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目錄
第一章 總論 1
1.1 項(xiàng)目概述 1
1.1.1 項(xiàng)目名稱 1
1.1.2 項(xiàng)目介紹 1
1.1.3 項(xiàng)目產(chǎn)品介紹 1
1.1.4 項(xiàng)目要求 1
1.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 2
1.3 設(shè)計(jì)原則 2
1.4 設(shè)計(jì)規(guī)模 3
1.5設(shè)計(jì)理念 3
1.6設(shè)計(jì)思路 3
1.7 小組內(nèi)成員與分工合作 4
1.7.1 小組成員 4
1.7.2 成員分工 4
第二章 生產(chǎn)工藝流程 5
2.1 三種原料藥粗品的生產(chǎn)工藝流程框圖 5
2.1.1 硫辛酸粗品生產(chǎn)工藝流程框圖 5
2.1.2 依非韋倫粗品生產(chǎn)工藝流程框圖 6
2.1.3纈沙坦粗品生產(chǎn)工藝流程框圖 8
2. 2 三種原料藥粗品精制的生產(chǎn)工藝流程框圖 9
第三章 物料衡算 11
3.1物料衡算概述 11
3.2物料衡算基準(zhǔn) 11
3.3物料衡算過程（以日產(chǎn)量為基準(zhǔn)） 11
3.3.1核算的方法和步驟 11
3.3.2硫辛酸物料衡算 11
3.3.2.1環(huán)合工藝 11
3.3.2.2水解工藝 12
3.3.2.3精制工藝 14
3.3.3纈沙坦物料衡算 14
3.3.3.1氫化還原工藝 14
3.3.3.2精制工藝 15
3.3.4依非偉倫物料衡算 15
3.3.4.1加成工藝 15
3.3.4.2環(huán)合工藝 17
3.3.4.3精制工藝 18
3.4生產(chǎn)計(jì)劃衡算 18
3.4.1生產(chǎn)計(jì)劃衡算過程 18
3.4.1.1硫辛酸的生產(chǎn) 18
3.4.1.2纈沙坦的生產(chǎn) 18
3.4.1.3依非韋倫的生產(chǎn) 19
3.4.2生產(chǎn)計(jì)劃 19
3.5物料平衡表 19
3.5.1硫辛酸物料平衡表 19
3.5.2纈沙坦物料平衡表 20
3.5.3依非韋倫物料平衡表 21
3.6反應(yīng)釜規(guī)格核算 21
3.6.1硫辛酸生產(chǎn)中物料流程 22
3.6.2纈沙坦生產(chǎn)中物料流程 23
3.6.3依非韋倫生產(chǎn)中物料流程 24
3.6.4反應(yīng)釜填料系數(shù)匯總 25
3.6.4.1硫辛酸生產(chǎn)反應(yīng)釜填料系數(shù)匯總 25
3.6.4.2纈沙坦生產(chǎn)反應(yīng)釜填料系數(shù)匯總 26
3.6.4.3依非韋倫生產(chǎn)反應(yīng)釜填料系數(shù)匯總 27
第四章 能量衡算 28
4.1概述 28
4.2 能量衡算的基礎(chǔ) 28
4.3能量衡算過程（室溫設(shè)為25攝氏度） 29
4.3.1計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 30
4.3.2利用標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱求標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 34
4.3.3不同溫度下反應(yīng)熱計(jì)算 35
4.3.4硫辛酸各工序熱量衡算 36
4.3.5纈沙坦各工序熱量衡算 41
4.3.6依非韋倫各工序熱量衡算 44
第五章工藝設(shè)備選型與設(shè)計(jì) 52
5.1概述 52
5.2主要生產(chǎn)設(shè)備選型 52
5.2.1反應(yīng)釜 52
5.2.1.1反應(yīng)釜選型 52
5.2.1.2反應(yīng)釜設(shè)備核算 53
5.2.2搪玻璃儲(chǔ)罐 64
5.2.3過濾洗滌干燥機(jī) 64
5.2.4離心機(jī) 64
5.2.5真空干燥箱 64
5.2.6冷凝器 65
5.2.7真空泵 77
5.2.8蒸汽管 78
5.2.9冷凍鹽水輸送管 78
5.2.10粉碎機(jī) 79
5.2.11電子臺(tái)秤 79
5.2.12 多功能包裝機(jī) 79
5.2.13輸液泵 79
5.2.14計(jì)量罐 80
第六章車間設(shè)計(jì)說明 81
6.1車間布置原則 81
6.2車間布置概況說明 81
6.3車間主要組成設(shè)計(jì)說明 82
6.3.1粗品生產(chǎn)區(qū) 83
6.3.2精制生產(chǎn)區(qū) 86
6.3.3輔助生產(chǎn)區(qū) 87
6.3.4行政生活區(qū) 87
6.3.4.1更衣間設(shè)計(jì)說明 87
6.3.4.1.1總更衣間 87
6.3.4.1.2潔凈區(qū)的更衣間 87
6.4建筑設(shè)計(jì)與裝飾材料 88
6.4.1 基本要求 89
6.4.2具體對(duì)策 90
6.4.3氫化車間特別說明…………………………………………………………………………………………92
第七章 公用系統(tǒng) 95
7.1公用系統(tǒng)概述 95
7.2工藝用水系統(tǒng) 95
7.2.1概述 95
7.2.2 純化水制備系統(tǒng) 96
7.2.2.1?純化水系統(tǒng)概述 96
7.2.2．2工藝流程的設(shè)計(jì) 96
7.2.3用水量的計(jì)算 97
7.2.3.1硫辛酸生產(chǎn)工藝用水量計(jì)算 97
7.2.3.2依非韋倫生產(chǎn)工藝用水量計(jì)算 98
7.2.3.3纈沙坦生產(chǎn)工藝用水量計(jì)算 98
