年产15吨的替米沙坦原料药车间工艺设计--大学毕业设计

武汉工程大学毕业设计摘要 本设计为年产15吨的替米沙坦车间工艺设计。在本设计中，我采用4-甲基-2-正丙基-1H-苯并咪唑-6-甲酸和N-甲基邻苯二胺为原料经过环缩合反应后，与4-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯发生取代反应，最后经过水解反应生成替米沙坦粗品的过程。该设计的主要步骤为环缩合、取代反应、和水解反应，产率依次为71.2、82和86。根据任务书要求，设定301天为基准，替米沙坦的年产量为15吨。 在本设计中，我们先是通过查阅文献资料对替米沙坦和及其原辅料中间产品各种物性参数进行了查询和记录，然后，了解了它的临床用途、不良反应和各种药理毒理反应。然后根据设计绘制了工艺流程框图。其次，我们以反应釜为单位进行了物料衡算，并且列出了反应釜的进出物料平衡表。在以上基础上，完成物料衡算和设备选型，并绘制了带控制点的工艺流程图1。然后根据药品生产管理规范等，并依据设计实际情况，进行了详细的劳动人员安排。最后根据生产中的废弃物的性质和排出量，制定了合理利用和“三废处理”办法。【关键词】年产15吨的替米沙坦；物料衡算；热量衡算Abstract The design of 15 tons of telmisartan workshop process design.In this design, I use is 4 - methyl - 2 - propyl benzene and 1 h - imidazole - 6 - formic acid and N - methyl o-phenylendiamine as raw material after ring condensation reaction, and - bromine biphenyl, 4 - 2 - methyl formate substitution reaction, finally after hydrolysis reaction of alcohol telmisartan process.The main steps of the design for the cyclic condensation, substitution reaction, hydrolysis reaction, and the yield was 71.2%, 82% and 86% in turn.According to the specification requirements, set for 301 days as a benchmark, telmisartan output of 15 tons. In this design, we first through the literature data of telmisartan and its raw materials of various physical parameters in the query of the intermediate products and the records, then, to understand its clinical use, adverse reactions, and all kinds of pharmacology and toxicology.Then according to the design drawing the process flow diagram.Second, we in the reaction kettle has carried on the material balance, and lists the reaction kettle in and out of the material balance.On the basis of above, complete the material balance and equipment type selection, and draw a process flow chart with control points.Then according to the code for the pharmaceutical production management, etc., and according to the design of the actual situation, has carried on the detailed labor personnel arrangement.Finally, according to the nature of the waste in the production and discharge, formulate measures for reasonable utilization and three wastes.