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第四屆“國藥工程杯”全國大學生
制藥工程設計競賽
學校：
隊名：
隊長：
隊員：
指導教師：
目錄
目錄 3
第一章 總論 1
1.1 設計理念 1
1.1.1 理念概述 1
1.1.2 理念詳解 1
1.1.3 設計思路 2
1.2 項目概況 2
1.2.1 項目簡介 2
1.2.2 設計內(nèi)容 3
1.2.3 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀及前景 3
1.3 設計依據(jù) 5
第二章 工藝概述 7
2.1 工藝流程概述 7
2.2 工藝難點剖析 7
2.3工藝分析 8
2.4 工藝特點 8
2.4.1 硫辛酸工藝特點 8
2.4.2 依非韋倫工藝特點 8
2.4.3 纈沙坦工藝特點 8
2.5 工藝路線 8
第三章 物料衡算 9
3.1 物料衡算目的 9
3.2 物料衡算依據(jù) 9
3.3 物料衡算基準 9
3.4 硫辛酸工藝過程物料衡算 9
3.4.1 生產(chǎn)日的確定 9
3.4.2 工藝過程物料衡算 10
3.5 依非韋倫工藝過程物料衡算 10
3.5.1 生產(chǎn)日的確定 10
3.5.2 工藝過程物料衡算 10
3.6 纈沙坦工藝過程物料衡算 10
3.6.1 生產(chǎn)日的確定 10
3.6.2 工藝過程物料衡算 10
第四章 熱量衡算 11
4.1 計算依據(jù) 11
4.1.1 Q1（Q4）計算 11
4.1.2 過程熱效應Q3 11
4.1.3 Q5與Q6的確定 11
4.1.4 Q2的計算 12
4.2 熱量衡算基礎數(shù)據(jù)的計算和查取 12
4.2.1 比熱容的計算 12
4.2.2 物理變化熱的計算 13
4.2.3 化學反應熱的計算 14
第五章 主要設備選型計算及驗證 15
5.1 設備選型計算驗證依據(jù) 15
5.2 精餾塔選型計算 15
5.2.1 流程確定和說明 15
5.2.2 精餾塔設計計算 15
5.3 反應釜選型驗證 17
5.3.1 設計參數(shù)的確定 17
5.3.2 釜體材料的選擇 17
5.3.3 筒體幾何尺寸計算 18
5.3.4 水壓試驗的校核計算 20
5.4.5攪拌裝置選型 21
5.4 設備選型一覽表 21
第六章 主要設備選型及說明 22
6.1 設備選型依據(jù) 22
6.2 具體設備選型 22
6.2.1襯氟反應釜 22
6.2.2氫化反應釜 22
6.2.3 反應釜（減壓濃縮） 23
6.2.4 反應罐（脫色） 23
6.2.5 結晶罐 24
6.2.6雙錐真空干燥器 24
6.2.7 三足式離心機 25
6.2.8搖擺式顆粒機 25
6.2.9 濾芯過濾器 26
6.2.10 不銹鋼儲罐 26
6.2.11 計量罐 27
6.2.12粉碎機 27
6.2.13 充氮包裝機 28
第七章 公用工程 29
7.1 純化水系統(tǒng) 29
7.1.1 設計依據(jù) 29
7.1.2 設計要求 29
7.1.3 純化水用途 29
7.1.4 系統(tǒng)描述 29
7.1.5 主要設備概述 30
7.1.6 主要部件 30
7.1.7 殺菌系統(tǒng) 31
7.1.8 非無菌原料藥的的用水點及用水量 32
7.2 潔凈空調(diào)系統(tǒng) 32
7.2.1 設計依據(jù) 32
7.2.2 設計要求 32
7.2.3 設計目的 33
7.2.4 基本構成 33
7.2.5 工作原理 33
7.2.6 參數(shù)要求 33
7.2.7 空氣凈化處理 34
7.2.8 空調(diào)系統(tǒng)技術方案 35
7.3 純蒸汽系統(tǒng) 36
7.3.1 純蒸汽用途 36
7.3.2 純蒸汽系統(tǒng)組成 36
7.3.3 純蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)選材 37
7.4 氣體系統(tǒng) 37
7.4.1 氮氣系統(tǒng) 37
7.4.2 氫氣系統(tǒng) 39
7.5 給水排水 39
7.5.1 供水的水源 39
7.5.2 供水系統(tǒng) 39
7.5.3 冷卻水的循環(huán)使用 40
7.5.4 排水系統(tǒng) 40
7.6 通風排風 40
7.6.1 通風目的 40
7.6.2 通風分類 40
7.6.3 自然通風 40
7.6.4 機械通風 42
7.7 供電配電 42
7.7.1 車間供電系統(tǒng) 42
7.7.2 電氣設計條件 44
7.8 冷凍和采暖 44
7.8.1 冷凍系統(tǒng) 44
7.8.2 采暖系統(tǒng) 44
第八章 管道系統(tǒng) 46
8.1設計概述 46
8.2 設計依據(jù) 46
8.3管道布置原則 46
8.3.1 主管道布置 46
8.3.2 公用系統(tǒng)布置 46
8.3.3 管道連接方式 46
8.3.4 潔凈區(qū)管道 47
8.3.5 管道坡度 47
8.3.6 技術夾層管道鋪設 47
8.4 管道材質、閥門和附件 47
8.4.1 公用工程管道 47
8.4.2 管道材質、閥門和附件 47
8.4.3 管道保溫材料 48
8.5 管道連接 48
8.6管道敷設 48
8.7管道排列 48
8.8管道坡度 49
8.9管道布置 49
8.9.1設備管道 49
8.9.2 其它管道 49
8.10管路安全措施 50
8.11管道平面圖 51
8.12管道選型計算 51
8.12.1 計算依據(jù) 51
8.12.2 管徑選擇表 51
8.12.3 管徑計算 52
第九章 車間建筑與設計 55
9.1 車間廠址選擇 55
9.1.1 車間廠址選擇依據(jù) 55
9.1.2 車間廠址選擇方案 55
9.2土建及項目施工 57
9.2.1 土建設計條件 57
9.2.2 項目施工設計 58
9.3 車間設計 58
9.3.1 車間設計依據(jù) 58
9.3.2 車間布置 59
第十章 車間管理與生產(chǎn)班次 64
10.1 車間管理 64
10.1.1 車間管理的概念 64
