阿莫西林生产过程中VOCs及恶臭气体排放强度研究.docx
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阿莫西林生产过程中VOCs及恶臭气体排放强度研究
理工学院
毕业论文
学生姓名：
学号：
专业：
环境工程
题目：
阿莫西林生产过程VOCs及恶臭
气体排放强度研究
指导教师：
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专业
环境工程
题目
阿莫西林生产过程VOCs及恶臭气体排放强度研究
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该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。
毕业论文中文摘要
制药行业VOCs和恶臭气体是国家“十二五”环境方面的重点控制领域之一，本课题重点是针对某药厂阿莫西林生产过程产生VOCs及恶臭气体排放强度的研究。
通过对阿莫西林生产工艺过程的研究，找到其各个工艺的排污节点，根据物料平衡原理进行物料衡算，得到无组织排放的VOCs及恶臭气体的理论排放强度。
并根据生产情况和周边环境进行实地厂界监测，得到排放到大气中的VOCs及恶臭气体浓度，进而计算出实际生产过程中VOCs及恶臭气体的排放强度。
最后通过结果对比，确定阿莫西林生产过程中合理的VOCs及恶臭气体排放强度并分析可能导致差异的影响因素。
由于制药行业没有相关的规范，本研究得出的数据可以为建立制药行业VOCs与恶臭气体排放的行业标准，完善相应的污染物控制技术规范和管理技术体系提供一定的理论依据。
关键词：
制药VOCs恶臭排放强度阿莫西林
毕业论文外文摘要
TitleThestudyofemissionintensityofVOCsandstench
whichcomefromtheAmoxicillinproductionprocess.
Abstract
TheVOCsandstenchwhichcomefromPharmaceuticalindustryisoneofthepivotalareaswhichshouldbecontrolledbythecountryenvironmentalaspects.ThetopicsfocusonthestudyofemissionintensityofVOCsandstenchwhichcomefromtheAmoxicillinproductionprocess.Throughresearchontheproductionprocessofamoxicillin,finditsemissionnodeprocess,materialbalanceaccordingtotheprincipleofmaterialbalance,beenfugitiveemissionsofVOCsandthetheoryofstenchintensity.Anddependingontheproductionandontheperimeterboundaryofon-sitemonitoring,beconcentrationofVOCsandstenchgasesemissionsintotheatmosphere,andthuscalculatedtheactualintensityofemissionsofVOCsandstenchintheproductionprocess.Becausethepharmaceuticalindustryhasnorelatedspecifications,themonitoringdataofthisprojectishelpfultotheestablishmentofpharmaceuticalindustryofemissionsofVOCsandstenchindustrystandards,anditcanprovidesatheoreticalbasisforimprovingthetechnicalspecificationsandcorrespondingcontrolmanagementtechnologyofthesystem.
KeyWordsPharmaceuticalindustryVOCsstenchemissionintensityAmoxicillin