7.3空調(diào)凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 99
7.3.1空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本參數(shù) 99
7.3.2凈化空調(diào)系統(tǒng) 101
7.4壓縮空氣與氮?dú)庀到y(tǒng) 102
7.4.1壓縮空氣系統(tǒng) 102
7.4.2氮?dú)庀到y(tǒng) 105
7.5 配電照明系統(tǒng) 106
7.5.1 概述 106
7.5.2 供電和接地型式 106
7.5.3 低壓配電設(shè)計(jì) 107
7.5.4 備用電源設(shè)計(jì) 107
7.5.5 設(shè)備控制的聯(lián)鎖 109
7.5.6 照明設(shè)計(jì) 109
7.5.7 防雷和接地 109
7.5.8 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警 110
第八章 管道設(shè)置 111
8.1 管道布置的任務(wù) 111
8.2 管徑計(jì)算 111
8.3閥門的選擇 112
8.4 潔凈廠房?jī)?nèi)管道設(shè)計(jì)說明 112
8.5 管道布置中的常見問題 112
8.5.1管道敷設(shè) 112
8.5.2管道排列 113
8.5.3管路坡度 113
8.5.4管路高度 113
8.5.5安裝、操作和檢修 113
8.5.6管道涂色 114
第九章 環(huán)境保護(hù) 115
9.1 概述 115
9.2 廢氣 115
9.3廢水 115
9.4噪音 116
9.5 固體廢物 116
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………………………………………………………………….117
第一章 總論
1.1 項(xiàng)目概述
1.1.1 項(xiàng)目名稱
化學(xué)原料藥多功能車間設(shè)計(jì)
1.1.2 項(xiàng)目介紹
本次設(shè)計(jì)競(jìng)賽是由教育部高等學(xué)校藥學(xué)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)發(fā)起，由中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)聯(lián)合工程有限公司協(xié)辦并由沈陽藥科大學(xué)承辦的，旨在引導(dǎo)和激勵(lì)學(xué)生結(jié)合現(xiàn)代醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)和技術(shù)需求，綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)開展工程設(shè)計(jì)實(shí)踐活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)踐能力及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)一批在工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐方面有作為和潛力的優(yōu)秀人才，推動(dòng)中國(guó)大學(xué)制藥工程和相關(guān)專業(yè)教育的發(fā)展。
本次化學(xué)原料藥是設(shè)計(jì)三個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)路線------硫辛酸、依非韋倫、纈沙坦，最大程度的利用設(shè)備使三個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行交替生產(chǎn)。
1.1.3 項(xiàng)目產(chǎn)品介紹
硫辛酸（ThiocticAcid）又名二硫辛酸，屬于維生素 B 類化合物，是人體內(nèi)不可缺少的抗氧化劑，具有極高的醫(yī)用價(jià)值及抗衰老潛能。其制劑在臨床上主要用于治療糖尿病的微血管病變。自1989年硫辛酸作為一種高效的抗氧化劑被認(rèn)識(shí)后，日益受到人們的青睞，成為提高生活質(zhì)量、抵抗衰老、延長(zhǎng)壽命不可或缺藥品。
依非韋倫(Efavirenz)是抗艾滋病毒感染的藥物，屬人類免疫缺陷病毒-1 型 （HIV-1）的選擇性非核苷逆轉(zhuǎn)錄酶抑制劑。
纈沙坦，是血管緊張素受體拮抗劑，可用于各種類型高血壓，并對(duì)心腦腎有較好的保護(hù)作用。
1.1.4 項(xiàng)目要求
（1）系統(tǒng)設(shè)備單元的配置僅考慮三個(gè)產(chǎn)品交替生產(chǎn)，以合成單元操作為基礎(chǔ)，充分考慮設(shè)備管道的通用性；考慮化學(xué)反應(yīng)放大效應(yīng)，所有化學(xué)反應(yīng)器的體積不大于 2000 升；依非韋倫、硫辛酸、纈沙坦等三產(chǎn)品的精制、烘干、粉碎、包裝等生產(chǎn)操作的暴露環(huán)境按 D 級(jí)潔凈區(qū)的要求設(shè)置。
（2）采取可行的措施減少車間對(duì)環(huán)境的不利影響，并對(duì)排出的污染物提出合理的治理方案。
（3）采取消除、預(yù)防或降低裝置危險(xiǎn)性、提高裝置安全運(yùn)行等級(jí)的安全衛(wèi)生措施。
（4）在滿足功能和法規(guī)的前提下，盡可能降低項(xiàng)目投資。
1.2 設(shè)計(jì)依據(jù)
1. 2014年“國(guó)藥工程杯”全國(guó)大學(xué)生制藥工程設(shè)計(jì)任務(wù)書及附件
2.《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）》（GMP）
