第10章-天然药物制备工程设计课件.ppt

1、本章主本章主要内容要内容概述概述天然药厂天然药厂设计实例设计实例设计内容、阶设计内容、阶段与规划段与规划非工艺设计非工艺设计工艺与装置设计工艺与装置设计洁净技术与洁净技术与GMP验证验证 天然药物制备工程设计是指工艺工程师在一定工程目标天然药物制备工程设计是指工艺工程师在一定工程目标的指导下，根据拟建设工程的具体要求，采用科学的方法统的指导下，根据拟建设工程的具体要求，采用科学的方法统筹规划，制定建设方案的一种创造性工作。相对于化学合成筹规划，制定建设方案的一种创造性工作。相对于化学合成药物来说，天然药物生产过程省去了药物来说，天然药物生产过程省去了“药物分子的合成药物分子的合成”工工段，主要

2、工作为提取、分离、精制及剂型加工等物理过程。段，主要工作为提取、分离、精制及剂型加工等物理过程。因此，其工程设计工作主要以天然药物的提取、分离、精制因此，其工程设计工作主要以天然药物的提取、分离、精制及制剂为对象来开展。及制剂为对象来开展。 天然药物制备工程设计，不仅要掌握常规化学工程设计天然药物制备工程设计，不仅要掌握常规化学工程设计的基本知识，而且还要以其为基础学习天然药物工厂工艺设的基本知识，而且还要以其为基础学习天然药物工厂工艺设计专门知识。天然制药工厂工程设计除了在确定工艺流程、计专门知识。天然制药工厂工程设计除了在确定工艺流程、设备选型、车间设备布置和管线安装时必遵循相关国家规范、

3、设备选型、车间设备布置和管线安装时必遵循相关国家规范、规定和标准外，还必须严格执行规定和标准外，还必须严格执行药品生产质量管理规范药品生产质量管理规范（简称（简称 GMP）中有关厂房与设施、设备、物料、卫生、生）中有关厂房与设施、设备、物料、卫生、生产管理、质量管理、验证等方面的规定，努力做到技术上先产管理、质量管理、验证等方面的规定，努力做到技术上先进、经济上合理。进、经济上合理。天然药物制备设计包括工艺设计与非工艺设计两部分天然药物制备设计包括工艺设计与非工艺设计两部分。 工艺设计是整个工程设计的主导，起着贯穿全过程及组织工艺设计是整个工程设计的主导，起着贯穿全过程及组织协调各专业设计的作

4、用。工艺设计的好坏直接影响生产的合理协调各专业设计的作用。工艺设计的好坏直接影响生产的合理性，并且与药品质量、生产成本、劳动强度等有密切的关系。性，并且与药品质量、生产成本、劳动强度等有密切的关系。 非工艺设计是工艺设计的补充内容，其依据工艺要求来开非工艺设计是工艺设计的补充内容，其依据工艺要求来开展设计工作，主要包括厂房建筑、给排水、暧通空调、供电展设计工作，主要包括厂房建筑、给排水、暧通空调、供电（照明、动力）、供气、弱电、自控仪表、火灾报警、工程经（照明、动力）、供气、弱电、自控仪表、火灾报警、工程经济、总图运输、外管等。济、总图运输、外管等。 总图运输设计总图运输设计2公用工程设计公用

5、工程设计43 1土建设计土建设计3 3工艺设计工艺设计机修、电修辅助车间设计机修、电修辅助车间设计6工程概算与预算工程概算与预算83 5厂区外管设计厂区外管设计3 7自动控制设计自动控制设计工程设计第一类设计第二类设计概念设计中试设计基础设计初步设计（技术设计）施工图设计制药工厂设计过程中的各个设计阶段制药工厂设计过程中的各个设计阶段设设计计工工作作基基本本程程序序接受任务编制项目建议书预可行性研究厂址选择技术考察复查厂址设备采购可行性研究报告初步设计施工图设计施工配合试车、考核工程总结、设计回访项目后评价可将过程粗分为三个阶段：可将过程粗分为三个阶段：设计的前期工作阶段，工程设计阶段，施工试

