諾氟沙星甲基化過(guò)程工藝設(shè)計(jì)--制藥工程學(xué)課程設(shè)計(jì)(原料藥生產(chǎn)示例)

1、課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一 設(shè)計(jì)題目諾氟沙星甲基化過(guò)程工藝設(shè)計(jì)二 工藝條件 原料參數(shù)一覽表原料名稱配料比（重體比）原料規(guī)格諾氟沙星1Kg藥用98.5%乙 醇1L80.5%甲 酸85.5%甲 醛L36.9%活 性 炭針用767型氨 水1315(自取)設(shè)產(chǎn)品的年產(chǎn)量為393噸，終產(chǎn)品諾氟沙星甲基化物的純度為95%，諾氟沙星投料富余系數(shù)為1.05，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率均為100%，甲基化收率99%，總收率為86%，用活性炭抽濾時(shí)，活性炭損失為20%（重量比），假設(shè)其它中間體及最終產(chǎn)品均無(wú)損失。每年工作日為330天（具體見(jiàn)設(shè)計(jì)題目分配方案），每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.設(shè)計(jì)并選擇較為合理的工藝路線、完成反應(yīng)原

2、理；2.進(jìn)行物料衡算和能量衡算、工藝條件的確定；3.寫(xiě)出較為完整的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（不少于2000字）。四、設(shè)計(jì)要求五、時(shí)間4周（1114周）六、參考書(shū)1. 制藥工程學(xué) 主編：王志祥 出版社：北京化學(xué)工業(yè)出版社 2010年第二版2. 化工原理 主編:譚天恩 竇梅 周明華 出版社：化學(xué)工業(yè)出版社，2010年第三版4. 化工機(jī)械基礎(chǔ) 主編：刁玉瑋，王立業(yè)，喻健良 出版社：大連理工大學(xué)出版社 2006年第六版前言甲磺酸培氟沙星為喹諾酮類抗菌藥，有廣譜抗菌作用，對(duì)腸桿菌科細(xì)菌如大腸桿菌、克雷白菌屬、傷寒、沙門(mén)菌屬以及流桿感菌、奈瑟菌屬等具有強(qiáng)大抗菌活性，對(duì)金黃色葡萄球菌和綠膿桿菌亦有一定的抗菌

3、作用。本品對(duì)肺炎球菌、各組鏈球菌和腸球菌僅有輕度作用。本品為殺菌劑，作用機(jī)理為抑制細(xì)菌DNA螺旋酶。主要適用于腸桿菌科細(xì)菌及綠膿桿菌等格蘭氏陰性桿菌所致的各種感染，如支氣管及肺部感染、腎盂及復(fù)雜性尿路感染、前列腺炎、細(xì)菌性痢疾或其他腸道感染、傷寒及沙門(mén)菌屬感染和皮膚軟組織感染等，也可用于葡萄球菌感染病例。 本次設(shè)計(jì)內(nèi)容中所采用的工藝是以諾氟沙星為原料，與甲醛、甲酸甲基化生成培氟沙星，再與甲烷磺酸成鹽，的甲磺酸培氟沙星，后精制得到產(chǎn)品。本路線工序較短，對(duì)反應(yīng)條件，反應(yīng)設(shè)備的要求也不高，而且生產(chǎn)成本呢較低，最適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的?？偸章蔬_(dá)86%。再經(jīng)過(guò)回收，精制等工序，可以制得。 這次課程實(shí)際

4、是對(duì)甲磺酸培氟沙星甲基化工段的車(chē)間工藝設(shè)計(jì) 由此工藝可知,甲磺酸培氟沙星的合成工藝還是比較復(fù)雜，甲基化工段涉及到反應(yīng)階段、加氨中和階段、離心甩料階段，各個(gè)階段的物料衡算、能量衡算都要核算，加上設(shè)備選型、車(chē)間和管道設(shè)計(jì)等等，因此設(shè)計(jì)的任務(wù)相當(dāng)龐大。這不僅要求我們要有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)，更要有靈敏的理解感悟的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑫r(shí)要學(xué)會(huì)自己掌握時(shí)間與節(jié)奏來(lái)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。其成果包括了工藝流程設(shè)計(jì)、物料衡算、能量衡算、工藝設(shè)備選型計(jì)算、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)。在設(shè)計(jì)中，我們剛開(kāi)始無(wú)從下手，對(duì)于任務(wù)書(shū)上的含量、純度、水分含量、濕度等概念的理解還不夠深刻，但是經(jīng)過(guò)查閱很多文獻(xiàn)，靜下心來(lái)仔細(xì)研究、摸索，和同學(xué)、老師的不斷

5、交流溝通，對(duì)于我們的設(shè)計(jì)目標(biāo)有了一個(gè)清晰明確的認(rèn)識(shí)。本設(shè)計(jì)為初步設(shè)計(jì)，我按照設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所要求內(nèi)容，一步一步完成，但由于經(jīng)驗(yàn)不足，理論和實(shí)踐知識(shí)不夠扎實(shí)，在設(shè)計(jì)中還存在不足之處，誠(chéng)請(qǐng)老師給予指出和修正。一、 產(chǎn)品概述1.1產(chǎn)品名稱、化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)：1：中文名 甲磺酸培氟沙星2：拉丁名 PEFLOXACIN MESYLATE3：英文名 pelfoxaein mesylate4：化學(xué)名 1-乙基-6-氟-1、4-二氫-7-（4-甲基-1-哌嗪）-4-氧-3-喹啉羧甲磺酸鹽1.1.2化學(xué)結(jié)構(gòu)和分子量：1：分子式 2：結(jié)構(gòu)式 本品為白色或微黃色晶體，無(wú)臭，味苦，在水中極易溶解，在乙醇、氯仿或乙醚中幾

