硫辛酸原料药及片剂生产车间设计任务说明书.docx

1、硫辛酸原料药及片剂生产车间设计队长：李屹队员：廖肇晓、余淼28目录1. 设计依据及设计规模41.1 设计依据41.2 设计原则41.3 设计内容42. 工艺说明42.1 生产方法42.2 工艺流程52.2.1 环合工序52.2.2 水解工序52.2.3 精制工序63. 生产制度64. 物料方框平衡图74.1 物料衡算示意图74.2 物料衡算计算过程74.2.1 精制工序74.2.2 水解工序74.2.3 环合工序84.3 硫辛酸制备过程的物料平衡表总表85. 能量衡算95.1 能量衡算的目的95.2 能量衡算可以解决的问题95.3 能量衡算遵循的原则95.4 系统能量衡算96 主要工艺设备选择

2、106.1 材料选择依据及主要设备选型106.1.1 选型原则106.1.2 材料选择依据及其先进性116.2 设备计算依据及计算过程116.2.1 反应釜126.2.2 真空减压浓缩罐126.2.3 脱色釜126.2.4 结晶釜126.2.5 离心机126.2.6 储存罐137.主要原辅材料和工艺用公用工程消耗量138.布置138.1. 设计依据148.2. 车间布置148.2.1 布置原则148.2.2 布置说明149. 行政法规执行措施149.1. 消防设计措施149.1.1 消火栓系统设计159.1.2 安全疏散设计159.1.3 防火防爆建筑设计要求159.1.4 消防水系统的设计要

3、点159.2. 环境保护措施169.2.1 废固处理169.2.2 废液处理169.2.3 废气处理179.2.4 噪音污染179.3. 劳动安全卫生措施179.3.1 安全防范措施方案179.3.2 劳动机构设置189.4. 节能措施189.4.1 节能原则199.4.2 节能措施1910. GMP 专篇1910.1. 洁净区划分和空气洁净等级说明2010.2. 车间人物流设施说明2010.2.1 物流规划原则2110.2.2 人流规划原则2110.2.3 人流走向说明2110.3. 空调系统设置、除尘及局部排风说明2110.3.1 空调净化系统2210.3.2 温湿度的控制2210.3.3

4、 压力的控制2210.3.4 除尘及局部排风2210.4. 净化装修说明2310.4.1 地面2310.4.2 墙壁、顶棚2310.4.3 门窗2310.4.4 地漏2410.4.5 主体结构2410.5. 工艺设备选型说明2410.5.1 净化功能2410.5.2 清洗功能2410.5.3 在线监测与控制功能2510.5.4 安全保护功能2510.6. 公用工程设施符合 GMP 要求的说明2510.6.1 总体要求2510.6.2 蒸汽、氮气及压缩空气2510.6.3 管道2510.6.4 水2610.6.5 照明2611 存在问题及建议261. 设计依据及设计规模1.1 设计依据（1） 药

5、品生产管理规范（GMP）实施指南（2） 国家在化学工程、环境保护、节能减排等方面相关法律法规及政策；（3） 国家地区建设、税收等有关法律、法规；（4） 硫辛酸的市场调查；（5） 化工部关于经营化工建设项目可行性研究报告内容和深度的规定；1.2 设计原则生产规模是指一定量生产要素。随着规模的扩大，规模报酬逐渐递减，所以要保持适度规模，这就是“适度规模经营理论”。在本项目中，生产规模小,则销售收入过低，无法实现盈利；生产规模大，则总投资及生产成本也相应增大， 可能又会导致总利润降低。因此，生产规模在一个适合的范围，才能实现项目的最大盈利。建设规模的原则要根据产业和具体厂区的特点而定，具体说来有以下

6、几个方面：(1) 国家、地区、部分行业的经济发展计划。认真贯彻执行国家基本建设的各项方针,政策及有关规定,执行国家及各个部委颁发的现行标准和规范。(2) 设计中尽可能的努力节能降耗,提高利用率,节约成本。(3) 设计中采用环保路线,减少三废排放,考虑环保的综合治理,并且做到同时设计,同时施工,同时投产。1.3 设计内容本次设计内容是硫辛酸原料药车间设计，规模为 25t/a，包装规格为 25Kg/ 桶的纸板桶。硫辛酸年工作日：100 天。本说明书的设计包括厂房内部的平面布置、工艺流程设计、设备选型、公用系统的设计、洁净度分区规定、项目总体日程。2. 工艺说明2.1 生产方法药厂以 6, 8 -二

