對乙氨基酚生產工藝設計物料衡算

/摘要 31合成工藝 41.1原料及產品物性 41.1.1對氨基苯酚 4 冰醋酸 5 活性炭 6 焦亞硫酸鈉 7 對乙酰氨基酚 81.2 反應方程式 81.3 合成工藝 92生產操作過程及工藝條件 102.1工藝流程簡圖 102.2操作過程及工藝條件 112.2.1?；ざ?113工藝流程和區(qū)域劃分 143.1工藝流程簡圖和質控要點 143.2生產環(huán)境干凈區(qū)域劃分 153.3車間布置 154.物料衡算 174.1酰化反應罐的物料衡算 174.2酸洗離心機的物料衡算 184.3水洗離心機的物料衡算 195能量衡算 205.1反應罐能量衡算 205.1.1比熱容的計算 205.1.2能量衡算 226主要工藝設備計算 256.1工藝設備選型原則 256.2工藝設備計算 256.2.1?；磻Y晶罐 257主要設備選型 267.1工藝設備選型原則 267.2工藝設備選型 26設備一覽表 268車間布置 278.1布置說明 278.2布置原則 278.3車間布置 27摘要對乙酰氨基酚是解熱鎮(zhèn)痛抗炎藥中最常用的藥物。本設計探討了對乙酰氨基酚的合成工藝、合成原料、產品物性及生產條件，介紹了對乙酰氨基酚的藥理作用、鑒別和含量測定的方法。并結合GMP認證的標準進行了對乙酰氨基酚車間設計和改造。關鍵詞對乙酰氨基酚，工藝設計，車間設計1合成工藝1.1原料及產品物性1.2反應方程式1.3合成工藝對氨基苯酚和冰醋酸，經配料鍋配料后，加入酰化釜，?；?，得到濕的對乙酰氨基酚粗品。2生產操作過程及工藝條件2.1工藝流程簡圖2.2操作過程及工藝條件2.2.1酰化工段1.?；淞?1)?；磻脑吓浔葘Π被椒?225±30kg(折干)；冰醋酸1150±50kg；稀醋酸1600±50L(2)酸洗離心的原料配比對氨基苯酚1225±30kg(折干)；冰醋酸1150±50kg；稀醋酸2400±50L(3)水洗離心的原料配比外循環(huán)料1980±20kg(濕)；稀醋酸1500±10L(4)總酸度計算公式如下：總酸度=注：V1--代表滴定后滴定液的摩爾體積單位ml；V2--代表滴定前滴定液的摩爾體積單位ml；C--代表NaOH標準液的摩爾濃度單位mol/L；W--樣品質量單位g；40為NaOH的摩爾質量量綱為g/mol。酸母液和冰醋酸或稀醋酸和冰醋酸在反應罐內混合勻整后，取樣，用1ml移液管移取樣液至錐形瓶內，加少許純化水稀釋，若為母液的混合物，用確定摩爾濃度（1ml/L）得NaOH標準溶液滴定，滴定至變藍色，即為滴定終點；若為稀醋酸的混合物，則須在滴定前滴加酚酞指示劑，用確定摩爾濃度（1ml/L）的NaOH標準溶液滴定，滴定至變紅色，即為滴定終點、以上配料操作必需有復審者，且(1)和(2)項的配料操作，只有在測出總酸度大于或等于65%得狀況下，再投入對氨基苯酚。否則應補加冰醋酸至要求的酸度。配料比例及總酸度為監(jiān)控點，每一批必需復核、檢測。2.?；磻懦鲺；磻迠A層內的存水，蒸汽加熱，升溫，至有酸氣冒出，調整蒸汽壓力，限制蒸酸速度。(1)對于稀酸料和粗品來說，1-3小時，蒸酸速度在40-60L/半小時。溫度不高于117℃；4-6小時，保持反應罐內小沸騰，蒸酸速度在60-90L/半小時，溫度不高于112℃；6小時候，慢慢加大蒸汽壓力，加快蒸酸速度，限制在120L/半小時之內；反應接近終點時，蒸酸速度≦60L/半小時，溫度快速上升，稀酸投料終點溫度為130-136℃，粗品為135-140℃.夾層蒸汽壓力(2)對于酸處理外循環(huán)料來說，蒸酸速度限制在≤80L/半小時，蒸酸限制在860-940L之間，蒸酸過程約需6-8小時。上述過程中所提到的限制項目均為限制點。反應過程中，隨時調整至標準要求。3.?；Y晶酰化反應或蒸酸結束后，依據套用次數和反應罐內物料液面的凹凸，加入確定數量的降溫酸降溫。降溫酸數量如下：稀酸料加降溫酸量為800-880L/罐；粗品加降溫酸量為600-1000L/罐；酸處理外循環(huán)料加降溫酸量280-320L/罐；酰化反應結晶罐內加入降溫酸后，當酰化反應結晶罐內溫度基本不降時，小開降溫水閥門降溫；當溫度降為75-85℃，全開降溫水，加速降溫；當溫度降溫25-35℃時，降溫結晶結束，整個降溫過程須要4-8小時。