制药工程课设 - 甲磺酸培氟沙星工业生产设计

制药工程课程设计

年产260吨甲磺酸培氟沙星车间工艺设计

专 业 制 药 工 程 班 级 制药工程101班 姓 名 苏 阳 学 号 3100822018

二零一三 年 七 月

目录

第一章 产品概述..................................................... 1

1.1药物名称、结构、理化性质 ................................... 1 1.2包装规格和储存要求 ......................................... 2 第二章 生产工艺设计................................................ 3

2.1 生产工艺框图 ............................................... 3 2.2 生产工艺操作过程 ........................................... 3 2.3 “三废”的处理及综合利用 ................................... 6 第三章 生产原料各项标准及处理....................................... 7

3.1 生产原料各项标准 ........................................... 7 3.2 中间体的质量控制标准 ....................................... 8 3.3 产品的质量标准 ............................................. 8 第四章 物料衡算.................................................... 10

4.1 物料衡算的目的 ............................................ 10 4.2 物料衡算的依据 ............................................ 10 4.3 物料衡算的基准 ............................................ 11 4.4 假设或经验工艺参数 ........................................ 12 4.5 物料衡算计算 .............................................. 13 第五章 能量衡算................................................... 15

5.1能量衡算的目的 ............................................ 15 5.2 能量衡算的依据 ............................................ 15 5.3 能量衡算的基准 ............................................ 15 第六章 设备选型................................................... 22

6.1 选型的目的 ................................................ 22 6.2 设备选型的依据 ............................................ 22 6.3 设备选型基准 .............................................. 22 6.4 假设或经验工艺参数 ........................................ 22 6.5 主要岗位的操作周期 ........................................ 23 6.6 设备初步选型 .............................................. 23

1

制药工程导论课程设计——年产260吨甲磺酸培氟沙星工业生产设计

第一章 产品概述

甲磺酸培氟沙星是法国Roger Bellon公司开发的第三代氟喹诺酮类抗菌药，具有广谱的抗菌功能，自1979年上市以来世界上已经有20多个国家参与生产，我国于1993年开始生产此类药物，主要的药剂形式是片剂、注射剂和胶囊剂。本品及其代谢物主要经肾脏排泄，所以对泌尿系统感染引发的疾病治疗效果较好，由于使用甲磺酸培氟沙星后组织内血药浓度多为血浆中的数倍，因而利于组织深部感染的疾病治疗，如骨髓炎、骨和关节腔内的感染，心内膜炎症和心肌炎等。其具体信息如下：

1.1药物名称、结构、理化性质 1.1.1 药品名称

通用名：甲磺酸培氟沙星

汉语拼音：JiahuangsuanPeifushaxing 英文名：Pelfoxacin Mesylate

化学名：1-乙基-6-氟-1,4-二氢-7-(N-4-甲基-哌嗪基)-4-氧

-3-喹啉羧酸甲磺酸盐

1.1.2 药物结构、分子式、分子量

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OFCOOH.CH3SO3H.2H2ONN

N

分子式：C17H22FN3O3 · CH4SO3 · 2H2O 分子量：465.46 1.1.3 药物理化性质

本药物为白色或微黄色结晶性粉末，无臭，味苦，在乙醇、氯仿和乙醚中几乎不溶，在水中极易溶解，无须加入助溶剂，就可以制成高浓度的注射液，在强光照射下易降解。 1.2包装规格和储存要求 1.2.1 原料药的包装规格