3.《醫(yī)藥建設(shè)項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)（基礎(chǔ)設(shè)計(jì)）文件編制深度規(guī)定》
4.《制藥工程學(xué)（第二版）》
5.《制藥工程原理與設(shè)備》
6.《藥廠反應(yīng)設(shè)備及車間工藝設(shè)計(jì)》
7.《生物制藥工廠工藝設(shè)計(jì)》
8.《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）》
9.《化工溶劑手冊(cè)》
10.《溶劑萃取手冊(cè)》
11.《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006）
12.《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50073-2001）
13.《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50457-2008）
14.《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5OO52-95
1.3 設(shè)計(jì)原則
(1)工藝流程設(shè)計(jì)在能滿足生產(chǎn)要求的前提下參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)工藝給予優(yōu)化：如設(shè)置了專門的大宗溶煤集中定量計(jì)量系統(tǒng)、小批量使用的溶煤采用獨(dú)立的桶泵計(jì)量系統(tǒng)、固體物料采用垂直重力流或?qū)Ｓ玫恼婵丈狭舷到y(tǒng)；
(2)工藝設(shè)備選型在考慮建設(shè)業(yè)主要求的前提下，根據(jù)物料性質(zhì)選用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的、成熟的且符合 GMP 要求的高質(zhì)量設(shè)備，部分關(guān)鍵設(shè)備則選用國(guó)內(nèi)技術(shù)一流且專有的設(shè)備；
(3)車間平面布置充分考慮了反應(yīng)物料的性質(zhì)及工藝操作過程的要求，主要設(shè)備布置均根據(jù)工藝過程中的物料流向采取了重力流輸送的立體布局方式；
(4)依據(jù)產(chǎn)品特征對(duì)生產(chǎn)模式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大程度提高設(shè)備利用率；
(5)車間系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮環(huán)境保護(hù)的要求：設(shè)置了特殊氣體（如酸性氣體）尾氣及溶媒尾氣的專用尾氣吸收系統(tǒng)、設(shè)置了專門的廢液收集系統(tǒng)及反應(yīng)過程中的事故處理系統(tǒng)；
(6)車間區(qū)域布置遵循流程短、無折返原則，相同功能區(qū)盡量集中布置，有潔凈度要求的生產(chǎn)區(qū)域嚴(yán)格按 GMP 規(guī)范要求設(shè)置與生產(chǎn)環(huán)境級(jí)別相適應(yīng)的潔凈區(qū)域；以“藥品安全可控”和“最大限度避免產(chǎn)品污染、混淆與人為差錯(cuò)”的原則指導(dǎo)本設(shè)計(jì)；
(7)生產(chǎn)車間的各區(qū)域都設(shè)置了一定面積的中間體貯存區(qū)和中間體檢驗(yàn)室，以利于對(duì)生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查和控制；
(8)人員進(jìn)入不同區(qū)域采用不同程序的人凈措施，物料需經(jīng)物凈后由氣閘或傳遞窗進(jìn)出潔凈區(qū)；
(9)生產(chǎn)車間充分考慮了勞動(dòng)保護(hù)及人員的安全防護(hù)和保護(hù)措施；生產(chǎn)車間有暢通的消防安全通道和可行的消防措施；
(10) 車間總體布置在滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的前提下，按功能分區(qū)布置；
(11) 節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境。能源的循環(huán)使用以及減少“三廢”的排放，同時(shí)應(yīng)采取有效的節(jié)能措施和 “三廢”處理措施；
(12)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足國(guó)家相關(guān)的勞動(dòng)安全衛(wèi)生及消防等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求；
(13)設(shè)計(jì)人性化，并為今后擴(kuò)展預(yù)留生產(chǎn)區(qū)。
1.4 設(shè)計(jì)規(guī)模
表1-1:生產(chǎn)規(guī)模一覽表
產(chǎn)品名稱
設(shè)計(jì)規(guī)模（t/a）
含量
包裝規(guī)格
其他
硫辛酸
25
99.5%
紙板桶
25Kg/桶
非無菌原料藥
依非韋倫
25
99.5%
紙板桶
25Kg/桶
非無菌原料藥
纈沙坦
25
99.5%
紙板桶
25Kg/桶
非無菌原料藥
1.5設(shè)計(jì)理念
（1）設(shè)備最大利用率最低耗能：
（2）生產(chǎn)安全
（3）保證生產(chǎn)質(zhì)量
（4）節(jié)能環(huán)保
（5）可持續(xù)發(fā)展
（6）方便快捷操作簡(jiǎn)單
