化工专业课程设计.docx
《化工专业课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工专业课程设计.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
化工专业课程设计
课程设计
题目年产5亿片赖诺普利片剂工艺设计
学院化学化工学院
专业化学工程与工艺
班级
学生
学号
指导教师化学工程系课程指导小组
二〇一一年12月21日
学院化学化工学院专业化学工程与工艺
学生学号
设计题目赖诺普利
一、课程设计的内容
主要内容为年产5亿片赖诺普利片剂的合成工艺设计。
通过物料衡算和能量衡算，确定关键设备的选型和材料，对生产过程中的安全技术、综合利用提出了合理的要求，并考虑了三废的处理。
二、课程设计的要求
1.查阅国内外的相关文献不得少于5篇，完成课程设计任务。
2.独立完成给定的设计任务后编写出符合要求的课程设计说明书，要求工艺设计合理，将研究、开发的技术及过程开发的成果与过程建设、经济核算衔接起来；绘制出必要的设计图纸。
3.综合应用化学工程和相关学科的理论知识与技能，分析和解决实际问题。
4.完成课程设计的撰写。
三、文献查询方向及范围
1．利用学校的清华同方数据库、万方学位论文全文数据库、ScienceDirect、ACS（美国化学学会）数据库查询赖诺普利片剂工艺等中英文文献与硕博论文。
2．主要参考文献
[1]杨逸卫.赖诺普利的临床应用进展[J].世界临床药物,2003.22（4）:
4.
[2]惠琴,胡雄伟.血管紧张素转换酶抑制剂抗高血压的发展与研究[J].医学理论与实践（12）:
966-968
[3]娄爱娟.化工设计.华东化工学院出版社[J]，2002.12（5）:
76-88.
[4]朱宏吉，张明贤.制药设备与工程设计[J]，化学工业出版社，2004.5（3）:
125-132.
[5]BabadECarruthers.NI,RobertRs,etal.Ashortsynthesisofalbuterol,synthesis[J]1988，9（7）:
2.
1前言
1.1赖诺普利概述
赖诺普利，化学名：
N-｛N-[（S）-1-羧基-3-苯丙基]-L-赖氨酰｝-L-脯氨酸二水合物；英文名：
Lisinopril；分子式：
C21H31N3O5·2H2O；分子量：
441.53。
赖诺普利是依那普利拉的赖氨酸衍生物，为第三代长效血管紧张素转化酶抑制剂（简称A2CEI）类药物，能治疗高血压及其他心脑血管疾病。
赖诺普利与其他抗高血压药物相比，它具有以下特点：
一是亲水性强,对细胞亲合力大；二是药效持续时间长，降低收缩和舒张压的谷峰比高,降压作用比较平稳；三是唯一不经过肝脏代谢和生物转化即有活性的治疗高血压的药物，副作用小，特别适用于肝功能不全的高血压患者。
目前，赖诺普利已成为治疗高血压的首选药物之一。
赖诺普利片剂为依那普利拉的赖氨酸衍生物，口服时吸收不受食物影响，约6～8小时达血药浓度峰值。
生物利用度约为25%～50%。
本品不易与血浆蛋白结合，口服10mg后，平均分布容积为1.24L。
本药不再进一步代谢，吸收的药物以原形从尿排出。
本品呈多相清除，大部分的药物在快速相清除。
有效半衰期约为12.6小时，终末半衰期约为30个小时。
每日服用一次，3天后达血药浓度达稳态，肾功能减退时药物有蓄积。
肾清除率平均为每分钟106ml，主要通过肾脏排泄。
赖诺普利药及复方制剂（加氢氯噻嗪）的品牌之一由美国默克公司研制,分别于1987年12月29日和1989年2月16日获FDA批准上市，其商品名分别为Prinivil和Prinzide。
据《全球畅销药国产化透析》杂志统计分析，2006年赖诺普利国际需求量约为1000吨。
并将以15%的速度逐年增长。
由于赖诺普利市场前景十分看好，国外有许多医药生产企业纷纷开展其生产技术的研究，其中，印度的HETERO公司和以色列的TEVO公司等企业成功研发了较为先进的赖诺普利生产技术。
[1]
1.2产品情况介绍
目前赖诺普利合成存在的主要问题是工艺条件苛刻，操作安全系数小，整个工艺路线较长，产品得率低，生产成本高等问题。