规格 20Kg/桶 25Kg/桶 1.2.2 原料药的储藏

储藏方法 遮光，密封保存

2

包装形式

双层塑料膜真空包装，外套牛皮纸遮光装入纸筒

扎口方式 封口 封签

储藏温度 室温阴凉处保存

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第二章 生产工艺设计

2.1 生产工艺框图 见附录。 2.2 生产工艺操作过程

2.2.1 甲基化化学反应式及操作步骤

OFCOOHFOCOOHHCOOH/HCOHNHNNC2H5OHNNN

备注

原料名称 规格 含量（%） 投料比（质量）

诺氟沙星 甲酸 甲醛 乙醇 活性炭

药用 工业 工业 工业 药用

≥98.0 ≥85.5 ≥36.7 ≥80.5

1 1.5 1 1 0.5

重量 体积 体积 体积 重量

操作步骤：依次向甲基化罐（R1101）中加入诺氟沙星（药用98%）176.95公斤、甲酸（85.5%）323.82公斤、甲醛（36.7%）191.11公斤，加热至100℃，开始回流2小时；降温至80℃加入活性炭8.85公斤，再升温至100℃，回流半小时；降温至60℃，加入乙醇（80.5%）152.18公斤，搅拌5分钟后放料，趁热压滤至中和罐（R1102-2）。

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2.2.2 中和化学反应式及操作步骤

HCOOH原料名称

+NH3·H2O规格

含量（%）

HCOONH4 + H2O投料比（质量）

备注

氨水 自制 ≥12 适量比 缓慢添加

操作步骤：接甲基化罐溶液，搅拌，冷却，加入氨水（12%）保持反应温度不超过45℃。当反应液pH值在7.0--7.5时，停止加氨水。静止1小时，放料，用去离子水洗至pH值在6.0—6.5，后甩料3小时。检验，保证收率99%以上，合格品待用。

2.2.3 成盐化学反应式及操作步骤

OOFCOOH.NNNFCOOH.CH3SO3H.2H2ONNNHC3SO3H/H2O.C2H5OH

规格

含量（%）

投料比（质量）

备注

原料名称

甲基化物 甲烷磺酸 乙醇 乙醇 活性炭

自制 工业 工业 工业 药用

≥97.0 ≥99.0 ≥82.5 ≥95

1 1.05 4.65 0.09 0.05

摩尔 摩尔 摩尔 重量 重量

操作步骤：在成盐罐（R1201）中加入合格的甲基化物（含量97%，水分8%）140.41公斤，乙醇（82.5%）730.12公斤，然后加入甲烷磺酸（99.9%）42.68公斤。升温至78℃，回流1小时；降温至60℃，

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加入活性炭5.62公斤；升温至78℃，回流1小时。出料，压滤至结晶罐（V1205）。趁热放料至桶中然后转移至冷库中使之冷却结晶，后离心分离。用95%的乙醇洗涤，分离液回收至粗母蒸馏岗位。成品检验，保证收率92%，合格品至精制岗位。

2.2.4 精制操作步骤

原料名称

规格

含量（%）

投料比（质量）

备注

成盐物 乙醇 乙醇 活性炭

自制 工业 工业 药用

≥98.0 ≥86.0 ≥95.0

1 4.65 0.36 0.05

重量 重量 重量 重量

操作步骤：在精制罐（V1304）中加入乙醇（86.0%）497.08公斤，粗品升温至45℃，至溶解；加入活性炭8.24公斤，升温至78℃，回流30分钟，压滤至结晶罐（V2101）。趁热放料至桶中然后转移至冷库中使之冷却结晶，后离心分离。用乙醇（95%）洗涤，分离液回收至精母蒸馏岗位，保证收率89%，滤渣送至“三废”处理。合格后进干燥室自然干躁，除湿得到产品，母液泵至精馏母液贮罐。

2.2.5 粗品母液蒸馏操作步骤

将粗品母液在蒸馏罐（V1209）加热蒸馏，收集蒸馏物，当温度达到90℃时，停止加热，10分钟后将残液收集到粗品母液储罐。 2.2.6 精品母液蒸馏操作步骤

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将精母液在蒸馏罐（V1307）加热蒸馏，收集蒸馏物，当温度达到85℃时，停止加热，10分钟后，将残液收集到储罐。 2.2.7 乙醇的蒸馏操作步骤

