制药工程学课程设计(原料药生产示例)

课程设计任务书一设计题目诺氟沙星甲基化过程工艺设计二工艺条件原料参数一览表原料名称配料比（重体比）原料规格诺氟沙星1Kg药用98.5%乙醇1L80.5%甲酸1.5L85.5%甲醛１L36.9%活性炭0.05Kg针用767型氨水13％－15％(自取)设产品的年产量为393吨，终产品诺氟沙星甲基化物的纯度为95%，诺氟沙星投料富余系数为1.05，反应转化率均为100%，甲基化收率99%，总收率为86%，用活性炭抽滤时，活性炭损失为20%（重量比），假设其它中间体及最终产品均无损失。每年工作日为330天（具体见设计题目分配方案），每天24小时连续运行。三、设计内容1.设计并选择较为合理的工艺路线、完成反应原理；2..进行物料衡算和能量衡算、工艺条件的确定；3.写出较为完整的课程设计说明书（不少于2000字）。四、设计要求1.在规定时间内完成设计内容五、时间4周（11~14周）六、参考书1.《制药工程学》主编：王志祥出版社：北京化学工业出版社2010年第二版2.《化工原理》主编:谭天恩窦梅周明华出版社：化学工业出版社，2010年第三版4.《化工机械基础》主编：刁玉玮，王立业，喻健良出版社：大连理工大学出版社2006年第六版前言甲磺酸培氟沙星为喹诺酮类抗菌药，有广谱抗菌作用，对肠杆菌科细菌如大肠杆菌、克雷白菌属、伤寒、沙门菌属以及流杆感菌、奈瑟菌属等具有强大抗菌活性，对金黄色葡萄球菌和绿脓杆菌亦有一定的抗菌作用。本品对肺炎球菌、各组链球菌和肠球菌仅有轻度作用。本品为杀菌剂，作用机理为抑制细菌DNA螺旋酶。主要适用于肠杆菌科细菌及绿脓杆菌等格兰氏阴性杆菌所致的各种感染，如支气管及肺部感染、肾盂及复杂性尿路感染、前列腺炎、细菌性痢疾或其他肠道感染、伤寒及沙门菌属感染和皮肤软组织感染等，也可用于葡萄球菌感染病例。本次设计内容中所采用的工艺是以诺氟沙星为原料，与甲醛、甲酸甲基化生成培氟沙星，再与甲烷磺酸成盐，的甲磺酸培氟沙星，后精制得到产品。本路线工序较短，对反应条件，反应设备的要求也不高，而且生产成本呢较低，最适合于工业化大规模生产的。总收率达86%。再经过回收，精制等工序，可以制得。这次课程实际是对甲磺酸培氟沙星甲基化工段的车间工艺设计由此工艺可知,甲磺酸培氟沙星的合成工艺还是比较复杂，甲基化工段涉及到反应阶段、加氨中和阶段、离心甩料阶段，各个阶段的物料衡算、能量衡算都要核算，加上设备选型、车间和管道设计等等，因此设计的任务相当庞大。这不仅要求我们要有扎实的专业理论知识，更要有灵敏的理解感悟的实验能力，同时要学会自己掌握时间与节奏来完成设计任务。其成果包括了工艺流程设计、物料衡算、能量衡算、工艺设备选型计算、设计说明书的撰写。在设计中，我们刚开始无从下手，对于任务书上的含量、纯度、水分含量、湿度等概念的理解还不够深刻，但是经过查阅很多文献，静下心来仔细研究、摸索，和同学、老师的不断交流沟通，对于我们的设计目标有了一个清晰明确的认识。本设计为初步设计，我按照设计任务书所要求内容，一步一步完成，但由于经验不足，理论和实践知识不够扎实，在设计中还存在不足之处，诚请老师给予指出和修正。一、产品概述1.1产品名称、化学结构、理化性质1.1.1产品名称：1：中文名甲磺酸培氟沙星2：拉丁名PEFLOXACINMESYLATE3：英文名pelfoxaeinmesylate4：化学名1-乙基-6-氟-1、4-二氢-7-（4-甲基-1-哌嗪）-4-氧-3-喹啉羧甲磺酸盐1.1.2化学结构和分子量：1：分子式C17H20FN3O3·CH3SO3H·2H2O2：结构式NOFCOOHCH2CH3NNH3C·CH3SO3H·2H2O3：分子量465.491.1.3理化性质本品为白色或微黄色晶体，无臭，味苦，在水中极易溶解，在乙醇、氯仿或乙醚中几乎不溶。