10.1.2 車間管理的內(nèi)容 64
10.2 車間文化建設 64
10.2.1 車間文化的重要性 64
10.2.2 車間文化的建設 65
10.3 車間生產(chǎn)班次 65
10.3.1 班次的作用 65
10.3.2 班次管理 65
第十一章 非工藝生產(chǎn)條件 67
11.1 廠房防火防爆 67
11.1.1. 廠房的耐火等級 67
11.1.2 防火防爆技術 67
11.1.3 消防安全 69
11.2 環(huán)境保護 69
11.2.1 制藥工業(yè)污染特點及現(xiàn)狀 69
11.2.2 工藝改進 70
11.2.3 污染防治措施 72
第十二章 設備清潔與原料藥驗證 78
12.1 設備清潔 78
12.1.1 設備清潔依據(jù) 78
12.1.2 設備清潔方法 78
12.2 設備清潔驗證 79
12.2.1 驗證方法 79
12.2.2 取樣方法的確定 80
12.2.3 殘留限度標準確定 80
12.2.4 注意事項 80
12.3 原料藥工藝設備驗證 81
12.3.1 主要工藝設備 81
12.3.2 工藝設備驗證中的風險評估 81
12.3.3 工藝設備驗證 81
第十三章 工程經(jīng)濟 84
13.1 工程概況 84
13.2 項目投資 84
13.3 投資及成本估算 84
13.3.1 工程費用估算 85
13.3.2 流動資金估算 85
13.3.3 成本估算 85
13.4 設計經(jīng)濟可行性 86
13.4.1 產(chǎn)品銷售 86
13.4.2 車間拓展 87
第一章 總論
1.1 設計理念
本次設計中，我們遵循的設計理念是“安全、合理、經(jīng)濟、高效”的八字方針。
1.1.1 理念概述
從設計任務出發(fā)逐一進行剖析。“安全”即采取消除、預防或降低裝置危險性、提高裝置安全運行等級的安全衛(wèi)生措施，保證操作人員的人身安全；“合理”即系統(tǒng)設備單元的配置要綜合考慮三個產(chǎn)品的交替生產(chǎn)，以合成單元操作為基礎，充分考慮設備管道的通用性，兼顧考慮化學反應的放大效應，在規(guī)定的300天工作日內(nèi)實現(xiàn)合理的排班生產(chǎn)；“經(jīng)濟”即為在滿足功能和法規(guī)的前提下，盡可能降低項目投資，從多方面考慮經(jīng)濟開支，把投資成本降到最低；“高效”即為具體問題具體對待，針對三種產(chǎn)品不同的合成工藝，物料的理化性質，單元操作過程的特點等，兼顧其通用性，靈活性，做適應性強，高效運行的多功能車間。
1.1.2 理念詳解
（1） 安全
本次設計中，該多功能原料藥車間屬甲級防爆車間，生產(chǎn)安全是第一位的。第三個產(chǎn)品纈沙坦的生產(chǎn)中，要用到氫氣的防爆車間，安全性需要特別考慮。首先考慮的是地面和墻體：為防止車間有火花出現(xiàn)，地面可采用橡膠、塑料、橡膠摻石墨或瀝青混凝土等。為了工作人員的安全，在防火防爆的廠房中，盡量不設辦公室或休息室等輔助房間。本次設計中，將這類房間設在車間外層，并且與本車間之間用耐火極限不低于3.5h的非燃燒墻體隔開。還要考慮電氣設備和防雷設施等，在多方面做好防火防爆措施，真正從各方面做好人員的安全保障。
（2） 合理
如何在300天的工作日內(nèi)實現(xiàn)三個產(chǎn)品的達標生產(chǎn)，需要合理地估算生產(chǎn)時間，安排生產(chǎn)班次。在保證設計要求，所有化學反應器的體積不大于2000升，裝料系數(shù)為0.6～0.8之間，每天一批次等生產(chǎn)條件下，我們合理設計的生產(chǎn)方式如下表1-1所示。
表1-1 生產(chǎn)方式
藥品名稱
生產(chǎn)線
批次
天數(shù)
硫辛酸
2條
260
131
依非韋倫
2條
132
66
纈沙坦
第二次濃縮后分為2條線
100
100
共計297天完成生產(chǎn)。
（3）經(jīng)濟
經(jīng)濟是任何企業(yè)都必須關注的核心問題。本次設計中，我們體現(xiàn)“經(jīng)濟”理念的方面很多。首先從設備選型方面，我們盡可能合理地選型，就不會造成設備、資源的浪費；其次在選購原輔材料和儀器設備時，我們也考慮到了運輸過程中的費用，在相同條件下，選擇了離廠址較近的廠家，不但減少了原輔材料運輸過程中的高昂費用，而且降低了設備維修等的費用。還有，在做工程投資概算時，合理地規(guī)劃建筑工程和安裝工程，減少專項費用等，就會降低經(jīng)濟預算，進一步提高企業(yè)效益。
（4）高效
效率決定效益。如何實現(xiàn)生產(chǎn)的高效，是我們設計格外注意的方面之一。一年300天的工作日，高效合理地完成三個產(chǎn)品每年25噸的計劃生產(chǎn)量，同時保證生產(chǎn)質量最優(yōu)化及經(jīng)濟預算最小化。因此我們設計硫辛酸、依非韋倫及纈沙坦的生產(chǎn)均采用兩條生產(chǎn)線（纈沙坦生產(chǎn)中的加氫及第二次濃縮之前，因為防火防爆因素采用單獨的一條線），同時300天內(nèi)實現(xiàn)設備的清洗及清洗驗證。
1.1.3 設計思路
本設計的思路如圖1-1所示。
圖1-1 設計思路
1.2 項目概況
1.2.1 項目簡介
1.2.1.1 多功能車間的優(yōu)勢
原料藥多功能車間不同于傳統(tǒng)的原料藥車間，它可以同時或分期生產(chǎn)不同品種的多種原料藥。這些原料藥之間有一定的相似性，具有相近的生產(chǎn)工藝或者所用的設備多數(shù)可以通用等。多功能車間的建設可以滿足小批量、多品種的生產(chǎn)要求，應對市場的迅速變化，為制藥企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟效益。
隨著越來越多的制藥公司大量從我國采購原料藥，這些交易的主要特點也顯現(xiàn)出來，產(chǎn)品年交易噸位較少，但是原料藥品種較多。傳統(tǒng)的原料藥生產(chǎn)方式產(chǎn)品單一，且產(chǎn)品的年產(chǎn)量較大。面對原料藥生產(chǎn)的這種發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足需要，多功能車間應運而生。