6、乎不溶。本品主要適用于腸桿菌科細(xì)菌及綠膿桿菌等格蘭氏陰性桿菌所致的各種感染，如支氣管及肺部感染、腎盂及復(fù)雜性尿路感染、前列腺炎、細(xì)菌性痢疾或其他腸道感染、傷寒及沙門(mén)菌屬感染和皮膚軟組織感染等，也可用于葡萄球菌感染病例。1.3固體原料的密度、熔點(diǎn)諾氟沙星（C16H18FN3O3）3 熔點(diǎn)：221 OC （221 OC222 OC）培氟沙星（C17H20FN3O3）3 熔點(diǎn)：273 OC （272 OC274 OC）甲磺酸培氟沙星（C18H24FSN3O6）熔點(diǎn)：282 OC （282 OC284 OC）2、 產(chǎn)品工藝簡(jiǎn)介：輔助反應(yīng)： 依次向甲基化罐中加入諾氟沙星、甲酸、甲醛，并且加熱至100，回

7、流2小時(shí)；降溫至80加入活性炭，再升溫至98，回流半小時(shí)；降溫至60，加入乙醇，攪拌5分鐘放料，趁熱抽濾。接甲基化產(chǎn)物，攪拌散熱，加氨水（13%15%）。保持反應(yīng)溫度不超過(guò)457.5時(shí)，停止加氨水。靜止1小時(shí)，放料，用去離子水洗，甩料3小時(shí)。檢驗(yàn)保證收率99%，轉(zhuǎn)化率100%，合格品待用。表2.1 成鹽過(guò)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%）質(zhì)量比1摩爾比1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%）。升溫至78，回流1小時(shí)；降溫至60，加入活性炭；升溫至78，回流1小時(shí)。出料，抽濾，至冷凍罐。降溫至

8、-10。冷卻結(jié)晶后，離心分離。加入95%的乙醇洗滌，分離液回收至粗母蒸餾崗位。成品檢驗(yàn)，保證收率91.29%，轉(zhuǎn)化率100%，合格品至精制崗位。加入乙醇（86.0%），粗品升溫至45，至溶解；加入活性炭，升溫至78，回流30分鐘，抽濾至冷凍罐。降溫至-10，離心分離。加入乙醇（95%）洗滌，分離液回收至精母蒸餾崗位，保證收率88.24%。合格后自然風(fēng)干，除濕至產(chǎn)品。2.1.5 工藝路線本次設(shè)計(jì)為甲磺酸培氟沙星的甲基化過(guò)程工藝設(shè)計(jì)。以藥物合成反應(yīng)以及化學(xué)制藥工藝學(xué)相關(guān)內(nèi)容展開(kāi)，其詳細(xì)反應(yīng)過(guò)程及原理如下：輔助反應(yīng)： 3、 工藝設(shè)計(jì)依據(jù)（1）湖北民族學(xué)院制藥工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)；（2）城市建設(shè)用地

9、規(guī)劃要求；（3）藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范實(shí)施指南（2001 年版，中國(guó)化學(xué)制藥工業(yè)協(xié)會(huì)，中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)公司）；（4）工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ87-85；（5）環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3095-1996；（6）污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)GB8978-1996；（7）工業(yè)“三廢”排放執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GBJ4-73；（8）建筑工程消防監(jiān)督審核管理規(guī)定公安部第30號(hào)令；（9）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB500682001；（10）工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)TJ36-79；（11）化工工廠初步設(shè)計(jì)內(nèi)容深度的規(guī)定HG/206882000；（12）化工工藝設(shè)計(jì)施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定HG 20519-92；（13）關(guān)于出版醫(yī)藥建設(shè)項(xiàng)目可行

10、性研究報(bào)告和初步設(shè)計(jì)內(nèi)容及深度規(guī)定的通知國(guó)藥綜經(jīng)字1995，第 397 號(hào)；（14）化工裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)規(guī)定HG 20546-92（15）中華人民共和國(guó)藥典（2010版）的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及環(huán)境保護(hù)法等。本設(shè)計(jì)以諾氟沙星為原料，與甲醛、甲酸甲基化生成培氟沙星，再與甲烷磺酸成鹽，的甲磺酸培氟沙星，后精制得到產(chǎn)品。本路線工序較短，對(duì)反應(yīng)條件，反應(yīng)設(shè)備的要求也不高，而且生產(chǎn)成本呢較低，最適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的。所以本次設(shè)計(jì)選擇原輔料廉價(jià)易得，能耗低，對(duì)自然生態(tài)污染較小，三廢易處理，最成熟的合成路線，符合工業(yè)化生產(chǎn)的要求。品名：甲磺酸培氟沙星 規(guī)格：20Kg/桶 25Kg/桶 檢驗(yàn)依據(jù)：WS-375(X-

11、322)-95 批準(zhǔn)文號(hào)：(95)衛(wèi)藥準(zhǔn)字X-277號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量的各項(xiàng)具體標(biāo)準(zhǔn)如下表表3.1 產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)序號(hào)項(xiàng)目名稱優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)法定標(biāo)準(zhǔn)廠控標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)依據(jù)1性狀白色或類白色結(jié)晶粉末白色或微黃色結(jié)晶粉末白色或微黃色結(jié)晶粉末WS-375(X-322)-952鑒別應(yīng)呈正反應(yīng)應(yīng)呈正反應(yīng)應(yīng)呈正反應(yīng)WS-375(X-322)-953酸度Ph中國(guó)藥典2010版二部附錄VIH P384氯%4.0(干)中國(guó)藥典2010版二部VD P58 （附）5有關(guān)物質(zhì)%中國(guó)藥典2010版二部附錄VD P256干燥失重%中國(guó)藥典2010版二部附錄L P587熾灼殘?jiān)?中國(guó)藥典2010版二部附錄N P598重金屬%中國(guó)藥典2010

