【正文】 車間工藝設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè)計(jì)是按年產(chǎn) 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(jìn)行的車間工藝設(shè)計(jì)。然而，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的努力，科學(xué)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(nèi)酯類抗生素克拉霉素就是就是其中之一。為了找到符合經(jīng)濟(jì)、資源等條件，而且比較合理的工藝路線，要進(jìn)行工藝論證。 江西科技師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 第 2 章 工藝流程設(shè)計(jì)及工藝過(guò)程 工藝概述 本設(shè)計(jì)的的生產(chǎn)工藝的操作方式采用的是間歇式操作，整個(gè)工藝總體上分為3 個(gè)工段，分別為：肟鹽處理工段、 5181 反應(yīng)工段和后處理工段。有機(jī)層分入下面的中轉(zhuǎn)罐中。 ⑧轉(zhuǎn)料結(jié)束，打開(kāi)水管，放入 1000L 水，攪拌 10min，靜置 30min 后分層，有機(jī)層放入下面的中轉(zhuǎn)罐中，水層排放。 5181 反應(yīng)工段 (1) 醚化和硅烷化 ①夾套蒸汽烘釜 (R0104)，烘至釜內(nèi)溫度 ℃后關(guān)閉鍋底閥，繼續(xù)加熱至釜內(nèi)溫度超過(guò) ℃，視釜內(nèi)至干時(shí)停止加熱，冷卻至 ℃時(shí)即應(yīng)蓋住投料蓋，單留放空閥，并用氮?dú)獗Ｗo(hù)。 ⑦鹽水降溫至 ℃時(shí)，開(kāi)始均勻而緩慢的滴加 87kg 三甲基氯硅烷，江西科技師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 8 控制釜內(nèi)溫度 ℃之間，約 60min 滴加完畢。將下層有機(jī)層連乳化層一起壓入中轉(zhuǎn)釜，壓入完畢關(guān)掉中轉(zhuǎn)釜進(jìn)料閥，打開(kāi)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(yīng)工段工藝流程框圖 圖 21 肟鹽處理反應(yīng)工段工藝流程框圖 肟鹽 水層 洗滌 水層 合并有機(jī)層 飲用水 濃縮 分層 分散 肟 游離反應(yīng) 氨水 CH2Cl2 CH2Cl2 CH2Cl2 江西科技師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 5181 反應(yīng)工段和后處理工段反應(yīng)流程圖 圖 22 5181 反應(yīng)工段和后處理工段反應(yīng)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(jī)層調(diào) PH 甲苯 分層 結(jié)束反應(yīng) 硅烷化反應(yīng) 水層 鹽水 有機(jī)層 堿液 醚化反應(yīng) 處理物 乙氧基丙烯 Py HCl 干燥 產(chǎn)品 江西科技師范大學(xué)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(jì)轉(zhuǎn)入定 量計(jì)算。 各反應(yīng)單元 游離反應(yīng) 化學(xué)方程式： 化學(xué)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(jìn)料量 【計(jì)算過(guò)程】 以硫氰酸紅霉素肟的量計(jì)算基準(zhǔn) ,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(xué)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?jī)舢a(chǎn)克拉霉素中間體日 ??? ① 硫氰酸紅霉素肟化學(xué)純量：% ?? ? 99%硫氰酸紅霉素肟的粗投料量： 其中雜質(zhì)含量： 1%= ② 氨水化學(xué)純量： 20%氨水的粗投料量： 其中水含量： 80%= ③ 二氯甲烷化學(xué)純量 :1000 %=999 %二氯甲烷的粗投料量： 1500 L 其中雜質(zhì)含量： 1500 %= 表 32 游離反應(yīng)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(xué)純量 (kg) 水或雜質(zhì) 含量 (kg) 硫氰酸紅霉素肟 原料， 99% 氨水 工業(yè)級(jí)， 20% 二氯甲烷 工業(yè)級(jí)， % 1500 總計(jì) —— —— (2) 出料量 【計(jì)算過(guò)程】 ①反應(yīng)生成的物料 紅霉素肟的量：理論純產(chǎn)量： /= 實(shí)際純產(chǎn)量： 95%= 硫氰酸銨的量： /= 生成水的量： /= ②未反應(yīng)完的物料 硫氰酸紅霉素肟的量： － 氨水的量： (－ )+ = ③水雜質(zhì)總量 生成水的量： 其他水雜質(zhì)量： += 江西科技師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 14 水雜質(zhì)總量： += ④二氯甲烷的量： 1500 97%= 表 33 游離反應(yīng)進(jìn)出物料衡算一覽表 操作過(guò)程 物料名稱 質(zhì)量 (kg) 質(zhì)量百分比 (%) 密度 (kg/L) 體積 (L) 進(jìn)料 硫氰酸紅霉素肟 氨水 二氯甲烷 水雜質(zhì) 總計(jì) —— 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(zhì) 總計(jì) —— 萃取洗滌 說(shuō)明：①萃取洗滌工序的進(jìn)料量主要為游離反應(yīng)工序的出料量。 