1.6設(shè)計(jì)思路
第一步：組內(nèi)對(duì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行分析討論，對(duì)所要做的工作有個(gè)大概的了解。并對(duì)生產(chǎn)任務(wù)書中所給的三個(gè)產(chǎn)品（硫辛酸、依非韋倫、纈沙坦）的生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行了仔細(xì)的分析，畫出生產(chǎn)工藝流程框圖，對(duì)可能用到的設(shè)備、工藝以及廢料處理提出大致的處理方法；
第二步：查閱相關(guān)資料，對(duì)生產(chǎn)工藝流程中的物料進(jìn)行物料衡算接著進(jìn)行能量衡算并根據(jù)物料衡算和能量衡算的結(jié)果進(jìn)行設(shè)備設(shè)計(jì)與選型；
第三步：通過學(xué)習(xí)相關(guān)資料，開始設(shè)計(jì)多功能原料藥生產(chǎn)車間和廠房的設(shè)計(jì)和布置；并開始CAD畫圖；
第四步：公用工程系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括給排水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、電訊系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、空壓系統(tǒng)、氮?dú)夂蜌錃庵苽湎到y(tǒng)、制冷系統(tǒng)、廠區(qū)外管系統(tǒng)等專業(yè)的設(shè)計(jì)，并且畫出設(shè)計(jì)圖紙和表格；
第五步：設(shè)計(jì)整體的綜合審查整理并編寫設(shè)計(jì)說明書。
1.7 小組內(nèi)成員與分工合作
1.7.1 小組成員
指導(dǎo)教師 蔣玉仁 男 制藥工程專業(yè) 博士生導(dǎo)師
隊(duì)長(zhǎng) 胡鳳梅 女 制藥工程專業(yè) 本科生
隊(duì)員一 劉慧 女 制藥工程專業(yè) 本科生
隊(duì)員二 劉瓊 女 制藥工程專業(yè) 本科生
隊(duì)員三 劉健 男 制藥工程專業(yè) 本科生
隊(duì)員四 楊靜昂 男 制藥工程專業(yè) 本科生
隊(duì)員五 郝佳瑜 女 資源化學(xué)專業(yè) 本科生
1.7.2 成員分工
隊(duì)長(zhǎng)：設(shè)計(jì)任務(wù)書解讀；相關(guān)資料查閱與法規(guī)解讀；項(xiàng)目管理；生產(chǎn)運(yùn)行分析計(jì)算；生產(chǎn)工藝流程框圖；車間設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)說明文檔編寫。
隊(duì)員一和二：設(shè)計(jì)任務(wù)書解讀；相關(guān)資料查閱與法規(guī)解讀；物料衡算；能量衡算；設(shè)備設(shè)計(jì)與選型；車間設(shè)計(jì)；公用工程系統(tǒng)（配電系統(tǒng)）。
隊(duì)員三：設(shè)計(jì)任務(wù)書解讀；相關(guān)資料查閱與法規(guī)解讀；帶控制點(diǎn)的工藝流程說明；車間設(shè)計(jì)，公用工程系統(tǒng)（包括生產(chǎn)用水制備系統(tǒng)、制冷制熱系統(tǒng)、潔凈壓縮空氣、排水系統(tǒng)等）。
隊(duì)員四：設(shè)計(jì)任務(wù)書解讀；設(shè)計(jì)圖（各個(gè)樓層的工藝平面設(shè)備布置圖，圖紙上應(yīng)當(dāng)包括生產(chǎn)工藝房間、工藝設(shè)備的信息，生產(chǎn)車間立面布置圖，標(biāo)示各個(gè)樓層的立面設(shè)備布置信息。凈化區(qū)域劃分及人流物流流向圖應(yīng)標(biāo)明建筑平面和軸線、柱間距、生產(chǎn)區(qū)域 及凈化區(qū)域名稱、潔凈區(qū)潔凈度等級(jí)、人流物流流動(dòng)方向、指北針、制圖比例、 圖紙名稱等。）
隊(duì)員五：設(shè)計(jì)任務(wù)書解讀；畫立體圖。
第二章 生產(chǎn)工藝流程
2.1 三種原料藥粗品的生產(chǎn)工藝流程框圖
真空干燥
去精制
萃取溶劑套用
過濾
減壓濃縮
結(jié)晶
乙酸乙酯
離心
洗滌分層
飽和食鹽水
干燥
無水硫酸鎂
減壓濃縮
鹽酸溶液
酸化
萃取
乙酸乙酯
環(huán)合
氫氧化鈉溶液
純化水，水合硫化鈉，硫磺
粉
乙醇，四丁基溴化銨
6,8-二氯辛酸乙酯
2.1.1 硫辛酸粗品生產(chǎn)工藝流程框圖
餾出液
濃縮液 水相 排至污水處理站
有機(jī)相
水相 排至污水處理站
有機(jī)相
餾出液
濃縮液
母液
濃縮液
圖2-1：硫辛酸環(huán)合水解生產(chǎn)工藝方框流程圖
乙酸乙酯
真空干燥
去環(huán)合
過濾
減壓濃縮
結(jié)晶
離心
溶劑套用
淬滅
冰水
洗滌分層
純化水
乙酸乙酯
溶解
加成
丙酮
減壓濃縮
生物堿A、B
乙基鋅，丙酮
混合
環(huán)丙基乙炔鋰，丙酮混合
4-氯-2-（三氟乙?；┍桨?，丙酮混合
2.1.2 依非韋倫粗品生產(chǎn)工藝流程框圖
② ③ ④
① ①
餾出液 送廠外回收處理
濃縮液
濃縮液
排至污水處理站
水相
有機(jī)相
有機(jī)相
餾出液 殘留物送市政處理
濃縮液
母液
圖2-2：依非韋倫加成生產(chǎn)工藝方框流程圖
溶劑套用
干燥
無水硫酸鈉
過濾
減壓濃縮
結(jié)晶
離心
乙酸乙酯
真空干燥
去精制
純化水
水洗分層
加成物
環(huán)合
乙酸乙酯
氯甲酸甲酯、碳酸鉀、純化水
萃取
乙酸乙酯
水相
合并有機(jī)相
廢渣 排至處理站
濾液
餾出液
濃縮液
殘留物
母液
送市政處理