【key word】 Annual output of 15 tons of telmisartan;Material balance;Heat balance摘要IAbstractII第一章 产品概述11.1 基本信息、化学结构、性状与规格11.1.1 产品名称11.1.2 化学结构、分子式、分子量11.1.3 性状与规格11.2 产品药理毒理21.3 适应症与不良反应21.4 用法用量31.5 禁忌3第二章 生产工艺52.1 生产工艺路线52.2 生产工艺操作过程52.2.1 环缩合反应式及操作步骤52.2.2 取代反应式及操作步骤62.2.3 水解反应式及操作步骤62.2.4 包装72.3 工艺流程框图72.4“三废”处理及综合利用72.4.1 废气72.4.2 废水72.4.3 废渣7第三章 产品质量监测83.1 原料及中间体的质量标准83.1.1 原料的各项标准83.1.2 中间体的质量标准83.2 产品的质量标准93.2.1 技术指标9第四章 物料衡算104.1 计算方法与原则104.1.1 物料衡算的目的104.1.2 物料衡算的依据104.1.3 物料衡算基准104.1.4 替米沙坦合成工艺收率及所有原材料物性工艺参数104.1.5 替米沙坦合成工艺年产量及工作日124.2各工段和岗位物料衡算124.2.1 环合工段物料衡算124.2.2 取代反应工段物料衡算144.2.3 水解工段物料衡算154.2.4 粉碎包装工序的物料衡算174.3 物料流程框图17第五章 能量衡算185.1 计算方法与原则185.1.1 能量衡算的目的及意义185.1.2 能量衡算的依据及必要条件185.1.3 能量衡算基准185.2化合物比热的推算185.2.1固体原料比热的推算185.2.2 液体有机化合物比热的推算195.2.3 物质标准燃烧热估算（卡拉奇法）215.2.4 物质溶解热估算225.2.5 各工段各物质参数汇总225.3 各工段热量衡算：245.3.1 环缩合工序：255.3.2 取代反应岗位：275.3.3 水解工段：28第六章 设备选型316.1选型方法和原理316.1.1 设备选型的目的316.1.2 设备选型的依据316.1.3 设备选型基准316.1.4 假设或经验工艺参数316.2 主要设备的选型316.2.1 化合物2合成岗位的设备选型316.2.2 化合物3合成岗位设备选型346.2.3 替米沙坦合成岗位设备选型366.3 带控制点的工艺流程图386.4 平立面布置图38第七章 车间布置形式397.1 车间布置的方法与原理397.1.1 厂房布置397.1.2 车间设备布置407.1.3 洁净区的布置407.2 车间人员配置417.2.1 人员总体配置417.2.2 各单元定员417.3 生产岗位操作要求427.3.1 环缩合岗位427.3.2取代反应岗位427.3.3水解反应岗位427.4 车间安全427.4.1 车间安全生产原则427.4.2 个人防护守则437.4.3 动火规定437.4.4 安全用电437.4.5 动力使用437.5 GMP车间布置图43小 结44致 谢46参 考 文 献47附录 1 设备一览表48附录2 工艺流程框图附录3 物料流程图附录 4 带控制点的工艺流程图附录 5 平立面布置图附录 6 GMP车间布置图VI第一章 产品概述替米沙坦为白色或类白色结晶性粉末；无臭，无味。适用于期和期高血压。替米沙坦（telmisartan）是一种血管紧张素型受体（ATI），它可以通过与ATI跨膜区内的氨基酸相互作用，占据血管紧张素和ATI结合的空间，从而阻断二者的结合，在受体水平阻断了血管紧张素的效应。在临床上主要用于治疗高血压和动脉粥样硬化等心血管疾病，并在改善卒中引起的认知功能下降和改善抑郁等情绪障碍等疾病的作用成为历年来的关注焦点。本品是长效、高效、低毒的新型AT拮抗剂，与其它类抗高血压药物相比，具有受体作用的专一性、抗高血压作用显著、具有良好的利尿作、能改善心肌狭窄障碍。1.1 基本信息、化学结构、性状与规格1.1.1 产品名称中文名称：替米沙坦中文别名：4-2-正丙基-4-甲基-6-(1-甲基苯并咪唑-2-基)苯并咪唑-1- 基甲基联苯基-2-羧酸英文名称：TelmisartanCAS号：144701-48-4分子式：分子量：514.63密度： 沸点：780.446C at 760 mmHg 闪点：425.798C蒸汽压：0mmHg at 25C1.1.2 化学结构、分子式、分子量 分子式：分子量：514.63 1.1.3 性状与规格 本药为白色或类白色结晶性粉末。片剂：50mg/片。1.2 产品药理毒理替米沙坦是一种特异性血管紧张素受体（AT型）拮抗剂。替米沙坦替代血管紧张素受体与AT受体亚型（已知的血管紧张素作用位点）高亲和性结合1。