在蒸馏罐（V1309）将95%的乙醇加热蒸馏，收集蒸馏物，当温度达到82℃时停止加热，残液弃去。 2.3 “三废”的处理及综合利用

本生产工艺中产生的母液，主要含有甲酸铵、甲磺酸铵等铵盐类化合物，常压蒸馏浓缩出90%的水分后，室外堆放使其自然干燥，而后在燃料或者助燃材料的存在下，与压滤渣一起，在“三废”焚烧炉内，全部焚烧，完成无害化处理工作。而对于生产中释放出的甲醛等有害气体，彩玉的处理方法主要是由强制通风手段把甲醛空气迅速排至室外吸收池内吸收，并通过碱液处理以实现无害化处理。

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第三章 生产原料各项标准及处理

3.1 生产原料各项标准 名称

形状

检测项目 氟（%）

质量标准 ≥5.4（干品） ≤5.0 ≤1.0

≥95.0（干品） 218-224 ≤20号 ≥85.0

诺氟沙星 类白色或者淡干燥失重（%）

黄色结晶粉末 有关物质（%）

甲酸

含量测定（%） 熔点（℃） 色度（Pt-Co）

无色透明无悬含量（%） 浮物液体

氯化物（%，以Cl计） ≤0.020 硫酸盐（%） 铁（%）

≤0.05 ≤0.001 36.7-37.4 10

≥99.0 ≤10.0 ≤500 ≤250 ≤100号

甲醛

无色澄清 液体

含量（%） Fe含量（ppm）

含量（%） Fe（ppm） Cl（ppm） SO42- (ppm) 色度

甲烷磺酸

无色或者淡黄色粘稠状透明

液体

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3.2 中间体的质量控制标准 名称

项目 外观

标准

淡黄色结晶性粉末

≥97.0

≤25(正批) ≤30(回收) 类白色或淡黄色结晶粉末

检测方法

废水滴定法 干燥失重法

中和法 自然干燥 失重法 干燥失重法

备注

培氟沙星 含量（%）

甲磺酸培氟沙星粗品

3.3 产品的质量标准 品名：甲磺酸培氟沙星 规格：20Kg/桶 25Kg/桶

水分（%） 水分（%） 外观 含量 湿度（%）

≥98.0 ≤10.0（正批） ≤20.0（回收）

≤8.5

批准文号：（95）卫药准字X-277号

检验依据：WS-375(X-322)-95和95版中国药典相关规定 3.3.1 产品质量的各项具体指标 项目名称

优等品标准

法定标准

厂控标准

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性状 白色或类白色结晶粉末

白色或类白色结

晶粉末 应呈正反应 3.5-4.5 3.5-4.1 ≤1.0 ≤8.5 ≤0.1 ≤0.0020 ≥99.0

白色或类白色结

晶粉末 应呈正反应 3.5-4.5 3.5-4.1 ≤1.0 ≤8.2 ≤0.1 ≤0.0020 ≥99.0

鉴别 酸度（pH） 氯（%） 有关物质（%） 干燥失重（%） 炽灼残渣（%） 重金属（%） 含量测定（%）

应呈正反应 3.5-4.5 ≥4.0（干） ≤0.5 ≤8.2 ≤0.1 ≤0.0010 ≥99.2

溶液澄清度与 黄绿色4号标

颜色 铁盐（%）

黄绿色4号标准，黄绿色4号标准，

溶液澄清 ≤0.003

溶液澄清 ≤0.003

准，溶液澄清 ≤0.003

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第四章 物料衡算

4.1 物料衡算的目的

生产工艺流程框图知识定性地表征，在由原料转变成最终产品的过程中，要经过哪些过程及设备，在途中一般以椭圆框表示化工过程及设备，用线条表示无聊管线及公用系统管线，用方框表示物料。这种框图只有定性地概念，没有定量的概念，只有经过车间物料衡算，才能得出进行与离开每个过程或设备的各种物料数量、组分，以及各组分的比例，这就是进行物料衡算目的。车间物料衡算的结果是车间能量衡算、设备选型、确定原材料消耗定额、进行化工管路设计等各种设计项目的依据。对于已经投产的生产车间，通过物料衡算可以寻找出生产中的薄弱环节，为改进生产、完善管理提供可靠的依据，并可以作为检查原料利用率及三废处理完善程度地一种手段。 4.2 物料衡算的依据