12、版二部附錄H9含量測(cè)定%WS-375(X-322)-9510溶液澄清度與顏色黃綠色4號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，溶液澄清黃綠色4號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，溶液澄清黃綠色4號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，溶液澄清中國(guó)藥典2010版二部附錄I×A2×8 P3811鐵鹽%中國(guó)藥典2010版二部附錄G P543.4 包裝規(guī)格要求及貯藏3.4.1 成品的包裝規(guī)格數(shù)量：20Kg/桶 25Kg/桶包裝：2層塑料裝扎口方式：封口 包裝形式：紙桶 封口方法：封簽貯藏方法：避光、密封保存貯藏溫度：室溫3.5 原輔料、包裝材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)格（包括水質(zhì)）表3.2 原輔料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)格名稱性狀檢測(cè)項(xiàng)目質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 諾氟沙星 類白色或淡黃色結(jié)晶粉末氟（干品） 5.4

13、%干燥失重5.0%有關(guān)物質(zhì)1.0%含量測(cè)定（干品）95.0%熔點(diǎn)218-224甲酸無(wú)色透明無(wú)懸浮液體色度（Pt-Co）20號(hào)含量85.5%氯化物0.020%硫酸鹽0.05%鐵（以Fe計(jì)）0.001%甲烷磺酸無(wú)色或淺黃色粘稠透明液體含量（%）Fe（ppm）10Cl（ppm）500（ppm）250色度100號(hào)4、 物料衡算4.1 計(jì)算方法與原則4.1.1 物料衡算的目的生產(chǎn)工藝流程框圖只是定性地表示，再有原料轉(zhuǎn)變成最終產(chǎn)品的過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)哪些過(guò)程及設(shè)備，在圖中一般以橢圓框表示化工過(guò)程及設(shè)備，用線條表示物料管線及公用系統(tǒng)管線，用方框表示物料。這種框圖只有定性的概念，沒(méi)有定量的概念，只有經(jīng)過(guò)車(chē)間的物料

14、衡算，才能得出進(jìn)入與離開(kāi)每一過(guò)程或設(shè)備的各種物料數(shù)量、組成，以及各組分的比例，這就是進(jìn)行物料衡算的目的。車(chē)間物料衡算的結(jié)果是車(chē)間能量衡算、設(shè)備選型、確定原材料消耗定額、金星化工管道設(shè)計(jì)等各種計(jì)算項(xiàng)目的依據(jù)。對(duì)于已經(jīng)投產(chǎn)的生產(chǎn)車(chē)間，通過(guò)物料衡算可以尋找出生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)，為改進(jìn)生產(chǎn)、完善管理提供可靠的依據(jù)，并可以作為檢查原料利用率及三廢處理完善程度的一種手段。4.1.2 物料衡算的依據(jù)在進(jìn)行車(chē)間物料衡算前，首先要確定生產(chǎn)工藝流程示意框圖，此圖限定了車(chē)間物料衡算的范圍，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)計(jì)算既不遺漏，也不重復(fù)。其次要收集必需的數(shù)據(jù)、資料，如各種物料的名稱、組成及含量：各種物料之間的配比，主、副反應(yīng)方程式、

15、主要原料的轉(zhuǎn)化率、總收率及各部分收率等。4.1.3 物料衡算基準(zhǔn) 本設(shè)計(jì)中的化工過(guò)程均屬間歇操作過(guò)程，其計(jì)算基準(zhǔn)是將車(chē)間所處理的各種物料量折算成以天數(shù)計(jì)的平均值，從起始原料的投入到最終成品的產(chǎn)出，按天數(shù)平均值計(jì)將恒定不變。有設(shè)計(jì)任務(wù)規(guī)定的產(chǎn)品年產(chǎn)量及年工作日，計(jì)算出產(chǎn)品的平均日產(chǎn)量，日產(chǎn)量確定后，再根據(jù)總收率可以折算出起始原料的日投料量，以此基礎(chǔ)就完成車(chē)間的物料衡算。 年產(chǎn)量（kg）工作日（天）日產(chǎn)精品甲氟（純）（kg）日產(chǎn)理論精品甲氟（kg）3930003304.1.4 甲磺酸培氟沙星全合成工藝收率與所用原料物性工藝參數(shù)工段收率（%）甲基物回收率（%）原材料名稱規(guī)格分子量投料比含量（%）含水

16、（%）密度（kg/L）甲基化990諾氟沙星藥用1甲酸工業(yè)甲醛工業(yè)乙醇工業(yè)活性炭工業(yè)氨水工業(yè)純化水自制成鹽9220甲基物自制18.0甲烷磺酸工業(yè)乙醇工業(yè)活性炭工業(yè)純化水自制精制 8920甲氟粗品自制1乙醇工業(yè)活性炭工業(yè)精品甲氟自制單程收率：81.06% 總收率：86.70%4.1.5 假設(shè)或經(jīng)驗(yàn)工藝參數(shù) （1）甲基化離心崗位中，20.00kg水能夠洗1。00kg甲基物； （2）甲基化中和崗位中，77.94kg 12%氨水能夠中和60.00kg諾氟沙星； （3）成鹽離心崗位中，0.94kg 95%乙醇洗10.00kg甲氟粗品； （4）精制離心崗位中，25.00kg 95%乙醇洗70.00kg甲氟精

