工艺流程图设计

第三章工艺流程设计孟歌Mobile：15877657967Email：[e-mail]：2015,10,16-19Location：药教楼-13教室ChapterIIIDesignofEngineering&ProcessFlow药厂设计制药工程学内容简介涉及广泛的综合性应用学科从制药工程师角度，全面系统阐述制药工程学的基本内容。1.制药工程设计概述、2.厂址选择和总平面设计、3.工艺流程设计、4.物料衡算、5.能量衡算、6.制药反应设备、7.制药专用设备、8.车间布置设计、9.管道设计、10.制药工业与环境保护、11.防火防爆与安全卫生12.技术经济与工程概算。工程学经济学药学制药工程学密切结合“卓越制药工程师”培养计划中国已有足够多的工人，但没有足够多的合格工程师！有企业甚至表示愿意花钱把合适的人送到国外的制药企业中去实训。制药工程学各章节教学安排第一章制药工程设计概述高阳第二章厂址选择和总平面设计高阳第三章工艺流程设计孟歌第四章物料衡算孟歌第五章能量衡算孟歌第六章制药反应设备李义平第七章制药工业与环境保护与工业安全李义平第八章制药专用设备王珂第九章车间布置设计张继业第十章管道设计张继业第十一章技术经济与工程概算王珂Ⅰ.课程的性质、地位和任务制药设备与工程设计是在化学、药学、化学工程学等学科的基础上形成的一门新兴边缘学科，不仅涉及宽广的专业理论知识，且需要学生学习工程实践实验。制药设备与工程设计是制药工程专业的主干课程，课程设置目是使学生能将所学理论知识与工程实际衔接起来，使学生学会从工程和经济的角度去考虑技术问题，并逐步实现由学生到制药工程师的转变。从理论到实践制药工程学参考书参考书王志祥，制药工程学，化学工业出版社，北京，2008，第二版制药工程学课程学习方法学习方法：注重理论知识在工程实际中的应用。工程技术掌握最终内容：装置工艺参数和设备参数的设计计算方法。制药工程学实验和实践经验原因：工艺流程及装置操作控制方法基本原理及适用范围工程技术：课程基本特点和教学要求注意本课程在知识上与其他先修课程的衔接；注重设计方法的介绍和应用，并有较多的实例，实用性较强特色；结合GMP要求，阐述洁净车间的设计要求和方法，反映制药工业的特点。GMP千级药业传输线第三章工艺流程设计章节主要内容第一节概述一、工艺流程设计的作用二、工艺流程设计的任务三、工艺流程设计的基本程序四、工艺流程设计的成果第二节工艺流程设计技术一、工艺流程设计中的方案比较二、以单元操作或单元反应为中心，完善工艺流程三、工艺流程设计中应考虑的技术问题第三节工艺流程图一、工艺流程框图二、工艺流程示意图三、物料流程图四、带控制点的工艺流程图SectionIIntroduction工艺流程设计生产工艺流程设计试验工艺流程设计工艺技术技术很成熟，已大量生产技术较复杂，仅有文献资料1.1工艺流程设计的作用建立在确定的原料路线和技术路线的基础上，工艺流程设计是整个工艺设计的中心，是制药工程设计中非常重要的核心环节。在整个设计中，设备选型、工艺计算、设备布置等工作都与工艺流程有直接关系。只有流程确定后，其他各项工作才能开展，工艺流程设计涉及各个方面，而各个方面的变化又反过来影响工艺流程设计，甚至使流程发生较大变化。因此，工艺流程设计动手最早，而又结束最晚。1.2工艺流程设计的任务按照确定的原料路线和技术路线，通过图解和必要的文字说明将原料变成产品（包括污染防治）的全过程表示出来。常通过工艺流程图的形式，形象反映化工生产由原料进入到产品输出的过程，包括物料和能量的变化，物料流向及生产中所经历的工艺过程和使用的设备仪表。工艺流程图集中概括整个生产过程的全貌。1.2工艺流程设计的任务任务确定工艺流程的组成确定载能介质和技术规格和流向确定操作条件和控制方法确定安全技术措施绘制不同深度的工艺流程图4个确定1个绘制1．确定工艺流程的组成确定工艺流程中各生产过程的具体内容、顺序和组合方式，是工艺流程设计的基本任务。