目录
1序言1
1.1我国制药行业发展现状1
1.2制药行业VOCs及恶臭气体来源及危害2
1.3阿莫西林产品的生产及排污现状3
1.4本论文的研究目的及内容5
2阿莫西林反应机理及生产工艺研究5
2.1反应机理5
2.2生产工艺及废气排污节点图8
2.3阿莫西林特征污染物10
3阿莫西林的物料衡算10
3.1料衡算概述10
3.2物料衡算计算10
4监测采样与数据分析12
4.1监测对象12
4.2确定厂区VOCs及恶臭气体排放点位14
4.3采样点布局15
4.4采样频率16
4.5采样步骤16
4.6样品分析17
5监测结果的计算23
6排放强度的分析25
结论27
致谢28
参考文献29
1绪论
1.1我国制药行业发展现状
制药行业是我国国民经济的重要组成部分，是于服务人民健康，造福于人民的行业。
医药工业是我国发展最快的行业之一，2009年，全国医药工业总产值已超过1万亿元，年均复合增长率20%，已成为世界医药生产大国。
我国制药行业在国际制药市场上的优势在于化学原料药和中间体，可生产1500余种化学原料药，以超过80万吨的年产量，居于世界第二，其中约半数的产品用于出口[1]。
制药行业包括化学制药行业、中药行业（含中药饮片）、生物生化制药行业、其他类制药行业、卫生材料行业、医疗器械行业和制药机械行业等七大子行业。
制药行业是按国际标准划分的15类国际化产业之一，是世界贸易增长最快的朝阳产业之一，也是一个弱周期性行业。
根据中国医药商业协会有关资料，2000-2008年全球药品市场销售额年均增长9.83%，远高于同期世界经济增长率。
我国的制药行业发展速度要远高于国际平均水平。
制药行业是我国增长速度最快的行业之一。
中国行业咨询网研究部汇总的资料显示，1998-2009年药品生产销售收入年平均递增18.4%，远高于同期GDP增速。
在此期间，虽然受2006年行业整顿及2008年世界金融危机影响，我国制药行业增长曾出现短暂调整，但是行业整体上保持了平稳较快增长，并在每次调整之后均能够在短期内恢复至较高的增长水平，充分显示了我国制药行业刚性需求推动下的抗周期性。
2010年1-12月，我国共实现制药工业总产值11933.82亿元，同比增长27.07%，增速较1-11月加快0.36个百分点，增幅较2009年同期下降2.94个百分点。
12月当月，我国共实现制药工业总产值1271.32亿元，同比增长29.45%，环比11月增长10.46%。
表1-1.2010年我国制药行业工业总产值增长情况
单位：
亿元
2010年12月
2010年1-12月
工业总产值
1271.32
11933.82
同比增长
29.45%
27.07%
我国制药行业目前整体仍呈现出一定“小、散、乱”的特征，部分制药企业存在规模偏小、研发投入不足、缺乏核心竞争力等问题，低水平重复建设现象比较严重。
但是，我国制药行业市场化程度较高，竞争充分，制药企业的盈利状况逐渐好转。
经过几十年的行业积累，在我国已经逐渐形成了一批具备一定科研能力，拥有先进的管理和生产经验的优秀制药企业。
南方医药经济研究所统计数据表明：
2008年中国制药工业百强企业销售收入达2,469.37亿元，同比增长26.37%；整体集中度达40.59%，同比上升0.97个百分点，制药行业的集中度正在逐步增加。
随着我国经济实力增长和科技进步，国内领先的制药企业已逐渐重视非专利药物创新仿制的市场机遇，高端非专利药物未来具有较大的市场空间。
由此可见，具备研发优势、新产品创新仿制能力突出的制药企业将在未来五年内抓住行业结构调整的机遇，取得更大的发展空间。
1.2制药行业VOCs及恶臭气体来源及危害
我国虽是世界上原料药和医药中间体的生产大国，但由此而产生的废气污染问题一直是社会各界关注的重点。
由于行业产品结构相对单一、同质化严重、深加工程度较低、下游产品开发滞后、产品链不完善。
医药企业出口以初级、资源类产品为主，原料药出口比重大，占总出口量的80%以上。
目前，化学药品制剂和化学药品原药制造是我国医药工业的主要构成部分。
然而，化学原料药是制药工业污染最重的领域。
制药工业污染治理的难度在于产品种类多、更新速度快、涉及的生产工序复杂；所用原材料繁杂，而且有相当一部分原材料为有毒有害物质；工艺环节收率不高（一般只有30%左右，有时甚至更低，往往是几吨、几十吨甚至是上百吨的原材料才制造出一吨成品，从而产生大量废弃物，并且废物成分复杂）。