替米沙坦在AT受体位点无任何部位激动剂效应，替米沙坦选择性与AT受体结合，该结合作用持久2。替米沙坦对其他受体（包括AT2和其它特征更少的AT受体）无亲和力3。上述其它受体的功能尚未可知，由于替米沙坦导致血管紧张素水平增高，从而可能引起的受体过度刺激效应亦不可知4。替米沙坦不抑制人体血浆肾素，亦不阻断离子通道5。替米沙坦不抑制血管紧张素转换酶，该酶亦可降解缓激肽作用增强导致的不良反应。在人体给予80mg替米沙坦几乎可完全抑制血管紧张素引起的血压升高。抑制效应持续24小时，在48小时仍可测到。首剂替米沙坦后3小时内降压效应逐渐明显。在治疗开始后4周可获得最大降压效果，并可在长期治疗中维持。替米沙坦治疗如突然中断，数天后血压逐渐恢复到治疗前水平，而不出现反弹性高血压。在直接比较两种高血压药物的临床试验研究中，替米沙坦治疗组的患者干咳发生率显著低于血管紧张素转换酶抑制剂治疗组。1.3 适应症与不良反应 替米沙坦临床上用于：治疗原发性高血压。 不良反应：全身反应：后背痛（如坐骨神经痛）、胸痛、流感样症状、感染症状（如泌尿道感染包括膀胱炎）； 中枢和外周神经系统：眩晕； 胃肠道系统：常见：腹痛、腹泻、消化不良、胃肠功能紊乱； 肌肉骨骼系统：关节痛、腿痉挛或腿痛、肌痛； 神经系统：焦虑； 皮肤和附件系统：皮肤异常如湿疹。 另外，自替米沙坦上市后，个别病例报告发生红斑、瘙痒、晕厥、失眠、抑郁、胃部不适、呕吐、低血压、心动过缓、心动过速、呼吸困难、嗜酸粒细胞增多症、血小板减少症、虚弱、工作效率下降等症状。与其它血管紧张素拮抗剂相似，极少数病例报道出现血管性水肿、荨麻症和其它相关不良反应。实验室发现：与安慰剂相比，替米沙坦治疗组偶有发现血红蛋白下降或尿酸升高。血肌酐或肝脏酶的升高替米沙坦和安慰剂相似或低于安慰剂。 以上所列的不良反应是从临床试验中接受替米沙坦治疗的5788名高血压患者累计得到的。不良反应按发生频率分为：非常常见（1/10）；常见（1/100，1/10）；少见（1/1000，1/100）；罕见（1/10000，1/1000）；非常罕见（1/10000）。不良事件的发生和剂量无相关性，与患者性别、年龄和种族亦无关。1.4 用法用量 成人：应个体化给药，常用初始剂量为40mg(1片)，每日一次。在20-80mg剂量范围内，替米沙坦的降压疗效与剂量有关，若用药后未达到理想血压，可加大剂量，最大剂量为80mg(2片)，每日一次。本品可与噻嗪类利尿药如氢氯噻嗪合用，此类利尿药与本品有协同降压作用。因替米沙坦在用药4至8周后才能发挥最大药效，因此若欲加大药物剂量时，应对此予以考虑。 肾功能不全的病人：轻或中度肾功能损害的病人，服用本品不需调整剂量。替米沙坦不能通过血液透析消除。 肝功能不全的病人：轻或中度肝功能不全的病人，本品每日用量不应超过40mg(1片)。 老年人：服用本品不需调整剂量。 儿童和青少年：对于儿童和18岁以下的青少年，本品的安全性及有效性数据尚未建立。1.5 禁忌 双侧肾动脉狭窄或单侧功能肾肾动脉狭窄患者，导致严重低血压和肾功能不全的危险性增高。肾功能不全的患者，使用本品期间，应定期检测血钾水平及血肌酐值。强力利尿治疗、限盐饮食、恶心或呕吐等引起血容量不足或/和血钠水平过低的患者服用本品，可导致症状性低血压。因而，在使用本品之前，应先祛除病因并纠正血容量及血钠水平。严重充血性心力衰竭或包括肾动脉狭窄的肾脏疾病患者，本品可引起急性低血压，高氮血症，少尿或罕见的急性肾功能衰竭。本品对原发性醛固酮增多症的患者无效，因此不推荐用于该类患者。主动脉瓣或二尖瓣狭窄、阻塞性肥厚性心肌病患者使用本品应特别谨慎。服用本品期间，应严密监测血钾水平，尤其肾功能不良和/或心力衰竭的患者。与保钾类利尿药、钾离子补充剂、含钾的盐替代品或可升高血钾水平的其它药物(肝素等)合用可致血清钾水平升高，因此与这些药物合用应谨慎。胆道阻塞性疾病或严重肝功障碍的患者，本品清除率可降低。该类患者服用本品应慎重。本品含有山梨醇，遗传性果糖耐受不良的患者不宜服用本品。本品的疗效在黑人低于其它人种，这可能与黑人高血压人群的低肾素状态占较高优势有关。和其它抗高血压药物一样，对于缺血性心脏病或缺血性心血管疾病的患者，过度降压可以引起心肌梗塞或中风。第二章 生产工艺2.1 生产工艺路线 替米沙坦生产以4-甲基-2-正丙基-1H-苯并咪唑-6-甲酸（以下简称化合物1）、N-甲基邻苯二胺、4-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯等为原料，经环合（中间产物4-甲基-2-正丙基-6-(1-甲苯-1H-苯并咪唑-2-基）-1H-苯并咪唑【以下简称化合物2】的制备）、取代（中间产物4-【4-甲基-6-(1-甲基-1H-苯并咪唑-2-基)-2-正丙基-1H-苯并咪唑-1-基】甲基联苯-2-甲酸甲酯（以下简称化合物3）的制备）、水解（替米沙坦的制备）等过程制得。