课程设计 最终.docx
《课程设计 最终.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课程设计 最终.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
课程设计最终
一概述1
1扑热息痛的性质1
2扑热息痛用途2
3扑热息痛的合成研究进展2
4本次设计的意义5
二扑热息痛工艺流程简介6
1.以苯酚为起始原料的合成路线6
2.扑热息痛带控制点的工艺流程图：
11
3.最佳工艺条件：
11
4.原料及产品物性：
12
三物料衡算13
1.物料衡算的条件13
2.基本运算13
3.损耗量14
四设备选型16
1氢化还原罐的选择：
16
2酰化罐的选择：
16
3结晶罐的选择：
17
4其它设备的选择：
17
五三废处理20
1.主要三废：
20
2.废水治理方法：
20
参考文献21
第一章概述
1扑热息痛的性质
扑热息痛，商品名称有百服宁、必理通、泰诺、醋氨酚等。
该品国际非专有药名为Paracetamol。
它是最常用的非抗炎解热镇痛药，解热作用与阿司匹林相似，镇痛作用较弱，无抗炎抗风湿作用，是乙酰苯胺类药物中最好的品种。
特别适合于不能应用羧酸类药物的病人。
用于感冒、牙痛等症。
对乙酰氨基酚也是有机合成中间体，过氧化氢的稳定剂，照相化学药品。
中文别名：
对乙酰氨基酚、扑热息痛、退热净、醋氨酚、对醋氨酚、索密痛、乙酰氨基苯酚、二醋洛尔。
扑热息痛结构式
分子式：
C8H9NO2。
分子量：
151.16。
2扑热息痛用途
有解热镇痛作用，用于感冒发烧、关节痛、神经痛、偏头痛、癌痛及手术后止痛等。
制备或来源：
由对硝基酚钠经还原成对氨基酚，再酰化制得。
3扑热息痛的合成研究进展
（1）扑热息痛镇痛作用机制
扑热息痛发现已有100余年了，它是一种被广泛使用的镇痛药物，常用于感冒和流感的治疗。
该药物的镇痛止痛效果良好，但大剂量服用会产生致命并发症。
虽然作为镇痛药物广泛使用也有半个多世纪，但直到迄今，其镇痛作用机理仍然不为医生和科研人员所知。
2011年11月22日《自然—通讯》在线版上，英国伦敦国王大学发布新闻公报称，该校与瑞典隆德大学的研究人员发现，位于神经细胞表面的TRPA1蛋白是扑热息痛能够镇痛的关键分子，该蛋白被激活后，可有效阻止痛感信号在神经细胞间的传递，从而达到镇痛效果。
这一机制的发现，为未来开发损害更小的新型镇痛药物奠定了基础。
英国伦敦国王大学和瑞典德隆大学研究人员组成的研究小组通过对服用扑热息痛的小鼠观察后发现，在缺少了TRPA1蛋白的情况下，扑热息痛是没有镇痛效果的，这表明TRPA1蛋白是扑热息痛能够有效镇痛的关键。
但扑热息痛本身并不能够激活TRPA1蛋白。
当服用扑热息痛后，小鼠的脊髓中会产生一种名为苯醌亚胺（NAPQI）的物质，正是这种物质作用于TRPA1蛋白，使该蛋白被激活，进而干扰神经细胞间的信息传递，使得痛感神经到大脑的信息传递大大减少，从而起到镇痛效果。
苯醌亚胺这种化合物不仅会在脊髓中产生，也会形成于肝脏，该物质过多会产生毒副作用。
这也是超剂量服用扑热息痛后会产生致命并发症的原因。
研究人员指出，扑热息痛作用机制的发现，有助于科学家开发出既可有效减轻疼痛又不具毒性的新型镇痛药物。
TRPA1蛋白是镇痛药的一个新靶点，如果未来能够确认其他化合物也能够像扑热息痛一样通过TRPA1路径阻止神经细胞向大脑发送疼痛信号，就极有可能找到一种没有毒副作用的镇痛类药物，进而大大降低服药过量带来的风险。