此過程中，降溫速度要4.酰化離心?；x心前確認降溫結晶結束，確認離心機及料位探測器工作正常，做好準備工作。粗品和稀酸料的離心分別:按規(guī)程開動離心機，放入欲離心料液進行離心。離心分別母液和固體物料后，用稀醋酸沖洗物料，按規(guī)定時間沖洗置換物料中的母液。再用去離子水沖洗，按規(guī)定時間沖洗置換物料中的稀醋酸。然后按規(guī)定時間接著甩濾后停機出料。酸洗后的液體和母液共用回收后套用，水洗的液體為廢液，送往污水處理站處理。每噸濕粗品得酸洗用量為340-584L，水洗用量為523-800L。所得物料在檢測水分和對氨基苯酚含量，水分限制在8.0%以內，對氨基苯酚含量不大于50ppm，并進行物料衡算。每批稀酸投料折干后得重量范圍為：1300-1500kg(折干)，母液套用粗品為：1480-1760L。母液套用次數最高為8次。酸處理外循環(huán)料：按規(guī)程開動離心機，離心機內放入物料后，離心分別液體和固體，按規(guī)定沖洗量的稀醋酸沖洗固體物料，所得液體回收利用；再用去離子水按規(guī)定沖洗量得去離子水沖洗，按規(guī)定時間接著甩濾1-2分鐘后停機出料。水洗的液體為廢液，送往污水處理站。每噸濕酸處理外循環(huán)了的酸洗用量為475-725L，水洗用量為1125-1625L。所得物料要檢測水分和對氨基苯酚含量，水分限制在10.0%以內，對氨基苯酚含量不大于50ppm，并進行物料衡算。酸處理外循環(huán)料每批折干后1300-1500kg(折干)，回收母液1100-1200L。離心過程中，稀醋酸沖洗和去離子水沖洗都要勻整充分、徹底，保證雜志不帶到物料中去。所得物料得水分要限制在范圍以內，以保證物料的穩(wěn)定。對乙酰氨基酚的工藝流程?；ざ危?）對于稀酸料和粗品來說，第1～3小時，蒸酸速度在40～60L/半小時，溫度不高于117℃；第：稀酸料為0.32～0.36MPa，母液套用為：0.35～0.40MPa。整個反應過程約為11～13小時，蒸酸總量在640～80按規(guī)程開動離心機，放入欲離心料液進行離心。離心分別母液和固體物料后，用稀醋酸沖洗物料，按規(guī)定時間沖洗置換物料中的母液。再用去離子水沖洗，按規(guī)定時間沖洗置換物料中的稀醋酸。然后按規(guī)定時間接著甩濾后停機出料。酸洗后的液體和母液共用回收后套用，水洗的液體為廢液，送往污水處理站處理。每噸濕粗品得酸洗用量為340-584L，水洗用量為523-800L。所得物料在檢測水分和對氨基苯酚含量，水分限制在8.0%以內，對氨基苯酚含量不大于50ppm，并進行物料衡算。每批稀酸投料折干后得重量范圍為：520-600kg(折干)，母液套用粗品為：592-704L(2)對于酸處理外循環(huán)料來說，蒸酸速度限制在≤80L/半小時，蒸酸限制在344-376L之間，蒸酸過程約需3-4按規(guī)程開動離心機，離心機內放入物料后，離心分別液體和固體，按規(guī)定沖洗量的稀醋酸沖洗固體物料，所得液體回收利用；再用去離子水按規(guī)定沖洗量得去離子水沖洗，按規(guī)定時間接著甩濾1-2分鐘后停機出料。水洗的液體為廢液，送往污水處理站。每噸濕酸處理外循環(huán)了的酸洗用量為475-725L，水洗用量為1125-1625L。所得物料要檢測水分和對氨基苯酚含量，水分限制在10.0%以內，對氨基苯酚含量不大于50ppm，并進行物料衡算。酸處理外循環(huán)料每批折干后520-600kg(折干)，回收母液440-480精制離心后的濕對乙酰氨基酚進入振動流化床干燥機內。并調整振動流化床干燥機的熱氣通風量，使物料被烘干。干燥溫度：80-100℃；進料速度不能超過起上限(50kg/min)。干燥后的物料在經過冷風冷卻降溫至50±10℃，振動流化床干燥機出完料后，進行物料收率計算，本工序收率應不低于95%。