主要反应式如下：2.2 生产工艺操作过程2.2.1 环缩合反应式及操作步骤环缩合反应式及操作步骤如表2-1：表2-1环缩合反应式及操作步骤收率原辅料分子量纯度密度（kg/l)71.20%N-甲基邻苯二胺122.1798%1.075化合物1218.25981.261，2-丙二醇7690%1.04无水乙醇4699.50%0.79 操作步骤：向反应釜中加入N-甲基邻苯二胺盐酸盐和化合物1，加入l，2丙二醇，通氮气5 min后开始加热至回流温下反应20h，反应液呈墨绿色，反应完后加入冰水，析出固体，过滤，固体用无水乙醇溶解，活性碳脱色，减压蒸除乙醇，得到白色固体，产率71. 2。2.2.2 取代反应式及操作步骤表2-2取代反应式及操作步骤收率原辅料分子量纯度密度82%DMF 73.10990.9445化合物2304.3889叔丁醇钾112.20990.910 4-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯305.1665981.47二氯甲烷84.93991.325 120.36982.66 操作步骤：向反应釜中加入二甲基甲酰胺(DMF)和化合物2，于冰水浴条件下加入叔丁醇钾，搅拌30 min后，加入4-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯，室温下反应10 h，倒入冷水中，搅拌后用二氯甲烷萃取，合并有机相，水洗有机相，无水干燥，减压除去二氯甲烷，得到白色固体，产率82。2.2.3 水解反应式及操作步骤收率原辅料分子量纯度密度86%甲醇32.0499.5%0.7918冷NaOH4010%2.130冷盐酸36.4614%1.20化合物35281.203 操作步骤：化合物3，甲醇和10的NaOH冷溶液混合，加热回流反应2 h，冷却，过滤，减压蒸除甲醇，用14的冷盐酸调节pH到5，析出大量白色絮状沉淀，过滤，干燥，得到白色固体，产率866。2.2.4 包装操作步骤：将合格成品制成块状后，粉碎包装或切片包装入库。2.3 工艺流程框图结合工艺描述，为了定性地表现工艺过程，绘制了工艺流程框图，见附录二。2.4“三废”处理及综合利用2.4.1 废气由于生产过程会有乙醇蒸汽和甲醇蒸汽，一定要经过冷凝回收利用。2.4.2 废水废水主要为水解反应产生的酸性废水，主要酸性物质为HCl，可将废水集中到环保处理池，中和调节pH至7后排放。2.4.3 废渣本产品在生产过程中，产生的废渣产量很少，可直接交废渣处理工厂处理。第三章 产品质量监测3.1 原料及中间体的质量标准3.1.1 原料的各项标准原料质量标准如3-1：表3-1 原料质量标准名称性状检测项目质量标准N-甲基邻苯二胺白色结晶粉末熔点/22主含量/%98%密度(g/cm3)1.075化合物1白色固体熔点/300主含量/%99%水分/%0.54-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯主含量/%98%水分/%0.5熔点/563.1.2 中间体的质量标准中间体的质量标准见表3-2：表3-2 中间体的质量标准名 称项 目标 准检验方法中间体化合物2外观白色固体含量99%非水滴定法湿度20%干燥失重法水分0.5%熔点300闪点仪化合物3外观白色固体含量99%非水滴定法水分0.5%干燥失重法3.2 产品的质量标准品名：替米沙坦规格：40mg/片3.2.1 技术指标外观：白色或类白色结晶性粉末含量：99.5%水分：0.5%密度：1.162 g/cm3第四章 物料衡算 4.1 计算方法与原则4.1.1 物料衡算的目的 生产工艺流程框图只是定性地表示，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，在图中一般以椭园框表示化工过程及设备，用线条表示物料管线及公用系统管线，用方框表示物料。这种框图只有定性的概念，没有定量的概念，只有经过车间物料衡算，才能得出进入与离开每一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的目的。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的一种手段。4.1.2 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，此图限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。其次要收集必需的数据、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。本设计中物料衡算部分中的物料组成、含量及投料比主要来源于替米沙坦及其类似物的合成和生物活性研究。