国内由于受技术瓶颈的制约，赖诺普利药物合成成本居高不下，与国外同类产品相比缺乏竞争力。
因此,研发一条生产成本低，产品质量稳定，具备国际竞争力的工艺路线是我国生产ACEI药物亟待解决的紧迫任务。
[2]
1.3赖诺普利原料来源
赖诺普利的主要原料是三氟乙酰赖氨酸和酸酐。
三氟乙酸乙酯合成（别名三氟醋酸乙酯），为无色液体，有酯的气味，若含有水分能影响其沸点。
与水、乙醇能形成沸点为54℃的三元共沸混合物。
易燃，有毒，有腐蚀性。
由于L-赖氨酸含有二个氨基，在反应中易生成副产物,降低收率。
因此，在本设计中需先制备三氟乙酸乙酯，以三氟乙酰基对6位氨基进行保护。
在三氟乙酸乙酯合成中，传统工艺要经过精馏操作才能使三氟乙酸乙酯的纯度达到进入下一工序的要求。
此工艺分步控制三氟乙酸乙酯合成过程的温度，使酯化反应更加完全，成品无须进塔精馏，采用普通蒸馏即能达到下步反应。
1.3.2三氟乙酰赖氨酸合成
此设计在反应过程中碱性环境变化很大，开始反应时，反应液的碱性很强。
反应原料三氟乙酸乙酯在强碱作用下发生分解，使反应收率降低，同时还会生成副产物。
此工艺在酰化反应中。
将强碱由一次性投入调整为适时适量的滴加投入，使反应维持在相对稳定的弱碱环境中进行，解决了现有工艺中反应原料三氟乙酸乙酯在强碱条件下易分解的问题,又保证反应的正常进行，使反应得率由82%提高到92%，同时因副产物减少,三氟乙酰赖氨酸纯度提高5%。
1.3.3酸酐的合成
在酸酐合成中，此工艺选用相对低毒的二三氯甲基碳酸酯（固体）代替传统工艺中的具有剧毒的光气，将二三氯甲基碳酸酯溶解在有机溶剂中与反应物反应，可以充分混合反应，既使反应更充分，又解决操作安全性差的问题，工艺路线绿色环保，提高了生产过程的安全性。
2工艺设计
2.1工艺路线的选择
目前赖诺普利的主要合成方法有以下三条：
（1）江西迪瑞合成化工有限公司科研人员自2003年开始，与上海医药工业研究院合作，采用微控酰化、低压氢化以及外循环脱水等关键技术创新研制和开发了赖诺普利生产新工艺,利用三氟乙酸：
L-赖氨酸盐酸盐，氢氧化锂,三光气，二氯甲烷，正己烷，L-脯氨酸,氨水等原料合成赖诺普利二水物。
并在最近几年内完成了该产品的小试研究、中试试产以及放大生产。
合成过程如下：
（2）欧洲专利说明书，EP0336368所公开，苯丙醛与带保护基的赖氨酸在氰化钾存在下，反应得带保护基的N2-（l-乙氧羰基-3-苯丙基）-L-赖氨酸（化古物Ⅱ）。
再经光气作用，与L-脯氨酸缩合得化合物Ⅰ，化合物Ⅰ经水解后得赖诺普利。
见下面反应：
（3）Blacklock．T．Jetal．[见J．Org．Chem．1988Vol．53（4）836-844]和Wu．W．T．etal．[见JournalofPharmaceuticalSciences1985,74（3）352-354][8]所公开，a-苯丁酮酸乙酯与带有各种保护基团的赖氨酰脯氨酸（二肽）在分子筛3A作用下生成希夫氏碱后，经雷氏镍或钯炭催化氢化或氰基硼氢钠还原，生成带保护基的N2-（l-乙氧羰基-3-苯丙基）-L-赖氨酰-L-脯氨酸（化合物Ⅰ）。
化合物I经水解得N2-[（g）-l-羧基-3-苯丙基]-L-赖氨酰-L-脯氨酸二水物（赖诺普利）。
见下面的反应式：
在上述第一条方法中，整条合成线路具有5步反应，各步反应条件都较温和，所用的原辅材料都是常规的医药化工原料，整条工艺设备采用了目前国内最先进的单元反应装置；第二条方法中，二肽合成及反应中氨基酸的多个活性基团需引入保护基和脱去保护基，还需一些特殊试剂；在第三条方法中需采用毒性高的氰化钾及光气，给生产带来不变。
所以我们选择第一条方法设计此次合成工艺。
2.2工艺设计过程
经选择后此次设计的赖诺普利片的制造过程如下：
a.三氟乙酸与乙醇在浓硫酸中加热回流，得到三氟乙酸乙酯；
b.将L-赖氨酸、三氟乙酸乙酯以及碱液投入反应釜，加热进行酰化反应，反应结束后冷冻搅拌析结晶，烘干，得到三氟乙酰赖氨酸。
c.将三氟乙酰赖氨酸、乙醇、苯酯以及催化剂投入加成釜中进行加成反应，反应结束后，抽入氢化釜。