（2）扑热息痛肝损害研究进展
在众多药物性肝损害中。
只有补热息源（醋氨酚，acet。
。
ic吵。
，n）所致肝损害具有可预期性并有特异性药物治疗。
外热思痛的抗炎作用较弱，因而其主要用十解热和止痛。
在正常治疗剂量时，扑热息能耐受性好，副作用较少。
但是，如果过量使用则。
。
J－一导致严重的肝损害乃至死亡。
较早的报告显’j；，扑热息痛中毒住院患者的死亡率为3伪一万％卜＼目前，由I具有有效的治疗药物，死广率已大大F降。
扑热息痛肝损害的发生机制在正常情况下，健康成人口服治疗剂量的扑热息痛，90％以卜的朴热息痛通过一‘j葡萄糖醛酸及硫酸结合山尿排泄，仅有个到5％的扑热息痛由细胞色素卜一450ZI：
I代谢成亲电子产物乙酸苯配亚胺《N－。
。
M一卜化。
。
皿w1。
；。
。
lllllll；l。
Nopl），NANI通过与谷眈甘肽结合迅速被清除。
但在朴热息痛过量的情面．1下，可导致葡萄糖醛酸化和硫酸化通路饱和，大量的朴热息痛转由细胞色素j’450系统所氧化，结果导致谷脱甘肽储存耗竭，并剩下多余的不能与谷优甘肽结合的Nopl。
虽然Nopl确切的肝毒性机制未明，但与共价结合和氧化损害密切相关：
当线粒体之谷脱9肽耗竭时，Nopl即与肝细胞蛋白疏基共价结合
4本次设计的意义
课程设计是该课程的一个重要教学环节。
进行本课程设计的目的是培养学生综合运用所学知识，特别是本课程的有关知识解决制药工程车间设计实际问题的能力，使学生深刻领会洁净厂房GMP车间设计的基本程序、原则和方法；掌握制药工艺流程设计、物料恒算、设备选型、车间工艺布置设计等的基本方法和步骤；从技术上的可行性与经济上的合理性两个方面树立正确的设计思想。
通过本课程设计，提高学生运用计算机设计绘图（AutoCAD）的能力。
第二章扑热息痛工艺简介
扑热息痛由对氨基酚乙酰化而得，因此常采用两步法即先制备得中间体对氨基苯酚PAP，中间体再经过乙酰化得APAP即扑热息痛，合成步骤为
起始原料→PAP→APAP
合成APAP可选择多种化合物作为起始原料，因此有多种合成路线可供选择。
比较廉价的起始原料主要有硝基苯、苯酚和对硝基苯酚钠。
各合成路线的差异主要在两步法的第一步，即由起始原料→PAP
1以苯酚为起始原料的合成路线
（1）苯酚亚硝化法路线
苯酚在低温下（冷却至-5℃）与亚硝酸钠和硫酸作用生成对亚硝基苯酚，再经硫化钠还原得到对氨基苯酚
该工艺路线目前研究比较成熟，收率为80%-85%，但还原步骤中硫化钠作为还原剂成本较高。
对亚硝基苯酚，可经氧化为对硝基苯酚，但收率不高。
（2）苯酚硝化法路线
在低温冷却下由苯酚直接硝化得对硝基苯酚，再经铁粉还原得到PAP中间体
该合成路线中，硝化步骤用硝酸和硫酸的混酸作为硝化剂，同时反应产生二氧化氮气体，故而对反应设备要求相对高，释放有毒气体和混酸造成的污染，也有一定的处理困难。
（3）苯酚偶氮法路线
苯酚与苯胺重氮盐在碱性条件下偶联生成偶氮化合物。
偶氮化合物酸化的对羟基偶联苯，钯/碳为催化剂在甲醇溶液中氢解得PAP
该方法原料易得，收率较高，达95%-98%，所用的苯胺可以在氢解后回收套用。
缺点是，中间体对羟基苯胺须在甲醇中氢解，催化剂钯/碳较为昂贵，故而从成本考虑不理想。
2以硝基苯为起始原料的合成路线
硝基苯是廉价易得的化工原料，所以原料来源和成本较低。
硝基苯可用铝屑还原、电解或催化氢化等方法直接制成PAP，经乙酰化得产品。
（1）金属还原法路线
该法是在稀硫酸中，用铝粉将硝基苯一步还原为PAP。