其中克拉霉素中間體的量： 水的量： %= 雜質(zhì)的量： %= ②洗液 洗液用的是水，其用量為 ，不過(guò)水亦不宜加入過(guò)多，需考慮生產(chǎn)實(shí)際需要、廢水回收及處理。 熱量衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算和查取 熱量衡算中大部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)依據(jù)《化學(xué)工程手冊(cè)》和《 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》而得?！?) 元素 Ca kJ/(kg 即 )( 65 ? = )( 654 Q ?? 10% 則 )( 65 ? = 4Q /9= (5) 2Q 的計(jì)算 2Q = )( 654 Q ?? － )( 31 ? = (+)－ (+(－ )) = 由以上計(jì)算過(guò)程可知： 2Q 0,說(shuō)明該過(guò)程需要加熱 ,所需熱量為 。 (5) 應(yīng)當(dāng)配備有適當(dāng)量程和精度的衡器、量具、儀器和儀表。 型號(hào)： K20xx HG/T 31261998 表 52 冷卻濃縮反應(yīng)設(shè)備參數(shù) (R0103) 數(shù) 量 公稱 容積 公稱 直徑 換熱 面積 攪拌 功率 攪拌 轉(zhuǎn)速 工作 壓力 設(shè)備 總重 攪拌 形式 容器 類別 1 臺(tái) 20xxL 1600mm 178。則每天的進(jìn)料體積為 V=V 總 /2= L，那么ε 39。 (3) 醚化和硅烷化反應(yīng)釜 由于反應(yīng)料液不產(chǎn)生泡沫，故取裝料系數(shù)：ε = 5181 反應(yīng)釜的個(gè)數(shù)為： n=1,后備系數(shù)：γ = 從 5181反應(yīng)工段的物料衡算一覽表可知，反應(yīng)釜每天處理的物料總體積為：V 總 = L,根據(jù)公式 ???? ??? n24 TVV 總 8 8 .4 7 ?? ??? = 。 計(jì)算依據(jù) 每天生產(chǎn) 2 批產(chǎn)品，每臺(tái)設(shè)備每天只投 2 批料。 (2) 應(yīng) 當(dāng)建立設(shè)備使用、清潔、維護(hù)和保養(yǎng)的操作規(guī)程，并保存相應(yīng)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(shè)備的熱負(fù)荷，根據(jù)設(shè)備熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求再選擇傳熱 面的型式、計(jì)算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。因此，車間物料衡算表是進(jìn)行熱量衡算的首要條件。浙江工業(yè)大學(xué)曾對(duì)“紅 霉素肟的醚化保護(hù)過(guò)程”進(jìn)行研江西科技師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 17 究，表明當(dāng)催化劑吡啶鹽酸鹽的摩爾量為紅霉素肟的 倍時(shí)，反應(yīng)得到的產(chǎn)品純度和收率均較高，目前這項(xiàng)工藝已被國(guó)內(nèi)許多藥廠運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)之中。 物料衡算的原理 物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律。 后處理工段 (1) 濃縮與頂蒸 ①料液轉(zhuǎn)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(chǔ)罐 (V0309 和 V0310)濃縮至釜內(nèi)溫度 ℃料液綢厚時(shí)，調(diào)整相關(guān)閥門和真空泵，改為減壓蒸餾，蒸出的二氯甲烷放入到儲(chǔ)罐 (V0310 和江西科技師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 9 V0311)，直至釜內(nèi)固體料析出繼續(xù)減壓蒸餾 1 小時(shí)，取樣送檢 5181 含量。上層咪唑水溶液放入中轉(zhuǎn)罐，結(jié)束后，反應(yīng)釜關(guān)底閥，加入 700L 飲用水清洗反應(yīng)釜，清洗后壓入萃取釜。 ③打開(kāi)鹽水進(jìn)出閥降溫度，降溫度至 ℃時(shí)，打開(kāi)投料蓋壓去夾套鹽水，快速投入 80kg 吡啶鹽酸鹽。 ③開(kāi)始升溫，常壓蒸餾；控制濃縮釜內(nèi)溫在 ℃之間進(jìn)行蒸餾，同時(shí)控制熱水溫度在 65℃。 ④轉(zhuǎn)料結(jié)束，打開(kāi)水管，放入 1000L 水，攪拌 10min，靜置 30min 后分層，有機(jī)層放入下面的中轉(zhuǎn)罐中，水層排放。 ③然后打開(kāi)反應(yīng)釜人孔蓋，投放肟鹽，并攪拌，氨水高位罐 (V0301)內(nèi)用泵抽入 600L 氨水備用。之后發(fā)展為通過(guò)烯丙基來(lái)保護(hù) 9 位的肟羥基，通過(guò)硅烷化來(lái)保護(hù) 2′位的羥基、 4″位的羥基，此法收率有所提高，但存在去保護(hù)基的步驟條件苛刻 (如需要貴金屬催化 )等問(wèn)題，而且由于空間效應(yīng)， 3′位的二甲胺基在甲基化的條件下難以轉(zhuǎn)化為季銨鹽。克拉霉素體外抗 沙眼衣原體 活性是紅霉素的 7～ 10 倍，為強(qiáng)力霉素的 4 倍。 本次設(shè)計(jì)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(jī)溶劑進(jìn)行游離反應(yīng)后得到紅霉素 A 肟，然后以紅霉素 A 肟為原料，通過(guò) 2乙氧基丙烯進(jìn)行醚化反應(yīng)保護(hù)肟羥基，再用三甲基氯硅烷進(jìn)行硅烷化反應(yīng)，經(jīng)離心、干燥后得到克拉霉素關(guān)鍵中間體，整個(gè)工藝過(guò)程總收率可以達(dá)到 86%。 設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括車間工藝設(shè)計(jì)依據(jù)、工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、能量衡算、工藝設(shè)備選型與計(jì)算、車間布置設(shè)計(jì) 、三廢處理、勞動(dòng)保護(hù)、安全生產(chǎn)、工程經(jīng)濟(jì)等內(nèi)容。它在體內(nèi)代謝而產(chǎn)生的 14 羥產(chǎn)物，具有生物活性，其抗菌譜與克拉霉素本身相同，而且它們?cè)隗w內(nèi)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(guò) 2乙氧基丙烯進(jìn)行醚化反應(yīng)保護(hù) 9肟羥基，再用三甲基氯硅烷進(jìn)行硅烷化反應(yīng)得到關(guān)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(kāi)氨水高位罐 (V0301)的底部放料閥，把氨水放入反應(yīng)釜 (R0101)中，同時(shí)觀察物料的溶解狀況。 ⑤用泵再將中轉(zhuǎn) 罐中的二氯甲烷層打入反應(yīng)釜 (R0102)中。 ④當(dāng)蒸至有物料析出時(shí)，停止蒸餾，取樣檢測(cè)水分（水分≤ ％），如不合格，適當(dāng)補(bǔ)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(gè)濃縮釜中加入 50L 甲苯頂蒸至無(wú)餾分，蒸出的甲苯用氮?dú)鈮喝爰妆交厥障礈旄?，控制釜?nèi)溫度不超過(guò) ℃，得到粗品。 對(duì)任何一個(gè)體系，物料平 衡關(guān)系式可表示為： 輸入的物料量 輸出的物料量 反應(yīng)消耗的物料量 +反應(yīng)生成的物料量 =積累的物料量。 【計(jì)算過(guò)程】 ① 紅霉素肟化學(xué)純量： 99%紅霉素肟的粗投料量： 其中雜質(zhì)含量： = ② 二氯甲烷化學(xué)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(xué)純量： % 2乙氧基丙烯的粗投料量： 其中雜質(zhì)含量： = ④ 吡啶鹽酸鹽的化學(xué)純量： 98%吡啶鹽酸鹽的粗投料量 : 其中雜質(zhì)含量： = ⑤ 三甲基氯硅烷的化學(xué)純量： 98%三甲基氯硅烷的粗投料量 : 其中雜質(zhì)含量： = ⑥ 咪唑的化學(xué)純量： %咪唑的粗投料量 : 其中雜質(zhì)含量： = ⑦加入飲用水的量： 150L (料液靜置分層時(shí)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(xué)純量 (kg) 水或雜質(zhì)含量 (kg) 紅霉素 工業(yè)級(jí)， 99% 二氯甲烷 工業(yè)有機(jī)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(jì) —— —— 江西科技師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 18 (2) 出料量 【計(jì)算過(guò)程】 ①反應(yīng)生成的物料 克拉霉素中間體的量：理論純產(chǎn)量： /= 實(shí)際純產(chǎn)量： 95%= 反應(yīng)生成鹽酸的量： 2 ②未反應(yīng)完的物料 98%吡啶鹽酸鹽的量： %咪唑的量： ③水雜質(zhì)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(yīng)物料衡算一覽表 操作過(guò)程 物料名稱 質(zhì)量 (k