圖2-3：依非韋倫環(huán)合生產(chǎn)工藝方框流程圖
2.1.3纈沙坦粗品生產(chǎn)工藝流程框圖
減壓濃縮
結(jié)晶
離心
真空干燥
去精制
溶劑套用
水洗分層
壓濾
濃縮至干
N-正戊?；i氨酸甲酯、Pd-C
氫化還原
醋酸異丁酯
氫氣
溶解
乙酸乙酯
提取
乙酸乙酯
②
① ③
回收Pd-C
濾液
回收醋酸異丁酯
排至污水處理站
水相
水相
有機(jī)相
餾出液
濃縮液
殘留物
母液
送市政處理
圖2-4：纈沙坦氫化還原生產(chǎn)工藝方框流程圖
檢驗(yàn)
內(nèi)包
外包
入庫(kù)
固液分離
真空干燥
粉碎
溶解
粗品
活性炭
乙酸乙酯/丙酮
脫色
熱過濾
結(jié)晶
母液分水
2. 2 三種原料藥粗品精制的生產(chǎn)工藝流程框圖
廢碳去回收車間處理
濾液
回收套用
母液 有機(jī)相
晶 水相
體
廢液去污水理理站
圖2-5：三種原料藥粗品精制工藝方框流程 D級(jí)潔凈區(qū)
本項(xiàng)目生產(chǎn)的三個(gè)產(chǎn)品依非韋倫、硫辛酸、纈沙坦三種原料藥需要經(jīng)過環(huán)合、加成、減壓濃縮、過濾、結(jié)晶、離心等操作步驟并且還要共用部分生產(chǎn)設(shè)備才能完成生產(chǎn)。潔凈級(jí)別的劃分依據(jù)中國(guó)2010版《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》及任務(wù)書要求進(jìn)行，依非韋倫、硫辛酸、纈沙坦等三產(chǎn)品的精制、烘干、粉碎、包裝等生產(chǎn)操作的暴露環(huán)境按 D 級(jí)潔凈區(qū)的要求設(shè)置。
第三章 物料衡算
3.1物料衡算概述
物料衡算可以計(jì)算原料與產(chǎn)品間的定量轉(zhuǎn)變關(guān)系，以及計(jì)算各種原料的消耗量，各種中間產(chǎn)品、副產(chǎn)品的產(chǎn)量、損耗量及組成。
物料衡算的基礎(chǔ)是物質(zhì)的質(zhì)量守恒定律，即進(jìn)入一個(gè)系統(tǒng)的全部物料量必等于離開系統(tǒng)的全部物料量，再加上過程中的損失量和在系統(tǒng)中的積累量。
∑G1=+∑G2+∑G3+∑G4
∑G1--- 輸入物料量總和
∑G2---輸出物料量總和
∑G3---物料損失量總和
∑G4---物料累積量總和
當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)物料累積量為零時(shí)，上式可以寫為
∑G1=+∑G2+∑G3
物料衡算是對(duì)所有工藝計(jì)算的基礎(chǔ)，通過物料衡算可以確定設(shè)備容積、臺(tái)數(shù)、主要尺寸，同時(shí)可進(jìn)行熱量衡算、管路尺寸計(jì)算等。
3.2物料衡算基準(zhǔn)
采用間歇式操作，以原料為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算。
3.3物料衡算過程（以日產(chǎn)量為基準(zhǔn)）
3.3.1核算的方法和步驟
（1）明確衡算目的
（2）明確衡算對(duì)象，選定衡算基準(zhǔn)，計(jì)算出各種物料的質(zhì)量，繪出物料衡算示意圖，并在圖上標(biāo)注出物料輸入與輸出數(shù)據(jù)
（3）利用設(shè)計(jì)要求的生產(chǎn)規(guī)模并結(jié)合物料輸出輸入量，合理設(shè)計(jì)出本次生產(chǎn)中具體的生產(chǎn)計(jì)劃
（4）根據(jù)計(jì)算得到的衡算基準(zhǔn)值，編制物料平衡表
3.3.2硫辛酸物料衡算
3.3.2.1環(huán)合工藝
（1）生成催化劑Na2S2
a、投料：向環(huán)合釜加入0.5W 純化水、1.1W 水合硫化鈉，0.17W 硫磺粉（W為6,8-二氯辛酸乙酯批投料質(zhì)量）。
b、反應(yīng):
（2）生成環(huán)合液
a、投料：向環(huán)合釜中再加入2W 乙醇和0.09W 四丁基溴化銨作為溶劑，加1W 6,8-二氯辛酸乙酯作為反應(yīng)物。
b、反應(yīng)：
c、計(jì)算：
①硫辛酸乙酯、氯化鈉質(zhì)量計(jì)算：利用化學(xué)反應(yīng)方程式（其中M 6,8-二氯辛酸乙酯=241.154 g/mol；M硫辛酸乙酯=234.33 g/mol)，以1W 6,8-二氯辛酸乙酯為衡算基準(zhǔn)求得:
理論產(chǎn)量：硫辛酸乙酯m= M硫辛酸乙酯÷M 6,8-二氯辛酸乙酯=234.33÷241.154=0.972W;
同理 氯化鈉m=0.485W
實(shí)際產(chǎn)量：利用回收率為58%
硫辛酸乙酯m=0.972W×0.58=0.564W
氯化鈉m=0.485W×0.58=0.281W
②環(huán)合液總體積、質(zhì)量計(jì)算：
利用投料的質(zhì)量可求得環(huán)合液的總質(zhì)量為：
m=（0.5+1.1+0.17+2+0.09+1）W=4.86W；
已知：環(huán)合液密度約為ρ=1000kg.m-3
故環(huán)合液體積約為V=m/ρ=4.86W L；
3.3.2.2水解工藝
（1）減壓除乙醇
a、投料：加入20%NaOH 0.9W。
b、反應(yīng)：
c、計(jì)算：
①硫辛酸質(zhì)量計(jì)算：利用化學(xué)反應(yīng)方程式（其中M硫辛酸乙酯=234.33 g/mol；M硫辛酸=206.33 g/mol)，以環(huán)合工藝得到的0.564W硫辛酸乙酯為衡算基準(zhǔn)求得:
硫辛酸理論質(zhì)量：m=206.33×0.564÷234.33=0.497W
②混合液總體積、質(zhì)量計(jì)算：
利用查得的20%NaOH的密度ρ=1.220kg/L，環(huán)合液的體積4.86WL，
故加入20%NaOH后此時(shí)溶液體積變?yōu)?