干燥并降溫的物料經測試合格后(按ZL/SOP/ZK/00500取樣，用快速水分測定儀測其水分，水分小于干燥并降溫的物料經測試合格后真空輸送到二維混合機內混合，達到要求批量并在不超過規(guī)定裝料量800-2160kg的狀況3工藝流程和區(qū)域劃分3.1工藝流程簡圖和質控要點圖1工藝流程圖3.2生產環(huán)境干凈區(qū)域劃分本車間的生產環(huán)境干凈區(qū)域包括精制結晶區(qū)、精制離心區(qū)域、烘干區(qū)域、混合區(qū)域、粉碎區(qū)域、待驗區(qū)、套袋區(qū)、緩沖區(qū)及更衣區(qū)，其均為干凈區(qū)，干凈級別為10萬級。和生產有關的其他區(qū)域為非干凈區(qū)。詳見CAD附圖3.3車間布置車間布置包括生產部分、幫助生產部分和行政生活一部分，對于生產車間平面布置的改進是改進的重點。以下是GMP對干凈區(qū)布置的要求[1]。一般規(guī)范在工藝流程協(xié)調滿足工藝條件的前提下，為提高凈化效果、節(jié)能，對干凈室（區(qū)）的布置有如下要求：(1)空氣干凈度高的干凈室（區(qū)）宜設置在人員最少達到的地方，并宜靠近空調機房。(2)不同空氣干凈度的干凈室（區(qū)）宜按空氣干凈度級別凹凸由里及外布置靜壓差為5Pa，干凈室和室外大氣的靜壓差大于10Pa。(3)空氣干凈度等級相同的干凈室(區(qū))宜相對集中。(4)不同干凈度等級的房間相聯(lián)系，應有放置污染的措施。我國GMP（1998年修訂）附錄規(guī)定了藥品生產干凈室（區(qū)）的空氣干凈度劃分四個級別：如表1表1空氣干凈室級別干凈度級別塵粒最大允許度（個/m3）微生物最大允許度≥0.5ūm≥5ūm浮游菌（個/m3）沉降菌（個/m3）100級350005110000級350002001003100000級350000200020010300000級105000006000——15物料存放區(qū)域及生產幫助用室的布置(1).干凈廠房內應設置和生產規(guī)模相適應的幫助原料、半成品、成品存放區(qū)域，宜盡可能靠近和其相聯(lián)系的生產區(qū)域，以削減過程中的混雜和污染；存放區(qū)域內宜設置待驗區(qū)合格品區(qū)，或實行能夠有效限制物料待驗、合格狀態(tài)的措施，不合格品必需設置專用存放。(2).取樣室宜設置在倉儲區(qū)，取樣環(huán)境的空氣干凈度等級同初次運用該物料的干凈室（區(qū)）。(3).稱量室應放置在干凈室（區(qū)），空氣干凈度等級同初次運用該物料的干凈室（區(qū)）。(4).備料室宜靠近稱量室，其空氣干凈度等級同初次運用該物料的干凈室（區(qū)）。(5).干凈工具洗滌、存放室，宜設置在干凈區(qū)域外；如需設在干凈室（區(qū)）內，其空氣干凈等級英語本區(qū)域相同，并有防水污染的措施。(6).修理保養(yǎng)室可設在干凈室（區(qū)）外。平安出口及平安措施的布置國家標準GBJ16-87《建筑設計防火規(guī)范》規(guī)定廠房平安出口的數目不應少于兩個。對制藥企業(yè)來說，干凈廠房每一生產層或每一干凈區(qū)平安出口數目除了符合國家標準GBJ16-87的規(guī)定外，平安出口的設置應滿足疏散距離的要求。人員進入空氣干凈度100級、10000級生產區(qū)的凈化路途不得作為平安出口運用。平安疏散門應向疏散方向開啟，且不得接受吊門、轉門、推拉門及電控自動門；在防爆要求的干凈室依靠外墻布置，當不能靠外墻時，應考慮向屋外泄爆，并應有足夠的泄壓面積。4.物料衡算計算依據：年產量：4000噸年工作日：300天日產量：13.33噸收率：85.97%對乙酰氨基酚分子量/對氨基苯酚分子量=151.16/109.10=1.3855對乙酰氨基酚收率=對乙酰氨基酚產量/（對氨基苯酚/1.3855）×100%物料計算以日產量為基準。4.1?；磻薜奈锪虾馑隳戤a量為5000噸，一年按300個工作日計算，可得出日產量為：5000噸/300天=16666.67㎏/天因為此物料衡算時以魯安藥業(yè)為模型，在此基礎上進行擴建和改造，所以改造后產品的收率仍為改造前的收率，即85.97%。又因為?