17、品； （5）甲基物回收崗位中，11.67kg 12%氨水中和10.00kg甲基物； （6）甲基物回收崗位中，25.00kg水能夠洗100.00物料； （7）甲基化中和崗位中，40%甲酸在同水共沸蒸出且被收回，回收濃度為85%； （8）甲基化回流崗位中，100%甲醛在回流過(guò)程中損失，其中0%可被回收利用； （9）甲基化中和崗位中，80%乙醇可被回收，回收濃度為95%； （10）乙醇蒸餾崗位中，80%乙醇可被回收，回收濃度為95%； （11）濾渣為活性炭投料量的25%； （12）離心機(jī)可將物料離心至含水20%，而后物料可在空氣中干燥至含水5%。進(jìn)料：日產(chǎn)理論精品甲氟=諾氟沙星投料量（純）=日產(chǎn)理論

18、精品甲氟 =諾氟沙星投料量=雜質(zhì)量=諾氟沙星投料量甲酸投料量=諾氟沙星投料量1.甲酸投料量（純）=甲酸投料量甲酸中含水量=甲酸投料量甲醛投料量=諾氟沙星投料量甲醛投料量（純）=甲醛投料量甲醛中含水量=甲醛投料量乙醇投料量=諾氟沙星投料量乙醇投料量（純）=乙醇投料量乙醇中含水量=乙醇投料量活性炭投料量=諾氟沙星投料量總投料量=諾氟沙星投料量+甲酸投料量+甲醛投料量+乙醇投料量+活性炭投料量出料：甲基物（純）=諾氟沙星投料量（純）收率 =甲醛反應(yīng)量=諾氟沙星投料量（純）甲醛回流過(guò)程中損失量=甲醛投料量（純）甲醛反應(yīng)量 甲酸生成量=諾氟沙星投料量（純）水的出釜量=甲酸中含水量+甲醛中含水量+乙醇中含

19、水量 雜質(zhì)=總投料量甲基物（純）甲酸出釜量甲醛回流過(guò)程中損量乙醇投料量（純）活性炭投料量水的出釜量 總出料量=甲基物（純）+甲醛回流過(guò)程中損失量+甲酸出釜量+水的出釜量+乙醇投料量（純）+活性炭投料量+雜質(zhì) =992.79+207.86+1672.20+1094.63+678.62+49.01+29.66=進(jìn)料物質(zhì)投料量(kg)純量(kg)水或雜質(zhì)的質(zhì)量(kg)總進(jìn)料量(kg)諾氟沙星甲酸甲醛乙醇活性炭出料物質(zhì)反應(yīng)量或生產(chǎn)量(kg)出釜量(kg)總出料量(kg)甲基物甲醛甲酸乙醇活性炭水雜質(zhì)總進(jìn)料量=反應(yīng)釜總出料量濾渣=活性炭投料量出料量=總進(jìn)料量進(jìn)料量(kg)濾渣(kg)出料量(kg)蒸餾釜

20、蒸出乙醇量=進(jìn)料中乙醇量80%=542.90kg蒸餾釜剩余乙醇量=進(jìn)料中乙醇量蒸餾釜蒸出乙醇量蒸餾釜蒸出甲酸量=進(jìn)料中甲酸量蒸餾釜剩余甲酸量=進(jìn)料中甲酸量蒸餾釜蒸出甲酸量蒸餾釜蒸出水量=蒸出乙醇量蒸出甲酸量 =蒸餾釜蒸出物總量=蒸餾釜蒸出乙醇量+蒸餾釜蒸出甲酸量+蒸餾釜蒸出水量蒸餾釜總出料量=蒸餾釜進(jìn)物料量蒸餾釜蒸出總物質(zhì)量 =445進(jìn)料物質(zhì)進(jìn)料組成(kg)蒸出量(kg)出料組成(kg)進(jìn)料總量(kg)出料總量(kg)組成物質(zhì)總量(kg)甲基物甲酸乙醇水進(jìn)料：乙醇投料量=乙醇含水量=乙醇投料量氨水投料量（純）=甲酸出釜量氨水投料量=氨水含水量=氨水投料量進(jìn)料中總含水量=濾液中含水量+乙醇含水量

21、+氨水含水量出料：甲基銨出釜量=甲酸出釜量水雜質(zhì)=總進(jìn)料量甲酸銨甲基物乙醇投料量（純）進(jìn)料物質(zhì)進(jìn)料量(kg)純量(kg)總進(jìn)料量(kg)濾液氨水乙醇出料物質(zhì)出料量(kg)純量(kg)總出料量(kg)甲酸銨甲基物乙醇水雜質(zhì)純化水用量=結(jié)晶罐甲基物出料量甲基物出料量（濕）=廢母液=進(jìn)料量進(jìn)料物質(zhì)甲酸銨甲基物（折干折純）乙醇水雜質(zhì)純化水進(jìn)料量(kg)678.62總質(zhì)量(kg)出料物質(zhì)甲基物（濕）廢母液質(zhì)量(kg)總質(zhì)量(kg)蒸餾出的乙醇的量（純）=廢母液中乙醇總量（純）80蒸餾出的乙醇的量=廢液量=總進(jìn)料量進(jìn)料量(kg)廢母液出料量(kg)乙醇廢液進(jìn)料：水雜質(zhì)量=甲基物（濕）甲烷磺酸投料量=甲基物