V=（0.9/1.220+4.86）W=5.598WL
由于蒸出乙醇約為溶液體積的一半，故蒸出體積:
V=5.598WL÷2=2.799WL
由于60℃時(shí)乙醇的密度ρ=765.7kg.m-3，故乙醇的質(zhì)量:
m=2.799×0.7657=2.24W
由于剩余溶液質(zhì)量=環(huán)合液質(zhì)量+20%NaOH 質(zhì)量-蒸出乙醇質(zhì)量;剩余溶液質(zhì)量： m=4.86W+0.9W-2.24W=3.52W
剩余溶液體積約為溶液體積的一半:
V=5.598WL÷2=2.799WL
（2）加鹽酸調(diào)節(jié)PH至2
a、投料：加2mol/L鹽酸。
b、計(jì)算：
① 消耗鹽酸量的計(jì)算：
由于消耗鹽酸的物質(zhì)只有未反應(yīng)的硫化鈉和生成的過硫化鈉，和未反應(yīng)的氫氧化鈉，故其消耗鹽酸的物質(zhì)的量n為：
n=2×（1.1W×1000/240-1000×0.5×0.58/241.15)×2+1000×0.18/40=11.26Wmol假設(shè)加入的2mol/L的體積為V：則（2V-11.26）/（2.799+V）=0.01，解得:
V=5.67WL；
由于其ρ=1.08g/cm3，鹽酸質(zhì)量:
m= 5.67×1.08=6.12W
②混合液總體積計(jì)算：
此時(shí)所余的體積=上一步驟剩余溶液體積+加入鹽酸體積
V=2.799+5.67=8.559WL
（3）萃取,冷卻，結(jié)晶，送“三合一設(shè)備”得粗品
a、投料：分兩次加入2.5W的乙酸乙酯萃取，乙酸乙酯密度為901kg.m-3，故此時(shí)的體積為8.599+2.5/(2×0.901)=9.95WL，之后進(jìn)行分層干燥，有機(jī)相體積可由之前加入的有機(jī)物體積計(jì)算得到為2.755WL，餾出液為其一半，則剩余1.387WL。后面經(jīng)冷卻，結(jié)晶，后送進(jìn)“三合一設(shè)備”。
b、計(jì)算：
①實(shí)際硫辛酸粗品產(chǎn)量計(jì)算：利用水解收率90%可得硫辛酸實(shí)際質(zhì)量：
m=0.497×0.9=0.447W
②回收乙酸乙酯：由于回收率90%，故回收量為
2.6W×0.9=2.34W
3.3.2.3精制工藝
a、投料：以粗品為衡算基準(zhǔn)，則此時(shí)實(shí)際加乙酸乙酯為0.447×3.0=1.344W，
b、計(jì)算：
①精品量計(jì)算：
由于精制收率為94%，硫辛酸精品含量≥99.5%，故精品量為：
0.447×0.94/0.995=0.437W。
②乙酸乙酯回收量：由于回收率為90%，故回收的乙酸乙酯為：
1.344×0.9=1.22W
3.3.3纈沙坦物料衡算
3.3.3.1氫化還原工藝
（1）氫化反應(yīng)
a、投料：向氫化反應(yīng)釜中，依次加入4W醋酸異丁酯，1W的N-正戊?；i氨酸甲酯、0.01WPd-C（W為N-正戊?；i氨酸甲酯批投料質(zhì)量）。
b、反應(yīng)：
c、計(jì)算：
①纈沙坦質(zhì)量計(jì)算：利用化學(xué)反應(yīng)方程式（其中MN-正戊?；i氨酸甲酯=433 g/mol；M纈沙坦 =435 g/mol)，以1W的N-正戊酰基纈氨酸甲酯為衡算基準(zhǔn)求得:
纈沙坦理論產(chǎn)量:
m=435÷433= 1.0046W
②混合液總體積、質(zhì)量計(jì)算：
利用投料的質(zhì)量可求得環(huán)合液的總質(zhì)量為：
m=（4+1+0.01）W=5.01W
已知：反應(yīng)液密度約為ρ=950kg.m-3,故混合液體積約為:
V=m/ρ=5.2632W L
(2)回收醋酸異丁酯
a、操作過程：降溫通氫氣，控溫在38℃、壓力0.1～0.2MPa，反應(yīng)8小時(shí)，停攪拌，降至室溫，壓濾，回收Pd-C。濾液轉(zhuǎn)移至濃縮釜，減壓壓縮至干，回收醋酸異丁酯。
b、計(jì)算：
由于回收率為95%，回收醋酸異丁酯約為：
4W×0.95=3.8W。
（3）萃取，結(jié)晶，離心，干燥得到纈沙坦粗品
a、投料：向濃縮釜中加入2W即2W/0.901=2.220WL乙酸乙酯，溶解濃縮物，再加入1W水，進(jìn)行水洗分層，水相用1.5W乙酸乙酯分三次提取，合并有機(jī)相，忽略溶解時(shí)液體的體積變化，則此時(shí)有機(jī)相體積為3.5W/0.901=3.884WL。將有機(jī)相減壓濃縮（餾出液約為上述有機(jī)相總體積的1/4），此時(shí)濃縮液的體積為2.913WL，冷卻降溫至5℃結(jié)晶，離心，濾餅（含濕量為20%）轉(zhuǎn)移至干燥器，在真空度≧0.08MPa條件下干燥，得纈沙坦粗品。