在进行车间物料衡算前，首先要确定生产工艺流程示意框图，此图先定了车间物料衡算的范围，以指导设计计算既不遗漏，也不重复。其次要收集必要的数据、资料，如各种物料的名称、组成及含量；各种物料之间的配比，主、副反应方程式、主要原料的转化率、总收率及各部收率等。

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4.3 物料衡算的基准

本设计中的化工过程均属于间歇操作过程，其计算基准是将车间所处理的各种物料量折算成以天数计的平均值，从起始原料的投入到最终成品的产出，按天数平均值计将恒定不变。由设计任务规定的产品年产量及年工作日，计算出产品的平均日产量，日产量去顶后，再根据总收率可以折算出起始原料的日投料量，以此为基础完成车间物料衡算。

年产量（kg） 工作日 日产精品药物（kg） 日产理论精品药物（kg） 260000

工 收率 物回

甲基

330 1201.4 787.88

原料规格 分子投料比

1 1.83 1.08 0.86 0.05 1 含量 含水密度 (%)

98.0 85.5 36.7 80.5 34.0 97.0 (kg/L

(%) ) 1.344

1.220 0.820 0.790 0.880 1.000

收率

段 （%） （%） 名称 量 诺氟药用 319.3 沙星 甲 基 化 成 盐

99.0 92.0

0 20

甲酸 甲醛 乙醇 活性炭 氨水 纯化水 甲基物 甲烷磺酸 乙醇 活性炭

工业 工业 工业 工业

46.03 30.03 46.07 12.01

工业 17.03 自制 18.02 自制 333.4 8.0 1.320

1.480 0.790

工业 96.11 0.304 99.0 工业 46.07 5.20 工业 12.01 0.04

82.5

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纯化自制 18.02 水

甲氟自制 465.5 1 粗品

精 乙醇 工业 46.07 4.65 89.0 20 活性工业 12.01 0.09 制 炭 精品药用 465.5

甲氟

单程回收率：74.05% 总收率：82.08%

98.0 86.0 99.0

5.0 5.0

1.000 0.790

4.4 假设或经验工艺参数

（1） 甲基化离心岗位中，20.00kg水能够洗1.00kg甲基物； （2） 甲基化中和岗位中，77.94kg 12%氨水能中和60.00kg诺氟

沙星；

（3） 成盐离心岗位中，0.94kg 95%乙醇洗10.00kg甲氟粗品； （4） 精致离心岗位中，25.00kg 95%乙醇洗70.00kg甲氟精品； （5） 甲基物回收岗位中，11.6kg 12%氨水中和10.00kg甲基物； （6） 甲基物回收岗位中，25.00kg水能洗100.00kg物料； （7） 甲基物中和岗位中，40%甲酸可同水共沸蒸出且被回收，回

收浓度为85%；

（8） 甲基物回流岗位中，100%甲醛在回流中损失；无法回收； （9） 甲基化中和岗位中，80%乙醇可被回收，回收浓度95%； （10） 乙醇蒸馏岗位中，80%乙醇可被回收，回收浓度为95%； （11） 滤渣为活性炭投料量的25%；