6、车阶段设计的前期工作阶段，工程设计阶段，施工试车阶段 设计前期工作的目的和任务是对项目建设进行全面分析，研究产品的社会需求与市场、技术成熟程度、工程外部条件、投资和经济效益等，为项目建设提供技术、经济、产品销售等方面的依据，使建设期能最大限度地节省时间与投资，在生产经营进能获得最大的投资回报。 设计期的工作主要是工程设计，根据上级下达的设计任务书，开展设计工作。 施工试车阶段即是在设计完成后，设计人员还要深入现场指导施工，解决施工中存在的设计问题，并参与试车和工程验收。 天然药物制药车间工艺与装置设计是整个成套工艺设计的重要组成部分。设计者必须遵守国家法令法规，充分重视技术成果，并且尽最大可能

7、地节省工程投资，保证最大的产出效益。由于近年来环资问题的突出，又提出了新的要求。 （1 1）与时俱进，采用先进的技术与装备，实现资源节约与环境友好； （2 2）认真进行调查研究，加强技术经济的分析工作 ；（3 3）遵循可持续发展原则、GMP及其它行业规定；（4 4）具备相当的工程实践经验，要经常深入现场，不断总结提高 ；（5 5）工艺设计，须符合国家工业安全与卫生要求 天然药物制药车间工艺与装置设计的主要内容（1）确定生产工艺流程，包括原料与技术路线选择、流程图绘制 ； （2）物料与能量的计算，确定产品消耗定额以及能源消耗数 ；（3）工艺设备的设计与选型； （4）管路的设计与计算； （5）车间

8、工艺设备与管路的布置设计；（6）提出非工艺设计项目的设计条件。 （7）项目概预算的编写；（8）编制设计文件，主要包括编制设计说明书、附图和附表； 3.1工艺流程设计 工艺流程设计是整个车间设计的中心，产品质量的优劣、经济效益的高低，都决定于工艺流程的可靠性、合理性和先进性。工艺流程设计的任务主要是确定全流程的组成，确定载能介质的技术规格与流向，确定生产控制方法，确定安全技术措施以及编写工艺操作方法五部分内容，最终需提供带控制点的工艺流程图。 工艺流程图的画法将设备外轮廓以一定比例画出，并标明设备位号；画出设备的物料及水、汽、压缩空气、真空、冷冻等管线和流动方向；画出设备和管道上的主要阀门及管路

9、附件；画出重要的控制点；必要的文字说明，如废水、废气、半成品、副产品的去向等。 工艺流程图示例 工艺流程设计程序生产方法的工程分析及处理物料流程工艺流程图工艺流程草图方案比较生产方法的化工单元化确定化工单元的原始信息确定载能介质条件原始信息不变中间判据（能耗、收率、成本等）物料衡算工艺设备设计车间布置生产过程控制方法带控制点的工艺流程图生产工艺流程设计是随着设计进程逐步由定性到定量，由浅入深，不断完善的过程。 比选比选原则原则产物收率环保与安全原料单耗产品成本能量单耗工程投资工艺流程设计方案的选择和比较需要注意的是，进行方案比较时，项目的原始信息不能改变，设计者所能做的是采用更合理有效的工程手

10、段和方法，更好地保证实现工艺规定的操作参数。 3.2生产装置的工艺设计非标设备非标设备标准设备标准设备制药设备制药设备通过物料衡算，确定通过物料衡算，确定设备规格，经圆整后，设备规格，经圆整后，选取合适的标准设备选取合适的标准设备通过物料衡算，由工通过物料衡算，由工艺要求，确定设备相艺要求，确定设备相关参数，并由化工机关参数，并由化工机械人员进行设备设计械人员进行设备设计 设备设计的两个阶段第一阶段计量和储存设备窖计算和选定某些定型设备的标准设备的规格与型号确定某些属于容积型的非定型设备的型式、台数和主要尺寸的决定第二阶段浸出设备的容积、过滤设备的过滤面积传热设备的传热面积、干燥设备的容积蒸馏

11、塔的塔板数以及其它工艺设备的主要尺寸着重解决天然药物生产过程中的技术问题 工艺设备一览表表头格式 3.3车间布置设计 车间布置设计的任务：一是确定车间的火灾危险类别，爆炸与火灾危险性等级及卫生标准；二是确定车间建筑物和露天场所的主要尺寸，并对车间的生产、辅助生产和行政生活区域位置做出安排；三是确定全部工艺设备的空间位置。车间布置设计内容涉及面广，它以工艺专业为主导，在非工艺人员如总图、土建、设备、电气、采暖通风、自控仪表和外管等密切配合下由工艺人员完成。 3.3车间布置设计 车间布置设计的步骤： 一准备资料。 二确定各工段的布置方式。 三确定厂房布置和设备布置方案。 四绘制车间布置草图。 五绘