b、計(jì)算：
①實(shí)際纈沙坦粗品產(chǎn)量計(jì)算：
利用氫化還原收率為92%，纈沙坦粗品中的含量≧95%，可得粗品量為:
1.0046W×0.92/0.95=0.9729W
②回收乙酸乙酯：由于回收率90%，故回收量為:
3.5W×0.9=3.15W
3.3.3.2精制工藝
a、投料：以N-正戊酰基纈氨酸甲酯批投料質(zhì)量為衡算基準(zhǔn)，故在脫色釜中加入4×0.9729W=3.8916W丙酮、1×0.9729W=0.9729W纈沙坦粗品，0.1×0.9729W=0.09729W活性炭，忽略固體溶解的液體體積變化，則混合液體積為3.8916W/0.901=4.3192WL，加熱回流4小時(shí)，脫碳過濾。將濾液轉(zhuǎn)移至結(jié)晶釜中，緩慢冷卻至5℃結(jié)晶，經(jīng)固液分離，在真空度≥0.08MPa條件下干燥，得纈沙坦精品。
b、計(jì)算：
①精品量計(jì)算：
利用纈沙坦精品含量≥99.5%，精制收率為94%，可得精品量為：
1.0046W×0.92×0.94/0.995=0.8775W
3.3.4依非偉倫物料衡算
3.3.4.1加成工藝
(1)加成反應(yīng)
a、投料：在混合罐中，將0.45W 乙基鋅和0.45W 丙酮(W為4-氯-2-(三氟乙?；?苯胺批投料質(zhì)量)攪拌混合（約0.5 小時(shí)），控制溫度30℃，制得混合溶液Ⅰ待用;將0.39W 環(huán)丙基乙炔鋰和0.5W 丙酮攪拌混合（約0.5 小時(shí)），控制溫度30℃，制得混合溶液Ⅱ待用;將1W4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺和1W 丙酮攪拌混合（約0.5 小時(shí)），控制溫度30℃，制得混合溶液Ⅲ待用。
將2W 丙酮、0.07W 的A、0.48W 的B 加入加成反應(yīng)釜中，攪拌冷卻至0℃（約1 小時(shí)），將混合溶液Ⅰ緩慢加入加成反應(yīng)釜中（約2 小時(shí)）。維持體系溫度28℃以下，再將混合溶液Ⅱ緩慢加入到加成反應(yīng)釜中（約2 小時(shí)），并維持體系溫度在0~5℃，反應(yīng)（約1.5 小時(shí)）。再將混合溶液Ⅲ緩慢加入加成反應(yīng)釜中（約3小時(shí)），并維持體系溫度40℃，反應(yīng)（約2 小時(shí)），得加成液。
b、反應(yīng)：
c、計(jì)算：
①加成物質(zhì)量計(jì)算：利用化學(xué)反應(yīng)方程式（其中M4-氯-2-(三氟乙?；?苯胺=223.5 g/mol ；M加成物=278.5 g/mol)，以1W的4-氯-2-(三氟乙酰基)苯胺為衡算基準(zhǔn)求得:
加成物理論產(chǎn)量：
m=278.5÷223.5= 1.246W
由于收率為90%，實(shí)際回收加成物:
m= 1.246×0.9=1.121W
②混合液總體積、質(zhì)量計(jì)算：
利用投料的質(zhì)量可求得環(huán)合液的總質(zhì)量為：
m=1.0W+3.95W+0.07W+0.48W+0.45W+0.39W=6.34W
已知：加成液密度約為ρ=950kg.m-3故環(huán)合液體積約為:
V=m/ρ=6.674W L；
（2)加成液減壓濃縮，結(jié)晶，離心，干燥得加成物粗品
a、投料：將加成液減壓濃縮，餾出液約為加成液體積的3/4，餾出液體積為5.0055WL，因?yàn)轲s出幾乎為丙酮，故有餾出丙酮為3.845W，送廠外回收處理，剩余的丙酮為0.105W，體積為0.137L，所剩的有1.6685L溶液。加入3W 乙酸乙酯，溶解濃縮物，再加入1W 冰水，控制溫度在0~5℃淬滅反應(yīng)（約1 小時(shí)）。加入1W 純化水洗滌靜置分層，此時(shí)的總的溶液有6.9985WL，水相經(jīng)預(yù)處理后排至污水處理站，有機(jī)相此時(shí)約為3.467WL，經(jīng)過濾、減壓濃縮，餾出液約為上述有機(jī)相總體積的1/2，故剩余的的為1.7342WL，濃縮液冷卻至10℃以下，結(jié)晶，離心，用0.1W 乙酸乙酯淋洗，濾餅（含濕量為20%）轉(zhuǎn)移至真空干燥器，在真空度≥0.08MPa 條件下干燥，得加成物。
b、計(jì)算：
①實(shí)際加成物計(jì)算：
由于加成物含量≥99%，理論加成物為1.1214W ，故實(shí)際加成物為1.121/0.99=1.1323W
②回收乙酸乙酯：由于回收率90%，故回收量為.