1.2.1.2 設計項目簡介
本次設計的項目是硫辛酸、依非韋倫、纈沙坦這三種非無菌原料藥的多功能車間設計。在年工作日為300天，并且采用間歇生產(chǎn)的背景條件下，依據(jù)化學反應的放大效應，充分考慮設備與管道的通用性，滿足三種產(chǎn)品的精制、烘干、粉碎、包裝等生產(chǎn)操作在D級潔凈區(qū)的要求。產(chǎn)品設計規(guī)模如表1-2所示。
表1-2 產(chǎn)品設計規(guī)模
產(chǎn)品名稱
設計規(guī)模（t/a）
含量
包裝規(guī)格
硫辛酸
25
99.5%
紙板桶（25Kg/桶）
依非韋倫
25
99.5%
紙板桶（25Kg/桶）
纈沙坦
25
99.5%
紙板桶（25Kg/桶）
1.2.2 設計內(nèi)容
1.2.2.1 產(chǎn)品介紹
三種產(chǎn)品介紹如表1-3所示。
表1-3 產(chǎn)品介紹
名稱
硫辛酸
依非韋倫
纈沙坦
英文名稱
Thioctic acid
Efavirene
Valsartan
中文化學名
1,2-二硫戊環(huán)-3-戊酸
（-）-6-氯-4-環(huán)丙基乙炔基-4-三氟甲基-1,4-二氫-2H-3,1-苯并噁嗪-2-酮
N-戊酰基-N-[[2ˊ-（1H-四氮唑-5-基）[1，1ˊ-聯(lián)苯]-4-基]甲基]-L-纈氨酸
分子式
C8H14O2S2
C14H9ClF3NO2
C24H29N5O3
分子量
206.33
315.67
435．52
分子結構
性狀
淡黃色針狀結晶體。易溶于苯，乙醇和三氯甲烷等有機溶劑，難溶于水，可溶于稀堿。
白色晶體。溶于甲醇。
白色結晶體；有吸濕性。本品在乙醇中極易溶解，在甲醇中易溶，在乙酸乙酯中略溶，在水中幾乎不溶。
物性數(shù)據(jù)
熔點：60~62℃
沸點：160~165 ℃
溶解性：0.9 g/L (20℃)
閃點：173℃
熔點:139-141℃
熔點：116~117°C
密度：1.212g/cm3
沸點：684.9 ℃
閃點：368 ℃
產(chǎn)品用途
抗氧化劑，臨床上主要用于治療糖尿病的微血管病變。還用于治療急性及慢性肝炎、肝硬化、肝性昏迷、脂肪肝等。
非核苷類逆轉錄酶抑制劑，抗艾滋病毒感染的藥物。與其他病毒逆轉錄酶抑制劑聯(lián)合使用，用于HIV-1病毒感染病人的治療。
是血管緊張素受體拮抗劑，可用于各種類型高血壓，避免了鈣拮抗劑和ACEI 的不良反應，療效顯著,耐受性好，并對心腦腎有較好的保護作用。
1.2.2.2 生產(chǎn)路線簡述
硫辛酸：以硫化鈉、硫磺、6,8-二氯辛酸乙酯等為原料，經(jīng)環(huán)合、水解、精制等過程制得。
依非韋倫：以環(huán)丙基乙炔鋰、4-氯-2-(三氟乙?；?苯胺為原料，經(jīng)加成、環(huán)合、精制等過程制得。
纈沙坦：以N-正戊?；i氨酸甲酯為起始原料，經(jīng)加氫還原、精制等過程制得。
1.2.2.3 產(chǎn)品質量標準
硫辛酸：淡黃色針狀結晶體，含量 99.5%。
依非韋倫：白色晶體，含量 99.5%。
纈沙坦：白色結晶體，含量 99.5%。
1.2.3 國內(nèi)生產(chǎn)現(xiàn)狀及前景
1.2.3.1 硫辛酸生產(chǎn)現(xiàn)狀及前景
硫辛酸因為具有強力抗氧化作用，被廣泛用于治療和預防糖尿病、心臟病等多種疾病，在歐洲硫辛酸是防治糖尿病性神經(jīng)病變或神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥的一線藥物，并獲得廣泛認同。此外，硫辛酸還具有緩解機體過度疲勞，延緩衰老與美容等功效，被美國和日本等國批準為食品和保健品的功能成份，廣泛應用于食品和飲料中。除此之外，現(xiàn)代科學研究證明人類多個系統(tǒng)疾病的發(fā)生與發(fā)展均與氧化應激反應相關聯(lián)，因此作為抗氧化劑的硫辛酸在醫(yī)學治療領域具有廣闊的市場前景。
此外，從疾病角度分析，糖尿病目前已成為人類四大死因，全球每年有超過380萬人死于糖尿病及并發(fā)癥，糖尿病引起的慢性并發(fā)癥不僅是致殘、致死的主要原因，而且是造成醫(yī)療費用的急劇增長。
僅2007-2008年中華醫(yī)學會糖尿病分會（CDS）流行病學調(diào)研表明中國糖尿病患者多達6000萬人，診斷率為44％，在新確診的糖尿病患者中有并發(fā)癥的患者多達1/3。其中糖尿病神經(jīng)病變已經(jīng)嚴重威脅到病人的健康與生命。因此，預防和治療糖尿病神經(jīng)病變，提高人們的生活質量，是具有深遠的社會意義的。由此可見硫辛酸的市場前景。
截止2008年底的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全球硫辛酸（右旋硫辛酸)總銷量一直維持在每年 400噸左右，但近年來國際市場上僅硫辛酸年銷量已猛增至每年500噸，據(jù)了解硫辛酸銷量上升的主要原因是，國外將其大量用于各種食品中，如添加到牛奶、餅干、面包、糖果、奶制品等大眾食品中以此增強其保健功能。則其國際市場增長率將繼續(xù)保持在每年10％～12％的速度增長。國內(nèi)生產(chǎn)的硫辛酸大部分用于出口，生產(chǎn)前景非常廣闊。
1.2.3.2 依非韋倫生產(chǎn)現(xiàn)狀及前景
依非韋倫等抗艾滋病的藥物銷路與其他常規(guī)藥物不同，因為中國從2003年開始,為艾滋病(AIDS)病人提供免費抗病毒藥品。抗艾滋病藥品的供應，以國家統(tǒng)一招標,各省分散采購的模式進行。據(jù)省級藥品管理人員進行的抗病毒藥品的年度需求預測，目前抗病毒藥品需求量及抗病毒治療人數(shù)在逐步增加。下圖1-2為全國2003年至2010年正在抗病毒治療的人數(shù)統(tǒng)計。
圖1-2 2003年至2010年正在抗病毒治療的人數(shù)統(tǒng)計
據(jù)聯(lián)合國艾滋病規(guī)劃署數(shù)據(jù)顯示，截至2010年底，全球有3400萬艾滋病患者，并且每年還有250萬人感染艾滋病病毒。業(yè)內(nèi)人士據(jù)此認為，抗艾滋病藥物在全球具有較好的銷售前景。