12、制车间设备布置图。 3.3车间布置设计 “一” 字形原料药车间的典型布置示意图 3.3车间布置设计 “L” 字形原料药车间的典型布置示意图 3.3车间布置设计 “U”字形原料药车间的典型布置示意图 车间布置设计的注意事项 一、厂房设计首先应满足生产工艺的要求，顺应生产工艺一、厂房设计首先应满足生产工艺的要求，顺应生产工艺的顺序；路线最短，占地最少，投资最低。的顺序；路线最短，占地最少，投资最低。 二、厂房设计时应考虑到重型设备或震动性设备如：压缩机、二、厂房设计时应考虑到重型设备或震动性设备如：压缩机、大型离心机等，尽量布置在底层，在必须布置在楼上时，应大型离心机等，尽量布置在底层，在必须布置

13、在楼上时，应布置在梁上。布置在梁上。 三、操作平台应尽量统一设计，以免平台较多时，平台支柱三、操作平台应尽量统一设计，以免平台较多时，平台支柱零乱繁杂，厂房内构筑物过多，占用过多的面积。零乱繁杂，厂房内构筑物过多，占用过多的面积。 车间布置设计的注意事项 四、厂房的进出口、通道、楼梯位置要安排好，大门宽度要四、厂房的进出口、通道、楼梯位置要安排好，大门宽度要比最大设备宽出比最大设备宽出0.2米以上，当设备太高、太宽时，可与土米以上，当设备太高、太宽时，可与土建专业协商，预留安装孔解决，当需要有运输设备进出厂房建专业协商，预留安装孔解决，当需要有运输设备进出厂房时，厂房必须有一个门的宽度比满载的

14、运输设备宽时，厂房必须有一个门的宽度比满载的运输设备宽0.5米，米，高高0.4米以上。米以上。 五、注意安全，一般层高不宜少于五、注意安全，一般层高不宜少于3.2米，楼层、平台要有米，楼层、平台要有安全出口。安全出口。 车间布置实例提取釜的布置 蒸发器的布置 贮罐的布置 3.4管路设计 制药生产中，管道、管件与阀件规格多、数量大，占整个工程投资的10%20%。在初步设计阶段，设计带控制点的流程图时，需要选择和确定管道、管件及阀件的规格及材质，并估算管道投资。在施工图设计阶段，还需确定管沟的断面尺寸和位置，管道的支撑间距和方式，管道的热补偿与保温，管道的平、立面位置及安装基本要求。设计的成果是管

15、道平、剖面布置图，管架图，楼板和墙的穿孔图，管架预埋件位置图，管道施工说明、管道综合材料表及管道设计概算等。 管道设计的主要内容 管道设计的步骤 管道设计的步骤 管道设计的步骤 3.5安全与防护设计 化工生产涉及的危险品多，且绝大部分是易燃、易爆、有毒有腐蚀的化学危险品。 3.5安全与防护设计重大危险源 根据事故类型可将重大危险源分为两大类： 泄放型危险源泄放型危险源重大危险源爆炸性气体、爆炸性压力液化气体、连续压力液化气体潜在型危险源潜在型危险源阀门和法兰泄漏、管道泄漏、贮罐泄漏等阀门和法兰泄漏、管道泄漏、贮罐泄漏等对危险品的储存，按GB 17914-1999的相关要求执行 生产工艺中的安全

16、风险：技术缺陷(1)(1)没有足够的有关化学反应的动力学数据没有足够的有关化学反应的动力学数据; ;(2)(2)对有危险的副反应认识不足；对有危险的副反应认识不足； (3)(3)没有根据热力学研究确定爆炸能量；没有根据热力学研究确定爆炸能量； (4)(4)对工艺异常情况检测不够。对工艺异常情况检测不够。 生产工艺中的安全风险：误操作(1)各种单元操作时对物料流动不能进行良好控制； (2)产品的标示不完全； (3)风送装置内的粉尘爆炸；(4)废气、废水和废渣的处理； (5)装置内的装卸设施。 药物车间的防爆设备 防爆灯防爆灯防爆仪表防爆仪表防爆控制箱防爆控制箱 建筑设计（按GB 50016-20