所以在现代制药工业的生产过程中，不可避免地会使用大量的化学与生物制剂。
这带来的结果是，制药行业在化学药物和半合成药物的合成、生物发酵、溶剂的贮存提取运输、溶媒回收、产品提纯干燥及废水处理等过程中会产生的各类VOCs及恶臭污染物。
如何处理大风量，含有VOCs及恶臭气体的尾气，成为企业面临的一大环保难题。
VOCs即挥发性有机化合物，对人体健康有巨大影响。
大多数VOCs是有毒、有异味或者恶臭的物质。
当室内的浓度达到一定界限时，短时间内会使人感到头晕、目眩、恶心、呕吐、四肢无力等症状，严重时甚至会出现抽搐、昏迷、休克，并对人的肝脏、肾脏、大脑和神经系统有一定伤害，造成记忆力减退的严重后果。
常见的VOCs包括如烃类化合物、含硫化合物、含氧有机化合物、含氮化合物和卤素及衍生物等物质。
制药行业在化学药物和和半合成药物的合成、生物发酵、溶剂的贮存提取运输、溶媒回收、产品提纯干燥及废水处理等过程中均会产生的各类VOCs污染物[2]。
恶臭是各种气味（异味）的总称，大气、水、废弃物中的异味通过空气介质，作用于人的嗅觉思维而被感知；表征它不仅要靠分析数据，还要通过人们的感知思维进行分析和判断。
根据国内外有关论述，可将恶臭定义为：
凡是能损害人类生活环境、产生令人难以忍受的气味或使人产生不愉快感觉的气体通称恶臭。
迄今凭人的嗅觉能感觉到的恶臭物质有4000种以上。
恶臭物质分布广，影响范围大，已成为很多国家的公害。
恶臭气体一般来源于化学、制药、制纸、制革、肥料、食品、铸造等众多工业。
恶臭对人的呼吸系统、消化系统、循环系统、内分泌系统、神经系统都会造成不同程度的伤害。
恶臭还会使人烦躁不安，工作效率降低，判断力和记忆力下降[3]。
制药行业所产生的异味、恶臭与其较高强度VOCs的排放关系见表1-2。
物质名称
阙值/10-6
臭气种类
物质名称
阙值/10-6
臭气种类
乙醛
0.21
木腥臭
一甲胺
0.021
刺激性鱼臭
醋酸
1.0
酸臭
二甲胺
0.047
鱼臭
丙酮
100.0
化学甘臭
三甲胺
0.00021
刺激性鱼臭
丙烯醛
0.21
焦臭
氨
46.8
刺激性臭
丙烯腈
21.4
大蒜臭
苯胺
1.0
刺激性臭
丙烷氯化物
0.47
大蒜木腥臭
苯
4.68
溶剂臭
二硫化碳
0.21
蔬菜硫磺臭
甲基硫醇
0.0021
刺激性硫磺臭
氯醛
0.47
干臭
对二甲醛
0.47
香甜气味
乙基硫醇
0.001
泥土臭
吡啶
0.021
焦油臭
丙烯酸乙醇
0.00047
塑料燃烧臭
苯乙烯
0.047
橡胶臭
甲醛
1.0
干草臭
二氯化硫
0.001
硫磺臭
硫化氢
0.00047
腐蛋臭
甲苯
4.68
似花刺激性臭
甲醇
100.0
香甜气味
异氰酸臭
2.14
医药用绷带臭
二甲基乙酰
46.8
焦臭
酚
0.047
医药品臭
对氯乙烯
4.68
氯化物溶剂臭
乙醇
10.0
香甜气味
表1-2.制药行业所产生的异味、恶臭与其较高强度VOCs的排放关系[4]
制药工业过程中排放的苯类、酚类、有机硫化物、有机氯化物等挥发性有机物以及恶臭物质，除对人体感官有刺激作用外，有些物质还具有一定的毒性或“三致”效应；此外，大多数VOCs具有大气化学反应活性，是形成光化学烟雾污染的重要前体物，严重危害着人体健康和生态环境。
在工业和经济发展的同时，制药企业排放的VOCs和恶臭物质对周围居民健康和大气环境也有重要影响[5]。
1.3阿莫西林产品的生产及排污现状
阿莫西林（Amoxicillin）又称羟氨苄青霉素，分子式：
C16H19N3O5S·3H2O。
化学名称为（2S,5R,6R）-3,3-二甲基-6-[（R）-（-）-2-氨基-2-（4-羟基苯基）乙酰氨基]-7-氧代-4-硫杂-1-氮杂双环[3.2.0]庚烷-2-甲酸三水合物，为半合成的耐酸广谱青霉素类抗生素。
阿莫西林抗菌谱广，杀菌作用强，穿透细胞膜的能力也强。
可用于治疗伤寒、沙门菌感染、伤寒带菌者、耳、鼻、喉、呼吸道、尿道及软组织的感染，是目前应用较为广泛的口服青霉素之一。
其制剂有胶囊、片剂、颗粒剂、分散片等等。
1.3.1阿莫西林生产状况