7、氯辛酸乙酯为起始原料,经过环合反应、 碱性水解、 盐酸酸Na2S2SS化等反应合成外消旋 -硫辛酸。路线如下: Na2S9H2O + S Na2S2 + 9H2OClCH2CH2CHCl(CH2)4COOC2H5(CH2)4COOC2H5+2NaClSS(CH2)4COOC2H5NaOHHClSS(CH2)4COOH+ C2H5OH +NaCl此路线的总收率接近 50%, 产品纯度为 99% ,工业化成本相对较低, 因此是一条值得推广的工艺路线。2.2 工艺流程2.2.1 环合工序在环合反应釜 R1101 中加入 116.85kg 纯化水，来自纯化水区，经流量积算后计量，人工加入 238.6k

8、g 水合硫化钠，同时开启搅拌，打开循环水与蒸汽的入口阀门，蒸汽与循环水经汽水混合阀门混为热水后通入夹套，加热，升温至60；分批人工加入 79.4kg 硫磺粉，反应 1.5 小时；在环合反应釜 R1101 中加入 623.2kg 乙醇，来自厂区乙醇储罐，经流量积算仪表计量，人工加入 28kg 四丁基溴化铵，关闭循环水入口阀门，升温至 75；从原辅料称量间取 599kg6,8- 二氯辛酸乙酯，缓慢打入环合反应釜 R1101，用旁路调节并用流量积算仪表计量后缓慢滴加，滴加约 2 小时，加热，釜中蒸汽经冷凝器 E1104 冷凝回流，反应8 小时，得环合液（环合液比容约为 1000kg/m 3），取样阀

9、中取样，检测是否反应完全，关闭蒸汽入口阀门，打开循环水入口阀门，冷却至室温待用。2.2.2 水解工序将环合反应釜 R1101 中反应液压入袋式过滤器中过滤，滤渣进行废渣处理， 滤液压入减压浓缩釜 R1106；在配料釜 R1103 中人工加入 285.4kg 氢氧化钠， 再加入纯化水（来自纯化水区）配成 20%的氢氧化钠溶液，夹套中通入循环水冷却，经取样阀取样检测浓度，通过气动隔膜泵缓慢转移入减压浓缩釜 R1106，用旁路调节流速，打开循环水与蒸汽的入口阀门，经汽水混合阀门混为热水后通入夹套，加热升温至 60，反应 3 小时。关闭循环水阀门，在减压浓缩釜 R1106 内进行减压浓缩，馏出液输送至

10、回收处理区并套用。在配料釜 R1103 中加入 1L 纯化水，经流量积算仪表计量；从原辅料称量间取一桶 250kg 36%的精制盐酸，缓慢打入配料釜 R1103，同时开启搅拌，配成 2mol/L 的盐酸，经取样阀取样检测浓度，调节体系 pH 值至 2，加入过程耗时约 1.5 小时，在线 pH 检测仪自动监测控制釜内 pH 值，注意此处会有 H 2 S 废气溢出(具体处理方法见表 8.6)；用乙酸乙酯萃取，萃取液静置，水相经预处理后送往污水处理站处理，有机相用 N2 压入干燥浓缩釜 R1106。在配料釜 R1103 中人工加入 77.9kg 食盐，再加入适量纯化水，来自纯化水区，经流量积算仪表计

11、量， 配成饱和食盐水， 通过视镜观察釜内， 要始终保证釜内存在食盐固体，待釜内固体较少时补加食盐；用 N2 将有机相压回浓缩釜 R1106，水相在预处理池中加碱中和后排至污水处理。在干燥浓缩釜 R1106 内人工加入 11.68kg 无水硫酸镁，搅拌干燥；用 N2 将釜内溶液压入袋式过滤器中过滤，滤渣进行废渣处理，滤液打入浓缩釜 R1106 减压浓缩， 馏出液输送至回收处理区并套用。浓缩液用 N2 经保温管路压入结晶釜 R1107，开启乙二醇冷媒阀门，通入夹套内将浓缩液冷却至 10以下，结晶。用软管将结晶液分别转移至离心机 M1108 中离心，加入 23.37kg 乙酸乙酯，利用重力流使其分别