目前辽宁抚厩友谊化工厂已用该法进行工业化生产，国外也有工业化生产装置。
生产成本低，设备简单，生产周期短。
但铝粉耗量大，副产物为Al（OH）3,过滤是个问题。
（2）电解还原法路线
该法在80-90℃下，以20%-30%硫酸作介质，加入少量表面活性剂，通过电解使置于阴极上的硝基苯还原生成PAP
该法操作简单、流程短、产品纯度高、克服了环境污染问题，国内一些研究单位展开了技术研究，由于技术难度高，生产控制要求严格，电耗大，目前我国尚未实现工业化。
（3）催化氢化法路线
该法用铂-碳为催化剂，在10%-20%的硫酸水溶液中进行反应，同时加入阳离子表面活性剂（如十二烷基三甲基氯化铵）作为分散剂，以硅藻土、硅胶、沸石分子筛、活性炭等为载体，也可用钯、铑、铱和钌等其他铂族金属作催化剂。
另外，也可将铂与钯、铑、铱、钌及金并用，有无载体都可。
反应条件为:
70-110℃，0.1-1Mpa
一般采用有机酸和稀硫酸、醇等为反应溶剂，加入表面活性剂和相转移催化剂来增加硝基苯在溶剂中的溶解度。
加入水溶性有机溶剂来减少水油两相的混溶，从而使反应的选择性增大。
反应后用固体吸附剂来吸附未溶解的硝基苯。
该法流程短，设备也不难解决，催化剂能够重复使用，催化剂较为贵重，但总体上的生产成本经济合理，已经用于工业化生产。
3以对硝基苯酚钠为原料的合成路线
该路线制备简捷，技术成熟，适合工业化生产，但收率低，产品质量不稳定，铁屑-盐酸还原步骤产生大量的铁泥，在“三废”处理上存在许多问题，而且相较于硝基苯，对硝基苯酚的价格较昂贵，国外许多国家已经淘汰此法。
4PAP合成APAP
相比较于PAP的合成，由PAP合成APAP路线较为固定均为乙酰化，即由对氨基酚与醋酸或醋酐在加热下脱水，反应生成扑热息痛。
综合对比各条工艺路线，并且结合实际的设计任务，决定选择以硝基苯为原料，通过催化加氢制得对氨基苯酚，然后酰化得到对乙酰氨基酚（APAP）。
第三章扑热息痛工艺流程
1选择以硝基苯为原料合成
以硝基苯为原料,加氢合成对氨基苯酚,在不分离出对氨基苯酚的情况下,乙酰化直接合成了扑热息痛,获得的最佳工艺条件为:
①加氢反应温度为90℃；
②加氢液硫酸浓度为10%；
③加氢液的水油比5∶1；
④最佳催化剂用量为硝基苯重量的1%；
⑤乙酰化试剂乙酐与乙酸最佳比为2∶1；
⑥乙酰化最佳温度为100℃。
2扑热息痛工艺流程框图
（1）以对硝基苯为原料制备对氨基苯酚的工艺流程框图
（2）对乙酰氨基酚的制备工艺流程框图
a酰化
b精制
3原料及产品物性：
（1）.硝基苯无色或微黄色具苦杏仁味的油状液体，分子式C6H5NO2。
分子量123.11，相对密度1.205，熔点5.7℃，沸点210.9℃，闪点87.78℃，自燃点482.22℃，蒸气密度4.25，蒸气压0.13kPa。
难溶于水;，易溶于乙醇、乙醚、苯和油，遇明火、高热会燃烧、爆炸，与硝酸反应剧烈。
（2）.对氨基苯酚分子量109.13，外观白色或淡黄色结晶，相对密度1.290，熔点184～186℃，沸点284℃。
（3）.对乙酰氨基苯酚又名醋氨酚，简称APAP，药物名扑热息痛。
它是一种白色或类白色的结晶或结晶粉末，无臭，味微苦，分子量151.16，相对密度1.293，熔点169～170．5℃。
溶于甲醇、乙醇、丙酮和乙酸乙酯，易溶于热水，几乎不溶于冷水和石油醚。
（4）.10%的稀硫酸密度为1.07g/ml，冰醋酸的密度为1.049g/ml。
第四章物料衡算
物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定选用设备的容积，台数，主要尺寸，同时可以进行热量衡算，管路尺寸计算等。
