【正文】 車間工藝設計 摘要： 本設計是按年產 100 噸 (2′ , 4″O雙三甲基硅烷基 )紅霉素 A9[O(1乙氧基 1甲 乙基 )]肟 (5181)的量進行的車間工藝設計。然而，經過近半個世紀的努力，科學家們終于找到了許多比紅霉素本身更為 優(yōu)越的新型紅霉素類藥物，大環(huán)內酯類抗生素克拉霉素就是就是其中之一。為了找到符合經濟、資源等條件，而且比較合理的工藝路線，要進行工藝論證。 江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 6 第 2 章 工藝流程設計及工藝過程 工藝概述 本設計的的生產工藝的操作方式采用的是間歇式操作，整個工藝總體上分為3 個工段，分別為：肟鹽處理工段、 5181 反應工段和后處理工段。有機層分入下面的中轉罐中。 ⑧轉料結束，打開水管，放入 1000L 水，攪拌 10min，靜置 30min 后分層，有機層放入下面的中轉罐中，水層排放。 5181 反應工段 (1) 醚化和硅烷化 ①夾套蒸汽烘釜 (R0104)，烘至釜內溫度 ℃后關閉鍋底閥，繼續(xù)加熱至釜內溫度超過 ℃，視釜內至干時停止加熱，冷卻至 ℃時即應蓋住投料蓋，單留放空閥，并用氮氣保護。 ⑦鹽水降溫至 ℃時，開始均勻而緩慢的滴加 87kg 三甲基氯硅烷，江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 8 控制釜內溫度 ℃之間，約 60min 滴加完畢。將下層有機層連乳化層一起壓入中轉釜，壓入完畢關掉中轉釜進料閥，打開萃取釜底閥，將上層水排如廢水溝。 工藝流程框圖 肟鹽處理反應工段工藝流程框圖 圖 21 肟鹽處理反應工段工藝流程框圖 肟鹽 水層 洗滌 水層 合并有機層 飲用水 濃縮 分層 分散 肟 游離反應 氨水 CH2Cl2 CH2Cl2 CH2Cl2 江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 10 5181 反應工段和后處理工段反應流程圖 圖 22 5181 反應工段和后處理工段反應流程圖 飲用水 TMSCl 咪唑 離心 咪唑 甲苯回收 頂蒸 CH2Cl2回收 洗滌 濃縮 有機層調 PH 甲苯 分層 結束反應 硅烷化反應 水層 鹽水 有機層 堿液 醚化反應 處理物 乙氧基丙烯 Py HCl 干燥 產品 江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 11 第 3 章 物料衡算 概述 在初步確定的工藝流程后，從定性估計轉入定 量計算。 各反應單元 游離反應 化學方程式： 化學名稱：硫氰酸紅霉素肟 二氯甲烷氨水 紅霉素 A 肟 分子量： (1) 進料量 【計算過程】 以硫氰酸紅霉素肟的量計算基準 ,則每天所需純硫氰酸紅霉素肟的投料量 江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 13 總收率克拉霉素中間體分子量 硫氰酸紅霉素肟分子量量凈產克拉霉素中間體日 ??? ① 硫氰酸紅霉素肟化學純量：% ?? ? 99%硫氰酸紅霉素肟的粗投料量： 其中雜質含量： 1%= ② 氨水化學純量： 20%氨水的粗投料量： 其中水含量： 80%= ③ 二氯甲烷化學純量 :1000 %=999 %二氯甲烷的粗投料量： 1500 L 其中雜質含量： 1500 %= 表 32 游離反應原料投料比一覽表 物料名稱 規(guī)格和純度 分子量(g/mol) 投粗料量 (kg) 化學純量 (kg) 水或雜質 含量 (kg) 硫氰酸紅霉素肟 原料， 99% 氨水 工業(yè)級， 20% 二氯甲烷 工業(yè)級， % 1500 總計 —— —— (2) 出料量 【計算過程】 ①反應生成的物料 紅霉素肟的量：理論純產量： /= 實際純產量： 95%= 硫氰酸銨的量： /= 生成水的量： /= ②未反應完的物料 硫氰酸紅霉素肟的量： － 