化學(xué)制藥工藝學(xué) 第四章 中試放大課件

1、中試放大及工藝規(guī)程概念 將實(shí)驗(yàn)室和中試車間試驗(yàn)取得的研究結(jié)果應(yīng)用到大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中的過(guò)程就是放大（Scale up）。工藝的放大包括實(shí)驗(yàn)室、中試工廠（車間）和生產(chǎn)車間3個(gè)步驟。2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件制藥工藝過(guò)程的開(kāi)發(fā)研究過(guò)程（1）實(shí)驗(yàn)室小試：在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的條件下進(jìn)行，研究化學(xué)或生物合成反應(yīng)步驟及其規(guī)律，考查工藝參數(shù)、設(shè)備與原料，轉(zhuǎn)化率，收率，成本估算等。目的是為中試做技術(shù)準(zhǔn)備。要求收率穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。確定操作條件，制成品、半成品、中間品、原料等建立相應(yīng)的分析方法。（2）中試放大：把實(shí)驗(yàn)室小試研究確定的工藝路線與條件，放大50100倍的中等規(guī)模，進(jìn)行工藝試驗(yàn)，工業(yè)化生產(chǎn)考查、優(yōu)化，包括

2、產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益、勞動(dòng)強(qiáng)度等，確定最佳操作條件。目的是為車間設(shè)計(jì)、施工安裝、中間質(zhì)控，制定質(zhì)量要求與規(guī)程提供數(shù)據(jù)和資料。（3）制定生產(chǎn)工藝：在大型設(shè)備和車間投入生產(chǎn)，試制若干批號(hào)后，制定出生產(chǎn)工藝規(guī)程。2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件中試放大的內(nèi)容 中試放大的內(nèi)容是研究在一定規(guī)模設(shè)備中的操作參數(shù)和條件的變化規(guī)律，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室工藝路線的可行性，解決在實(shí)驗(yàn)室階段未能解決或尚未發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。 1、驗(yàn)證工藝路線，修正工藝過(guò)程，確定生產(chǎn)工藝流程。2、工藝條件限度實(shí)驗(yàn)與過(guò)程優(yōu)化控制。3、原輔料和中間體質(zhì)量控制。 2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件中試放大研究的基本方法 1、 經(jīng)驗(yàn)放大 經(jīng)驗(yàn)放大是根據(jù)已有的操作經(jīng)驗(yàn)

3、，所建立的一些規(guī)律，通過(guò)摸索反應(yīng)器的特征，從實(shí)驗(yàn)室裝置到中試裝置、再到車間大型裝置，實(shí)現(xiàn)逐級(jí)放大。這些規(guī)律大多是半定性的，是簡(jiǎn)單和粗放的定量。經(jīng)驗(yàn)放大是基于空時(shí)得率相等的原則，即雖然反應(yīng)規(guī)模不同，但單位時(shí)間、單位體積反應(yīng)器所生產(chǎn)的產(chǎn)品量(或處理的原料量)是相同的，通過(guò)物料平衡，求出為完成規(guī)定的生產(chǎn)任務(wù)所需處理的原料量后，得到空時(shí)得串的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，即可求得放大反應(yīng)所需反應(yīng)器的容積。 2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件經(jīng)驗(yàn)放大的原則有：1、幾何相似放大。按反應(yīng)器各部件的幾何尺寸比例進(jìn)行放大，放大倍數(shù)是實(shí)際反應(yīng)器體積的倍數(shù)。當(dāng)體積放大10倍時(shí)，反應(yīng)器的高度和直徑均放大 倍。2、恒定等體積攪拌功率放大，是一

4、般化學(xué)反應(yīng)器的放大準(zhǔn)則。3、恒定體積氧傳質(zhì)系數(shù)放大。4、恒定空氣線速度放大。5、恒定體積的空氣流量放大。6、恒定攪拌器葉尖速度放大。7、恒定混合時(shí)間放大。2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件3 、數(shù)學(xué)模擬放大 數(shù)學(xué)模擬放大是用數(shù)學(xué)方程式表述實(shí)際過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，然后計(jì)算機(jī)模擬研究、設(shè)計(jì)，放大。建立數(shù)學(xué)模型的方法有導(dǎo)師型、無(wú)導(dǎo)師型和混合型。影響反應(yīng)的因素復(fù)雜，不可能用數(shù)學(xué)方程全面、定量描述過(guò)程的真實(shí)情況。一般地，先對(duì)過(guò)程進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，提出物理模型，模擬實(shí)際過(guò)程。再對(duì)物理模型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，從而得到數(shù)學(xué)模型。對(duì)數(shù)學(xué)模型，在計(jì)算機(jī)上研究各參數(shù)的變化對(duì)過(guò)程的影響。數(shù)學(xué)模擬放大法以過(guò)程參數(shù)間的定量關(guān)系為基礎(chǔ)，能進(jìn)

5、行高倍數(shù)放大，縮短放大周期。2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件三、中試放大的研究1.生產(chǎn)工藝路線的復(fù)審 一般情況下，單元反應(yīng)的方法和生產(chǎn)工藝路線應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室階段就基本選定。在中試放大階段，只是確定具體工藝操作和條件以適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)。但是當(dāng)選定的工藝路線和工藝過(guò)程，在中試放大時(shí)暴露出難以克服的重大問(wèn)題時(shí)，就需要復(fù)審實(shí)驗(yàn)室工藝路線，修正其工藝過(guò)程。2.設(shè)備材質(zhì)與型式的選擇 開(kāi)始中試放大時(shí)應(yīng)考慮所需各種設(shè)備的材質(zhì)和型式，并考查是否合適，尤其應(yīng)注意接觸腐蝕性物料的設(shè)備材質(zhì)的選擇。2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件4.反應(yīng)條件的進(jìn)一步研究 實(shí)驗(yàn)室階段獲得的最佳反應(yīng)條件不一定能符合中試放大要求。應(yīng)該就其中的主要的影響

6、因素，如放熱反應(yīng)中的加料速度，反應(yīng)罐的傳熱面積與傳熱系數(shù)，以及制冷劑等因素進(jìn)行深入的試驗(yàn)研究，掌握它們?cè)谥性囇b置中的變化規(guī)律，以得到更合適的反應(yīng)條件。2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件5.工藝流程與操作方法的確定 在中試放大階段由于處理物料增加，因而又必要考慮使反應(yīng)與后處理的操作方法如何適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)的要求，特別要注意縮短工序、簡(jiǎn)化操作。6.原輔材料和中間體的質(zhì)量控制 1)原輔材料、中間體的物理性質(zhì)和化工參數(shù)的測(cè)定。 2)原輔材料、中間體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定。2010年第一學(xué)期吉首大學(xué)課件產(chǎn)品介紹：名稱（商品名、化學(xué)名、英文名），化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子式、分子量，規(guī)格，理化性質(zhì)，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法，藥理作用，毒副作用，用途、適應(yīng)癥和用法、包裝和貯存。反應(yīng)過(guò)程：主反應(yīng)、副反應(yīng)、輔助反應(yīng)