生产过程是由一系列的单元反应和单元操作组成的，在工艺流程图中可用设备简图和过程名称来表示；各单元反应和单元操作的排列顺序和组合方式，可用设备之间的位置关系和物料流向来表示。2.确定载能介质的技术规格和流向制药生产中常用的载能介质有水、水蒸气、冷冻盐水、空气(真空或压缩)等，其技术规格和流向可用文字和箭头直接表示在图纸中。3．确定操作条件和控制方法保持生产方法所规定的工艺条件和参数，是保证生产过程按给定方法进行的必要条件。制药生产中的主要工艺参数有温度、压力、浓度、流量、流速和pH等。在工艺流程设计中，对需要控制的工艺参数应确定其检测点、显示仪表和控制方法。4．确定安全技术措施对生产过程中可能存在的各种安全问题，应确定相应的预防和应急措施，如设置事故贮槽、阻火器、报警装置、安全阀、安全水封、爆破片、放空管、溢流管、泄水装置、防静电装置和防雷装置等。在确定安全技术措施时，应特别注意开车、停车、停水、停电、检修等非正常运转情况下可能存在的各种安全问题。5．绘制不同深度的工艺流程图工艺流程设计通常采用两阶段设计，即初步设计和施工图设计。在初步设计阶段，需绘制工艺流程框图、工艺流程示意图、物料流程图和初步设计阶段带控制点的工艺流程图；在施工图设计阶段，需绘制施工阶段带控制点的工艺流程图。1.3工艺流程设计的基本程序1.3.1工艺路线的选择1.3.2确定工艺流程的组成和顺序1.3.3绘制工艺流程框图1.3.4绘制工艺流程示意图1.3.5绘制物料流程图1.3.6绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图1.3.7绘制施工阶段带控制点的工艺流程图1．工艺路线的选择当一种产品存在若干种不同的工艺路线时，应从工业化实施的可行性、可靠性和先进性的角度，对各工艺路线进行全面细致的分析和研究，并确定一条最优的工艺路线，作为工艺流程设计的依据。在选择工艺路线时，应特别注意工艺路线中所涉及的关键设备和特殊工艺条件或参数。一些工艺路线常常因为解决不了工业化时的关键设备或难以满足所需的操作条件或参数，而不能实现工业化。2．确定工艺流程的组成和顺序根据选定的工艺路线，确定工艺流程的组成，包括全部单元反应和单元操作，并明确各单元反应和单元操作的主要设备、操作条件和基本操作参数(如温度、压力、浓度等)。在此基础上，确定各设备之间的连接顺序以及载能介质的技术规格和流向。3．绘制工艺流程框图当工艺路线及工艺流程的组成和顺序确定之后，可用方框、圆框、文字和箭头等形式定性表示出由原料变成产品的路线和顺序，绘制出工艺流程框图。4．绘制工艺流程示意图在工艺流程框图的基础上，分析各过程的主要工艺设备，在此基础上，以图例、箭头和必要的文字说明定性表示出由原料变成产品的路线和顺序，绘制出工艺流程示意图。5．绘制物料流程图当工艺流程示意图确定之后，即可进行物料衡算和能量衡算。在此基础上，可绘制出物料流程图。此时，设计已由定性转入定量。6．绘制初步设计阶段带控制点的工艺流程图当物料流程图确定之后，即可进行设备、管道的工艺计算以及仪表和自控设计。在此基础上，可绘制出初步没计阶段带控制点的工艺流程图，并列出设备一览表。7．绘制施工阶段带控制点的工艺流程图初步设计阶段的工艺流程设计经审查批准后，按照初步设计的审查意见，对工艺流程图中所选用的设备、管道、阀门、仪表等作必要的修改、完善和进一步的说明。在此基础上，可绘制出施工阶段带控制点的工艺流程图。1.4工艺流程设计的成果两阶段设计初步设计阶段施工设计阶段带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图初步设计说明书SectionII工艺流程设计技术一般制药生产过程包括三个阶段:原料→预处理→化学反应→分离纯化→产品→制剂→药生产同一种产品多数情况下可采用多种不同的生产路线，即使采用相同的原料路线，具体的工艺安排或操作指标也有差别，到底采用哪种生产路线，必须对路线进行经济评价分析，找到技术先进，产品成本低，收率高，投资少，能耗低，同时又完全环保的工艺路线(即可对各方案进行比较，找到经济安全环保的生产工艺路线)。