然后加入钯炭，进行加氢反应，反应结束，减压蒸馏除去乙醇，加入水，冷却析结，得到氢化物。
d.将氢化物、三光气、二氯甲烷投入回流釜，加热回流反应，蒸馏得到赖诺酸酐。
e.赖诺酸酐投入到缩合釜中，加入L-脯氨酸、碳酸钠以及去离子水。
搅拌进行缩合反应。
然后用二氯甲烷进行提取。
提取液加入碱液进行皂化脱保护基得到赖诺普利水溶液。
赖诺普利水溶液在一定条件下在水中结晶成为最终产品赖诺普利二水物。
f.赖诺普利二水物经干燥后过筛选择出药物，然后进行配粉称量，按照一定比例混合后进行压片，制作成片剂。
g.将压好的片剂进行消毒分装，到铝塑包装，再到外包装，然后对外包装进行成品抽样化验合格后入库储存。
2.2.2制造过程分步介绍
a.三氟乙酸乙酯合成：
由于L-赖氨酸含有二个氨基,在反应中易生成副产物，降低收率。
因此,在本设计中需先制备三氟乙酸乙酯,以三氟乙酰基对6位氨基进行保护。
在三氟乙酸乙酯合成中。
传统工艺要经过精馏操作才能使三氟乙酸乙酯的纯度达更加完全,成品无须进塔精馏，采用普通蒸馏即能达到下步反应要求，大大提高了三氟乙酸乙酯收率。
b.微控酰化技术合成三氟乙酰赖氨酸：
此设计在反应过程中碱性环境变化很大，开始反应时，反应液的碱性很强,反应原料三氟乙酸乙酯在强碱作用下发生分解，使反应收率降低,同时还会生成副产物。
此工艺在酰化反应中，将强碱由一次解决了现有工艺中反应原料三氟乙酸乙酯在强碱条件下易分解的问题，又保证反应的正常进行。
使反应得率由82%提高到92%，同时因副产物减少，三氟乙酰赖氨酸纯度提高5%。
c.碳-钯催化剂低压催化加氢反应：
赖诺普利中间体的分子中含有苯环，在至0.2Mpa，反应时间由20h缩短至7h；低压氢化技术反应条件温和，操作方便准，制得的中间体赖诺普利氢化物的质量能达到国际水平。
2.3工艺设计说明
图1赖诺普利片制造工艺流程草图
工厂设计需要考虑多方面的问题，应运用系统工程并以发展的观点考虑以下几点：
①从实际情况出发，按不同的要求选择合理的方案。
②采用科学技术研究的新成果，包括先进工艺、高效设备和机械化、自动化手段以及计算机辅助管理等方法。
③采用的技术和装备应与原料、技术、劳动力等资源条件相适应。
④讲究投资的经济效益和建设的社会效果。
在各个设计阶段对不同的设计方案应进行技术经济分析和效果评价。
技术经济分析选用多项相互联系的技术经济指标，一般是采用投资回收期（投资总额与年收额之比）和投资收益率（年收益额与投资总额之比）等作为重要指标。
资金支付与收益年分并不相同，因此应根据贴现利率将资金折算为同一年分的现值，使经济比较建立在可比的基础上。
工艺流程是初步设计审批过程中主要审查内容之一，它的正确与否往往决定产品质量，产品竞争力，决定工厂的生存和发展。
选择工艺流程必须通过分析比较，从理论和实际各个方面进行论证，证实它在技术上是先进的，在经济上是高效的，符合设计计划任务书的要求。
工厂的平面设计是指工厂中所有建筑物、构筑物、露天堆场、交通运输、工程管线及绿化区等相互位置图的设计。
在青霉素发酵液过滤分离的工厂设计中，总平面设计与总平面图的绘制是由专门的总图的专业技术人员负责完成的。
工艺设计及其他相关专业的设计人员，不但要提供一般的生产工艺资料，而且要提供布置总平面的示意图，为总平面的设计提供依据。
平面设计的内容主要有以下四点：
（1）平面布置在考虑适应厂区地形的同时，合理地安排全厂的每个厂房、构筑物、原料堆场、道路、工程管线及绿化、美化环境设施等在厂区平面上的相对位置，使其适应生产工艺流程的要求，以及各个车间配合的需要。
（2）竖向布置以工艺为主体，决定建、构筑物的设计标高，使之互相协调，解决地形起伏和雨水排除问题，并据此确定填土和挖土方的工程量。
主要目的是既要工艺流程合理顺畅，又要节省土方量，节约投资。
（3）运输设计确定厂内、外的运输方式，并据此进行道路、铁路（厂内专用线）以至码头等的设计。
（4）管线综合布置工艺和水、电、汽等各种工程管线的设计应分别由各部门的专业设计人员负责。
但为了合理地布置这些管线，在总平面设计时，必须根据地上、地下各种管线的特点来综合地规定它的标高、位置和占地宽度，使之相互协调，布置得合理而又经济。
在工厂中对三废的处理如下：