依非韋倫是治療艾滋病的一線用藥，原研藥是默沙東的施多寧，全球銷售規(guī)模約為8億美元，國內(nèi)仿制藥較少，市場空間較大，由此可見，依非韋倫的市場前景非常不錯。
1.2.3.3 纈沙坦生產(chǎn)現(xiàn)狀及前景
沙坦類降壓藥是血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑（ARBs）的簡稱，是近20年全球上市并陸續(xù)進入我國臨床使用的降壓藥。已在全球普遍上市的沙坦類藥物有七種，這七種在我國均已批準。
纈沙坦最早于1996年由瑞士諾華公司上市，在我國均有原料藥和制劑上市。沙坦類藥物在七大類抗高血壓藥物中是上市較晚的一類，但是卻是成長最快的，并且已成為與鈣拮抗劑（CaA）、血管緊張素轉換酶抑制劑（ACEI）、β受體阻滯劑，并駕齊驅的四大主力抗高血壓藥物。沙坦類藥物雖然只有6、7種，卻占據(jù)30%以上的銷售額份額。沙坦藥物的重要地位將人們尋找市場增長點的目光吸引過來，成為近年來抗血壓的成長最快的品類。
在中國市場頒上，纈沙坦最高達到33%；全球各類沙坦類藥物所占份額如圖1-3表所示。
圖1-3 全球各類沙坦類藥物所占份額
纈沙坦是我國“九五”科技攻關計劃項目，2010年國內(nèi)22個重點城市樣本醫(yī)院纈沙坦用藥銷售額為3.63億元，同比上一年增長了20.51%，近五年復合增長率為42.90%，如圖1-4所示。
圖1-4 近年樣本醫(yī)院纈沙坦市場銷售額及增長圖
纈沙坦是國內(nèi)沙坦市場的領頭羊，是抗高血壓市場僅次于氨氯地平的第2位的藥物，在抗高血壓市場領先的25個品種中占10.23%的比重。
纈沙坦市場上最顯著的亮點是國內(nèi)仿制藥已進入快速增長期，在國家政策推動下，國產(chǎn)仿制藥在國內(nèi)總體市場份額將高于樣本醫(yī)院，由于二級醫(yī)院基本被仿制藥所占據(jù)，預計仿制藥可達40%的規(guī)模。預測2011年，國內(nèi)纈沙坦總體市場將達到20億元的規(guī)模，由此可看出，纈沙坦市場前景廣闊。
1.3 設計依據(jù)
本設計的主要依據(jù)，如表1-4所示。
表1-4 設計依據(jù)
設計標準
標準編號
《第四屆制藥工程設計競賽任務書》
2014
《藥品生產(chǎn)質量管理規(guī)范》
2010版
《歐洲藥品生產(chǎn)和質量管理規(guī)范》
2008版
《原料藥GMP實施指南》
2010版
《潔凈廠房設計規(guī)范》
GB50073-2001
《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設計規(guī)范》
GB50457-2008
《建筑照明設計標準》
GB50034-2004
《建筑給排水設計規(guī)范》
GB50015-2003
《污水綜合排放標準》
GB8978-1996
《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》
GB50052-95
《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》
GBZ1-2010
《采暖通風和空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》
GB50019-2003
《中華人民共和國藥品管理法》
2013修訂版
88
第二章 工藝概述
2.1 工藝流程概述
本次設計的生產(chǎn)方式為間歇式生產(chǎn)。
間歇生產(chǎn)是制藥行業(yè)中主要的生產(chǎn)方式。在間歇控制標準SP88中，間歇過程的定義為：將有限量的物質，按規(guī)定的加工順序，在一個或多個加工設備中加工，以獲得有限量的產(chǎn)品的加工過程。如果需要更多的產(chǎn)品則必須重復整個過程。
與連續(xù)生產(chǎn)相比較，間歇生產(chǎn)主要有以下特點：
（1）周期性批量生產(chǎn)。間歇生產(chǎn)要求按配方規(guī)定的生產(chǎn)順序、時間段和操作參數(shù)組織生產(chǎn)。
（2）物料狀態(tài)和操作參數(shù)是動態(tài)的。動態(tài)特性是間歇過程的本質。這種特性就決定了間歇生產(chǎn)過程的安全生產(chǎn)主要依靠作業(yè)人員的操作，因此間歇生產(chǎn)設計中保證安全非常重要。
（3）柔性生產(chǎn)能力較強。間歇生產(chǎn)過程中，在一個定性設備上，根據(jù)不同的配方，應用不同的原料和操作參數(shù)可完成不同的工藝操作過程，有利于多品種小批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，例如本次設計中多功能車間可以生產(chǎn)三種不同的原料藥。這種運行的特點也給安全生產(chǎn)帶來許多隨機的不穩(wěn)定的因素。
（4）工藝控制要求高。工藝條件的變化顯著，過程復雜，一些參數(shù)的控制要求較高，并且操作中開關量應用較多，有些參數(shù)的控制需要人工干預。人機匹配就成了安全生產(chǎn)的必須條件。
（5）生產(chǎn)能力低，能耗大。
（6）間歇生產(chǎn)的投料、出料、混配、分離等作業(yè)單元往往是暴露性的，這種作業(yè)方式給安全運行和作業(yè)條件帶來許多不利的因素。
2.2 工藝難點剖析
說明書上所描寫的工藝過程，需要轉化為現(xiàn)實中的具體實現(xiàn)方式，在轉化過程中，我們將遇到的難點進行了剖析，下表以硫辛酸的難點工藝剖析為例，如表2-1所示。
表2-1 硫辛酸工藝剖析
硫辛酸工藝剖析
過程
說明書工藝
難點
實現(xiàn)方式
環(huán)合工序
在環(huán)合反應釜中加入115.79kg純化水，254.73kg水合硫化鈉，攪拌升溫至60℃
水和硫化鈉的加料方式
在計量罐中用115.79kg純化水將254.73Kg水和硫化鈉溶解，再加入反應釜。
分批加入39.37kg硫磺粉，反應1.5h
分批加入硫磺
真空上料機
分別加入463.14kg乙醇，20.84kg四丁基溴化銨，升溫至75℃
四丁基溴化銨的加料方式
在計量罐中用463.14kg乙醇將四丁基溴化銨溶解，再加入反應釜。
緩慢滴加231.57kg 6,8-二氯辛酸乙酯（約2h）加熱回流，反應8h,冷卻至室溫
