硫辛酸原料药及片剂生产车间设计任务说明书.docx
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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 4
1.1设计依据 4
1.2设计原则 4
1.3设计内容 4
2.工艺说明 4
2.1生产方法 4
2.2工艺流程 5
2.2.1环合工序 5
2.2.2水解工序 5
2.2.3精制工序 6
3.生产制度 6
4.物料方框平衡图 7
4.1物料衡算示意图 7
4.2物料衡算计算过程 7
4.2.1精制工序 7
4.2.2水解工序 7
4.2.3环合工序 8
4.3硫辛酸制备过程的物料平衡表总表 8
5.能量衡算 9
5.1能量衡算的目的 9
5.2能量衡算可以解决的问题 9
5.3能量衡算遵循的原则 9
5.4系统能量衡算 9
6主要工艺设备选择 10
6.1材料选择依据及主要设备选型 10
6.1.1选型原则 10
6.1.2材料选择依据及其先进性 11
6.2设备计算依据及计算过程 11
6.2.1反应釜 12
6.2.2真空减压浓缩罐 12
6.2.3脱色釜 12
6.2.4结晶釜 12
6.2.5离心机 12
6.2.6储存罐 13
7.主要原辅材料和工艺用公用工程消耗量 13
8.布置 13
8.1.设计依据 14
8.2.车间布置 14
8.2.1布置原则 14
8.2.2布置说明 14
9.行政法规执行措施 14
9.1.消防设计措施 14
9.1.1消火栓系统设计 15
9.1.2安全疏散设计 15
9.1.3防火防爆建筑设计要求 15
9.1.4消防水系统的设计要点 15
9.2.环境保护措施 16
9.2.1废固处理 16
9.2.2废液处理 16
9.2.3废气处理 17
9.2.4噪音污染 17
9.3.劳动安全卫生措施 17
9.3.1安全防范措施方案 17
9.3.2劳动机构设置 18
9.4.节能措施 18
9.4.1节能原则 19
9.4.2节能措施 19
10.GMP专篇 19
10.1.洁净区划分和空气洁净等级说明 20
10.2.车间人物流设施说明 20
10.2.1物流规划原则 21
10.2.2人流规划原则 21
10.2.3人流走向说明 21
10.3.空调系统设置、除尘及局部排风说明 21
10.3.1空调净化系统 22
10.3.2温湿度的控制 22
10.3.3压力的控制 22
10.3.4除尘及局部排风 22
10.4.净化装修说明 23
10.4.1地面 23
10.4.2墙壁、顶棚 23
10.4.3门窗 23
10.4.4地漏 24
10.4.5主体结构 24
10.5.工艺设备选型说明 24
10.5.1净化功能 24
10.5.2清洗功能 24
10.5.3在线监测与控制功能 25
10.5.4安全保护功能 25
10.6.公用工程设施符合GMP要求的说明 25
10.6.1总体要求 25
10.6.2蒸汽、氮气及压缩空气 25
10.6.3管道 25
10.6.4水 26
10.6.5照明 26
11存在问题及建议 26
1.设计依据及设计规模
1.1设计依据
（1）《药品生产管理规范（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6,8-二氯辛酸乙酯为起始原料,经过环合反应、碱性水解、盐酸酸
Na2S2
S S
化等反应合成外消旋α-硫辛酸。
路线如下:
Na2S·9H2O+S→Na2S2+9H2O
ClCH2CH2CHCl（CH2）4COOC2H5
（CH2）4COOC2H5
+ 2NaCl
S S
（CH2）4COOC2H5
NaOH
HCl
S S
（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238.6kg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/m3），取样阀中取样，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250kg36%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H2S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，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：
25t；
（2）纯硫辛酸：
25×99.5%=24.875t；
（3）精制收率94%，粗产品：
24.875÷94%=26.46t。
4.2.2水解工序
（1）粗产品26.46t，水解产率90%；
（2）NaOH:
26.4¸90%´
40
206
=5.71t；
（3）HCl：
26.4¸90%´36.5=5.21t；
206
（4）环合物:
26.4¸90%´234=33.40t。
206
4.2.3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%=59.90t；
234
（3）水合硫化钠：
33.40¸58%´
96
234
¸99%=23.86t；
（4）硫磺：
33.40¸58%´
32
234
¸99%=7.94 t。
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
99
23.86
输出
产物硫辛酸
硫辛酸
99.5
25
水
1
水
0.5
原料硫磺
硫磺
99
7.94
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
99
59.9
水合硫化钠
0.99
水
1
6，8-二氯辛酸乙酯
2.5
20%氢氧化钠
氢氧化钠
20
28.54
硫磺
0.33
水
80
氢氧化钠
0.06
2mol/L盐酸
盐酸
6.13
84.92
盐酸
0.03
水
93.87
杂质
125.53
总计
205.16
总计
205.16
5.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、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热量平衡方程式为Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6
Q1——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/kJ·h^-1
输出
项目名称
热量/kJ·h^-1
环合液
9.45×10^5
粗品
1.23×10^6
盐酸
杂质
1.53×10^5
20%氢氧化钠
设备升温
1.16×10^5
过程热效应
2.06×10^5
设备表面散热
8.03×10^4
补充加热
11.79×10^5
冷却水带走热量
7.49×10^5
合计
2.33×10^6
合计
2.33×10^6
环合反应釜
输入
项目名称
热量/kJ·h^-1
输出
项目名称
热量/kJ·h^-1
水和硫化钠
6.24×10^5
环合液
6.04×10^5
硫磺
杂质
1.24×10^5
6，8-二氯辛酸乙酯
设备升温
1.29×10^5
过程热效应
1.97×10^5
设备表面散热
4.04×10^4
补充加热
8.09×10^5
冷却水带走热量
7.34×10^5
合计
1.63×10^6
合计
1.63×10^6
单元过程
Q1/kJ
Q2/kJ
Q3/kJ
Q4/kJ
Q5/kJ
Q6/kJ
减压浓缩釜
1.23×10^6
1.04×10^4
0
1.22×10^6
0.59×10^4
1.45×10^4
冷却结晶釜
1.22×10^6
1.34×10^4
0
1.12×10^6
9.93×10^4
1.41×10^4
真空干燥机
1.12×10^6
0
0
9.84×10^5
0
1.36×10^5
脱色釜
9.84×10^5
0
0
8.45×10^5
0
1.39×10^5
结晶釜
8.34×10^5
0
0
8.06×10^5
0
2.80×10^4
6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：
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285.4kg、2mol/L盐酸140.82kg、乙酸乙酯768.47kg、饱和食盐水77.9kg、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，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
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