经过调研，发现如今全国阿莫西林生产厂家有哈药集团制药总厂、浙江省仙居县化工药剂厂、石家庄市力维兽药厂、郑州华伦生物技术有限公司、山东鲁抗医药股份有限公司、河北德信润生制药有限公司、华北制药集团有限责任公司、河北新张药股份有限公司、华北制药集团倍达有限公司、华北制药股份有限公司等近百家企业。
2000年，全世界阿莫西林原料药产量为8000吨，成为21世纪初半合成青霉素类的主导药物，国内产量为1962吨，比重约占25%；2006年全球阿莫西林原料药产量接近20000吨，国内产量已经突破万吨大关，达到11095吨，已经占到全球产量的近60%，出口约2055吨，到2009年，我国阿莫西林产量达到14000余吨，2000-2009年阿莫西林年出口量达到3500余吨。
2008年我国阿莫西林胶囊年产量突破200亿粒，2009年达到220亿粒，较2002年增长136%，占整个化学药品胶囊产量的25%。
随着我国阿莫西林原料药主要生产企业相继通过欧美等国家的质量认证，我国阿莫西林出口竞争力不断增强，现如今年产量已经朝着300亿粒逼近。
全国阿莫西林胶囊和颗粒剂重点企业的生产状况见表1-3和表1-4：
表1-3全国阿莫西胶囊（250mg）重点企业生产产量排行
排序
生产厂商
排序
生产厂商
1
哈尔滨制药厂
8
嘉兴市南湖制药
2
石家庄制药集团
9
重庆药友制药
3
华北制药集团
10
珠海联邦制药
4
广州番禺市桥制药
11
汕头光华化学厂
5
山东新华医药集团
12
山西安特生物制药
6
哈尔滨制药三厂
13
四川蜀中制药
7
山东鲁抗医药集团
14
四川制药股份
表1-4国内阿莫西林颗粒剂重点企业生产所占比重
生产厂商
海南海富制药
海南三叶制药
山东新华医药
珠海联邦制药
湖南郎力夫制药
哈尔滨制药
北京华尔孚制药
所占比例%
39.73
23.52
6.4
4.69
4.59
4.55
3.39
1.3.2阿莫西林生产排污现状
在阿莫西林生产过程中，原材料投入量大，产出比小，其大部分物质最终成为废弃物，因而导致排污问题较突出。
尤其是制药生产过程中产生的废水和废气，污染物浓度高、水量大、组分复杂。
废气中含有大量挥发性有机物和残留药物成分以及药物降解中间易挥发性产物，碳/氮比例不协调。
虽然产品本身的排污强度不大，但是由于量大，排放规模远大于小型高污染、高危害产品，再加上我国医药产业集中度低，企业数量多、规模小、结构布局不合理，不同的企业产品种类及生产过程不同，适用的处理工艺也不相同。
因此，阿莫西林生产的废气排污现状令人堪忧。
1.4本论文的研究目的及内容
1.4.1研究目的
VOCs及恶臭污染物的治理在环保治理工程领域发展时间不长，尤其针对在制药行业产生的VOCs及恶臭气体采用目前的各种治理技术、工艺仍然不够成熟，存在运行不稳定、能耗高、易产生二次污染和管理维护工作量大等缺陷，现有技术和单一技术难以满足日益提高的环保标准。
VOCs及恶臭气体治理的新技术，将朝着低能耗、低成本、无污染的优化集成的绿色高效的方向发展。
评价筛选制药行业产生的VOCs及恶臭气体治理技术对制药行业的VOCs及恶臭的污染控制和科学化管理有着重要的推动作用。
由于制药行业现如今还没有专门的排放技术规范，所以此次调查研究可以为VOCs及恶臭的后期治理技术研究和技术规范的制定提供一定的依据[5]。
1.4.2研究内容
本论文研究的重点是阿莫西林生产过程VOCs和恶臭排放强度。
通过对阿莫西林生产工艺过程的研究，找到其各个工艺的排污节点，针对排污量较大的节点进行实地监测，并同时监测水体及大气中的VOCs及恶臭，分析影响VOCs及恶臭排放的因子，找出主要的影响因素。
通过进出料质量的研究结合工艺流程图进行物料衡算，得出理论的VOCs及恶臭气体排放强度。
再利用SCREEN3工具结合厂界资料及监测数据计算出VOCs及恶臭气体的实际排放强度。
最后通过对比得到合理的VOCs及恶臭气体排放的强度。
要求调研资料必须准确可靠，分析有理有据，监测方法需按国标执行，监测过程中态度认真，操作仪器规范。
能够通过物料衡算得到阿莫西林生产工艺过程中VOCs及恶臭的排放强度。
2阿莫西林反应机理及生产工艺研究
2.1反应机理
阿莫西林的合成反应机理是在6-APA的6位上加上侧链而得，一般在二氯甲烷溶剂中，羟邓盐与特戊酰氯在吡啶的催化作用下生成混合酸酐，6-APA则与三乙胺反应，制成胺盐溶液，然后6-APA胺盐溶液与混合酸酐反应，进行缩合，经水解、结晶、干燥得阿莫西林[6-8]。