4.1.3 物料衡算基准本设计中的化工过程均属间歇操作过程，其计算基准是将车间所处理的各种物料量折算成以批数计的平均值，从起始原料的投入到最终成品的产出，按批数平均值计将恒定不变。由合成工艺里反应方程式各物质的摩尔比进行计算，以此为基础就完成车间物料衡算。4.1.4 替米沙坦合成工艺收率及所有原材料物性工艺参数各工段物质参数见表4-1：表4-1 各工段物质参数工段收率原辅料分子量质量比含量含杂质密度Kg/l环缩合71.20%N-甲基邻苯二胺122.170.5698%2%1.075化合物1218.25199%1%1.2601，2-丙二醇76.0918.4990%10%1.040无水乙醇46.078.7899.50%0.50%0.790活性炭12.01医用级0.500冰水18.0244.44符合药典标准1.000取代反应82%DMF73.0911.33499%1%0.945化合物2304.3911.234叔丁醇钾112.200.4499%1%0.9104-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯305.171.2198%2%1.470二氯甲烷84.9379.599%1%1.325120.3698%2%2.660冷水18.0220符合药典标准1.000水18.0260符合药典标准1.000水解86%甲醇32.0423.75499.50%0.50%0.791冷NaOH40.0122.210%90%1.110冷盐酸36.4614%86%1.068化合物3528.6411.203粉碎0.997包装0.998总收率=单程收率=缩合工段收率取代工段收率水解工段总收率粉碎包装工段总收率=0.7120.820.860.9970.998100%=49.96%替米沙坦产品的纯度：0.995替米沙坦实际纯品日产量=替米沙坦年产量纯度/（工作日-1）=150000.995（301-1）=49.75kg注：由于第一天没有出料，102天出料101批，所以计算实际产量时出料102-1=101批替米沙坦理论纯品日产量=实际纯品日产量/单程收率=49.75/0.4996=99.58kg4.1.5 替米沙坦合成工艺年产量及工作日根据计算，年产量及工作日见表4-2。表4-2 年产量及工作日表年产量（kg）工作日实际日产纯品替米沙坦（kg）理论日产纯品替米沙坦量（kg）1500030149.75 99.58 4.2各工段和岗位物料衡算4.2.1 环合工段物料衡算原料A即N-甲基邻苯二胺，单位：kg环合工段物料衡算见表4-3。表4-3 环合工段物料衡算进料量化合物1纯品投料量=日产理论替米沙坦量化合物1分子量/替米沙坦分子量 =42.23化合物1投料量=化合物1纯品投料量/含量=42.49化合物1中杂质量=原料A投料量-原料A投料量(纯）=0.25原料A投料量=化合物1投料量质量比=23.79原料A纯品投料量=原料A投料量含量=23.32原料A中的杂质量=投料量-投料量（纯）=0.481,2丙二醇投料量=化合物1投料量质量比=785.581,2丙二醇纯品投料量=1,2丙二醇投料量含量=707.021,2丙二醇中杂质量=投料量-纯量=78.56冰水投料量（纯）=化合物1投料量质量比=1888.10无水乙醇投料量=化合物1投料量质量比=373.03无水乙醇纯品投料量=无水乙醇投料量含量=371.17无水乙醇中杂质量=投料量-投料（纯）=1.87出料量化合物1的反应量=化合物1纯品投料量环合转化率=30.07化合物1的残留量=化合物1纯品投料量-化合物1的反应量=12.16原料A反应量=化合物1反应量原料A分子量/化合物1分子量=16.83原料A残留量=原料A纯品的投料量-原料A反应量=6.49化合物2生成量=化合物1反应量化合物2 Mr/化合物1 Mr=41.94水的生成量=化合物1反应量2水Mr/化合物1 Mr=4.97水的总量=冰水的投料量+水的生成量=1893.07环合段总杂质量=化合物1中杂质量+原料A中杂质量+1,2丙二醇中杂质量+无水乙醇中杂质量=81.15 环合工段进出料平衡通过计算，环合工段的各种物料进出量见表4-4。表4-4环合工段进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量活性炭2.000.0006活性炭2.000.0006原料A23.790.0076残原料A6.490.0021化合物142.490.0136残化合物112.160.00391，2-丙二醇785.580.2522残1,2-丙二醇707.020.2270无水乙醇373.030.1198化合物241.940.0135冰水1888.100.6061水1893.070.6077无水乙醇371.170.1192杂质81.150.0261合计3114.991合计3114.9914.2.2 取代反应工段物料衡算原料B即4-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯，单位：kg取代反应工段物料衡算见表4-5。