年產(chǎn)200噸原料藥牛磺酸的合成工段的車間工藝設(shè)計(jì)

1、制藥工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)專業(yè)_#_ 班級(jí)_2_ 姓名_# _ _設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)200噸原料藥牛磺酸的合成工段的車間工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)間：2015.10.8-2014.11.13。設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：1、確定工藝流程及凈化區(qū)域劃分；2、詳細(xì)敘述制備工藝及設(shè)備的工作原理、結(jié)構(gòu)組成及關(guān)于此工藝及設(shè)備的國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀、研究前沿。3、物料衡算、熱量衡算、設(shè)備選型及設(shè)計(jì)（按間歇操作考慮，每年開(kāi)工300天）；4、按規(guī)范要求設(shè)計(jì)車間工藝平面圖；5、畫(huà)出帶控制點(diǎn)、輔助管線的物料工藝流程圖；6、反應(yīng)器的安裝圖（平、立、剖面圖1：50）7、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。設(shè)計(jì)成果：1、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，包括工藝概述、工藝流程及凈化區(qū)域劃分說(shuō)

2、明、物料衡算、熱量衡算、工藝設(shè)備選型說(shuō)明、工藝主要設(shè)備一覽表、車間工藝平面布置說(shuō)明、車間技術(shù)要求。2、工藝平面布置圖一套（1：100）；3、帶控制點(diǎn)及輔助管線的物料工藝流程圖（1：100）；4、反應(yīng)器的安裝圖（平、立、剖面圖1：50）。目錄1 設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)11.1 設(shè)計(jì)依據(jù)11.2 生產(chǎn)能力11.3 產(chǎn)品規(guī)格11.4 原輔材料技術(shù)規(guī)格22 工藝說(shuō)明32.1 工藝概述32.1.1 氯化法32.1.2 乙撐亞胺法42.1.3 酯化法42.1.4 工藝設(shè)備及生產(chǎn)現(xiàn)狀52.2 工藝流程說(shuō)明62.2.1 牛磺酸生產(chǎn)方法62.2.2 工藝流程敘述83 物料衡算93.1 概述93.2 衡算過(guò)程93.2

3、.1 確定每批產(chǎn)量93.2.2每批主要原料投料量計(jì)算93.2.2化學(xué)反應(yīng)過(guò)程衡算103.3 物料流程框圖134 能量衡算164.1 概述164.2 能量衡算依據(jù)164.2.1設(shè)備的熱量平衡方程式164.2.2 熱量衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算與查取184.3 熱量衡算過(guò)程194.4 熱量衡算結(jié)果225 設(shè)備選型225.1 設(shè)備選型的依據(jù)225.1.1 設(shè)備選型的原則225.1.2 設(shè)備材料選擇依據(jù)235.1.3 主要設(shè)備選型9235.2 設(shè)備選型計(jì)算過(guò)程245.2.1 反應(yīng)釜選型計(jì)算245.2.2 儲(chǔ)罐設(shè)備選型計(jì)算265.2.3 過(guò)濾器選型計(jì)算275.2.4 干燥器選型計(jì)算275.2.5 冷凝器選型計(jì)算2

4、75.3 主要設(shè)備一覽表286 車間布置296.1 概述296.2 布置依據(jù)296.3 布置原則296.4 車間布置說(shuō)明306.5 車間工藝平面布置圖317 節(jié)能與環(huán)保327.1回收利用327.2 環(huán)保與安全337.2.1危險(xiǎn)性概述337.2.2急救措施及泄露應(yīng)急處理347.2.3安全防護(hù)34參考文獻(xiàn)35附錄35 1 設(shè)計(jì)依據(jù)及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)1.1 設(shè)計(jì)依據(jù)本設(shè)計(jì)的題目為“年產(chǎn)200噸原料藥?；撬岬暮铣晒ざ蔚能囬g設(shè)計(jì)”，設(shè)計(jì)依據(jù)為制藥工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)：藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010 年修訂）醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范2010GMP 實(shí)施指南-原料藥2010GMP 實(shí)施指南-廠房、