图2-1.阿莫西林合成路线
2.1.1混酐
左旋对羟基苯甘氨酸邓盐和特戊酰氯反应形成酸酐，由于酸酐中两个酰基有所不同，所以称为混酐。
左旋对羟基苯甘氨酸邓盐与特戊酰氯均属于羧酸衍生物，其反应是在羧基碳原子上发生亲核取代（加成－消除）。
反应实际分两步，第一步是酰基碳上发生亲核加成，进而形成一个带负电的中间体。
第二步中，中间体消去一个离去基团，形成另一种羧酸衍生物。
和左旋对羟基苯甘氨酸邓盐相比，特戊酰氯的羧基碳上连接的基团为－Cl是吸电子的，可增强羰基碳的正电性，有利于亲核试剂发生作用，亲核加成后生成的中间体，其碳原子由sp2杂化转化成sp3杂化，即由三角形的结构转变为四面体的结构。
此外，由于左旋对羟基苯甘氨酸邓盐中的羰基碳原子连接的基团比较大，四面体结构中的空间显得些拥挤而不利于反应的进行，因此电子因素和空间因素的影响使得该步反应速度比较慢。
第二步反应的难易程度取决于离去基团的碱性，碱性越弱越易离去。
Cl-的碱性非常弱，很容易离去，故第二步反应易于进行[6-8]。
通常混酐可以用一分子的酰氯和无水羧酸盐共热制得。
通常在酰氯和无水羧酸盐共热时方能制得酸酐，而根据本反应体系中所用的溶媒（二氯甲烷，bp：
39.8℃）的性质以及后序原材料的性质，不能采用加热的方法制得，所以为了提高反应速度通常要使用催化剂。
一般采用吡啶类的催化剂，其催化机理为[9]：
2.1.2缩合
左旋对羟基苯甘氨酸邓盐和特戊酰氯形成的混酐溶液与6-APA的铵盐溶液进行反应缩合，其反应也为亲核取代反应。
由于苯环和N原子都具有吸电子性，所以①位上羰基碳的电正性比②位上羰基碳的电正性要大，此外，叔丁基的空间结构（立体结构）障碍大于苯环的空间结构（平面结构）障碍，因此反应发生在①位的羰基碳上[6-9]。
2.1.3水解
从左旋对羟基苯甘氨酸邓盐的结构可以看出，位置②处为烯胺结构，而烯胺通常是不稳定的，容易转变为互变异构体的亚胺，亚胺又极易水解成为原来的醛、酮和氨。
2.1.4结晶
使用氨水调节等电点，将阿莫西林结晶出来。
2.2生产工艺及废气排污节点图
二氯甲烷
6-APA
对羟基苯甘氨酸邓盐三乙胺
特戊酰氯丙酮（溶解剂）
二甲基吡啶（催化剂）二氯甲烷
冷却降温冷却降温
HCl
纯化水
碱液G1
杀菌
G2
淋滤液送回收车间
淋滤液送回收车间
G3
G4
图2-1.阿莫西林生产工艺流程图
由上图可知，其废气的排污节点见表2-1
表2-1废气排污节点表
序号
产生点
主要污染物
产生规律
去向
G1
过滤
COD、氨气、三乙胺
间断
溶媒回收
G2
丙酮洗抽滤
COD、丙酮
间断
溶媒回收
G3
真空干燥
丙酮、水蒸气
间断
冷凝捕集器+车间尾气洗涤塔
G4
磨粉、粉混
粉尘
间断
自带多级过滤装置
回收溶剂及回收工艺排污节点见表2-2：
表2-2回收溶剂及回收工艺排污节点表
产生点
主要污染物
产生规律
去向
冷凝器不凝尾气经吸附处理后排放
NH3、二氯甲烷、丙酮、等
间断
大气中
2.3阿莫西林特征污染物
由于阿莫西林生产链工艺复杂，溶剂和中间产品种类很多，所以根据资料和工艺流程，总结出阿莫西林生产过程中排放浓度较大的部分特征污染物，主要有：
NH3、丙酮、二氯甲烷、三乙胺、乙醇、二甲苯、环己烷等[11]。
3阿莫西林的物料衡算
3.1料衡算概述
物料衡算是物料的平衡计算，是制药工程计算中最基础最重要的内容之一，是进行药物生产工艺设计、物料查定、过程经济评估以及过程控制、过程优化的基础。
它以质量守恒定律和化学计量关系为基础。
简单的讲，它是指“在一个特定物系中，进入物系的全部物料质量加上所有生成量之和必定等于离开该系统的全部产物质量加上消耗掉和累积起来的物料质量之和[12]，用式（3-1）表示为：
∑G进料+∑G生成=∑G出料+∑G累积+∑G消耗（3-1）
式中：
∑G进料……所有进入物系质量之和；
∑G生成……物系中所有生成质量之和；
∑G出料……所有离开物系质量之和；
∑G消耗……物系中所有消耗质量之和（包括损失）；
∑G累积……物系中所有积累质量之和。
所谓“物”就是人为规定一个过程的全部或它的某一部分作为完整的研究对象，也称为体系或系统。
它可以是一个操作单元，也可以是一个过程的一部分或者整体，如一个工厂，一个车间，一个工段或一个设备。
可简化为：
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