（1）废气的处理：
产生少量有毒气体的实验应在通风橱内进行，通过排风设备将少量毒气排到室外,被空气稀释；产生大量有毒气体的实验必须具备吸收或处理装置。
如氮的氧化物、二氧化硫等酸性气体用碱液吸收，可燃性有机废液可于燃烧炉中通氧气完全燃烧。
（2）废液的处理：
各实验室应配备储存废渣、废液的容器，实验所产生的对环境有污染的废渣和废液应分类倒入指定容器储存；酸性、碱性废液按其化学性质，分别进行中和后处理。
使PH达到6～9之间后排放；有机物废液，集中后进行回收、转化、燃烧等处理；尽量不使用或少使用含有重金属的化学试剂进行实验。
（3）废料销毁：
能够自然降解的有毒废物，集中深埋处理；不溶于水的废弃化学药品禁止丢进废水管道中,必须集中到焚化炉焚烧或用化学方法处理成无害物；碎玻璃和其他有棱角的锐利废料,不能丢进废纸篓内，要收集于特殊废品箱内处理。
在此设计中二氯甲烷（CH2Cl2），三氟乙酸（CF3COOH），三氟乙酸乙酯（C4H5F3O2）三种液体溶剂会对环境产生污染。
二氯甲烷为无色透明易挥发液体，具有类似醚的刺激性气味，遇明火高热可燃，受热分解能发出剧毒的光气，若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险，属中等毒性物质。
三氟乙酸为无色有强烈刺激气味的发烟液体，不燃，受热分解或与酸类接触放出有毒气体，具有强腐蚀性，属第8类腐蚀品。
三氟乙酸乙酯为无色液体，有酯的气味，有毒，有腐蚀性，遇明火、高热易燃，与强氧化剂发生反应，可引起燃烧，其蒸气比空气重，能在较低处扩散到相当远的地方，遇明火会引着回燃，属第3.2类中闪点易燃液体。
应急处理处置方法：
①泄漏应急处理：
迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，进行隔离，严格限制出入。
切断火源。
建议应急处理人员戴自给正压式下水道、排洪沟等限制性空间。
小量泄漏，用砂土或勘察不烯材料吸附或吸收。
大量泄漏，构筑围堤或控坑收容；用泡沫覆盖，降低蒸气灾害。
用泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。
废弃物处置方法：
建议用焚烧法处置。
废料同其他燃料混合后焚烧，燃烧要充分，防止生成光气。
焚烧炉排气中的氮氧化物通过酸洗涤器除去。
②防护措施：
呼吸系统防护，空气中浓度超标时，应该柚戴直接式防毒面具（半面罩）。
紧急态抢救或撤离时，佩戴空气呼吸器。
眼睛防护，必要时，戴化学安全防护眼镜。
身体防护，穿防毒物渗透工作服。
手防护，戴防化学品手套。
其它，工作现场禁止吸烟、进食和饮水。
工作毕，沐浴更衣。
单独存放被污染的衣服，洗后备用。
注意个人清洁卫生。
③急救措施：
皮肤接触，脱去被污染的衣着，用肥皂水和清水彻底冲洗皮肤。
眼睛接触，提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。
就医。
吸入，迅速脱离现场至空气新鲜处。
保持呼吸道通畅。
如呼吸困难，给输氧。
如呼吸停止，立即进行人工呼吸。
就医。
食入，饮足量温水，催吐，就医。
灭火方法，雾状水、砂土、泡沫、二氧化碳。
3工艺计算
3.1物料衡算
年产5亿片，每片含药品10mg，则一年需药品质量：
5×108×10×10-6=5000kg
工作日按250d，则每天：
5000／250=20kg
加入的L-脯氨酸：
20×103／414.5×114=5500.5g
加入的苯酯：
48.25×204=9483g
加入的L-赖氨酸：
48.25×146=7044.5g
加入的乙醇：
48.25×46=2219.5g（可回收用于下一循环）
加入的三氟乙酸：
48.25×114=5500.5g
乙醇所需体积：
V乙醇=2219.5g/0.8（g/ml）=2774.4ml=2.78L
三氟乙酸所需体积：
V三氯乙酸=5500.5g/1.54（g/ml）=3571.8ml=3.57L
（1）电加热反应釜是在吸收国内外先进技术的基础上研制成功的新型产品，广泛地应用于医药、建材、化工、颜料、树脂、食品等行业，具有加热迅速、耐高温、耐腐蚀、卫生、无环境污染、无需锅炉自动加温，使用方便等特点。