5、設(shè)施和設(shè)備中華人民共和國(guó)藥典（二部）生產(chǎn)過(guò)程安全衛(wèi)生要求總則（GB/T 12801-2008）工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GBZ1-2010）1.2 生產(chǎn)能力本車間為生產(chǎn)原料藥牛磺酸的合成工段，其年產(chǎn)量為200t/a，含量為99%以上。年總工作日300天，考慮到生產(chǎn)周期約為1天，每天生產(chǎn)2批，則每批次需生產(chǎn)牛磺酸成品333.3Kg。1.3 產(chǎn)品規(guī)格?；撬幔?） 中文名稱：?；撬幔?-氨基乙磺酸），又名牛膽酸、牛膽素（2） 英文名稱：Taurine（3） 分子式：C2H7O3NS（4） 分子量：125.14（5） 質(zhì)量規(guī)格：企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，25Kg/桶（6） 主要物理性質(zhì)及用途：本品為白色晶體或結(jié)晶型粉末，

6、無(wú)臭無(wú)毒、味微酸，熔點(diǎn)328329（分解），較易溶于水，微溶于95%的乙醇，不溶于無(wú)水乙醇、醚、烴等有機(jī)溶劑。?；撬嶙钤缬膳｜S中分離而來(lái)，是一種非蛋白質(zhì)類氨基酸，具有獨(dú)特的藥理及營(yíng)養(yǎng)保健作用。廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品添加劑、熒光增白劑、有機(jī)合成等領(lǐng)域，也可用于生化試劑、濕潤(rùn)劑、PH緩沖劑等。1.4 原輔材料技術(shù)規(guī)格本車間產(chǎn)品?；撬嵘a(chǎn)所涉及到的原輔料見(jiàn)下表1-1表1-1牛磺酸生產(chǎn)工藝用原輔料名稱狀態(tài)常溫分子量工業(yè)級(jí)含量熔點(diǎn)沸點(diǎn)密度g/mL(25)溶解度乙醇胺液體61.0899%10.5170.51.011與水、乙醇混溶濃硫酸液體98.0898%10.353381.840與水混溶甲苯液體92.149

7、9%-94.99110.630.862微溶水，溶于多數(shù)有機(jī)溶劑無(wú)水乙醇液體46.0799%-114.178.50.804與水、多數(shù)有機(jī)溶劑混溶純化水液體18.02符合藥典標(biāo)準(zhǔn)01001.000與乙醇互溶，微溶有機(jī)溶劑亞硫酸銨固體116.1499%60-701501.410溶于水，微溶于醇2 工藝說(shuō)明2.1 工藝概述?；撬岬纳a(chǎn)方法一般有兩種：一種方法是從動(dòng)物內(nèi)臟中提取，另一種方法為合成方法。因?yàn)閯?dòng)物內(nèi)臟中提取含量極少，所以工業(yè)上獲取?；撬嶂饕獞?yīng)用合成的方法。根據(jù)合成原料的不同，?；撬岬闹苽浞椒ㄖ饕幸掖及妨蛩狨セ?、乙醇胺氯化法、羥基乙醇法、2-氨基乙醇法、亞乙基亞胺法、乙二磺酸酐法等十多種。

8、目前，國(guó)內(nèi)外多數(shù)生產(chǎn)廠家采用乙醇胺法來(lái)生產(chǎn)牛磺酸，該方法原料易得，合成工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少。以乙醇胺為原料合成牛磺酸，按合成路線又分為氯化法、乙撐亞胺法和酯化法。2.1.1 氯化法氯化法以乙醇胺、鹽酸、亞硫酸鈉為原料，反應(yīng)分氯化、磺化兩步進(jìn)行，經(jīng)過(guò)2-氯乙胺鹽酸鹽中間體合成?；撬?，反應(yīng)方程式如下：該方法原料易得，但反應(yīng)條件難控制，收率僅能達(dá)到48%。在氯化法中，有工藝以乙醇胺鹽酸鹽與氯化亞砜為原料，以甲苯作溶劑，先反應(yīng)生成氯乙胺鹽酸鹽，然后產(chǎn)物再與亞硫酸鈉反應(yīng)生成?；撬帷?989年，德國(guó)的D.Pauluth等人1在等當(dāng)量的羧酸中，氯化亞砜與乙醇胺鹽酸鹽按化學(xué)計(jì)量式于60下反應(yīng)7h，得到-氯乙胺