12、进入离心机 M1108 中进行淋洗，滤液送至回收处理区并将回收的乙酸乙酯套用，滤饼（含湿量为 20%）干燥，得淡黄色针状硫辛酸粗品（粗品含量99%），硫辛酸粗品称量并记录。将硫辛酸粗品转移至粗品暂存区入库待用。2.2.3 精制工序称量 20.64kg 活性炭，倒入调炭桶中，加乙酸 乙酯，润湿后，人工加入脱色釜 R1110 中；在脱色釜 R1110 中加入 627.64kg 乙酸乙酯，再从粗品暂存区取 334kg 环合粗品人工加入到脱色釜 R1110 中。同时，开启搅拌，打开蒸汽的入口阀门，通入夹套中，加热，釜中蒸汽经冷凝器 E1111 冷凝回流，回流脱色 5h。脱色液被过滤，废炭进行废渣处理，

13、滤液用管道泵经保温管路转移进 D 级洁净区，滤渣留存在过滤器中定期处理，滤液进入结晶釜 R1113, 自然降温至适宜 温度后，打开乙二醇冷媒阀门，通入夹套内，将浓缩液缓慢冷却至 5，结晶。结晶液被洗涤干燥，用乙酸乙酯冲洗釜壁晶体，滤饼用 33.02kg 乙酸乙酸淋洗， 滤液送至回收处理区并将回收的乙酸乙酯套用，滤饼（含湿量为 20%）在真空度0.08MPa 条件下干燥，得硫辛酸精品（含量99.5%） 进行粉碎。粉碎后的产品进入待检间待检，依据美国药典进行检验，检验合格后方可进行混合，不合格产品统一处理，混合后的物料进入包装机组自动供料、输送、称量、缝包，进行产品的内包装，并贴标签，随后用小车经

14、气闸，推出 D 级洁净区，人工进行产品外包装，并贴标签，成品入常温库。详见附件一 硫辛酸制备工序工艺管道流程图3. 生产制度表 1.生产制度安排表区域操作人员班制一般生产区氢化还原工序3三班脱色1三班D 级洁净区精制工序1两班粉筛1两班混合1两班内包装2两班一般生产区外包装2一班辅助生产区化验室1三班控制间1三班动力室1三班原辅料暂存1三班成品暂存1三班冷库1三班待检1三班废物间1一班制纯化水1三班配电1三班4. 物料方框平衡图4.1 物料衡算示意图图 1.物料衡算示意图4.2 物料衡算计算过程4.2.1 精制工序（1）精制后，净产量：25 t；（2）纯硫辛酸：2599.5%=24.875 t

15、；（3）精制收率 94%，粗产品：24.87594%=26.46 t。4.2.2 水解工序(1) 粗产品 26.46t，水解产率 90%；(2) NaOH:26.4 90% 40206= 5.71 t；(3) HCl ： 26.4 90% 36.5 = 5.21t；206(4) 环合物: 26.4 90% 234 = 33.40 t。2064.2.3 环合工序（1） 环合过程产率为 58%，原料纯度为 99%（2） 6，8-二氯辛酸乙酯： 33.40 58% 241 99% = 59.90 t；234（3） 水合硫化钠： 33.40 58% 96234 99% = 23.86 t；（4） 硫磺

16、： 33.40 58% 32234 99% = 7.94t。4.3 硫辛酸制备过程的物料平衡表总表表 2.物料平衡表总表物料名称质量组成/%纯品量/t物料名称质量组成/%纯品量/t输入原料水合硫化钠水合硫化钠9923.86输出产物硫辛酸硫辛酸99.525水1水0.5原料硫磺硫磺997.94氯化钠36.3水1水14.42原料 6，8- 二氯辛酸乙酯6，8-二氯辛酸乙酯9959.9水合硫化钠0.99水16，8-二氯辛酸乙酯2.520%氢氧化钠氢氧化钠2028.54硫磺0.33水80氢氧化钠0.062mol/L 盐酸盐酸6.1384.92盐酸0.03水93.87杂质125.53总计205.16总计2

