第十一章中试放大与生产工艺规程制定

*,Click to edit Master title style,第一章 化学药物合成路线的设计方法,第一节 中试放大研究,第二节 物料衡算,第三节 生产工艺规程制定,第一节 中试放大研究,11.1.1,中试放大的重要性和方法,中试是进一步研究在一定规模的工业化装置中各步反应条件的变化规律，以验证实验室进行的工艺路线的可行性，并解决实验室中所不能解决或尚未发现的问题。,中试放大的目的：验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件，及研究选定的工业化生产设备结构、材质、安装和车间布置等，为正式生产提供数据，以及物质量和消耗等。,中试研究上节省经费很可能是不正确的、不完全的，或错误低放大研究会造成工业装置的设计和操作错误。,中试放大的方法：经验放大法、相似放大法和数学模拟放大法。,经验放大法,主要凭借经验通过逐级放大（试验装置、中间装置、中型装置、大型装置）来摸索反应器的特征。在合成药物的工艺研究中，中试放大主要采用经验放大法，也是化工研究中的主要方法。,相似放大法,主要应用相似理论进行放大。使用于物理过程，有一定局限性。（非线性）,数学模拟放大法,应用计算机技术的放大法，它是今后发展的主要方向。（数字工厂）,第一节 中试放大研究,放大率是指工业设备的设计大小与采集数据用的最大实验设备大小之间的关系。,一般反应物为气体的化工过程从实验室设备到中试工厂，放大率为,500-1000,，从中试工厂到工业生产，放大率常为,200-500.,液固态反应的放大率可适当降低。,第一节 中试放大研究,10.1.2,中试放大研究的任务和主要内容,10.1.2.1,中试放大研究的任务,生产工艺路线和单元操作方法的最终确定,一般情况下，单元反应的方法和生产工艺路线应在实验室阶段就基本选定。在中试放大阶段，只是确定具体工艺操作和条件以适应工业生产。但是当选定的工艺路线和工艺过程，在中试放大时暴露出难以克服的重大问题时，就需要复审实验室工艺路线，修正其工艺过程。,如：硝基苯电解还原生产对氨基苯酚，中试放大时存在铅阳极的腐蚀问题，电解槽的定期拆洗等。,第一节 中试放大研究,设备材质与型号的选择,开始中试放大时应考虑所需各种设备的材质和型式，并考查是,否合适，尤其应注意接触腐蚀性物料的设备材质的选择。,如：含水,1,以下的二甲基亚砜对钢板腐蚀性很小，含水量达到,5,以上时，对钢板有强腐蚀作用。可以用铝板作反应容器。,第一节 中试放大研究,搅拌器型式与搅拌速度的考查,药物合成反应中的反应大多是非均相反应，其反应热效应较大。中试放大时必须根据物料性质和反应特点注意研究搅拌器的型式，考察搅拌速度对反应规律的影响，特别是在固液非均相反应时，要选择合乎反应要求的搅拌器型式和适宜的搅拌速度。,第一节 中试放大研究,反应条件的进一步研究,实验室阶段获得的最佳反应条件不一定能符合中试放大要求。应该就其中的主要的影响因素，如放热反应中的加料速度，反应罐的传热面积与传热系数，以及制冷剂等因素进行深入的试验研究，掌握它们在中试装置中的变化规律，以得到更合适的反应条件。,如：磺胺,-5-,甲氧嘧啶的中间体甲氧基乙醛缩二甲酯：,氯乙醛缩二甲醇,20,甲醇钠，,140,，,1010,5,Pa,第一节 中试放大研究,工艺流程与操作方法的确定,在中试放大阶段由于处理物料增加，因而有必要考虑使反应与后处理的操作方法如何适应工业生产的要求，特别要注意缩短工序、简化操作。,第一节 中试放大研究,原辅材料和中间体的质量控制,原辅材料、中间体的物理性质和化工参数的测定。,如：,DMF,与强氧化剂以一定比例混合时易引起爆炸。,原辅材料、中间体质量标准的制定。,如：磺胺异嘧啶中间体,4-,氨基,-2,6-,二甲基嘧啶：,第一节 中试放大研究,物料衡算,安全生产和,“,“三废”防,治,治措施的研,究,究,原材料、中,间,间体的物理,性,性质和化工,常,常数的测定,消耗定额（,单,单耗），原,材,材料成本、,操,操作工时与,生,生产周期的,确,确定,10.1.2.2,中试放大的,工,工作步骤,10.1.3,中试放大的,装,装置和中试,车,车间,10.1.4,中试放大的,安,安全问题,第一节,中,中试放大研,究,究,10.2.1,物料衡算的,理,理论基础,物料衡算,是研究某一,个,个体系内进,、,、出物料及,组,组成的变化,，,，即物料平,衡,衡。