物质的质量守恒定律是物料衡算的基础，即进入一个系统的全部物料必须等于离开系统的全部物料，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
1.物料衡算的条件
年产量：
100吨
一年按300个工作日计算，每天三个班次，每班实际工作7小时。
在进行物料衡算时，经常会遇到比较复杂的计算。
为了计算方便，一般要划定物料衡算范围。
根据衡算的目的和对象的不同，衡算的范围可以是一台设备，一套装置，一个工段，一个车间，一个工厂等。
衡算范围一旦划定，即可视为一个独立的体系。
凡进入体系的物料均为输入项。
离开体系的物料均为输出项。
本设计以一个工段为单位进行计算。
2.基本运算
按任务要求每天需要生产量
日产量=年产量/生产天数=100÷300=0.33吨
班产量=日产量／班次=0.33÷3=0.11吨
已知扑热息痛精制过程中有3%的损耗
则酰化生成扑热息痛的量为0.33/97%=0.34吨
酰化过程中PAP合成扑热息痛的转化率为83%
则进入酰化罐的PAP量为（0.34×109.3）/（151.6×83%）=0.296吨
催化氢化生成的PAP转移进酰化罐的损耗为2%
则催化氢化生成的PAP量为0.296/98%=0.302吨
催化氢化过程中硝基苯的转化率为54%
则每天需要投入的原料硝基苯质量为（0.302×123.11）/（109.13×54%）=0.63吨。
3.损耗量
硝基苯
年用量：
0.63×300=189吨
每天用量：
0.63吨
每班次用量：
0.63÷3=0.21吨
年损耗量：
0.21×3%×17%×2%×45%×3×300=0.008676吨
每天损耗量：
0.21×3%×17%×2%×45%×3=0.00002892吨
每班损耗量：
0.21×3%×17%×2%×45%=0.00000964吨
表1物料消耗一览表
名称
硝基苯
班用量（吨）
0.21
每天用量（吨）
0.63
每年用量（吨）
189
每班损耗（吨）
0.00000964
每天损耗（吨）
0.00002892
每年损耗（吨）
0.008676
第四章设备选型
本设计合成步骤中催化氢化反应与酰化反应时间均为4小时左右，催化氢化反应时间略长，故设计每天投料4次，每隔6小时投一次料，即每次投入的原料硝基苯质量为6.3/4=1.575吨，每次进入酰化罐的PAP量为2.96/4=0.74吨。
1氢化还原罐的选择：
按硝基苯与10%稀硫酸配料比为1：
1算，催化剂用量为硝基苯用量的1%，则氢化罐的体积主要取决于硝基苯与稀硫酸的体积。
1.575吨硝基苯的体积为1575/1205=1.31m3
1.575吨稀硫酸体积为1575/1070=1.47m3
加上催化剂等其他物质的体积，一次处理量约为3m3，以此选择一个5m3的氢化还原罐即可满足生产要求。
2酰化罐的选择：
按冰醋酸与PAP质量比2:
1算，酰化罐的体积主要取决于冰醋酸与PAP的体积。
0.74吨PAP的体积为740/1290=0.57m3
0.74×2=1.48吨冰醋酸的体积为1480/1049=1.41m3
一次处理量约为2m3，考虑到酰化时间短于氢化还原时间，故选择两个3m3的酰化罐以满足生产。
3结晶罐的选择：
结晶罐的选择分为两部分：
还原步骤中结晶罐的选择和精制步骤中结晶罐的选择。
还原步骤中考虑到冷却结晶时间较长，可以选择3-4个2m3的结晶罐以提高生产效率