17、05.165. 能量衡算5.1 能量衡算的目的对于新设计的生产车间，能量衡算的主要目的是确定设备的热负荷。根据设备的热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。确定传热所需要的加热剂或冷却剂的用量及伴有热效应的温升情况。对于已投产的生产车间，进行能量衡算是为了更加合理能量利用，以最大限度降低单位产品的能耗。5.2 能量衡算可以解决的问题在原料药车间设计、制药生产中，通过能量衡算可以解决以下问题：（1） 确定物料输送和其他操作机械（搅拌、过滤、粉碎等）所需要的功率，以便于确定输送设备的大小、尺寸和型号；（2） 确定各单元操作过程（蒸发、蒸馏、

18、冷凝、冷却等）所需要的热量或冷量， 及其传递速率；计算换热设备的工艺尺寸；确定加热剂或冷却剂的消耗量，为其他专业如制氮气、制纯化水、制水蒸气专业提供设计条件；（3） 化学反应常伴有热效应，导致体系的温度上升或下降，为此需确定为保持一定反应温度所需的移出或加入的热传递速率，为反应器的设计及选型提供依据；（4） 为充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗提供重要依据，使过程的总能耗降低到最低程度；（5） 最终确定总需求能量和能量的费用，并用来确定这个过程在经济上的可行性。5.3 能量衡算遵循的原则当内能、动能、位能的变化量可以忽略且无轴公时，输入系统的热量与离开系统的热量应平衡，由此可得出传热设备的

19、热量平衡方程式为Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q1物料带入设备的热量，KJ；Q2加热剂或冷却剂传递给设备所处理物料的热量或冷量，KJ； Q3过程的热效应，KJ；Q4物料带出设备的热量，KJ；Q5加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，KJ； Q6设备向环境散失的热量，KJ。5.4 系统能量衡算表 3.硫辛酸产品生产能量衡算一览表水解反应釜输入项目名称热量/kJh-1输出项目名称热量/kJh-1环合液9.45105粗品1.23106盐酸杂质1.5310520%氢氧化钠设备升温1.16105过程热效应2.06105设备表面散热8.03104补充加热11.79105冷却水带走热量7.49105合计2.

20、33106合计2.33106环合反应釜输入项目名称热量/kJh-1输出项目名称热量/kJh-1水和硫化钠6.24105环合液6.04105硫磺杂质1.241056，8-二氯辛酸乙酯设备升温1.29105过程热效应1.97105设备表面散热4.04104补充加热8.09105冷却水带走热量7.34105合计1.63106合计1.63106单元过程Q1/kJQ2/kJQ3/kJQ4/kJQ5/kJQ6/kJ减压浓缩釜1.231061.0410401.221060.591041.45104冷却结晶釜1.221061.3410401.121069.931041.41104真空干燥机1.12106009

21、.8410501.36105脱色釜9.84105008.4510501.39105结晶釜8.34105008.0610502.801046 主要工艺设备选择6.1 材料选择依据及主要设备选型6.1.1 选型原则基本原料经过一系列单元反应和单元操作制得原料药， 这一系列化学变化和物理操作是在设备中进行的。设备不同，提供的条件不一样，对工程项目的生产能力、作业的可靠性、产品的成本和质量等都有重大的影响。设备选型的原则：1) 满足工艺要求：满足最大单位产量、适应产品品种变化的要求、高效、操作可靠、易于清洗、有合理的检测与控制系统；2) 满足 GMP 中有关设备选型、选材的要求；3) 设备要成熟可靠：

22、设备的性能参数应符合国家、行业或企业标准，与国际先进设备相比具有可比性，与国内同类产品相比具有明显的技术优势；4) 要满足设备结构的上的要求：具有适当的强度、刚度、耐腐蚀性，易于安装， 易于操作、维护和检修；5) 要考虑技术经济指标，达到节能要求。因此，选用设备时要根据生产工艺要求和市场供应情况，贯彻先进可靠、经济合理、系统最优等原则，按照可行性、维修性、操作性和能源供应等要求，进行调查和分析比较，确定设备的优化方案。6.1.2 材料选择依据及其先进性1 反应釜（1） 设备的选型及选材依据：选用不锈钢反应釜 F-2000 和搪玻璃反应釜 K-2000 两种型号，根据反映物质的特性，含有盐酸和氢