表1电加热反应釜参数
型号
公称
容量L
实际
容量L
加热功
Kw×支
油夹套
容量L
内锅尺寸Dmm
夹套尺寸Dmm
支座螺孔中心Dmm
膨胀器容量L
n-d
50L
50
78
2×4
Ф96
Ф400
Ф600
828
10
4-25
100L
100
127
2×6
Ф127
Ф500
Ф700
928
15
4-25
300L
300
327
4×6
Ф218
Ф800
Ф1000
1148
20
4-25
500L
500
509
4×9
Ф269
Ф900
Ф1100
1252
25
4-25
1000L
1000
1017
4×12
Ф400
Ф1200
Ф1400
1588
40
4-30
2000L
2000
2154
4×15
Ф850
Ф1400
Ф1600
1840
80
4-30
3000L
3000
3201
5×15
Ф1015
Ф1600
Ф1750
2040
100
4-35
4000L
4000
4020
5×15
Ф1226
Ф1600
Ф1750
2070
120
4-36
5000L
5000
5170
5×18
Ф1400
Ф1800
Ф2000
2320
140
4-36
根据计算得选用型号为50L的反应釜，可以满足工艺生产需要。
（2）搪瓷釜对于强碱及任何浓度和温度的氢氟酸，温度大于或等于180℃，浓度大于30%的磷酸等不能使用，适用于无机酸，有机酸，有机溶剂及弱碱液等介质。
表2搪瓷釜参数
公称容积
实际容量
电热功率
夹套容量
内锅尺寸
外锅尺寸
电机功率
搅拌速度
50L
61L
3×2KW
95L
400φmm
600φmm
1450/0.6n/min
60-80
n/min
100L
120L
6×2KW
120L
500φmm
700φmm
1450/0.6n/min
200L
247L
6×3KW
200L
600φmm
800φmm
1450/1.5n/min
300L
355L
6×3KW
250L
700φmm
900φmm
1450/1.5n/min
500L
589L
9×4KW
290L
900φmm
1100φmm
1450/2.2n/min
1000L
1215L
12×4KW
560L
1200φmm
1400φmm
1450/4n/min
2000L
2244L
15×5KW
750L
1400φmm
1600φmm
1450/4n/min
3000L
3201L
15×5KW
1015L
1600φmm
1800φmm
1450/7.5n/min
4000L
4020L
15×5KW
1226L
1600φmm
1800φmm
1450/7.5n/min
5000L
5170L
18×5KW
1400L
1800φmm
2000φmm
1450/7.5n/min
根据表格中的设备参数，选定容积为50L的搪瓷缩合釜。
结论
赖诺普利新的合成工艺集成了碳-钯催化加氢、微控酰化以及外循环脱水等关键技术，合成条件温和，操作过程简便、安全，有效降低了环己基杂质含量，缩短了生产周期，对环境污染小。
参考文献
[1]杨逸卫.赖诺普利的临床应用进展[J].世界临床药物,2003.22（4）:
4.
[2]惠琴,胡雄伟.血管紧张素转换酶抑制剂抗高血压的发展与研究[J].医学理论与实践（12）:
966-968.
[3]朱宏吉，张明贤.制药设备与工程设计[J].化学工业出版社,2004.5（3）:
125-132.
[4]娄爱娟.化工设计.华东化工学院出版社[J].2002.12（5）:
76-88.
[5]王亚楼.化学制药工艺学[M].化学工业出版社.2003.2
（2）:
154-163.
[6]元英进等．制药工艺学[M].化学工业出版社2005.4（5）:
221-230.
[7]冯淑华，林强．药物分离纯化技术[M].化学工业出版社2003.11
（1）:
81-93.
[8]JournalofPharmaceuticalSciences1985,74（3）352-354].
升级会员 