22、（折干折純）甲烷磺酸投料量（純）=甲烷磺酸投料量甲烷磺酸中水含量=甲烷磺酸投料量甲烷磺酸投料量（純）乙醇投料量=甲基物（折干折純）乙醇投料量（純）=乙醇投料量乙醇中含水量=乙醇投料量活性炭投料量=甲基物（折干折純）總投料量=甲基物投料量+甲烷磺酸投料量+乙醇投料量+活性炭投料量進(jìn)料含水的總量=甲基物中含水量+乙醇含水量+甲烷磺酸中含水量出料：甲氟粗品（折干折純）=甲基物（折干折純）收率甲烷磺酸反應(yīng)量=甲基物（折干折純）甲烷磺酸出釜量=甲烷磺酸投料量（純）甲烷磺酸反應(yīng)量 水出釜量=甲基物含水量+乙醇含水量+甲烷磺酸含水量雜質(zhì)=總進(jìn)料量甲氟粗品甲烷磺酸出釜量乙醇純量活性炭投料量水出釜量總出料量=甲

23、氟粗品+甲烷磺酸出釜量+乙醇純量+活性炭投料量+水出釜量+雜質(zhì) =1275.39+12.56+4259.07+39.71+119進(jìn)料物質(zhì)投料比(kg)純量(kg)水或雜質(zhì)質(zhì)量(kg)總進(jìn)料量(kg)甲基物甲烷磺酸乙醇活性炭出料物質(zhì)反應(yīng)量或生成量(kg)出釜量(kg)總出料量(kg)甲氟粗品甲烷磺酸乙醇活性炭水雜質(zhì)濾渣量=活性炭投料量濾液量=總進(jìn)料量kg進(jìn)料量(kg)濾渣(kg)濾液(kg)進(jìn)料：95%冰乙醇洗液=甲氟粗品量（折干折純）95%冰乙醇洗液純量=95%冰乙醇洗液95%冰乙醇洗液含水量=95%冰乙醇洗液95%冰乙醇洗液純量甲氟粗品（折干）=水雜質(zhì)=濾液甲烷磺酸出釜量甲氟粗品（折干）乙醇

24、投料量出料：甲氟粗品（濕）=粗母液=總投料量1626.77=5進(jìn)料物質(zhì)甲烷磺酸甲氟粗品（折干）乙醇（純）水雜質(zhì)95%冰乙醇進(jìn)料量(kg)總進(jìn)料量(kg)出料物質(zhì)甲氟粗品（濕）粗母液質(zhì)量(kg)總出料量(kg)進(jìn)料中水總含量=95%冰乙醇的含水量+水雜質(zhì)甲氟粗品(濕)甲氟粗品（折干折純）進(jìn)料中乙醇總量（純）=乙醇投料量（純）+95%冰乙醇洗液（純）蒸餾出的乙醇的量（純）=粗母液中乙醇總量（純）80%=349蒸餾出的乙醇的量=高沸物=總進(jìn)料量進(jìn)料量(kg)粗母液出料量(kg)乙醇高沸物進(jìn)料：甲氟粗品（濕）投料量=成鹽崗位產(chǎn)量=雜質(zhì)量=甲氟粗品（濕）投料量乙醇投料量=甲氟粗品（濕）投料量乙醇投料量（

25、純）=乙醇投料量乙醇中含水量=乙醇投料量活性炭投料量=甲氟粗品（濕）投料量總投料量=甲氟粗品（濕）投料量+乙醇投料量+活性炭投料量出料：甲氟精品（折干折純）=甲氟粗品（折干折純）89雜質(zhì)量=總投料量甲氟精品（折干折純）乙醇投料量（純）活性炭投料量水出釜量進(jìn)料物質(zhì)投料量(kg)純量(kg)水或雜質(zhì)的質(zhì)量(kg)總進(jìn)料量(kg)甲氟粗品乙醇活性炭出料物質(zhì)甲氟精品乙醇活性炭水雜質(zhì)出釜量(kg)總出料量濾渣=活性炭投料量濾液=總進(jìn)料量154.11=77進(jìn)料量(kg)濾渣(kg)濾液(kg)進(jìn)料:95%冰乙醇洗液=精品甲氟量95%冰乙醇洗液（純）=95%冰乙醇洗液95%冰乙醇含水量=95%冰乙醇洗液95

26、%冰乙醇洗液（純）甲氟精品（折干）=水雜質(zhì)=濾液甲氟精品（折干）乙醇投料量（純）出料：甲氟精品（濕）=精母液=總投料量進(jìn)料物質(zhì)乙醇甲氟精品(折干)水雜質(zhì)95%冰乙醇洗液進(jìn)料量(kg)總進(jìn)料量(kg)出料物質(zhì)甲氟精品（濕）精母液質(zhì)量(kg)總出料量(kg)8114.56精母液中乙醇總量（純）=乙醇投料量（純）+95%冰乙醇洗液（純）蒸餾出的乙醇的量（純）=精母液中乙醇總量（純）蒸餾出的乙醇的量=高沸物=總進(jìn)料量進(jìn)料量(kg)精母液出料量(kg)乙醇高沸物進(jìn)料：高沸物進(jìn)料量=粗母液中高沸物進(jìn)料量+精母液中高沸物進(jìn)料量粗母液中甲基物含量=成鹽工段甲基物投料量(折干折純)(1收率)（1精母液中甲基物含