2.1工艺流程设计中的方案比较和选择一、工艺流程中的方案比较对于给定的工艺路线、工艺方法所规定的基本操作条件或参数，如反应温度、压力、浓度、流量、流速和pH等，设计人员是不能随意改变的。为实现工艺所规定的基本操作条件或参数，设计人员往往可以采用不同的技术方案，此时，应通过方案比较来确定一条最优的技术方案，进行工艺流程的设计。2.1工艺流程设计中的方案比较和选择工艺流程方案选择范围的简例：例如，为达到规定的生产规模，可采用连续生产方式，也可采用间歇生产方式，还可采用连续生产和间歇生产相组合的联合生产方式，但哪一种生产方式最好，需通过方案比较才能确定。又如，对于液固混合物的分离，可以选用的分离方法很多，如重力沉降、离心沉降、过滤、干燥等，但哪一种分离方法最好，也要通过方案比较才能确定。再如，在间壁传热设计中，可选用的换热器型式很多，如列管式、套管式、板式、板翅式、螺旋板式等，但哪一种型式最佳，同样需要通过方案比较才能确定。2.1工艺流程设计中的方案比较和选择工艺流程方案的评判标准：在进行方案比较时，首先应明确许多技术经济指标作为工艺优劣的评判标准。如产物收率、原料单耗、能量单耗、产品成本、设备投资、操作费用等均可作为方案比较的评判标准。此外，环保、安全、占地面积等也是方案比较时应考虑的重要因素。例1：低沸点易挥发溶剂热过滤工艺药品精制中，粗品常先用溶剂溶解，然后加入活性炭脱色，最后再滤除活性炭等固体杂质。假设溶剂为低沸点易挥发溶剂，试在以下四种工艺方案中，确定适宜的过滤流程。评判标准：过滤速度和溶剂收率为方案比较。常压过滤vs真空抽滤真空抽滤-冷凝vs加压过滤实例1经验结论为减少低沸点溶剂热过滤时的挥发损失，一般应采用加压过滤，而不宜采用真空抽滤，若一定要采用真空抽滤，则在流程中必须考虑冷却回收装置。例2：混酸硝化氯苯制备混合硝基氯苯混酸组成：HNO347%、H2SO449%、H2O4%；氯苯与混酸中HNO3的摩尔配比为1:1.1，硝化温度：80℃；硝化时间：3h；硝化废酸中含硝酸1.6%，含混合硝基氯苯为获得混合硝基氯苯量的1%。试通过方案比较，确定适宜的硝化及后处理工艺流程。反应特点分析和评判标准确立反应特点分析：氯苯、硝基氯苯与混酸不互溶。反应结束两相分层，混酸中尚有少量硝基氯苯及未完全反应的硝酸；同时，废酸中含有大量不参加反应的H2SO4；如何充分利用未反应的硝酸及回收混酸层中的硝基氯苯和H2SO4是决定合成工艺的关键。评判标准：混合硝基氯苯的收率及硫酸、硝酸及氯苯的单耗。方案1：硝化-分层方案配酸釜冷却水水连续分离器粗硝基物去精制硫酸氯苯硝化釜冷却水水蒸汽硝酸分离废酸出售废酸含有未反应硝酸以及少量的硝基氯苯Product:硝基氯苯废酸廉价废酸有待处理和利用！方案2：硝化-分离-萃取方案配酸釜冷却水水连续分离器粗硝基物去精制硫酸氯苯萃取罐硝化釜冷却水水蒸汽硝酸萃取废酸出售硝酸和氯苯继续反应生成硝基氯苯，提高收率回收硝酸，降低硝酸单耗Product:硝基氯苯废酸：含硝酸及硝基氯苯硫酸和氯苯仍待回收！方案3：硝化-分离-萃取-浓缩方案配酸釜冷却水回收硫酸冷却水冷凝器接真空水蒸汽浓缩釜接收罐补充硫酸去水处理连续分离器粗硝基物去精制氯苯萃取罐硝化釜冷却水水蒸汽硝酸回收氯苯Product:硝基氯苯新增废酸减压浓缩共沸混合物实例2结论方案III增加废酸浓缩工序。萃取后的废酸经减压浓缩可循环使用，大大降低了硫酸单耗。氯苯与水可形成低共沸混合物。浓缩时氯苯将随水一起蒸出。经冷却回收氯苯，降低氯苯单耗。评判标准:混合硝基氯苯收率及硫酸、硝酸和氯苯单耗。结论：方案III为最佳，方案II次之，方案I最差。Review：fivetaskfordesign按照确定的原