定流程结构有密切关系，它们被称为整数变量。这些整数变量描述流程中某个特殊单元或连接的存在与否。如果流程中存在某个单元或连接，那么整数变量取值为1，否则取值为0 ①将那些可能会成为最优设计一部分的设备都考虑在内，在设计初期，该超结构含有多余的设备，这涉及许多选择 ②用设计方程和设计变量将设计问题转变为数学问题 ③运用优化算法求解 在结构和参数优化过程中，目标函数是经济效益最大或成本最低。如果优化后一个整数变量的值为0，那么就从流程中去掉相应的设备，从而简化了流程。实际上，过程设计中的离散决策过程被离散／连续优化过程所代替。 能同时考虑许多不同的设计方案，还能将全部设计步骤编写成计算机程序，从而快速、高效地获得设计方案 建立并优化一个可简化的流程：提出一种超结构--包容所有可行的过程操作和所有可行的、相互影响的最优设计备选流程。 ①如果初始超结构不包括最佳流程结构，那么这种方法就不能找到最佳流程。结构包括的选择越多，就越有可能含有最佳流程。 ②如果准确表示流程中所有独立的单元操作，那么得到的需要进行优化的经济效益分布曲线既非常庞大又不规则。经济效益分布曲线就像环抱着众多山峰的群山，山中的每一个山峰对应于经济效益分布曲线中的一个局部最优值，而最高的山峰被称为全局最优值。优化过程相当于在浓雾笼罩的群山中，在没有地图的帮助下，仅凭指南针和高度仪辨明方向和高度而找到最高山峰的过程。在达到任何一个山峰时，由于雾的存在，为了找到最高峰，必须有哪些信誉好的足球投注网站完所有的山峰。群山中还有一旦掉入就无法爬上来的峡谷。通过改变模型，使它的求解空间变得比较规则及优化过程变得比较简单，就能克服上述问题。这常常意味着要简化表示单元操作的方程，并且尽量使它们线性化。 ③在决策过程中排除了设计工程师的作用，因此，设计过程中很多捉摸不定的因素(如安全和布局等）,因难于包括在数学模型中而不能令人满意地考虑进去。 第二节 药物生产工艺设计 （五）工艺流程图设计 工艺流程设计各个阶段的设计成果都是用各种工艺流程图和表格表达出来的。 按照设计阶段的不同，先后有方框流程图(Block Flow Sheet)、工艺流程草(简)图(Simplified Flow Sheet)、工艺物料流程图(Process Flow Diagram)、工艺控制流程图(Process and Control Diagram)和管道及仪表流程图(Piping Instrumentation Diagram)等种类。 对于医药行业应根据其特有的生产洁净区级别要求，除了生产平面布置图外，还有人员－物料分流图(Material and Personnel Flow Drawing)、工艺流程及环境区域划分示意图(Plant Schematic and Process Flow Diagram) 等。 第二节 药物生产工艺设计-（五）工艺流程图设计 方框流程图是在工艺路线选定后，工艺流程进行概念