23、氧化钠这两种物质的反应在搪玻璃反应釜中反应，避免对设备的腐蚀及损耗。（2） 设备先进性描述不锈钢 S316L 耐腐蚀能力强，粘度低，易于清洗，对反应物质不产生影响， 导热系数高，加温快，外观整洁。搪玻璃材质能够耐酸碱，价格低廉，易于保温，对反应物质不产生影响。2 结晶釜（1） 设备的选型及选材依据：选用了优质不锈钢为材料的结晶釜 800L 和 1000L 两种型号，内部做抛光处理，精制工序处理物料较少，使用 800L 的结晶釜。水解工序使用 1000L 的结晶釜。优质不锈钢质量好，性能稳定，不与反应的物质发生反应，能够保证反应正常的进行。（2） 设备先进性描述采用优质不锈钢制作，不对产品造成污

24、染，内部抛光处理，内壁光滑，外观漂亮，导热性好，粘度低，易于清洗，结晶液易转移，不易附着在结晶釜上。3 离心机（1） 设备的选型及选材依据：选用了 SS1500 型的三足式离心机，采用了不锈钢制作，电机是 18KW 的防爆电机，能够在完成生产任务的同时节能及保护设备。（2） 设备先进性描述可连续加料，离心速度快，耗能低，无污染，离心母液和滤饼可以单独出料。4 真空减压浓缩罐（1） 设备的选型及选材依据：根据每批处理的物料体积、物料性质和生产要求，选用 2000L 的真空减压浓缩罐，使用不锈钢 S316L 材质制作。（2） 设备先进性描述：可以在较低的温度下对产品进行浓缩提纯， 不会因高温而破坏

25、产品的分子结构，浓缩提纯的速率快，效率高，设备易于清洁。6.2 设备计算依据及计算过程6.2.1 反应釜（1） 设备位号 R1101该反应釜每天处理一批物料，每批物料的含量为纯化水 299kg、水和硫化钠238.5kg、硫磺粉 79.4kg、乙醇 623.2kg、四丁基溴化铵 28kg、6,8-二氯辛酸乙酯599kg。根据基础技术资料的密度数据及任务书中环合液密度，忽略液体相似体积，计算得体积为 1526.82L，取装料系数为 0.75，故采用 2000L 的反应釜 2 台。（2） 设备位号 R1103该反应釜每天处理一批物料，每批物料的含量为环合液 1526.82L，氢氧化钠溶液 285.4

26、kg、2mol/L 盐酸 140.82kg、乙酸乙酯 768.47kg、饱和食盐水 77.9 kg、无水硫酸镁 15.37kg，反应过程中减压浓缩除去乙醇，根据基础技术资料的密度数据，忽略固体体积，反应时的最大体积为 1526.82L,萃取时的最大体积为1946.81L，取反应时的投料系数为 0.75，萃取的投料系数取 0.95，故采用 2000L 的反应釜 2 台，因反应时有盐酸和氢氧化钠等腐蚀性原料，在选材方面使用搪玻璃反应釜。6.2.2 真空减压浓缩罐设备位号 R1106该反应釜每天处理一批物料，每批物料的含量为环合液 334.0kg，乙酸乙酯768.47kg，根据基础技术资料的密度数据

27、，反应液的总体积为 1598.93L，取投料系数为 0.8，故采用 2000L 的真空减压浓缩罐 4 台。6.2.3 脱色釜设备位号 R1110该脱色釜每天处理一批物料，每批物料的含量为粗品 264.6kg、乙酸乙酯409.14kg、活性炭 20.64kg，根据技术基础资料的密度数据，忽略固体体积，反应液的体积为 453.6L，考虑与其他产品的设备共用，取投料系数为 0.6， 故选用 800L 的脱色釜 1 个。6.2.4 结晶釜（1） 设备位号 R1107该结晶釜每天处理一批物料，每批物料的含量为环合液 264.0kg，根据设计任务书中环合液的密度得环合液的体积为 264L，取投料系数为 0.75，故选用 800L的结晶釜 1 个。（2） 设备位号 R1113该结晶釜每天处理一批物料，每批物料的含量为粗品 264.6kg 和乙酸乙酯409.14kg 制得的溶液，根据技术基础资料的数据，忽略固体体积，反应液的体积为 753.6L， 考虑与其他产品的设备共用，取投料系数为 0.6， 故选用 1000L 的结晶釜 1 个。6.2.5 离心机设备位号 M1108该设备每天处理一批物料，根据该设备的参数及生产要求，选用型号为SS1500 的离心机 1 台。6.2.6 储存罐在该产品的生产过程中，储罐用于接收减压浓缩出的溶剂，离心母液回收等使用，因生产过程中最大设备