17、06 和 GB 50058-92） 生产火灾危险性分类生产过程火灾危险性分类物料储存危险性分类 生产火灾危险性分类 3.5安全与防护设计 在在选择工艺操作条件选择工艺操作条件时，对物料配比要避免可燃气体或蒸气同时，对物料配比要避免可燃气体或蒸气同空气的混合物落在爆炸极限范围内；空气的混合物落在爆炸极限范围内； 需要使用溶剂时，在工艺生产允许的前提下，设计上尽量选用需要使用溶剂时，在工艺生产允许的前提下，设计上尽量选用火灾危险性小火灾危险性小的溶剂；的溶剂； 使用的使用的热源尽量不用明火热源尽量不用明火( (可采用蒸汽或熔盐加热可采用蒸汽或熔盐加热) ) ； 在易燃易爆车间在易燃易爆车间设置氮气

18、贮罐设置氮气贮罐，用氮气作为事故发生时的安全，用氮气作为事故发生时的安全用气等等。用气等等。途途径径 采用清洁的生产工艺技术，实现污染物排放减量化（清洁能源、物料闭路循环等）采取有效措施，对排放的污染物进行治理，进行无害化处理后，再行排放环境保护设计环境保护设计 天然药物生产与化工生产的最大区别就是天然药物生产必须满足 GMP 要求，必须在不同等级的洁净区进行精制结晶、离心、干燥、包装等操作。应根据不同药品品种、生产操作条件及外部环境状况配置空调净化系统，保证药品的生产环境。洁洁净净厂厂房房 洁净厂房的环境控制，主要包括温度、湿度及空气洁净度。厂房设计按GMP相关要求执行。 污染控制主要是对尘

19、粒和微生物进行控制，主要手段为污染源控制、散播过程控制和交叉污染控制三个途径 空气洁净技术是GMP验证的根本保证，与制药行业密切相关。因此应用新技术，使用高效率的产品，设计合理的空调净化系统是制药厂设计人员所必须高度重视的问题。 GMP验证 确认设计文件、相关图纸是否符合GMP规范要求。设计确认设计确认安装确认安装确认运行确认运行确认性能确认性能确认 确认厂房与设备是否按照用户要求和设计图纸进行。 通过实际运行，确认设计与安装两阶段的工作成效。 对洁净设备是否达到洁净度要求给出结论，并形成文件。 除工艺设计外，成套设计中其余部分均属于非工艺设计，主要包括：土建设计、给排水设计、采暖通风设计、制

20、冷与冷冻设计、电气与自动化装置设计、工程经济设计等。 给排水设计给排水设计建筑设计防火规范药品生产质量管理规范、医药工业洁净厂房设计规范等要求对厂区内种类建筑物进行设计 采暖通风设计采暖通风设计 应在遵循国家设计标准前提下，根据生产工艺与装置的要求，对工程建设进行统一规划，以合理布置、安全供水为基本原则 重要的非工艺设计内容，负责采暖、通风、空调调节 、冷库及空调冷冻站等的设计，对生产系统经济运行和使用者安全意义重大。土建设计土建设计建筑专业结构专业 根据建筑标准，对化工厂各类建筑物进行设计； 根据建设单位环境，提出新建建筑物的立面处理和内外装修标准； 说明墙体、门、窗、地平、楼面和屋面的工程

21、做法； 对有防腐、防爆、高温等特殊要求的车间提出处理措施。 确定地基处理方案、厂房结构型式； 对主要结构构件如基础、柱、楼层梁、板、屋架等进行设计和选型； 说明地区性特殊问题、在设计中采取的措施及对施工的特殊要求等。 设计注意事项(1) 有易燃、易爆产品及危险的生产车间必须在建筑结构和布置上考虑防火、防爆要求，并采取必要的措施。 (2) 要考虑建筑结构的耐腐蚀性。 (3) 散发有害气体的车间，建筑上要保证工人的操作环境卫生和安全。 (4) 考虑特殊的温度和湿度要求。 (5) 有强烈震动的机械装置的工艺车间，如离心机、压缩机、破碎机等，要考虑建筑结构的抗震要求和坚固性。 给排水设计是天然药厂设计

22、的重要的组成部分。设计范围包括： 1.取水工程设计2.净水工程设计3.输配水工程设计4.排水工程设计6.循环冷却水工程设计5.污水处理工程设计7.室内给排水工程设计8.生活用水及消防设计 设计基础条件： 建设单位提供自然条件资料建设单位提供自然条件资料阐明生产对给排水在水量与水质方面的要求阐明生产对给排水在水量与水质方面的要求确定给排水的基本原则、指出该工程在给排水确定给排水的基本原则、指出该工程在给排水设计上的主要特点设计上的主要特点确定工程水量平衡方案、绘制生产用水排水表确定工程水量平衡方案、绘制生产用水排水表给水条件表给水条件表排水条件表排水条件表 水源情况： 生产用水生产用水：工艺用水