緩慢加入
20%的氫氧化鈉在計量罐中由166.73kg純化水和41.68kg氫氧化鈉固體配液后加入反應釜
水解工序
在上述環(huán)合液中緩慢加入208.41kg 20%氫氧化鈉，升溫至60℃，反應3h
將上述反應液減壓濃縮除去乙醇，餾出液約為反應液體積的1/2，將濃縮液降至室溫，然后緩慢加入適量2mol/L鹽酸，調(diào)節(jié)pH至2（耗時約1.5h）
2mol/L的鹽酸在計量罐中由98.17Kg的36%的鹽酸和400.84Kg的純化水配液后加入反應釜
用578.92kg 乙酸乙酯萃取上述酸化液，有機相用43.75kg 飽和食鹽水洗滌分層，再用無水硫酸鎂干燥，過濾，水相經(jīng)預處理后排至污水處理站
飽和食鹽水的配制
飽和食鹽水在計量罐中由11.58Kg食鹽和32.17kg純化水配液
2.3工藝分析
見附錄2硫辛酸工藝分析表；附錄3依非韋倫工藝分析表；附錄4纈沙坦工藝分析表。
2.4 工藝特點
2.4.1 硫辛酸工藝特點
本工藝路線以6,8-二氯辛酸乙酯為原料，以水，乙醇為溶劑，四丁基溴化銨為相轉移催化劑，合成目標產(chǎn)物，反應收率約50％。中間體硫辛酸乙酯無需分離，可直接進行水解，酸化得到硫辛酸。6.8-二氯辛酸乙酯的方法，與其他幾種方法比較，一鍋法、Jiors合成法、環(huán)己酮乙烯基乙醚法、F-C烷基化等方法，步驟簡單，收率較高，工業(yè)化成本低，合成工藝條件相對簡單，在現(xiàn)有的實驗室條件下可以合成。該方法簡化了反應操作，原料易得，降低了生產(chǎn)成本，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。反應條件溫和，選擇性好，操作簡便和費用低廉。另外在整個合成路線中，反應所要求的工藝條件都很溫和，所用設備也均是常見設備，沒有特殊要求，并且體系所排放的三廢總量不是很大，所用有機溶劑可以回收利用，對環(huán)境的污染較小，工藝中也沒有用到毒性特別大，腐蝕性特別強的物質?？傊?，6.8-二氯辛酸乙酯是一條已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化的較為理想的路線。
2.4.2 依非韋倫工藝特點
該設計采用依非韋倫的生產(chǎn)方式是一個羰基化合物的格氏反應，羰基化合物中含有羰氧雙鍵，是由SP2雜化的碳原子以一個Sp2雜化軌道和一個p軌道與氧相連得到，由于氧的電負性比碳的強很多，故電子云偏向氧，而且π電子比σ電子更易極化，使電子向氧偏移比醇中羰氧鍵（C-O）的電子偏移更加突出，因此，羰基的碳原子上帶有部分正電荷，從而使帶負電荷的親核試劑容易和它發(fā)生碳氧雙鍵的親核加成反應，并且形成穩(wěn)定的烷氧負離子。當和格氏試劑加成時，形成醇鹽，它和醇化鈉相似，和水或烯酸反應，很快就分解為醇。醇鹽用水處理時，常形成膠體很難處理，因此常用烯酸破壞膠體，也用氯化銨的飽和水溶液分解。該反應相當于對氨基的酰化，對羥基的酯化成環(huán)。由于羥基直接和叔碳原子相連接，所以和羥基的酯化反應比較難進行。故該反應方式較為簡便，在化工行業(yè)中應用廣泛。
2.4.3 纈沙坦工藝特點
本次設計選用的纈沙坦的生產(chǎn)方式是只有一步反應的過程，特點是無其他副反應發(fā)生，終產(chǎn)物只有纈沙坦，產(chǎn)品收率高，符合綠色化學的要求。相對其它合成路線，溶劑用量少，廢水、廢氣、廢渣排放減少，有利于環(huán)境的保護，適合工業(yè)化生產(chǎn)。該反應過程為“一鍋反應”，提高了反應的選擇性，同時提高了纈沙坦的合成收率，所采用的“一鍋反應”工藝簡化了操作程序，省略了中間體制備過程中有機溶劑的使用，降低了對環(huán)境的污染。纈沙坦其它合成方法，應用氰基與疊氮化物高溫反應制備四氮唑環(huán)，污染大，危險性高。中間體合成過程中反應控制難，容易發(fā)生副反應。
另外要注意的是，本反應需要催化加氫，危險性較大。
2.5 工藝路線
見附錄1工藝路線流程圖。
第三章 物料衡算
生產(chǎn)工藝流程示意圖確定后，就可以進行車間物料衡算。通過計算，得出車間所處理的各種物料數(shù)量及其組成，從而使設計由定性轉向定量。物料衡算分為化學過程與物理過程的計算，通常采用按車間生產(chǎn)的各步驟逐一進行物料衡算的方法。本章介紹三種產(chǎn)品的計算方法。
3.1 物料衡算目的
通過物料衡算，能夠得出進入與離開每一過程或設備的各種物料數(shù)量、組分，以及各組分的含量。為后續(xù)的車間能量衡算、設備選型或工藝設計、確定原材料消耗定額、進行化工管路設計等各種設計項目的依據(jù)。
3.2 物料衡算依據(jù)
物料衡算的依據(jù)如下。
（1）設計項目：化學原料藥多功能車間
（2）產(chǎn)品名稱：硫辛酸、依非韋倫、纈沙坦
（3）工作日：300 天/年（三個產(chǎn)品不重疊生產(chǎn)，每次僅生產(chǎn)一個產(chǎn)品）
（4）生產(chǎn)班次：兩班/三班，8小時/班。原則上各工序每套設備每天處理一批物料，工序具體生產(chǎn)班制按操作周期確定。
（5）日產(chǎn)量：日產(chǎn)量=年產(chǎn)量/年工作日
（6）生產(chǎn)方式：間歇式生產(chǎn)
3.3 物料衡算基準
基準：物料衡算以批計算，物料單位為kg。
3.4 硫辛酸工藝過程物料衡算
3.4.1 生產(chǎn)日的確定
硫辛酸年產(chǎn)量25t，含量為99.5%，由工藝路線可知反應的總收率為58%×90%×94%×99.5%= 48.8%，根據(jù)反應方程式可以得出需要投入的原料6,8-二氯辛酸乙酯的總量W總=25×99.5%×241/（48.8%×206）=59606.19kg。由工藝配比可得出反應釜中每種物料需要的總質量，如表3-1所示。
表3-1 反應原料用量
原輔料名稱
規(guī)格
質量 kg
6,8-二氯辛酸乙酯
≥99%
60208.28
純化水
符合藥典標準
30104.14
水合硫化鈉
≥99%
66229.11
硫磺
≥99%
10235.41
四丁基溴化銨
≥99%
5418.75
95%乙醇
工業(yè)
120416.56
反應釜中的總物料質量：