27、量=甲氟粗品投料量（純）（1精品收率）（189%）高沸物中甲基含量=粗母液甲基物含量+精母液甲基物含量中和需氨水量=高沸物中甲基物含量出料：回收甲基物量=甲基物投料量水雜質(zhì)量=總進(jìn)料量進(jìn)料物質(zhì)氨水高沸物質(zhì)量(kg)總進(jìn)料量(kg)出料物質(zhì)回收甲基物水雜質(zhì)質(zhì)量(kg)總出料量(kg)進(jìn)料：純化水=中和回收釜總出料量0kg出料：回收甲基物量（濕）=廢液量=總進(jìn)料量進(jìn)料物質(zhì)料液純化水進(jìn)料量(kg)總進(jìn)料量(kg)出料物質(zhì)回收甲基物廢液出料量(kg)總出料量(kg)5、 能量衡算5.1 計(jì)算方法與原則 能量衡算的主要目的是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷。根據(jù)設(shè)備熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求在選擇傳熱

28、面的形式、計(jì)算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。傳熱所需的加熱劑或冷卻劑的用量也是以熱負(fù)荷的大小為依據(jù)而進(jìn)行計(jì)算的。 能量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律。 能量衡算是以車(chē)間物料衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)而進(jìn)行的，所以，車(chē)間物料衡算表是進(jìn)行車(chē)間能量衡算的首要條件。其次還必須收集有關(guān)物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，例如比熱容、相變量、反應(yīng)熱等。本設(shè)計(jì)還涉及到的所有物料的熱力學(xué)數(shù)據(jù)繪成一張表格，以便于計(jì)算。 能量衡算的基本方程為：有環(huán)境輸入到系統(tǒng)的能量=由系統(tǒng)輸出到環(huán)境的能量+系統(tǒng)內(nèi)積累的能量 式中 M化合物分子量； N分子中同種元素原子數(shù)； 元素的原子比熱容 查藥廠反應(yīng)設(shè)備及車(chē)間工藝設(shè)計(jì)P209，表6-5得元素 碳 C氫

29、H氧 O氟 F硫 S其他元素 活性炭（C） 碳原子數(shù)=1 C= 諾氟沙星（）碳原子數(shù)=16 氫原子數(shù)=18 氧原子數(shù)=3 氮原子數(shù)=3 氟原子數(shù)=1 C=1.3868 培氟沙星（） 碳原子數(shù)=17 氫原子數(shù)=20 氧原子數(shù)=3 氮原子數(shù)=3 氟原子數(shù)=1 C=1.4089 甲烷磺酸鹽（） 碳原子數(shù)=18 氫原子數(shù)=24 氧原子數(shù)=6 氮原子數(shù)=3 氟原子數(shù)=1 硫原子數(shù)=1 C= 甲酸銨（碳原子數(shù)=1 氫原子數(shù)=5 氧原子數(shù)=2 氮原子數(shù)=1 C= 99%的甲烷磺酸銨溶液（） 碳原子數(shù)=1 氫原子數(shù)=4 氧原子數(shù)=3 硫原子數(shù)=1 C= C=1.2345 5.1.5各物質(zhì)燃燒熱的估算（用燃燒需

30、氧原子mol數(shù)法） 各物質(zhì)燃燒熱的估算（由燃燒需氧原子mol數(shù)法算得） （kJ/mol） 查化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)P2-884 名 稱 狀 態(tài)基本數(shù)值液 烷烴支鏈液 氮萘液-2 酮液 酸液 氟液 環(huán)己烷液 仲胺液叔胺1液20 磺胺固-59 成鹽和水化合物 酯液 鹽諾氟沙星（），包含結(jié)構(gòu)：基本數(shù)值1液、支鏈1液、氮萘1液、酮1液、酸1液、氟1液、環(huán)己烷1液、仲胺1液、叔胺1液 甲基物（），包含結(jié)構(gòu)：基本數(shù)值1液、支鏈1液、氮萘1液、酮1液、酸1液、氟1液、環(huán)己烷1液、叔胺2液 甲氟（），包含結(jié)構(gòu)：基本數(shù)值1液、支鏈1液、氮萘1液、酮1液、酸1液、氟1液、環(huán)己烷1液、叔胺2液、磺酸1固、成鹽和水化合物。

31、 -30.8 2579.83 =10801.23 甲酸銨（）包含結(jié)構(gòu)：基本數(shù)值1液、酯1液、鹽 5.7 需氧X=2.5 134.85 =564.59 甲烷磺酸（），包含結(jié)構(gòu)：基本數(shù)值1液、磺酸1固 -53.3 需氧X=3 102.94 = 430.99 某些物質(zhì)熔解熱的估算：對(duì)于溶質(zhì)在溶解過(guò)程中不發(fā)生解離作用，溶劑和溶質(zhì)之間無(wú)化學(xué)作用及絡(luò)合物的形成，則固態(tài)溶質(zhì)可以取其熔融熱的數(shù)值為其熔解熱。 對(duì)于有機(jī)化合物 =（37.746） 熔融熱 熔點(diǎn) K崗位物質(zhì)名稱比熱摩爾熱容標(biāo)準(zhǔn)燃燒汽化熱溶解熱熔點(diǎn) 甲基化諾氟沙星224甲酸甲醛乙醇活性炭水氨甲酸銨成鹽甲基物273甲烷磺酸乙醇活性炭水精制甲氟粗品283

32、乙醇活性炭水5.1.8 假設(shè)或經(jīng)驗(yàn)工藝參數(shù) 在甲基化崗位中假設(shè)甲酸每秒鐘的回流量為其總質(zhì)量的0.05%； 在甲基化結(jié)晶崗位中假設(shè)氨發(fā)揮量站起投入總量的1%； 在成鹽反應(yīng)崗位中假設(shè)乙醇每秒鐘的回流量為其總質(zhì)量的0.05%； 在精制反應(yīng)崗位中假設(shè)乙醇每秒鐘的回流量為其總質(zhì)量的0.05%； 在甲基化回流崗位中假設(shè)甲醛揮發(fā)量站起投入總量的100%。5.2 甲基化工段能量衡算5.2.1甲基化反應(yīng)釜能量衡算公式：諾氟沙星升溫需的吸收的熱量= kJ甲酸升溫需吸收的熱量= kJ甲醛升溫吸收的熱量= kJ乙醇升溫需吸收的熱量= kJ活性炭升溫需吸收的熱量= kJ水升溫需吸收的熱量= kJ諾氟沙星溶解需吸收的熱量