：產品收率=對乙酰氨基酚產量?/對氨基苯酚/1.3855=85.97%則對氨基苯酚投料量=16666.67㎏/（0.8597×1.3855）=13992.5㎏依據對乙酰氨基酚生產設計的閱歷公式：對氨基苯酚投料量=（冰醋酸×含量）/0.89～0.91=13992.5㎏此物料衡算中運用閱歷常熟0.90；并且冰醋酸含量為98%；則投入冰醋酸量=13992.5㎏×0.90/0.98=12850.255㎏依據山東魯安藥業(yè)的參考公式，可得：總投料量：母液量=1:1因為總投料量=對氨基苯酚+冰醋酸=13992.5㎏+12850.255㎏=26842.755㎏由此的投入反應罐母液量為26842.755㎏/1=26842.755㎏綜合以上計算，得：進料①：對氨基苯酚投料量=16666.67㎏/（0.8597×1.3855）=13992.5㎏冰醋酸投料量=13992.5㎏×0.90/0.98=12850.255㎏進料②：進入反應罐的母液量26842.755㎏/1=26842.755㎏出料③：此工藝過程可近似不考慮損耗，即完全出料：即出料③=對氨基苯酚投料量+冰醋酸投料量+投入反應罐的母液量=13992.5㎏+12850.255㎏+26842.755㎏=53685.51㎏完全進入離心機中的進料①4.2酸洗離心機的物料衡算依據稀醋酸的濃度、滲濾槽中剩余母液的粘度和質量，確定酸洗工藝過程中加入醋酸的質量，因為本設計接受的醋酸濃度為40%，又依據閱歷公式：HAC/對乙酰氨基酚溶液=1：7.67所以確定投入稀醋酸量=對乙酰氨基酚溶液/7.67=53685.51㎏/7.67=6999.415㎏依據酸洗離心機的酸洗實力和物品的粘度得出閱歷離心率為66.98%，所以離心出來的母液=總投料量×66.98%=（6999.415㎏+53685.51㎏）×66.98%=40646.763㎏，進入回收工藝。以此計算出:濕品對乙酰氨基酚=總投料量-離心出來的母液=（6999.415㎏+53685.51㎏）-40646.763㎏=20038.162㎏綜合以上計算，得：進料①：來自于?；磻薜某隽息蹖σ阴０被尤芤?53685.51㎏進料②：投入稀醋酸量=對乙酰氨基酚溶液/7.67=53685.51㎏/7.67=6999.415㎏出料③：濕品對乙酰氨基酚=總投料量-離心出來的母液=（6999.415㎏+53685.51㎏）-40646.763㎏=20038.162㎏進入水洗離心工藝進料①，并且要保證濕品中HAC含量≤2.5%，本設計計算時取2.5%。出料④：離心出來的母液=總投料量×66.98%=（6999.415㎏+53685.51㎏）×66.98%=40646.763㎏4.3水洗離心機的物料衡算依據濕品中含醋酸量和濕品對乙酰氨基酚的純凈度，投入洗劑水和ASP的比例=7：10，所以洗劑水量=濕品對乙酰氨基酚×7/10=20038.162㎏×7/10=14026.7134㎏又依據離心機的脫水實力，閱歷值為42%，所以脫水量=總投料量×42%=（20038.162㎏+14026.7134㎏）×42%=14307.248㎏并且要保證濕品中含水量應≤3%，本次設計計算中接受3%。由于設備的緣由造成洗滌過程中有損耗，一般為0.65%～0.70%，本次設計取值為：0.685%，所以可確定：損耗量=（20038.162㎏+14026.7134㎏）×0.685%=233.344㎏以此得出粗品對乙酰氨基酚=總投料量-損耗-量脫水量=（20038.162㎏+14026.7134㎏）-233.344㎏-14307.248㎏=19524.2834㎏,進入精制脫色工藝進料①綜合以上計算，得：進料①：來自于酸洗離心出料③，濕品對乙酰氨基酚=20038.162㎏進料②：洗劑水量=濕品對乙酰氨基酚×7/10=20038.162㎏×7/10=14026.7134㎏出料③：出粗品對乙酰氨基酚=總投料量-損耗-量脫水量=（20038.162㎏+14026.7134㎏）-233.344㎏-14307.248㎏=19524.2834㎏出料④：脫水量=總投料量×42%=（20038.162㎏+14026.7134㎏）×42%=14307.