表4-5取代反应工段物料衡算进料量化合物2进料量=41.94DMF投料量=化合物2进料量质量比=475.30DMF纯品投料量= DMF投料量含量=470.55DMF杂质量=DMF投料量- DMF纯品投料量=4.75叔丁醇钾投料量=化合物2进料量质量比=18.45叔丁醇钾纯品投料量= 叔丁醇钾投料量含量=18.27叔丁醇钾杂质量=叔丁醇钾投料量- 叔丁醇钾纯品投料量=0.18原料B投料量=化合物2进料量质量比=50.74原料B纯品投料量=原料B投料量含量=49.73原料B杂质量=原料B投料量- 原料B纯品投料量=1.01二氯甲烷投料量=化合物2进料量质量比=3333.93二氯甲烷纯品投料量=二氯甲烷投料量含量=3300.59二氯甲烷中杂质量=投料量-纯量=33.34冷水投料量=化合物2进料量质量比=838.72水的投料量=化合物2进料量质量比=2516.17出料量化合物2的反应量=化合物2进料量取代反应转化率=34.39化合物2的残留量=化合物2进料量-化合物2的反应量=7.55原料B反应量=化合物2反应量原料B分子量/化合物2分子量=34.48原料B残留量=原料B纯品投料量-原料B反应量=15.25化合物3生成量=化合物2反应量化合物3 Mr/化合物2 Mr=59.72溴化氢生成量=化合物2反应量溴化氢Mr/化合物2 Mr=9.14水的总排出量=冷水投料量+水的投料量=3354.89二氯甲烷排出量=纯二氯甲烷投料量=3300.59叔丁醇钾排出量=纯叔丁醇钾投料量=18.27DMF排出量=纯DMF投料量=470.55取代反应工段总杂质量=原料B中杂质量+二氯甲烷中杂质量+DMF杂质量+叔丁醇钾杂质量=39.29 环合工段进出料平衡通过计算，环合工段的各种物料进出量见表4-6。表4-6 取代反应工段进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量DMF475.300.0653水相水3354.890.4611化合物241.940.0058残叔丁醇钾18.270.0025叔丁醇钾18.450.0025溴化氢9.140.0013原料B50.740.0070杂质39.290.0054二氯甲烷3333.930.4583有机相化合物359.720.0082冷水838.720.1153残化合物27.550.0010水2516.170.3459残原料B15.250.0021残二氯甲烷3300.590.4537残DMF470.550.0647合计7275.261合计7275.2514.2.3 水解工段物料衡算水解工段物料衡算见表4-7。表4-7水解工段物料衡算进料量单位：kg化合物3进料量=59.72 甲醇投料量=化合物3进料量质量比=1418.64 10氢氧化钠投料量=化合物3进料量质量比=1325.84 纯甲醇投料量=甲醇投料量含量=1411.55 纯氢氧化钠投料量=10氢氧化钠投料量含量=132.58 氢氧化钠中杂质量=10氢氧化钠投料量-纯氢氧化钠投料量=1193.25 甲醇中含有的杂质量=甲醇投料量-纯甲醇投料量=7.09 中和反应的纯盐酸量=纯氢氧化钠投料量盐酸的分子量/氢氧化钠的分子量=120.82 调PH到5用盐酸量=（甲醇中含有的杂质量+10氢氧化钠投料量）*盐酸密度/1/(盐酸物质量浓度-1）459.15 纯盐酸的总投料量=（中和反应的纯盐酸量+调PH到5用纯盐酸量14）=185.10 14盐酸投料量=中和反应的纯盐酸量/14+调PH用盐酸量=1322.17 盐酸中含有的杂质量=14盐酸投料量-纯盐酸的总投料量=1137.07 中和反应的盐酸量=中和反应的纯盐酸量/14863.02 中和反应的盐酸中的杂质量=中和反应的盐酸量-中和反应的纯盐酸量=742.20 出料量化合物3的反应量=化合物3进料量水解转化率=51.36 化合物3的残留量=化合物3进料量-化合物3的反应量=8.36 甲醇的产量=化合物3的反应量甲醇分子量/化合物3分子量=3.11 甲醇的排出量=甲醇的产量+纯甲醇投料量=1414.66 氯化钠生产量=纯氢氧化钠投料量氯化钠分子量/氢氧化钠的分子量=193.68 替米沙坦产量=化合物3的反应量替米沙坦分子量/化合物3的分子量=50.00 水解工段总杂质量=氢氧化钠中杂质量+盐酸中的杂质量+甲醇中的杂质量=2337.41 残盐酸的排出量=64.28080861水的产量=氯化钠的生产量*水的分子量/氯化钠的分子量-甲醇的产量*水的分子量/甲醇的分子量=57.96320754水解工段进出料平衡通过计算，环合工段的各种物料进出量见表4-8。