精制过程中由于冷却结晶时间足够，故选择一个2m3的结晶罐即可满足生产要求。
4其它设备的选择：
ZJD润滑油真空还原设备
适用范围：
ZJD系列的真空滤油机主要是根据液压油、机械油等润滑油含杂质量大的特点专门研制生产，该机处理周期短，效率高，能快速脱除油液中的水分、气体、杂质及挥发物（酒精、汽油、氨气等）。
提高油的品质、恢复润滑油黏度、闪点及使用性能。
应用于液压油、液力传动轴、齿轮油、汽油机油、柴油机油、压缩机油、冷冻机油、热处理油等的净化处理。
能快速脱除油中的水分、气体和机械杂质，闪蒸除掉轻质酸、轻质泾，提高油的品质，恢复润滑油的使用性能。
保证动力、液压、润滑系统的正常运行。
产品特性：
Ø 除杂能力强，大面积、深层次的精密滤材可除去油中的细微颗粒。
Ø 多级筒式过滤器，大流量可清洗式滤芯，过滤效率高，采用逐级加密技术，是污染严重的润滑油也能恢复到《运行汽轮机油污染度控制标准》之内，采用自动反冲洗功能，自动清洗过滤器截留的大量杂质。
既提高了设备持续工作时间，又确保滤芯使用寿命。
Ø 先进的介质吸热冷凝系统。
Ø 自动控温加热，自动分离冷凝水装置，操作简单、安全、可靠。
Ø 超强的破乳化能力，既容量分离出油中的大量水分，也便于脱出油中的微量水分。
Ø 聚结分离和真空脱水相结合，分水装置采用世界领先的聚结分离技术，能迅速高效的从含水量高的润滑油中分离出大量水分和微水。
Ø 深层次，高精度的FH矩形过滤系统，能有效的除去油中的铁屑、灰尘、和杂质。
Ø 自主研发的H、P、M高分子材料的通瑞技术。
Ø 采用优质的原部件和连接密封材料，满足了过滤高黏度润滑油需生温较高的要求，扩大了滤油机可净化油的种类与范围。
Ø 采用优质滤材，纳污量大、耐腐蚀、耐高温，机械强度好，除杂质精度高，使用寿命长。
Ø 人性化设计，双红外线液位控制系统，带相序保护、过载保护、过压保护的电气自动保护控制系统以及温度恒定自动控制系统，确保了操作简便，安全可靠。
该机器可长时间在线工作，独特的油泵，低噪音，符合世界高标准的环保要求。
优势技术：
本机处理后的液压润滑油乳化值低，含水量少，杂质精度高，完全可以在国内外高精度，液压润滑设备中重新反复使用。
且该机设计新颖、使用方便，可以为客户做到真正的节油降耗功效。
可根据客户不同的要求设计生产，接受特殊定单。
第五章三废处理
1.主要三废：
以硝基苯为原料，通过催化加氢制得对氨基苯酚的方法主要三废为废水，该法以铁粉为还原剂，生产过程中会产生大量含酚、胺的铁泥和污水，污染较严重。
扑热息痛制药废水主要含对乙酰氨基苯酚、对氨基苯酚、偶氮化合物、醋酸等。
2.废水治理方法：
目前处理扑热息痛制药废水处理方法有混凝沉淀、膜过滤、厌氧生化处理、好氧生化处理等方式组合的工艺，本次设计采用厌氧——两级好氧为主的工艺处理扑热息痛制药废水。
工艺流程图如下：
参考文献
【1】张秋荣，施秀芳《制药工艺学》郑州大学出版社
【2】计志忠《化学制药工艺学》化学工业出版社
【3】李国庭等《化工设计概论》化学工业出版社
【4】严新焕，许丹倩，怀哲明，徐振元·扑热息痛合成工艺研究·中国现代应用药学杂志，2000年2月第17卷第1期
【5】曾秋勇·扑热息痛制药废水处理工程设计
【6】朱宏吉，张明贤《制药设备与工程设计》化学工业出版社
【7】元英进，赵广荣，孙铁民《制药工艺学》化学工业出版社
【8】徐铮奎·我国对氨基酚产量激增—PAP市场前景看好·中国制药信息2010年第26卷第2期
严新焕 许丹倩 怀哲明 徐振元（杭州310014浙江工业大学化工学院）
升级会员 