（12） 离心机可将物料离心至含水20%，而后物料可在空气中干

燥至含水5%。

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4.5 物料衡算计算 （1）甲基化

m诺氟沙星=176.95×98%=173.411kg M诺氟沙星=319.34 M甲基化物=333.36 可得m甲基化物-理论=181.024kg

m甲基化物-实际=201.546kg×97%×（1-8%）=179.860kg

产率= （2）中和

甲基化中和岗位中，77.94kg 12%氨水能中和60.00kg诺氟

沙星，此工艺下使用诺氟沙星176.95kg，故至少应使用12%氨水229.858kg。

（3）成盐

m甲基化物=140.41kg×97%×（1-8%）=125.302kg M甲基化物=333.36 M成盐物=463.79 可得m成盐物-理论=174.327kg

m成盐物-实际=155.405kg×98%×（1-5%）=144.682kg

产率= （4）精制

已知m甲基化物-粗品=125.302kg m甲基化物精品-理论=125.302kg

m甲基化物精品-实际=112.504kg（已折合过含量百分比）

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179.860kg?100%=99.36%

181.024kg144.682kg?100%=83.00%

174.327kg

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产率=

112.504kg?100%=89.79%

125.302kg 单程收率=99.36%×83.00%×89.79%=74.05%

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第五章 能量衡算

5.1能量衡算的目的

能量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。根据设备热负荷

的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算得。 5.2 能量衡算的依据

能量衡算的主要依据是能量守恒定律。

能量衡算是以车间物料衡算的结果为基础进行的，所以，车间物

料衡算表是进行车间能量衡算的首要条件，其次还必须收集有关物质的热力学数据，如比热容、相变热、反应热等。本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成一张表格，以便于计算。 5.3 能量衡算的基准

能量衡算的基本方程为：

由环境输入到系统的能量=系统输出环境的能量+系统内积累的能量 所用原料比热的推算：

C?1M?ncs （kJ/(kg〃℃)）

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式中 M——化合物分子量；

n——分子中同种元素原子数； cs——元素的原子比热容；

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第六章 设备选型

6.1 选型的目的

化工生产是原料通过一系列的化学、物理变化的过程，其变化的条件是化工设备提供的。因此，选择适当型号的设备、设计符合要求的设备，是完成生产任务、获得良好效益的重要前提。 6.2 设备选型的依据

设备的选择时根据物料衡算、能量衡算的数据进行的，根据物料衡算的数据可以从《化工工艺设计手册》上查取并选择所需的设备型号，再根据其所对应的的参数结合能量衡算的数据对所选设备进行校核，使其经济上合理，技术上先进，投资省，耗材少，加工方便，采购容易，运行费用低，水电汽消耗少，操作清洗方便，耐用易维修。 6.3 设备选型基准

根据个单元操作反应的周期，计算出生产批次，再由总体积计算出单批生产体积，由此数据查找《化工工艺设计手册》，对设备进行选择。

6.4 假设或经验工艺参数

在甲基化反应岗位中假设甲酸每秒钟的回流量为其总质量的0.05% 在甲基化结晶岗位中假设氨挥发量占其投入总量的1.00%

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在成盐反应岗位中假设乙醇每秒钟的回流量为其总质量的0.05% 在精制反应岗位中假设乙醇每秒钟的回流量为其总质量的0.05% 在甲基化回流岗位中假设甲醛挥发量占其投入总量的100%

6.5 主要岗位的操作周期

岗位名称 操作周期（min） 6.6 设备初步选型

此次使用的生产甲磺酸培氟沙星的工艺流程中，反应器均为间歇式反应器。

甲基化罐使用电加热反应器，体积为500m3；中和罐使用不锈钢反应锅，体积为500m3；成盐罐使用搪玻璃反应器，体积为400m3；精制罐使用PP动态反应器，体积为500m3。

粗品母液蒸馏罐、精品母液蒸馏罐均使用塔板式蒸馏塔。 连接蒸馏塔的两储罐均使用不锈钢卧式储罐。

甲基化 中和 成盐 粗制 精制 结晶 300

750

144

200

90

200

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附录： 工艺流程框图 乙醇 甲酸 过滤 甲基化 甲醛 诺氟沙星 活性炭 中和 冲氨 结晶 纯化水

粗品 滤液 离心 乙醇 蒸馏 结晶 储罐 过滤 成盐 甲基化物 甲烷磺酸 乙醇 活性炭 ①

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① 乙醇 蒸馏 储罐 精制 活性炭 过滤 三废处理 结晶 滤液 离心 乙醇 成品

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8dta.html