表4-8水解工段进出料平衡进料物名称质量/kg含量出料物名称质量/kg含量甲醇1418.640.3438残化合物38.360.0020冷NaOH1325.840.3213残甲醇1414.660.3428冷盐酸1322.170.3204氯化钠193.680.0469化合物359.720.0145替米沙坦50.000.0121盐酸64.280.0156杂质2337.410.5665水57.960.0140合计4126.371合计4126.3614.2.4 粉碎包装工序的物料衡算粉碎包装工序物料衡算见表4-9。表4-9粉碎包装工序物料衡算1. 粉碎工段的物料衡单位：kg替米沙坦精品进料，替米沙坦出料量=替米沙坦进料量收率=49.852. 对包装工段的物料衡算替米沙坦出料量=替米沙坦进料量收率=49.754.3 物料流程框图 见附录三。第五章 能量衡算5.1 计算方法与原则5.1.1 能量衡算的目的及意义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的。5.1.2 能量衡算的依据及必要条件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而进行的，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，例如比热容、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。5.1.3 能量衡算基准能量衡算的基本方程为：由环境输入到系统的能量=由系统输出到环境的能量+系统内积累的能量。5.2化合物比热的推算5.2.1固体原料比热的推算公式： kJ/（kg）式中 M化合物的摩尔质量；kg/kmol。 分子中i元素原子数；元素原子摩尔热容；kJ/（kmol）元素原子的比热容见表5-1。表5-1 元素原子的比热容元 素固态的 Ci液态的 Ci钠 Na29.9-氮 N10.88568-碳 C7.5362411.72304氢 H9.6296418.00324氧 O16.747225.1208硫 S23.027430.98232氯 Cl25.9581633.4944其他元素25.9581633.4944化合物的比热容见表5-2：表5-2 化合物的比热容化合物比热容（单位：KJ/KgC)活性炭C（固）0.6275 无水硫酸镁MgSO4（固）0.9636 氢氧化钠NaOH(液）1.8251 盐酸HCl（液）1.4124 叔丁醇钾 KOBu-t（固）1.4217 水H2O（液）3.3922 溴化氢HBr（液）0.6365 氯化钠NaCl0.9557 假设所有杂质的比热容3.3922 假设所有副产物的比热容1.2000 5.2.2 液体有机化合物比热的推算 公式： kJ/（）式中 M化合物的摩尔质量，kg/kmol；分子中i种基团的个数；基团的摩尔热容；kJ/（kmol）有机化合物基团的比热容见表5-3。表5-3有机化合物基团的比热容基团温度/0255075100H13.4014.7015.5016.7018.80CH340.0041.7043.5045.9048.40CH227.6028.3029.1029.8031.00CH23.9024.9025.8026.6028.10C8.408.408.408.40CO42.7043.5044.4045.2046.10OH33.5044.0052.3061.8071.20COOH74.1078.7083.7090.0094.20NH258.6062.8067.00CN56.5056.9056.94C6H5113.00117.20123.50129.80136.10Cl29.3029.7030.1030.8031.40O29.3029.7030.1030.6031.00COO57.8059.0061.1063.2064.90F24.3025.1026.0027.0028.30O=P38.1039.0040.1041.0042.10C=C42.0042.0042.0042.0042.00C=N65.1066.0067.1068.0069.10N8.408.40有机化合物的比热容见表5-4。表5-4 有机化合物的比热容物料名称温度，C25化合物1 C12H14N2O21.5450 N甲基邻苯二甲胺C7H10N21.5257 1,2丙二醇C3H8O22.4484 无水乙醇 C2H6O2.4745 DMF C3H7NO2.0523 甲醇 CH4O2.6748 化合物2 C19H20N41.0611 化合物3 C34H28N4O2 1.3141 替米沙坦 C33H30N4O21.3072 4-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯C15H13BrO20.8081 二氯甲烷1.0326 5.2.3 物质标准燃烧热估算公式： Qc=109.07n+k kJ/mol式中：k分子中同样取代基的数目n化合物在燃烧时的电子转移数目 取代基和键的热量校正值查化工工艺设计手册P2-884得如下表5-5：表5-5 标准燃烧热误差取代基和键的性质结构式热量校正值/(KJ/mol)羧基COOH41.20 芳族伯胺ArNH227.20 脂肪族中的氯RCl-32.20 脂肪族或芳香族中的醚(Ar)ROR(Ar)81.60 脂肪族的酯RCOOR69.04 伯型脂基与羟基之间的键ROH54.40 仲型脂基与羟基之间的键R2CHOH27.20 各物质的燃烧热见表5-6。