所谓体,系,系就是物料,衡,衡算的范围,，,，可以是一,个,个设备或多,个,个设备，可,以,以是一个单,元,元操作或整,个,个化工过程,。,。,物料衡算的,理,理论基础为,质,质量守恒定,律,律：,进入反应器,的,的物料量,流,流出反应器,的,的物料量,反,反应器中的,转,转化量反,应,应器中的积,累,累量,第二节,物,物料衡算,10.2.2,确定物料衡,算,算的计算基,准,准及每年设,备,备操作时间,通常采用的,物,物料衡算的,以每批操作为基准，适用于间歇操作设备、标准或定型设备的物料衡算，化学制药产品的生产间歇操作居多。,以单位时间为基准，适用于连续操作设备的物料衡算。,以每公斤产品为基准，以确定原辅材料的消耗定额。,第二节,物,物料衡算,每年设备操,作,作时间：,车间每年设,备,备正常开工,生,生产的天数,一,一般以,330,天计算，其,中,中余下的,36,天作为车间,检,检修时间。,工艺技术尚,未,未成熟或腐,蚀,蚀性大的车,间,间一般采用,300,天或更少一,些,些时间计算,。,。,连续操作设,备,备按每年,8000,7000h,为设计计算,的,的基础。,第二节,物,物料衡算,10.2.3,物料衡算的,步,步骤,（,1,）画出流程,示,示意图和衡,算,算范围,（,2,）画出衡算,范,范围,（,3,）确定衡算,对,对象及衡算,基,基准,（,4,）写出物料,衡,衡算方程,第二节,物,物料衡算,10.2.4,中试放大物,料,料计算的步,骤,骤,（,1,）收集有关,计,计算数据,反应物的配,料,料比，原辅,材,材料、半成,品,品、成品及,副,副产品等的,浓,浓度、纯度,或,或组成，车,间,间总产率，,阶,阶段产率，,转,转化率。,转化率,对某一组分,来,来说，反应,物,物所消耗的,物,物料量与投,入,入反应物料,量,量之比简称,该,该组分的转,化,化率。一般,以,以百分率表,示,示。,第二节,物,物料衡算,收率（产率,）,）,某重要产物,实,实际收的量,与,与投入原料,计,计算的理论,产,产量之比值,，,，也以百分,率,率表示。,第二节,物,物料衡算,选择性,各种主、副,产,产物中，主,产,产物所占分,率,率。,第二节,物,物料衡算,例：甲氧苄,氨,氨嘧啶生产,中,中由没食子,酸,酸经甲基化,反,反应制备三,甲,甲氧苯甲酸,工,工序，测得,投,投料没食子,酸,酸（,1)25.0kg,，未反应的,没,没食子酸,2.0kg,，生成三甲,氧,氧苯甲酸（,2,）,24.0kg,，求转化率,、,、选择性和,收,收率。,第二节,物,物料衡算,车间总收率,车间总收率,为,为各个工序,收,收率的乘积,。,。,第二节,物,物料衡算,列出化学反,应,应方程式，,包,包括主反应,和,和副反应；,根,根据给定条,件,件画出流程,简,简图。,选择物料计,算,算的基准。,进行物料衡,算,算,列出物料平,衡,衡表,输入与输出,的,的物料平衡,表,表,三废排量表,计算原辅材,料,料消耗定额,（,（,kg,）,第二节,物,物料衡算,例：乙苯用,混,混酸硝化，,原,原料（工业,用,用）乙苯的,纯,纯度为,95%,，混酸中,(HNO,3,32%,、,H,2,SO,4,56%,、,H,2,O12%),，,HNO,3,过剩率（,HNO,3,过剩量与理,论,论消耗量之,比,比）为,0.052,，乙苯的转,化,化率,99%,，转化为对,、,、邻、间位,分,分别为,52%,、,43%,和,4%,，若年产,300,吨对硝基乙,苯,苯，年工作,日,日,300,天，试以一,天,天为基准作,硝,硝化反应的,物,物料衡算。,第二节,物,物料衡算,解,：（,1,）每天应生,产,产的对硝基,乙,乙苯的量为,：,：,3001000/300=1000kg,（,2,）每天需投,料,料乙苯：,（纯乙苯）,x,=1351/0.95,=1422,kg,（工业品）,第二节,物,物料衡算,每天副产邻,、,、间位硝基,乙,乙苯：,第二节,物,物料衡算,每天需投料,的,的混酸：,第二节,物,物料衡算,(5),反应消耗乙,苯,苯：,1351,0.99=1337.5kg,剩余乙苯：,1351-,（,6,）反应消耗,HNO,3,：,剩余,HNO,3,：,843.7-793.9=49.8kg,（,7,）反应生成的,H,2,O,：,第二节,物,物料衡算,最后将物料,衡,衡算列成表,格,格：,第二节,物,物料衡算,第二节,物,物料衡算,