氨水的量： (－ )+ = ③水雜質總量 生成水的量： 其他水雜質量： += 江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 14 水雜質總量： += ④二氯甲烷的量： 1500 97%= 表 33 游離反應進出物料衡算一覽表 操作過程 物料名稱 質量 (kg) 質量百分比 (%) 密度 (kg/L) 體積 (L) 進料 硫氰酸紅霉素肟 氨水 二氯甲烷 水雜質 總計 —— 出料 紅霉素肟 二氯甲烷 硫氰酸紅霉素肟 氨 硫氰酸銨 水雜質 總計 —— 萃取洗滌 說明：①萃取洗滌工序的進料量主要為游離反應工序的出料量。 其中克拉霉素中間體的量： 水的量： %= 雜質的量： %= ②洗液 洗液用的是水，其用量為 ，不過水亦不宜加入過多，需考慮生產實際需要、廢水回收及處理。 熱量衡算基礎數據的計算和查取 熱量衡算中大部分基礎數據依據《化學工程手冊》和《 化工工藝設計手冊》而得?！?) 元素 Ca kJ/(kg 即 )( 65 ? = )( 654 Q ?? 10% 則 )( 65 ? = 4Q /9= (5) 2Q 的計算 2Q = )( 654 Q ?? － )( 31 ? = (+)－ (+(－ )) = 由以上計算過程可知： 2Q 0,說明該過程需要加熱 ,所需熱量為 。 (5) 應當配備有適當量程和精度的衡器、量具、儀器和儀表。 型號： K20xx HG/T 31261998 表 52 冷卻濃縮反應設備參數 (R0103) 數 量 公稱 容積 公稱 直徑 換熱 面積 攪拌 功率 攪拌 轉速 工作 壓力 設備 總重 攪拌 形式 容器 類別 1 臺 20xxL 1600mm 178。則每天的進料體積為 V=V 總 /2= L，那么ε 39。 (3) 醚化和硅烷化反應釜 由于反應料液不產生泡沫，故取裝料系數：ε = 5181 反應釜的個數為： n=1,后備系數：γ = 從 5181反應工段的物料衡算一覽表可知，反應釜每天處理的物料總體積為：V 總 = L,根據公式 ???? ??? n24 TVV 總 8 8 .4 7 ?? ??? = 。 計算依據 每天生產 2 批產品，每臺設備每天只投 2 批料。 (2) 應 當建立設備使用、清潔、維護和保養(yǎng)的操作規(guī)程，并保存相應的操作記錄。39。 能量衡算目的 能量衡算主要目的是為了確定設備的熱負荷，根據設備熱負荷的大小、所處理物料的性質及工藝要求再選擇傳熱 面的型式、計算傳熱面積、確定設備的主要工藝尺寸。因此，車間物料衡算表是進行熱量衡算的首要條件。浙江工業(yè)大學曾對“紅 霉素肟的醚化保護過程”進行研江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 17 究，表明當催化劑吡啶鹽酸鹽的摩爾量為紅霉素肟的 倍時，反應得到的產品純度和收率均較高，目前這項工藝已被國內許多藥廠運用于實際生產之中。 物料衡算的原理 物料衡算的理論依據是質量守恒定律。 后處理工段 (1) 濃縮與頂蒸 ①料液轉移完畢，濃縮釜 (R0107)改為夾套熱水升溫常壓蒸餾狀態(tài)，常壓蒸出二氯甲烷，到儲罐 (V0309 和 V0310)濃縮至釜內溫度 ℃料液綢厚時，調整相關閥門和真空泵，改為減壓蒸餾，蒸出的二氯甲烷放入到儲罐 (V0310 和江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 9 V0311)，直至釜內固體料析出繼續(xù)減壓蒸餾 1 小時，取樣送檢 5181 含量。上層咪唑水溶液放入中轉罐，結束后，反應釜關底閥，加入 700L 飲用水清洗反應釜，清洗后壓入萃取釜。 ③打開鹽水進出閥降溫度，降溫度至 ℃時，打開投料蓋壓去夾套鹽水，快速投入 80kg 吡啶鹽酸鹽。 ③開始升溫，常壓蒸餾；控制濃縮釜內溫在 ℃之間進行蒸餾，同時控制熱水溫度在 65℃。 ④轉料結束，打開水管，放入 1000L 水，攪拌 10min，靜置 30min 后分層，有機層放入下面的中轉罐中，水層排放。 ③然后打開反應釜人孔蓋，投放肟鹽，并攪拌，氨水高位罐 (V0301)內用泵抽入 600L 氨水備用。之后發(fā)展為通過烯丙基來保護 9 位的肟羥基，通過硅烷化來保護 2′位的羥基、 4″位的羥基，此法收率有所提高，但存在去保護基的步驟條件苛刻 (如需要貴金屬催化 )等問題，而且由于空間效應， 3′位的二甲胺基在甲基化的條件下難以轉化為季銨鹽?？死顾伢w外抗 沙眼衣原體 活性是紅霉素的 7～ 10 倍，為強力霉素的 4 倍。 本次設計采用的工藝路線為：以硫氰酸紅霉素肟為原料、氨水為堿、二氯甲烷為有機溶劑進行游離反應后得到紅霉素 A 肟，然后以紅霉素 A 肟為原料，通過 2乙氧基丙烯進行醚化反應保護肟羥基，再用三甲基氯硅烷進行硅烷化反應，經離心、干燥后得到克拉霉素關鍵中間體，整個工藝過程總收率可以達到 86%。 設計內容主要包括車間工藝設計依據、工藝流程設計、物料衡算、能量衡算、工藝設備選型與計算、車間布置設計 、三廢處理、勞動保護、安全生產、工程經濟等內容。它在體內代謝而產生的 14 羥產物，具有生物活性，其抗菌譜與克拉霉素本身相同，而且它們在體內的抗菌活性比體外提高 。 于是，以硫氰酸紅 霉素肟為原料，與氨水的堿性環(huán)境中生成紅霉素 A 肟分子，通過 2乙氧基丙烯進行醚化反應保護 9肟羥基，再用三甲基氯硅烷進行硅烷化反應得到關鍵中間體 (2′ , 4″O雙三甲基硅烷基 )紅霉素 A9[O(1乙氧基 1甲乙基 )]肟 (5181)。 ④然后打開氨水高位罐 (V0301)的底部放料閥，把氨水放入反應釜 (R0101)中，同時觀察物料的溶解狀況。 ⑤用泵再將中轉 罐中的二氯甲烷層打入反應釜 (R0102)中。 ④當蒸至有物料析出時，停止蒸餾，取樣檢測水分（水分≤ ％），如不合格，適當補加新鮮的二氯甲烷，然后繼續(xù)蒸餾直到水分≤ ％。 ④攪拌 10min 后，再加入 75kg 2乙氧基丙烯。 (2) 分層萃取 ① 5N 堿液（ 50kgNaOH/200kg 飲用水）配制好后打入高位槽 (V0305)中。 ②取樣畢，在每個濃縮釜中加入 50L 甲苯頂蒸至無餾分，蒸出的甲苯用氮氣壓入甲苯回收洗滌釜，控制釜內溫度不超過 ℃，得到粗品。 對任何一個體系，物料平 衡關系式可表示為： 輸入的物料量 輸出的物料量 反應消耗的物料量 +反應生成的物料量 =積累的物料量。 【計算過程】 ① 紅霉素肟化學純量： 99%紅霉素肟的粗投料量： 其中雜質含量： = ② 二氯甲烷化學純量： %= 二氯甲烷的粗投料量： 其中水含量： = ③ 2乙氧基丙烯化學純量： % 2乙氧基丙烯的粗投料量： 其中雜質含量： = ④ 吡啶鹽酸鹽的化學純量： 98%吡啶鹽酸鹽的粗投料量 : 其中雜質含量： = ⑤ 三甲基氯硅烷的化學純量： 98%三甲基氯硅烷的粗投料量 : 其中雜質含量： = ⑥ 咪唑的化學純量： %咪唑的粗投料量 : 其中雜質含量： = ⑦加入飲用水的量： 150L (料液靜置分層時加入 ) 表 36 醚化和硅烷化投料量一覽表 物料名稱 規(guī)格和純度 分子量(g/mol) 投粗料量 (kg) 化學純量 (kg) 水或雜質含量 (kg) 紅霉素 工業(yè)級， 99% 二氯甲烷 工業(yè)有機原料， % 2乙氧基丙烯 藥用， % 吡啶鹽酸鹽 工業(yè)品， 98% 三甲基氯硅烷 醫(yī)藥中間體， 98% 咪唑 工業(yè)品， % 工業(yè)用水 工業(yè)用水 總計 —— —— 江西科技師范大學本科畢業(yè)論文 18 (2) 出料量 【計算過程】 ①反應生成的物料 克拉霉素中間體的量：理論純產量： /= 實際純產量： 95%= 反應生成鹽酸的量： 2 ②未反應完的物料 98%吡啶鹽酸鹽的量： %咪唑的量： ③水雜質總量： +++++= ④加入的飲用水 的量： 150L ⑤ 二氯甲烷的量： 97%= 表 37 醚化和硅烷化反應物料衡算一覽表 操作過程 物料名稱 質量 (k