M=60208.28+30104.14+66229.11+10235.41+5418.75+120416.56=341050.22 kg
體積V=M/ρ=(341050.22/1000)×1000=341050.22 L
由于反應有回流，所以裝料系數(shù)取0.6-0.7較為合理
（1）裝料系數(shù)為0.6時，反應釜中應該加入的體積為2000/0.6=1200L
生產(chǎn)批次為341050.22/1200=284.2批
（2）裝料系數(shù)為0.7時，反應釜中應該加入的體積為2000/0.7=1400L
生產(chǎn)批次為341050.22/1400=243.6批
綜合考慮可確定生產(chǎn)批次為260批，生產(chǎn)日為130天。則每批投入6,8-二氯辛酸乙酯的質量W=114.63kg。
3.4.2 工藝過程物料衡算
詳見附錄5硫辛酸物料衡算方框圖。
3.5 依非韋倫工藝過程物料衡算
3.5.1 生產(chǎn)日的確定
依非韋倫年生產(chǎn)量25t，含量為99.5%，由工藝路線可知總收率為90%×85%×95%×99.5%=72.3%。可得原料4-氯-2-(三氟乙?；?苯胺的總質量：W總=25000×99.5%×220.5/（72.3%×312.5）=25263.48kg
反應釜中總質量M=0.45W+0.45W+0.39W+0.5W+1W+1W+2W+0.07W+0.48W=6.34W
體積V=M/ρ=(6.34W/950)×1000=6.67W
（1）裝料系數(shù)0.6時，反應釜中物料體積為V=6.67W=2000×0.6 求得W=179.91kg
生產(chǎn)批次為25263.48/179.91=140.42批
（2）裝料系數(shù)0.65時，反應釜中物料體積為V=6.67W=2000×0.65 求得W=194.90kg
生產(chǎn)批次為25263.48/194.91=129.62批
綜合考慮可確定生產(chǎn)批次為132批，生產(chǎn)日為66天。則每批投入4-氯-2-(三氟乙?；?苯胺的質量W=191.39kg。
3.5.2 工藝過程物料衡算
詳見附錄6依非韋倫物料衡算方框圖。
3.6 纈沙坦工藝過程物料衡算
3.6.1 生產(chǎn)日的確定
根據(jù)說明書要求生產(chǎn)日300天，綜合硫辛酸生產(chǎn)日，依非韋倫生產(chǎn)日，預留清洗維修時間，排班的要求，可確定纈沙坦的生產(chǎn)日為90天。則每批投入N-正戊?；i氨酸甲酯的質量W=161.11kg
3.6.2 工藝過程物料衡算
詳見附錄7纈沙坦物料衡算方框圖。
注：生產(chǎn)日依據(jù)每天兩條生產(chǎn)線，反應容器最大2000L，裝料系數(shù)0.6-0.8之間的原則確定。
第四章 熱量衡算
藥物生產(chǎn)的整個過程由許多基本單元組成，每個基本單元操作過程均伴隨能量轉換，并需要保持平衡。每個過程均需要由系統(tǒng)吸收或放出能量，相應的，外界需對系統(tǒng)提供或移除能量。由此可以確定外供的公用工程消耗，如蒸汽、冷卻水、循環(huán)水等的用量。
4.1 計算依據(jù)
熱量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，以車間物料衡算的結果為基礎而進行,所以車間物料衡算表是進行車間熱量衡算的首要條件。
對于有傳熱要求的設備，其熱量平衡方程式為：
Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5＋Q6 （4-1）
式中Q1—物料帶入到設備的熱量 KJ；
Q2—加熱劑或冷卻劑傳給設備和所處理物料的熱量 KJ；
Q3—過程熱效應 KJ；
Q4—物料離開設備所帶走的熱量 KJ；
Q5—加熱或冷卻設備所消耗的熱量 KJ；
Q6—設備向環(huán)境散失的熱量 KJ。
4.1.1 Q1（Q4）計算
Q1（Q4）可用下式計算：
Q1（Q4）= KJ （4-2）
式中m—輸入（或輸出）設備的物料質量kg；
Cp—物料的平均比熱容 kJ/(kg·℃)；
T—物料的溫度℃； T0—基準溫度。
因為物料的比熱容是溫度的函數(shù)，上式中物料的比熱容是指進、出口物料的定壓平均比熱容，對于進口物料取基準溫度與物料進口溫度的平均溫度下的比熱容；對于出口物料取基準溫度與物料出口溫度的平均溫度下的比熱容。對于不同物料的比熱容可查《化學工程手冊》（第1冊）或《化學工藝設計手冊》（下），若查不到，應用估算方法求出相應溫度下的比熱容值。
4.1.2 過程熱效應Q3
化學過程的熱效應包括化學反應熱與狀態(tài)變化熱。純物理過程只產(chǎn)生狀態(tài)變化熱；而對于化學反應過程，在產(chǎn)生化學反應的同時，往往還伴有狀態(tài)變化熱。在熱量衡算中，過程熱效應Q3的符號為：放熱為正；吸熱為負。
4.1.3 Q5與Q6的確定
根據(jù)工藝操作經(jīng)驗，一般（Q5＋Q6）=5%～10%（Q4＋Q5＋Q6）；一般情況Q5可省略，Q6可按下式計算：
Q6=∑AαT（tT-t0）τ×10-3 kJ （4-3）
式中 A—設備散熱表面積m2
αT—設備散熱表面與周圍介質之間的聯(lián)合給熱系數(shù) W/(m2·℃)
tT—與周圍介質直接接觸額設備表面溫度 ℃
t0—周圍介質溫度 ℃
τ—過程持續(xù)時間 s
對于室內(nèi)操作的鍋式反應器，αT的數(shù)值可近似取作10 W/(m2·℃)。
4.1.4 Q2的計算
由以上計算過程得到Q1、Q3、Q4、Q5、Q6后，根據(jù)熱量平衡方程式求出設備的熱負荷Q2=Q1+Q5+Q6-Q1-Qs。Q2正值表示需對設備加熱；負值表示需冷卻。也可用公式Q總≈1.1Q估算需要的總熱量。
在熱量衡算中，大部分物料的物性常數(shù)可通過相關的物性常數(shù)手冊查取，如《化學工程手冊》（第1冊），《化工工藝設計手冊》（下），《制藥工程學》、《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊 有機卷》、《化學化工物性數(shù)據(jù)手冊 無機卷》。當遇到手冊中數(shù)據(jù)不全的情況時，就需通過一些公式來估算這些物性常數(shù)。在本設計中涉及的物性計算有比熱容、化學反應熱效應等，以下介紹他們的計算方法。