33、= =16482.6611 kJ升溫總的吸收熱量= kJ 反應(yīng)總的吸收熱量= kJ假設(shè)僅有甲酸會(huì)留，其回流量為每秒鐘=0.77 mol/s回流總的吸收熱量=每秒鐘回流量×3600××汽化熱×3600××502.42=2785416.48 kJ升溫+回流總的吸收熱量=2561732.908 kJ物質(zhì)名稱進(jìn)料溫度/回流溫度/吸收熱/kJ溶解熱/kJ升溫總的吸收熱/kJ諾氟沙星25100甲酸甲醛乙醇活性炭水每年393噸甲磺酸培氟沙星原料車(chē)間設(shè)計(jì)正文：5.2.2蒸餾的能量衡算公式（假設(shè)結(jié)晶之前無(wú)晶體析出）甲基物開(kāi)升溫需吸收的熱量= kJ甲酸升

34、溫需吸收的熱量= kJ乙醇升溫需要吸收的熱量= kJ水升溫需吸收的熱量= kJ甲酸氣化吸熱量=甲酸汽化量×汽化熱=336058.9944 kJ乙醇?xì)饣鼰崃?乙醇汽化量×汽化熱=464374.944 kJ水氣化吸熱量=水汽化量×汽化熱=338774.6595 kJ物質(zhì)名稱進(jìn)料溫度/回流溫度/吸收熱/kJ汽化熱/kJ總吸熱量/kJ甲基物 40 100甲酸乙醇水5.2.3甲基物結(jié)晶罐能量衡算公式（假設(shè)沒(méi)結(jié)晶之前無(wú)晶體析出）甲基物升溫需吸收的熱量= kJ甲酸升溫需吸收的熱量= kJ乙醇升溫需吸收的熱量= kJ水升溫需吸收的熱量= kJ氨升溫需吸收的熱量= kJ氨的揮發(fā)熱

35、= kJ升溫的總吸收熱= kJ 反應(yīng)的總放熱量= kJ物質(zhì)的名稱進(jìn)料的溫度/上升到的溫度/吸熱量/kJ揮發(fā)熱/kJ升溫的總熱量/kJ甲基物4045甲酸40乙醇40水40氨25 反應(yīng)熱=-78.33 KJ/mmol 共需熱量=-1707392.66 kJ總熱量=-1621438.485 kJ假設(shè)晶體全部析出，結(jié)晶終態(tài)溫度為-10 甲基物降溫放出的熱量= kJ甲酸銨降溫放出的熱量= kJ乙醇降溫放出的熱量= kJ水降溫放出的熱量= kJ結(jié)晶熱=- 溶解熱=-224438.410 kJ總放熱量= +結(jié)晶熱=-952998.08 kJ物質(zhì)名稱結(jié)晶前溫度/結(jié)晶溫度/帶走熱量/kJ結(jié)晶熱/kJ帶走總熱量/

36、kJ甲基物 45 -10甲酸銨乙酸水甲基物升溫需要吸收的熱量= kJ甲烷升溫需要吸收的熱量= kJ乙醇升溫需吸收的熱量= kJ活性碳升溫需吸收的熱量= kJ水升溫需吸收的熱量= kJ甲基物常溶解需吸收的熱量=74818.788 kJ升溫總吸收熱量=1060448.099 kJ 反應(yīng)總吸收的熱量=227082.101 假設(shè)僅有乙醇回流，其回流量為每秒鐘=2.130 mol回流總吸收熱量=每秒鐘回流量3600汽化熱=9838350.72 kJ成鹽總熱量=升溫總吸熱量+反應(yīng)總吸收熱量+回流總吸熱量=10944872.947 kJ物質(zhì)名稱進(jìn)料溫度/回流溫度/吸熱量/kJ溶解熱/kJ升溫總吸熱量/kJ甲

37、基物 25 78甲烷磺酸乙醇活性碳水反應(yīng)熱=-82.97 KJ/mol反應(yīng)共需吸熱量=47092.10 kJ液體回流需吸熱量=9836132.75 kJ總熱量=11144872.95 kJ（假設(shè)晶體全部析出，終態(tài)溫為了-10 進(jìn)料溫度為70 ）甲氯粗品降溫放出的熱量= kJ甲烷磺酸降溫放出的熱量= kJ乙醇降溫放出的熱量= kJ水降溫放出的熱量= kJ結(jié)晶熱= kJ總放熱量= kJ物質(zhì)名稱進(jìn)料溫度/結(jié)晶溫度/帶走熱量/kJ結(jié)晶熱/kJ總放熱量/kJ甲氯粗品 70 -10甲烷磺酸乙醇水5.3.3成鹽蒸餾釜能量衡算公式：吸熱以乙醇和水為主，蒸餾溫度為80 進(jìn)料溫度為室溫25 乙醇升溫需吸收的熱量=