表5-6 各物质的燃烧热物料名称n值燃烧热，KJ/mol化合物1667239.8200 N甲基邻苯二甲胺465044.4200 化合物211212215.8400 4-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯687416.7600 化合物317619196.3200 替米沙坦17419019.3800 甲醇6708.8200 假设氯化钠的燃烧热1500.00 假设氯化氢的燃烧热1000.00 假设氢氧化钠的燃烧热2000.00 假设溴化氢的燃烧热 1000.00 假设纯化水的燃烧热1000.00 5.2.4 物质溶解热估算 溶质溶解时不发生解离作用，溶剂与溶质间无化学作用时，物质溶解热可按下述原则和公式进行估算：(1)溶质是气态，则溶解热为其冷凝热(2)溶质是固态，则溶解热为其熔融热(3)溶质是液态，如形成理想溶液，则溶解热为0（假设都形成理想溶液）熔融热计算公式： 单位： kJ/kg Tm熔点，K M摩尔质量，kg/kmol K1常数，无机物取6，有机物取125.2.5 各工段各物质参数汇总各工段各物质参数汇总见表5-7。表5-7 各工段各物质参数汇总岗位物质比热，KJ/(Kg.。C)标准燃烧热，KJ/Kmol溶解热（kJ/kg）熔点(K）环缩合N-甲基邻苯二胺1.52575044420.00121.38295.15化合物11.54507239820.00131.95573.151，2-丙二醇2.4484无水乙醇2.4745活性炭0.6275冰水3.3922取代反应DMF2.0523化合物21.061112215840.0094.61573.15叔丁醇钾1.4217118.70530.154-溴甲基联苯-2-甲酸甲酯0.80817416760.0054.19329.15二氯甲烷1.0326MgSO40.9636水3.39221000000.00水解甲醇2.6748708820.00冷NaOH1.82512000000.00冷盐酸1.41241000000.00化合物31.314119196320.0042.31445.15水3.39221000000.00氯化钠0.95571500000.00替米沙坦1.307219019380.00假设或经验数据见表5-8。 表5-8假设或经验数据 Q5+Q6=0.1Q总填料系数=0.75传热模系数=1080KJ/(m2h)换热面积=1m35.3 各工段热量衡算： 能量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为：其中：物料带入到设备的能量，KJ; 加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的能量，KJ; 过程热效应，KJ; 物料离开设备所消耗的能量，KJ; 加热或冷却设备所消耗的能量，KJ; 设备向环境散失的能量，KJ;式中，输入或输出设备的物料质量，kg； 物料的平均比热容，KJ/(kg)； 物料的温度Q5=MC(t2-t1)KJ式中，设备各部件的质量，kg； 设备各部件的比热容，KJ/(kg)； 设备各部件的初始温度，； 设备各部件的最终温度，假设所有物料在室温下均=25假设物料所含杂质比热与纯物料相同假设形成溶液均为理想溶液假设无机物反应热全都忽略不计物质升温(降温)热量计算公式： 式中：C物质比热，kJ/(kg) m物质质量，kg t升温(降温)前后温差反应热计算公式： 式中： 标准燃烧热 不同温度下反应热 标准反应热，kJ/mol t反应温度, 反应方程式中化学计量数，反应物为负，生成物为正 反应物或生成物在(25t)范围内的品均比热容 放热为正，吸热为负，此处忽略无机物的燃烧热。5.3.1 环缩合工序：一、环缩合工段的热量衡算表5-9 化合物2合成反应釜物料衡算物料名称温度（。C)质量（kg)比热容，KJ/(Kg.。C)标准燃烧热（KJ/Kg)溶解热（kJ/kg）进料原料A2523.32 1.5257 41290.17 121.38 化合物12542.23 1.5450 33171.87 131.95 1，2-丙二醇25707.02 2.4484 无水乙醇25371.17 2.4745 活性炭252.00 0.6275 冰水01888.10 3.3922 杂质