9、鹽酸鹽，產(chǎn)率接近理論值，高達(dá)99.1%，副產(chǎn)物為氣體，不需要對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分離。然而，該法反應(yīng)條件要求苛刻，而且成本高。此外，氯化亞颯具有劇毒性、腐蝕性、催淚性、易揮發(fā)性、且有強(qiáng)烈的窒息性氣味以及遇水強(qiáng)烈反應(yīng)等特點(diǎn)。因此，此方法并不具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，至今未被工業(yè)化。另一德國(guó)專利2采用37%的鹽酸與溶于甲苯中的乙醇胺進(jìn)行反應(yīng)，于110下共沸除去水分，冷卻至50后加入NH4CI催化劑，然后滴加氯化亞砜生成2-氨乙胺鹽酸鹽。該工藝收率較高，但成本也高，且使用有毒的甲苯以及氯化亞砜作溶劑，因此也不是理想的生產(chǎn)工藝。2.1.2 乙撐亞胺法80年代初，美國(guó)聯(lián)合碳化公司的K.D.Oison等人3以乙醇胺經(jīng)過(guò)氣相催

10、化脫水環(huán)化合成乙撐亞胺，然后用硫酸開(kāi)環(huán)加成制備?；撬?。反應(yīng)方程式如下：日本催化劑化學(xué)公司對(duì)此反應(yīng)的催化體系做了廣泛研究，典型的催化體系是以體積比為98:3的氮?dú)忪F化乙醇胺，在裝填有Cs0.9Ba0.1P0.8催化劑的反應(yīng)塔內(nèi)發(fā)生分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)生成乙撐亞胺，再將其蒸發(fā)之后直接與亞硫酸氫銨反應(yīng)制得牛磺酸，產(chǎn)率可達(dá)84%。該工藝的特點(diǎn)是投資少、成本低，不需要分離副產(chǎn)物，工藝較先進(jìn)，國(guó)外己經(jīng)在上世紀(jì)八十年代末投入工業(yè)化生產(chǎn)。盡管乙撐亞胺法生產(chǎn)?；撬岬氖章瘦^高，但由于乙撐亞胺具有劇毒性、沸點(diǎn)低易揮發(fā)，容易發(fā)生聚合爆炸，原料的儲(chǔ)存和運(yùn)輸具有很大的困難。從可持續(xù)發(fā)展和綠色化工的觀點(diǎn)來(lái)看，顯然也不是最佳的工藝

11、路線。2.1.3 酯化法由于氯化法和乙撐亞胺法合成?；撬岬墓に囍写蠖啻嬖谟卸疚镔|(zhì)參與、反應(yīng)，或者是生產(chǎn)成本較高，制約了牛磺酸的大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，因此以乙醇胺為原料酯化法合成?；撬岢蔀楫?dāng)今國(guó)際上?；撬嵘a(chǎn)企業(yè)采用最多的一種生產(chǎn)方法。該反應(yīng)以乙醇胺、硫酸、亞硫酸鈉或亞硫酸銨為原料，首先硫酸與乙醇胺進(jìn)行酯化反應(yīng)合成中間體2-氨基乙醇硫酸醋，中間體2-氨基乙醇硫酸醋再與亞硫酸鈉或亞硫酸銨進(jìn)行磺化反應(yīng)合成?；撬?。反應(yīng)方程式如下：在合成?；撬岬牡谝徊锦セ磻?yīng)過(guò)程中，乙醇胺與濃硫酸直接混合，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，這樣會(huì)使乙醇胺炭化，所以實(shí)驗(yàn)室合成需采用冰浴環(huán)境，并采取滴加濃硫酸的方法進(jìn)行。加入濃硫酸的時(shí)候溫度控制