38、 kJ水升溫需吸收的熱量= kJ乙醇汽化吸熱量=m汽化汽化熱=3149835.949 kJ水汽化吸收量= m汽化汽化熱=425453.9566 kJ總吸收熱量=乙醇升溫吸收的熱量+水升溫吸收的執(zhí)量+汽化總量=4346785.378 kJ甲氯粗品升溫需吸收的熱量= kJ乙醇升溫需吸收的量= kJ活性碳升溫需吸收的熱量= kJ水升溫需吸收的熱量= kJ甲氯粗品溶解吸收的熱量= =75975.969 kJ升溫總吸收熱量= kJ假設(shè)僅有乙醇回流，其回流量為每秒=2.739 mol回流總吸收熱量=每秒鐘回流量3600××汽化熱=4217278.220 kJ精制總吸收熱量=升溫總吸收熱

39、量+回流總吸收熱量=5396632.975 kJ物質(zhì)名稱進(jìn)進(jìn)料溫度/回流溫度/吸熱量/kJ溶解熱/kJ升溫總吸熱量/kJ甲氯粗品 25 78乙醇活性碳水 假設(shè)晶體全部析出，終態(tài)溫度：-10 進(jìn)料溫度：70 甲氯粗品降溫放出的熱量= kJ水降溫放出的熱量= kJ結(jié)晶熱=-m甲氟精品溶解熱=-67617.907 kJ總放熱量= kJ物質(zhì)名稱進(jìn)料溫度/結(jié)晶溫度/帶走熱量/kJ結(jié)晶熱/kJ總放熱量/kJ甲氯粗品 70 -10乙醇水吸熱以乙醇和水為主，蒸餾溫度為80 進(jìn)料溫度為室溫25 乙醇升溫需吸收熱量= kJ水升溫需吸收的熱量= kJ乙醇汽化吸熱量=3687231.476 kJ水汽化吸熱量=5304

40、61.2789 kJ總吸熱量=乙醇升溫吸收的熱量+水升溫吸收的熱量+汽化總量=5164494.296 kJ六、 設(shè)備選型 6.1 選型方法和原理 6.1.1 設(shè)備選型的目的 化工生產(chǎn)是原料通過(guò)一系列的化學(xué)、物理變化的過(guò)程，其變化的條件是化工設(shè)備提供的。因此，選擇適當(dāng)型號(hào)的設(shè)備、設(shè)計(jì)符合要求的設(shè)備，是完成生產(chǎn)任務(wù)、獲得良好效益的重要前提。 6.1.2 設(shè)備選型的依據(jù) 設(shè)備的選擇是根據(jù)物料衡算、 能量衡算的數(shù)據(jù)進(jìn)行的， 根據(jù)物料衡算的數(shù)據(jù)可以從 化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)上查取并選擇所需的設(shè)備型號(hào)，在根據(jù)其所對(duì)應(yīng)的參數(shù)結(jié)合能量衡算的數(shù)據(jù)對(duì)所選設(shè)備進(jìn)行校核，使其經(jīng)濟(jì)上合理，技術(shù)上先進(jìn)，投資省，耗材料少，加工方

41、便，采購(gòu)容易，運(yùn)行費(fèi)用低，水電汽消耗少，操作清洗方便，耐用易維修。 6.1.3 設(shè)備選型基準(zhǔn) 根據(jù)各單元操作反應(yīng)的周期，計(jì)算出生產(chǎn)批次，在由總體積計(jì)算出單批生產(chǎn)體積，以此數(shù)據(jù)查找化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) ，對(duì)設(shè)備進(jìn)行選擇。 6.1.4 假設(shè)或經(jīng)驗(yàn)工藝參數(shù) 在甲基化反應(yīng)崗位中假設(shè)甲酸每秒鐘的回流量為其總質(zhì)量的：0.05% 在甲基化結(jié)晶崗位中假設(shè)氨揮發(fā)量占其投入總量的：1% 在成鹽反應(yīng)崗位中假設(shè)乙醇每秒鐘的回流量為其總質(zhì)量的：0.05% 在精制反應(yīng)崗位中假設(shè)乙醇每秒鐘的回流量為其總質(zhì)量的：0.05% 在甲基化回流崗位中假設(shè)甲醛揮發(fā)量占其投入總量的：100% Q+Q= 0% Q填料系數(shù)= 0.56 傳熱模系

42、數(shù)= 895.98 KJ/(m·h·) 6.1.5 主要崗位的操作周期 崗位名稱 甲基化 中和 成鹽 結(jié)晶 精制 結(jié)晶 操作周期（min） 300 750 144 200 90 200 6.2 常規(guī)設(shè)備的選型 6.2.1 甲基化反應(yīng)釜的選型計(jì)算公式（甲基化周期 300min，反應(yīng)時(shí)間 150min，輔助時(shí)間 150min) V=m/= 714.76 V=/= 1257.16 V=/= 473.82 =/ = 859.01 =/ = 1094.63 V= 4388.98 日理論最大生產(chǎn)批次=24×60/300= 4.8 因日生產(chǎn)批次必定為整數(shù)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況， 取日生產(chǎn)批次 = 3.4 4.8 填料系數(shù)= 0.56 單批生產(chǎn)需釜體積=V總/（批次×填料系數(shù)）= 2612.48 搪玻璃 K 式反應(yīng)罐: 3000 L 換熱面積: 8.9 m2 傳熱模系數(shù): 895.98 KJ/(m2·h·) 【核算】 物料的初溫為: 25 物料的末溫為: 102 蒸汽的初溫是: 120 蒸汽的末溫是: 110 根據(jù)設(shè)備的熱量平衡方 程式： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式中 Q1物料帶入到設(shè)備的熱量，kJ； Q2加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理物料的熱量，kJ； Q3過(guò)程熱效益，kJ； Q4物料離開(kāi)設(shè)備所帶走的熱量，kJ； Q5加熱或