248㎏5能量衡算5.1反應罐能量衡算圖8反應罐能量衡算可表示如下：Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6Q1對氨基苯酚和冰醋酸帶入設備的熱量KJ;Q2加熱劑水蒸汽傳給物料的熱量KJ;Q3過程反應熱KJ;Q4生成對乙酰氨基酚帶走的熱量KJ;Q5加熱劑水蒸汽帶走的熱量KJ;Q6設備向環(huán)境散失的熱量KJ;t1對氨基苯酚和冰醋酸帶入設備的溫度℃,t1=20℃t2加熱劑水蒸汽的進入溫度℃,t2=140℃t3最終反應罐中溫度℃,t3=130℃t4物料流出時的溫度℃,t4=130℃t5加熱劑水蒸汽流出時的溫度℃,t5=130℃5.1.1比熱容的計算（一）經《化學基礎數據手冊》可查得乙酸和醋酐的比熱容，見下表。（二）ASP和SA比熱容的計算大多數液體的比熱容在1.7～2.5KJ/（㎏·℃）之間，少數液體例外，如液氨和水的比熱容比較大，在4左右；而汞和液體金屬的比熱容較小。液體比熱容一般和壓強無關，隨溫度上升而稍有增大。作為水溶液比熱容的近似計算，可先求出固體的比熱容，再按下式計算C=Cs×n+(1-n)式中C水溶液中的比熱容KJ/（㎏·℃）。Cs固體的比熱容KJ/（㎏·℃）。n水溶液中固體的質量分數。對于絕大多數有機化合物，其比熱容可利用下表求得。先依據化合物的分子結構，將各種集團結構的摩爾熱容數值加和，求出摩爾熱容，再由化合物的分子量換成比熱容。表1基團結構摩爾熱容[J/(mol·℃)]基團溫度C6H5--NH2-NH--CO-OH-CH320116.3661.6951.1043.3441.9041.36130143.6647.3282.5851.62所以ASP的比熱容=[(C6H5-)+(-NH2)+(-NH-)+(-CO)+(-OH)+(-CH3)]/151.16AS的比熱容=[(C6H5-)+(-NH2)+(-OH)]/109.10經以上式子可求得所需比熱容KJ/（㎏·℃）。對氨基酚比熱容20℃=（116.36+61.69+41.90）/130℃對乙酰氨基酚比熱容20℃=（116.36+51.10+43.34+41.36+41.90）/1130℃=(143.66+47.32+82.58+51.62)/151.16=2.冰醋酸比熱容20℃130℃表2所需比熱容溫度名稱20130冰醋酸對乙酰氨基酚對氨基酚2.111.952.023.032.152.075.1.2能量衡算1.Q1和Q4Q1和Q4均可用下式計算Q1（Q4）=∑mctKJ;式中m輸入（輸出）設備的物料質量㎏；c物料的平均比熱容KJ/（㎏·℃）；t物料的溫度℃；利用（1）Q1=∑mct=[12850.255㎏×2.11KJ/㎏·℃+13992.5㎏×2.02KJ/㎏·℃]×20=1.11×KJQ4=16666.673㎏×2.15KJ/㎏·℃×130=4.66×KJ2.Q2和Q5Q2和Q5均可用下式計算Q2(Q5)=∑mctKJ;式中m水的重量㎏；c水蒸汽比熱容KJ/㎏·℃；t溫度℃；Q2=1000×15586.875㎏/300天×4.2KJ/㎏·℃×140=30.55×KJQ5=10000×15586.875㎏/300天×4.2KJ/㎏·℃×130=28.368×KJ3.Q3Q3===100054.4KJ/mol×151.6g/mol=8.23×KJ由Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6所以Q6=Q1+Q2+Q3-Q4-Q5=1.11×KJ+30.55×105KJ+8.23×105KJ-4.66×105KJ-28.368×105KJ=6.862×105KJ6主要工藝設備計算6.1工藝設備選型原則1.為提高產品質量，節(jié)約投資，降低能耗，并滿足GMP要求，工藝設備選用國內先進、成熟、牢靠的設備，使建成后的生產裝備達到國內先進水平。2.凡接觸物料精、干、包崗位的容量和管件均選用不銹鋼材料。3.設備選型為將來的阿司匹林擴產留有余地。6.2工藝設備計算6.2.1?；磻Y晶罐依據物料計算，醋化反應總量為53685.51千克，物料比重為1.2