12、在10以下，加入50%濃硫酸溫度可控制在20以下。同時(shí)酯化反應(yīng)為可逆反應(yīng)，需完全脫水，而常壓需加熱至120 160 , 溫度過(guò)高不但操作困難，且易產(chǎn)生雜質(zhì)。本法采用加入帶水劑甲苯的方法，既降低了脫水反應(yīng)溫度，又不影響脫水程度，產(chǎn)物易于處理。當(dāng)前，單乙醇胺酯化轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上，但牛磺酸的收率卻很低且成本偏高。這是因?yàn)榛腔磻?yīng)才是該合成工藝路線的控制步驟，磺化時(shí)加熱回流所需時(shí)間長(zhǎng)、能耗大，且2-氨基乙醇硫酸酯易水解，反應(yīng)產(chǎn)物?；撬岷蜔o(wú)機(jī)鹽難以分離。日本學(xué)者山本勇等針對(duì)磺化反應(yīng)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)通入氨氣添加適量的硫酸酯抑制水解反應(yīng)，并采用電滲析脫鹽，可提高?；撬崾章蔬_(dá)90%以上。但是，

13、目前我國(guó)在工業(yè)上采用酯化法生產(chǎn)?；撬岬氖章蕛H為53%左右，能耗和成本高，與國(guó)外工藝相比還有很大差距。因此，縮短酯法的反應(yīng)時(shí)間，提高牛磺酸和無(wú)機(jī)鹽分離收率是我國(guó)?；撬岷铣裳芯空吆蜕a(chǎn)企業(yè)所面臨的難題和挑戰(zhàn)。2.1.4 工藝設(shè)備及生產(chǎn)現(xiàn)狀我國(guó)是20世紀(jì)80年代初開(kāi)始牛磺酸生產(chǎn)的。首先由中科院應(yīng)用化學(xué)研究所與長(zhǎng)春市春城制藥廠合作試制牛磺酸成功并投入生產(chǎn)，隨后相繼有上海第二制藥廠等近40 家企業(yè)上馬投產(chǎn)。其中，產(chǎn)量最大的是南京制藥廠1500t/a ，與國(guó)內(nèi)外蓬勃發(fā)展的需求相比有很大差距5。目前，我國(guó)?；撬嵝袠I(yè)面臨的主要問(wèn)題：一是收率低。目前國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)?；撬嵘a(chǎn)的總收率只有約52%，接近其成本收率4

14、9%，導(dǎo)致成本高，效益低，嚴(yán)重制約了牛磺酸的生產(chǎn)和發(fā)展。為此，各相關(guān)企業(yè)、大專院校和科研單位應(yīng)積極進(jìn)行?；撬嶂苽浼夹g(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，不斷改進(jìn)和完善?；撬岬暮铣晒に嚮?qū)で蟾咏?jīng)濟(jì)合理的工藝路線，以提高收率和品質(zhì)，降低成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。二是生產(chǎn)企業(yè)多，規(guī)模小，競(jìng)爭(zhēng)混亂。雖然近年來(lái)上馬的?；撬嵘a(chǎn)線較多，但大多數(shù)企業(yè)的規(guī)模較小，一般為100-200t/a，有的只有幾十噸，且技術(shù)和管理落后，沒(méi)有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，眾多企業(yè)都來(lái)分割這塊“市場(chǎng)蛋糕”，不少企業(yè)相互壓價(jià)銷售，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)處于混亂狀態(tài)，直接損害了?；撬嵝袠I(yè)的整體利益。所以，應(yīng)加強(qiáng)行業(yè)聯(lián)合，發(fā)展規(guī)模經(jīng)濟(jì)，全行業(yè)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，統(tǒng)一布置，實(shí)施行業(yè)自律，建立