1WX0.9=2.79W
3.3.4.2環(huán)合工藝
(1)環(huán)合反應(yīng)
a、投料：以加成物的投料量為衡算基準(zhǔn)，故加入3W×1.1323/0.901=3.77WL 乙酸乙酯，攪拌溶解，加入0.55W×1.1323/0.1236=5.039WL 氯甲酸甲酯、0.95W×1.1323=1.076W碳酸鈉和5W×1.1323/1=5.6615WL 純化水制得的溶液，控制反應(yīng)溫度在35°C，快速攪拌反應(yīng)（約6 小時(shí)）。此時(shí)的體積易得為12.78WL。
b、反應(yīng)：
c、計(jì)算
①依非韋倫質(zhì)量計(jì)算：利用化學(xué)反應(yīng)方程式（其中M中間體=278.5 g/mol；M依非韋倫 =305.5 g/mol ；)，以1.1323W中間體求得:
依非韋倫理論產(chǎn)量：
m=305.5×1.1323÷278.5= 1.242W ；
由于收率為85%，依非韋倫實(shí)際回收量：
m= 1.242×0.85=1.056W
（2）萃取，過濾，濃縮，結(jié)晶、離心，干燥得粗品依非韋倫
a、投料：以加成物的投料量為衡算基準(zhǔn)，故用1W×1.1323=1.1323W純化水洗分層，此時(shí)體積為13.91WL，水相再用0.6W×1.1323/0.901=0.7540WL 乙酸乙酯萃取，合并有機(jī)相，用0.2W無水硫酸鈉干燥（約4 小時(shí)），過濾出硫酸鈉后，此時(shí)有機(jī)相體積為3.77WL+5.039WL+0.7540WL=9.563WL，濾液經(jīng)減壓濃縮（餾出液約為上述濾液總體積的1/2）此時(shí)剩余4.7815WL、結(jié)晶、離心，用0.1W 乙酸乙酯淋洗，濾餅（含濕量為20%）轉(zhuǎn)移至干燥器，在真空度≥0.08MPa 條件下干燥，得環(huán)合粗品。
b、計(jì)算：
①環(huán)合后產(chǎn)品實(shí)際量計(jì)算：由于環(huán)合粗品含量≥99%，故最后得到的產(chǎn)品實(shí)際值為：1.056W÷0.99=1.067W
②乙酸乙酯回收量：由于回收率為90%，故回收量為：
3.7W×1.1323×0.9=3.77W
3.3.4.3精制工藝
a、投料：接著進(jìn)行精制工序，給出的數(shù)據(jù)以環(huán)合粗品為準(zhǔn)，若以之前的數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，則加入的環(huán)合粗品量為1.067W。向脫色釜中加入1.9WX1.067=2.203W 乙酸乙酯、1.067W 環(huán)合粗品、0.15WX1.067=0.160W 活性炭，忽略溶解時(shí)體積變化則此時(shí)溶液的體積即為乙酸乙酯的體積，為2.203W/0.901=2.445WL，加熱至回流5 小時(shí)，脫碳過濾。將濾液轉(zhuǎn)移至結(jié)晶釜，緩慢冷卻至5℃結(jié)晶，經(jīng)固液分離，用0.1W 乙酸乙酯淋洗，濾餅（含濕量為20%）在真空度≥0.08MPa 條件下干燥，得依非韋倫精品。
b、計(jì)算：
①精品量計(jì)算：
利用依非韋倫精品含量≥99.5%，精制收率為95%，故精品量為：
1.067W×0.95=1.0136W
②乙酸乙酯回收量：由于回收率為90%，故回收量為：
1.067×2.0×0.9=1.92W
3.4生產(chǎn)計(jì)劃衡算
3.4.1生產(chǎn)計(jì)劃衡算過程
在經(jīng)過物料衡算后，可以通過W值來確定容器數(shù)和天數(shù)。
3.4.1.1硫辛酸的生產(chǎn)
在硫辛酸生產(chǎn)過程中，得知其反應(yīng)液或生成液的最大的體積為9.95WL，另外有與之相差一倍的容積為5.67L,因?yàn)橛?.95/4<5.76/2，故體積以9.95 WL計(jì)算。則選擇容器罐的最大的規(guī)格為2000L，選擇容積系數(shù)為0.8，如果選擇4個(gè)