4.2 熱量衡算基礎數(shù)據(jù)的計算和查取
4.2.1 比熱容的計算
4.2.1.1 液體的比熱容的計算
大多數(shù)液體的比熱容在1.7～2.5kJ/(kg·℃)之間，少數(shù)液體例外。
液體比熱容一般與壓強無關，隨溫度上升而略有增大。
對于絕大多數(shù)有機化合物，其比熱容可依據(jù)《藥廠反應設備及車間工藝設計》P208求得。先根據(jù)化合物的分子結構，將各種基團結構的摩爾熱容數(shù)值加和，求出摩爾熱容，再由化合物的分子量換算成比熱容。常用數(shù)值見表4-1。
表4-1 基團結構摩爾熱容值〈J/(mol.℃)〉
基團
溫度 ℃
-25
0
25
50
75
100
—H
—CH3
—CH2—
—CH—
季碳
炔碳
—O—
—CO—
—OH
—COO—
—COOH
—NH2
C6H5—
—Cl
—S—
12.6
38.5
27.2
20.9
8.4
46.1
28.9
41.9
27.2
56.5
71.2
58.6
108.9
28.9
37.3
13.4
40.0
27.6
23.9
8.4
46.1
29.3
42.7
33.5
57.8
74.1
58.6
113.0
29.3
37.3
14.7
41.7
28.3
24.9
8.4
46.1
29.7
43.5
44.0
59.0
78.7
62.8
117.2
29.7
38.5
15.5
43.5
29.1
25.8
8.4
46.1
30.1
44.4
52.3
61.1
83.7
67.0
123.5
30.1
39.4
16.7
45.9
29.8
26.6
8.4
30.6
45.2
61.8
63.2
90.0
129.8
30.8
18.8
48.4
31.0
28.1
31.0
46.1
71.2
64.9
94.2
136.1
31.4
4.2.1.2 固體的比熱容的計算
固體的比熱容可用科普定律來計算：
C=(kJ/(kg·℃) （4-4）
式中 Ca—元素的原子比熱容kJ/kg·℃，其值見表4-2；
n—固體分子中同種原子的個數(shù)；
M—化合物分子量。
表4-2 元素原子的比熱容
元素
Ca , KJ/(kg·℃)
元素
Ca , KJ/(kg·℃)
碳 C
7.535
氟 F
20.93
氫 H
9.628
硫 S
22.604
氧 O
16.74
磷 P
22.604
硼 B
11.302
其他元素
25.953
硅 Si
15.907
4.2.2 物理變化熱的計算
物理變化熱是指物料的狀態(tài)或濃度發(fā)生變化時所產(chǎn)生的熱效應，常見的有相變熱和濃度變化熱。
4.2.2.1 相變熱
物質從一相轉變至另一相的過程，稱為相變過程，如蒸發(fā)、冷凝、熔融等都是常見的相變過程。相變過程常在恒溫恒壓下進行，所產(chǎn)生的熱效應稱為相變熱。由于相變過程中，體系的溫度不發(fā)生變化，故相變熱常稱為潛熱。
各種純化合物的相變熱可從相關手冊或文獻上查得，但應注意相變熱的單位和符號。一般熱力學數(shù)據(jù)的相變熱以吸熱為正，放熱為負。
4.2.2.2 濃度變化熱
恒溫恒壓下，溶液因濃度發(fā)生改變而產(chǎn)生的熱效應，稱為濃度變化熱。在藥品生產(chǎn)中，以物質在水溶液中的濃度變化熱最為常見。但除了某些酸、堿水溶液的濃度變化熱較大外，大多數(shù)物質在水溶液的濃度變化熱并不大，不會影響整個過程的熱效應，因此，一般不予考慮。
某些物質在水溶液中的濃度變化熱可直接從相關手冊或資料中查得，也可根據(jù)溶解熱或稀釋熱的數(shù)據(jù)來計算。
（1）積分溶解熱
恒溫恒壓下，將1mol溶質溶解于n mol溶劑中，該過程所產(chǎn)生的熱效應稱為積分溶解熱，簡稱溶解熱，ΔHs表示。
如鹽酸溶解熱可由下式計算：
ΔHs=50.158n/(1+n)+22.5 （4-5）
式中ΔHs —鹽酸的積分溶解熱 kJ/(mol HCL)；
n—溶解1molHCL的H2O的摩爾數(shù) mol。
4.2.3 化學反應熱的計算
為計算各種溫度下的反應熱，規(guī)定當反應溫度為298K及標準大氣壓時反應熱的數(shù)值為標準反應熱，習慣上用ΔH°表示，負值表示放熱，正值表示吸熱。這與在熱量衡算中所規(guī)定的符號正好相反，為避免出錯，現(xiàn)用符號 表示標準反應熱，放熱為正，吸熱為負，則=－ΔH°。
標準反應熱的數(shù)據(jù)可以在《化學工程手冊》（第一冊）或《化學工藝設計手冊》（下）中查到；當缺乏數(shù)據(jù)時用標準生成熱或標準燃燒熱求得。
（1）用標準生成熱求，其公式為：
qr0=-∑vqf kJ/mol （4-6）
式中：ν-反應方程中各物質的化學計量數(shù)，反應物為負，生成物為正；
qf—標準生成熱kJ/mol
（2）用標準燃燒熱求，其公式為
=∑vqr kJ/mol （4-7）
式中：ν-反應方程中各物質的化學計量數(shù)，反應物為負，生成物為正；
-標準燃燒熱 kJ/mol。
（3）標準燃燒熱的計算
理查德法計算有機物的燃燒熱，即：
=＋ kJ/mol （4-8）
式中：、—常數(shù)，與化合物結構相關
—化合物完全燃燒時所需的氧原子數(shù)
遵循規(guī)律見《藥廠反應設備及車間工藝設計》P212，化合物中各基團的a、b值查P213~217表6-6、表6-7。
（4）不同溫度下反應熱的計算
反應恒定在t℃溫度下進行，而且反應物及生成物在（25～t）℃范圍內(nèi)均無相變化，則的計算公式為：
=-（t-25）（）kJ/mol （4-9）
式中 —標準反應熱kJ/mol；
—反應方程中各物質的化學計量數(shù)，反應物為負，生成物為正；
Cp—反應物或生成物在（25～t）℃范圍內(nèi)的平均比熱kJ/kg·℃；
t —反應溫度℃。
具體計算過程見附錄8 熱量衡算。
第五章 主要設備選型計算及驗證
5.1 設備選型計算驗證依據(jù)
設備選型的標準要符合GMP要求，設備選型計算時，首先要滿足工藝流程和各項工藝參數(shù)，計算時，要假定設備最大生產(chǎn)能力要大于設計工藝要求。
5.2 精餾塔選型計算
5.2.1 流程確定和說明
5.2.1.1 加料方式