15、良好的市場(chǎng)秩序，提高全行業(yè)整體經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理水平和抗風(fēng)險(xiǎn)能力。還要加強(qiáng)國(guó)際合作，積極開(kāi)發(fā)國(guó)際市場(chǎng)，將更多的產(chǎn)品銷往國(guó)外。三是消費(fèi)量少。這也在很大程度上影響了?；撬嵘a(chǎn)的發(fā)展。要積極進(jìn)行?；撬岬膽?yīng)用研究，開(kāi)發(fā)出適合不同消費(fèi)群體的各種?；撬岙a(chǎn)品，以擴(kuò)大?；撬岬南M(fèi)，激活國(guó)內(nèi)潛在市場(chǎng)，促進(jìn)國(guó)內(nèi)牛磺酸行業(yè)的快速發(fā)展6。2.2 工藝流程說(shuō)明2.2.1 ?；撬嵘a(chǎn)方法（1）反應(yīng)過(guò)程本次課程設(shè)計(jì)采用酯化法生產(chǎn)?；撬?。該方法以乙醇胺、硫酸、亞硫酸銨為原料，首先硫酸與乙醇胺進(jìn)行酯化反應(yīng)合成中間體2-氨基乙醇硫酸酯，中間體再與亞硫酸銨進(jìn)行磺化反應(yīng)合成?；撬幔磻?yīng)如下：（2）工藝過(guò)程?；撬岷铣晒に嚵鞒炭驁D如下：

16、圖2-1 ?；撬岷铣晒ざ喂に嚵鞒炭驁D（3）操作過(guò)程a. 酯化工序冰浴（2.70m2，符合要求。（2）降溫釜選型計(jì)算降溫釜主要用于對(duì)酯化后料液進(jìn)行降溫，設(shè)備型號(hào)可與酯化釜相同，具體參數(shù)見(jiàn)表5-1。換熱面積校核：降溫釜所需冷量為Q=1.07105kJ，使用冷凍鹽水降溫，取K=500W/m2，降溫時(shí)間約15min，則可估計(jì)該釜所需換熱面積為：A=QKt=1.07(105-25)1560=2.97m2同樣實(shí)際換熱面積5.8m22.97m2，符合要求。（3）磺化釜選型計(jì)算每批投料得混合液為3495.65kg，包括固體物料2-氨基乙醇硫酸酯601.2kg，亞硫酸銨824.45kg，溶劑2070kg，體積簡(jiǎn)

17、單加和估算V=601.21.782+824.451.41+20701.00=2992.09L，裝料系數(shù)取0.8，V0=2992.090.8=3740.11L，圓整后體積為4000L，實(shí)際生產(chǎn)中使用2個(gè)磺化釜，因此選用2個(gè)2000L的不銹鋼反應(yīng)釜，其參數(shù)見(jiàn)下表：表5-2 磺化釜技術(shù)參數(shù)表設(shè)備名稱公稱容積L實(shí)際容積L夾套換熱面積m2公稱直徑mm釜體高度mm參考重量kg電機(jī)功率kW不銹鋼磺化釜200021797.21300386026744換熱面積校核：磺化釜需供熱量Q=9.0104kJ，蒸汽加熱，加熱時(shí)間15min， 取K=800W/m2，則換熱面積為：A=QKt=9.0(105-50)1560=

18、2.27m2實(shí)際換熱面積7.2m22.27m2，符合要求。5.2.2 儲(chǔ)罐設(shè)備選型計(jì)算（1）乙醇胺計(jì)量罐：每批投料284.79kg，V=284.791.011=281.69L，裝料系數(shù)取0.8，V0=281.690.8=352.11L，圓整后體積為500L，選用500L的耐壓PP儲(chǔ)罐。（2）濃硫酸計(jì)量罐：每批投料485.99kg，V=485.991.84=264.13L，裝料系數(shù)取0.8，V0=264.130.8=330.16L，圓整后體積為500L，選用500L耐壓PP儲(chǔ)罐。（3）甲苯儲(chǔ)罐：每批投料424.93kg， V=424.930.864=491.82L，裝料系數(shù)取0.8，V0=491.820.8=614.77L，圓整后體積為1000L，選用1000L耐壓PP儲(chǔ)罐。（4）水儲(chǔ)罐：酯化反應(yīng)中蒸出水量79.10kg，V=79.101.00=79.10L，裝料系數(shù)取0.8，V0=79.100.8=98.88L，圓整后體積為100L，選用100L耐壓PP儲(chǔ)罐。（5）無(wú)水乙醇儲(chǔ)罐：每批投料309.80kg，V=309.800.804=385.32 L，裝料系數(shù)取0.8，V0=385.32 0.8=481.65L，圓整后體積為500L，選用500L耐壓PP儲(chǔ)罐。（6）洗滌液回收儲(chǔ)罐：每批