1.2临床用途本品主要适用于肠杆菌科细菌及绿脓杆菌等格兰氏阴性杆菌所致的各种感染，如支气管及肺部感染、肾盂及复杂性尿路感染、前列腺炎、细菌性痢疾或其他肠道感染、伤寒及沙门菌属感染和皮肤软组织感染等，也可用于葡萄球菌感染病例。1.3固体原料的密度、熔点①诺氟沙星（C16H18FN3O3）密度：1.344g/cm3熔点：221OC（221OC～222OC）②培氟沙星（C17H20FN3O3）密度：1.320g/cm3熔点：273OC（272OC～274OC）③甲磺酸培氟沙星（C18H24FSN3O6）熔点：282OC（282OC～284OC）二、产品工艺简介2.1本设计采用的工艺路线：ONCOOHCH2CH3FNNHNCOOHCH2CH3FNNH3CONCOOHCH2CH3FNNH3COHCHOHCOOHCH3·SO3H·CH3SO3H辅助反应：HCOOH+NH3·H2OHCOONH4+H2O2.1.1甲基化依次向甲基化罐中加入诺氟沙星、甲酸、甲醛，并且加热至100℃，回流2小时；降温至80℃加入活性炭，再升温至98℃，回流半小时；降温至60℃，加入乙醇，搅拌5分钟放料，趁热抽滤。2.1.2中和接甲基化产物，搅拌散热，加氨水（13%~15%）。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，甩料3小时。检验保证收率99%，转化率100%，合格品待用。2.1.3成盐表2.1成盐过程各物料投料比配料比甲基化物甲烷磺酸乙醇（82.5%）活性炭乙醇（95%）质量比14.651/27.81/27.8摩尔比11.05加入合格的甲基化物（含量97.5%，水分7.9%），乙醇（82.5%），然后加入甲烷磺酸（99.3%）。升温至78℃，回流1小时；降温至60℃，加入活性炭；升温至78℃，回流1小时。出料，抽滤，至冷冻罐。降温至-10℃。冷却结晶后，离心分离。加入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91.29%，转化率100%，合格品至精制岗位。2.1.4精制加入乙醇（86.0%），粗品升温至45℃，至溶解；加入活性炭，升温至78℃，回流30分钟，抽滤至冷冻罐。降温至-10℃，离心分离。加入乙醇（95%）洗涤，分离液回收至精母蒸馏岗位，保证收率88.24%。合格后自然风干，除湿至产品。2.1.5工艺路线本次设计为甲磺酸培氟沙星的甲基化过程工艺设计。以药物合成反应以及化学制药工艺学相关内容展开，其详细反应过程及原理如下：ONCOOHCH2CH3FNNHNCOOHCH2CH3FNNH3CONCOOHCH2CH3FNNH3COHCHOHCOOHCH3·SO3H·CH3SO3H辅助反应：HCOOH+NH3·H2OHCOONH4+H2O三、工艺设计依据3.1设计任务依据（1）湖北民族学院制药工程专业课程设计任务书；（2）城市建设用地规划要求；（3）《药品生产质量管理规范实施指南》（2001年版，中国化学制药工业协会，中国医药工业公司）；（4）《工业企业噪声控制设计规范》GBJ87-85；（5）《环境空气质量标准》GB3095-1996；（6）《污水综合排放标准》GB8978-1996；（7）《工业“三废”排放执行标准》GBJ4-73；（8）《建筑工程消防监督审核管理规定》公安部第30号令；（9）《建筑结构设计统一标准》GB50068－2001；（10）《工业企业设计卫生标准》TJ36-79；（11）《化工工厂初步设计内容深度的规定》HG/20688－2000；（12）《化工工艺设计施工图内容和深度统一规定》HG20519-92；（13）《关于出版医药建设项目可行性研究报告和初步设计内容及深度规定的通知》国药综经字[1995]，第397号；（14）《化工装置设备布置设计规定》HG20546-92（15）《中华人民共和国药典》（2010版）的质量标准以及《环境保护法》等。