加料方式有兩種：高位槽加料和泵直接加料。前者通過控制液位高度，可以得到穩(wěn)定的流量和流速。并可以節(jié)省一筆動力費用，但建設費用增加；后者受泵的影響、流量和流速不穩(wěn)定，從而影響傳質效率，但結構簡單安裝方便。本次采用高位槽進料。
5.2.1.2 進料狀況
進料狀況一般 有冷液進料、泡點進料。前者當組成一定時，流量一定，對分離有利，節(jié)省加熱費用，但受環(huán)境影響較大。后者不僅對穩(wěn)定塔操作較為方便，且不受季節(jié)溫度影響。本次采用泡點進料。
5.2.1.3 回流方式
回流方式可分為重力回流和強制回流。對于小型塔，回流冷凝器一般安裝在塔頂。其優(yōu)點回流冷凝器無需支撐結構，其缺點是回流控制較難。如果塔較高，回流冷凝器不適合于塔頂安裝，所以可以采用強制回流。本次設計為小型塔，故采用重力回流。
5.2.1.4 加熱方式
加熱方式分為直接蒸汽和間接蒸汽加熱。 直接蒸汽加熱是用蒸汽直接由塔底進入塔內(nèi)。但在一定的回流比條件下塔底蒸汽對回流液有稀釋作用。間接蒸汽加熱優(yōu)點是使釜液部分汽化，維持原來的濃度，以減少理論板數(shù)，缺點是增加加熱裝置。
5.2.2 精餾塔設計計算
5.2.2.1 操作壓力與基礎數(shù)據(jù)
（1）操作壓力
操作壓力分為常壓、加壓和減壓操作。精餾操縱中壓力影響非常大。當壓力增大時，混合液的相對揮發(fā)度將減小，對分離不利；當操作壓減小時，相對揮發(fā)度將增大，對分離有利。當壓力不太低時，對設備的要求較高，設備費用增加。因此在設計時一般采用常壓蒸餾。此設計采用常壓蒸餾。
（2）氣液平衡關系及平衡數(shù)據(jù)
表5-1：氯甲酸甲酯-乙酸乙酯氣液兩相平衡圖
平衡溫度t
40
55
58
60
62
66
70
74
80.1
液相y
14.1
4.05
50.0
15.1
9.8
5.3
3.1
1.6
0
氣相x
50.7
35.18
58.6
51.6
47.2
38.2
28.5
18.2
0
（3）物料平衡計算
① 物料衡算F＇=900=14.3%，x＇D=99%，x＇W =1%，M氯甲酸甲酯=94.5，M乙酸乙酯 =88.11
摩爾分率： xF ==13.65%，
xD ==98.93%，
xW ==0.93%
進料平均相對分子質量：
M平=0.1365×94.5+0.8635×88.11=88.98kg/kmol
② 根據(jù)氣液平衡表利用內(nèi)插法求塔頂溫度tL,tV,塔釜溫度tw,進料溫度tf
a.塔頂溫tL,tV：
解得tL=71.43℃
解得td=71.43℃
b.塔釜溫度tW
解得tw=76.55℃
c.進料溫度tf
解得tf=75.77℃
③相對揮發(fā)度α：
t=74℃時 α1
t=40℃時 α2
α
5.2.2.2 精餾塔工藝計算
已知：進料為泡點進料xq=xF=0.1365，xD=0.9893
………………………………………（5-1）
解得：yq=0.61；Rmin =0.44
可知 R=1.5×Rmin=0.66
精餾段方程 …………………………………………（5-２）
=0.398X+0.596
已知xq=0.1365 yq=0.61 xw=yw=0.0093
得：提餾段方程 y=4.72x-0.035
根據(jù)平衡線與操作線可得精餾塔板數(shù) 24塊，提餾段 8 塊 ，精餾段 16塊。
5.3 反應釜選型驗證
本次設計中，設備的選型多且復雜，我們主要列出依非韋倫反應中反應釜的選型驗證。
5.3.1 設計參數(shù)的確定
5.3.1.1 設計壓力
設計壓力是指設定的容器頂部最高的壓力 ，設計壓力一般取稍高于最大工作壓力，最大工作壓力是指容器在工藝操作過程中局部可能達到的最大表壓力。當液體物料的靜壓力不超過最大工作壓力5%則不計入，否則需計入液體靜壓力。因本次用于反應的反應釜對壓力的要求不高，所以設計壓力為0.3Mpa。
5.3.1.2 設計溫度
設計溫度取在相應設計壓力下筒壁金屬可能達到最高或最低的溫度，根據(jù)兩種產(chǎn)品物料反應所需溫度，估算后取100℃。
5.3.1.3 許用應力
許用應力據(jù)表查得1270kg/cm2，焊縫系數(shù)φ應根據(jù)焊接接頭的形式和焊縫無損探傷檢驗要求，按表22-12選取，因是雙面焊的對接焊縫，不作無損探傷，所以選取焊縫系數(shù)0.7。
壁厚附加量由鋼板負偏差C1，腐蝕裕量C2，加工減薄量C3，計算封頭時C3取0.5mm，三部分構成。C1取0.6mm；因硫辛酸的制備用到強酸、強堿等，所以腐蝕裕量C2取2mm；C3取0mm。
5.3.2 釜體材料的選擇
釜體材料選用316L不繡鋼，因不銹鋼中添加Mo，故耐腐蝕性，耐高溫、抗蠕變性能優(yōu)秀，能在871℃下間斷使用和在927℃等苛刻條件下連續(xù)使用。因反應用到強酸、強堿，故反應釜內(nèi)罐體材料為鋼襯聚四氟乙烯PTFE、ETFE。鋼襯聚四氟乙烯PTFE、ETFE具有耐強酸，如鹽酸、硝酸等；耐強堿；耐高溫；幾乎能耐任何無機有機溶劑、氧化劑等化學品的優(yōu)秀特性。
5.3.3 筒體幾何尺寸計算
筒體基本尺寸首先決定于化學工藝要求，對于帶攪拌器的反應釜來說，設備容積V為主要決定參數(shù)。由于攪拌功率與攪拌器直徑的五次方成正比，而攪拌器直徑往往隨容器直徑的加大而增大，因此反應釜直徑不宜太大。長徑比的確定通常采用經(jīng)驗值，具體如下：
表5-2 幾種反應釜的H筒/D內(nèi)值
種類
釜內(nèi)物料類型
H筒/D內(nèi)
一般反應釜
液-固相或液-液相物料
1-1.3
氣-液相物料
1-2
發(fā)酵釜類
1.7-2.5
5.3.3.1 確定筒體和封頭的直徑
設備容積為2000L，容器不大，所以長徑比取1.2。從工藝知反應狀態(tài)有沸騰，綜合考慮反應釜的裝料系數(shù)η取0.75，設備容積V與操作容積V有如下關系：V操=η×V。根據(jù)容積及選定的H筒/D內(nèi)值可初步估算筒體內(nèi)徑V=D2內(nèi)×H筒,
………………………………………（5-３）
式中：V-設備容積，m3；D內(nèi)-筒體內(nèi)徑，m；H筒-筒體高度，m
代入數(shù)據(jù)，
反應釜的估算直徑D內(nèi)應圓整到公稱直徑Dg