23、、冷却用水和锅炉给水：工艺用水、冷却用水和锅炉给水辅助生产用水辅助生产用水：清洗设备及清洗工作环境用水：清洗设备及清洗工作环境用水生活用水生活用水消防用水消防用水 工业工业用水用水水水源源地下水地下水：井水、深井水等：井水、深井水等地表水地表水： 河、江、湖、塘、水库水及市政供水系统等河、江、湖、塘、水库水及市政供水系统等 取水方案： 根据提供的水源及其水质、根据提供的水源及其水质、水温和水量水温和水量上游有无污染源上游有无污染源下游对排污的要求下游对排污的要求调查、实地勘察、综合比较调查、实地勘察、综合比较最终选择一种取水方案最终选择一种取水方案 循环水：反应向右进行反应向右进行CO2逸出、

24、CaCO3沉积在管壁形成水垢传热系数下降、阻力上升可防止金属产生严重腐蚀生成水垢的水反应向左进行反应向左进行水垢溶解不能形成钙盐水垢金属直接与水接触金属受到腐蚀有腐蚀性的的水3322CaHCOCaCOCO 循环水水质变化循环水热交换后、温度升高CO2溶解度下降水垢可能性增加在冷却塔中同大气密切接触CO2大量逸出促使水垢生成同时从大气中吸收O2、SO2、H2S等增加水对管道的腐蚀强度循环中部分水分蒸发水中盐浓度增加循环水的浓缩循环水水质稳定处理排污： 由于循环水的浓缩，需排出部分含盐高的循环水，同时补充适当的新鲜水，使其含盐浓度维持在极限值以下。防垢处理：防腐蚀处理：加入磷酸盐或锌盐等防止微生物

25、生长：加氯以抑制微生物生长除机械杂质：使少部分循环水经过旁滤器以滤去砂及微生物对补充新鲜水进行对补充新鲜水进行软化处理软化处理对循环水进行对循环水进行酸处理酸处理(硫酸硫酸)添加阻垢剂添加阻垢剂(聚磷酸盐聚磷酸盐)软化方法：煮沸；加入石灰；离子交换法软化方法：煮沸；加入石灰；离子交换法(离子交换剂离子交换剂)；膜分离法；膜分离法 采暖对整个生产系统或使用者的经济运行和安全具有重要影响。如果设计上考虑欠妥，不仅会给操作运行维护管理方面形成困难，浪费能源，而且还会导致事故发生，造成严重损失。 采暖：在冬季调节采暖：在冬季调节生产车间及生活场所生产车间及生活场所的室内温度，达到的室内温度，达到生产工

26、生产工艺及人体生理要求艺及人体生理要求，实现化工生产的正常进行。，实现化工生产的正常进行。 按采暖系统蒸汽压力分低压和高压按采暖系统蒸汽压力分低压和高压(界线为界线为0.07MPa)，通常采用，通常采用0.050.07MPa低压蒸汽采暖系统。低压蒸汽采暖系统。 还可还可采用热风采暖系统采用热风采暖系统：将空气加热到一定的温度（：将空气加热到一定的温度（70）送入）送入车间，它除采暖外还兼有通风作用。车间，它除采暖外还兼有通风作用。 二、通风二、通风通风作用：通风作用：排除车间余热、余湿、有害气体及粉尘。排除车间余热、余湿、有害气体及粉尘。通风方式：通风方式： (1) 自然通风自然通风：设计中指

27、的是：设计中指的是有组织的自然通风有组织的自然通风（可以调节和管（可以调节和管理），可利用室内外空气温差引起的相对密度差和风压进行自然换理），可利用室内外空气温差引起的相对密度差和风压进行自然换气。气。 (2) 机械通风：分三种机械通风：分三种 局部通风：局部吸风罩；局部通风：局部吸风罩； 全面通风；全面通风； 有毒气体的净化和高空排放。有毒气体的净化和高空排放。 自然通风设计示意图工业炉H工作区域设计依据设计依据工艺流程比选工艺流程比选主要设备选型主要设备选型厂区与车间设计厂区与车间设计川芎生产川芎生产实例实例设计依据设计依据工艺流程比选工艺流程比选主要设备选型主要设备选型厂区与车间设计厂区与车间设计川芎生产川芎生产实例实例CH2OHOHHHHOOHHOHHCH2OHOOHOHOHCH2OHHHOH2COHOHOHCH2OH