3.2工艺路线的的主要依据本设计以诺氟沙星为原料，与甲醛、甲酸甲基化生成培氟沙星，再与甲烷磺酸成盐，的甲磺酸培氟沙星，后精制得到产品。本路线工序较短，对反应条件，反应设备的要求也不高，而且生产成本呢较低，最适合于工业化大规模生产的。所以本次设计选择原辅料廉价易得，能耗低，对自然生态污染较小，三废易处理，最成熟的合成路线，符合工业化生产的要求。3.3质量标准品名：甲磺酸培氟沙星规格：20Kg/桶25Kg/桶检验依据：WS-375(X-322)-95批准文号：(95)卫药准字X-277号产品质量的各项具体标准如下表表3.1产品的质量标准序号项目名称优等品标准法定标准厂控标准检验依据1性状白色或类白色结晶粉末白色或微黄色结晶粉末白色或微黄色结晶粉末WS-375(X-322)-952鉴别应呈正反应应呈正反应应呈正反应WS-375(X-322)-953酸度Ph3.5-4.53.5-4.53.5-4.5中国药典2010版二部附录VIHP384氯%≥4.0(干)3.5-4.13.5-4.1中国药典2010版二部VDP58（附）5有关物质%≤0.5≤1.0≤1.0中国药典2010版二部附录VDP256干燥失重%≤8.2≤8.5≤8.2中国药典2010版二部附录ⅧLP587炽灼残渣%≤0.1≤0.1≤0.1中国药典2010版二部附录ⅧNP598重金属%≤0.0010≤0.0020≤0.0020中国药典2010版二部附录ⅧH9含量测定%≥99.2≥99.0≥99.0WS-375(X-322)-9510溶液澄清度与颜色黄绿色4号标准，溶液澄清黄绿色4号标准，溶液澄清黄绿色4号标准，溶液澄清中国药典2010版二部附录I×A2×8P3811铁盐%≤0.003≤0.003≤0.003中国药典2010版二部附录ⅧGP543.4包装规格要求及贮藏3.4.1成品的包装规格数量：20Kg/桶25Kg/桶包装：2层塑料装扎口方式：封口包装形式：纸桶封口方法：封签3.4.2贮藏贮藏方法：避光、密封保存贮藏温度：室温3.5原辅料、包装材料质量标准及规格（包括水质）表3.2原辅料质量标准及规格四、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，再有原料转变成最终产品的过程中，要经过哪些过程及设备，在图中一般以椭圆框表示化工过程及设备，用线条表示物名称性状检测项目质量标准诺氟沙星类白色或淡黄色结晶粉末氟（干品）≥5.4%干燥失重≤5.0%有关物质≤1.0%含量测定（干品）≥95.0%熔点218-224℃甲酸无色透明无悬浮液体色度（Pt-Co）≤20号含量85.5%氯化物≤0.020%硫酸盐≤0.05%铁（以Fe计）≤0.001%甲烷磺酸无色或浅黄色粘稠透明液体含量（%）≥99.0Fe（ppm）≤10Cl（ppm）≤50024SO（ppm）≤250色度≤100号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，只有经过车间的物料衡算，才能得出进入与离开每一过程或设备的各种物料数量、组成，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、金星化工管道设计等各种计算项目的依据。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、总收率及各部分收率等。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。有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，日产量确定后，再根据总收率可以折算出起始原料的日投料量，以此基础就完成车间的物料衡算。年产量（kg）工作日（天）日产精品甲氟（纯）（kg）日产理论精品甲氟（kg）3930003301214