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典型原料药车间工艺布置与设计要点

发布时间:

2023-12-15 10:45

引言
 
中国是原料药生产大国,总产量达百万吨。随着欧美等国因生产成本及环保成本压力的增加,以及中国原料药生产企业工艺技术、生产质量及药政市场注册认证能力的提升,原料药企业大量加速向中国转移,中国原料药行业生产规模不断增加。在原料药行业中,原料药车间的工艺布置对车间的正常生产和质量至关重要。合理的工艺布置才能实现工艺流程及设备的先进[1],才能为车间生产、操作、设备安装维修以及安全卫生、环保创造良好的环境。

 

原料药车间的主要特点
 
(1) 反应过程复杂,操作工序繁多,部分反应条件苛刻。例如,反应过程会有副反应以及中间产物等,有些反应需要在高温、高压条件下进行。
(2) 使用大量易燃易爆的有机溶剂、酸、碱以及有毒害物质等,车间对防火、防爆、防腐的要求较高。原料药车间常用溶剂甲醇、甲苯、乙醇、盐酸、液碱。
(3) 设备数量和种类较多,管道种类和数量大;原料药车间涉及反应釜(搪玻璃、不锈钢)、储槽、固液分离(离心机、过滤器)、干燥( 双锥真空干燥、喷雾干燥)、冷凝器(螺旋板、螺旋缠绕、列管)、真空泵(无油立式、罗茨真空泵)、输送泵等设备。
(4) 要充分考虑危险工艺和使用特殊物料工艺布置(例如需要隔房间,独立的通排风等)。
(5) 尽量利用位能考虑物料的输送(高位槽、固体投料),以节约能耗、缩短管道等。
(6) 原料药精烘包(精制、烘干、包装) 岗位要按照GMP 要求(洁净区的生产以及精烘包的泄爆等)。

 

原料药车间布置原则
 
(1) 车间布置以满足工艺生产要求为前提,以工艺流程为基础,从利于生产操作和便于生产管理的角度出发,合理进行功能性区域划分及设备布置设计。
(2) 车间布置应满足安全、环保及职业卫生的要求。具体而言,在第一个原则上,要顺应工艺流程布置,上下纵横相呼应,确保水平方向和垂直方向的连贯性,尽量缩短物料运输路线,节约能源;相同设备或同类设备、性质相似及联系密切的设备相对集中布置,以便于集中管理、统一操作;设备垂直方向布置不仅要充分考虑人员操作台通道,还需考虑设备检修、物料运输所需运行空间。

 

影响原料药车间的布置因素
 
原料药的生产从原料药起始物料引入工艺过程开始就应按GMP 要求加以控制。影响原料药车间布置的主要因素有工艺设备选型及布置、通排风系统、生产过程控制系统、职业卫生安全以及管道系统等。
(1) 工艺设备选型及布置[3]。设备布置要满足水平和垂直方向的连续性;要充分利用位差使物料自动流送,避免物料过多的往返于楼层之间;设备排列尽量整齐,要留有足够的操作及检修空间;需要满足GMP 要求等,此外,还要满足原料药车间的某些特殊要求。反应釜的选型应结合物料特性、反应特点等,减少搪玻璃通用反应釜的使用;酸性物料换热器采用合金材料;尽量采用洗涤、分离、干燥一体化设备;采用密闭固体投料器,涉及剧毒品、遇水易燃易爆的物料采用带隔离器的手套箱;采用全自动包装线。车间平面布置方案利用位能考虑物料的输送。
(2) 通排风系统[4]。化学原料药车间通排风系统设计的必要性:车间安全生产的需求;车间防火防爆的需要;车间工人劳动环境的需要。因此,原料药合成车间必须进行合理、安全、全面的通排风设计。根据规范要求,甲类车间必须进行全面排风。
目前应用较为广泛的通排风系统采用全面送舒适风,全面排风:采取该方式可以使车间的温度得到有效的调节,整个车间环境舒适,操作简单,管理方便。但是机器较大,需要比较大的占地空间。另外设备比较多,能耗大,造价较高。
考虑到部分设备或房间可气体浓度较高,需要设置局部排风,以满足车间的安全、环保、职业卫生的要求。
(3) 生产过程控制系统。原料药生产是一个比较复杂的过程,对设备的要求日益提高,现存的生产设备往往存在一些缺陷,需要在车间工艺设计中进行自动化的控制设计,以更好的达到车间自动化水平。另外,由于药合成车间内部可能会存在危险性的工艺行为,这就需要对工艺合成反应过程当中的参数以及反应物质进行一定的控制。比如,在反应车间内的控制温度来说,其中有很多关于温度的设计,温度设计单元等。这样能够更好的满足间歇性的温度调控以及一些恒温的反应要求等。通过有效控制好内部的单元,才能够和反应车间内部的温度测量仪器相连接,准确并且直接的对反应车间内部的温度异常情况进行处理。原料药车间应该具有一定高程度的自动化控制能力,对工艺过程中涉及的主要参数包括温度、压力、液位、流量、含氧量、pH 值、可燃气体、有毒气体以及设备运行状态等,可进行显示、记录、调节、累积、控制、联锁、报警、打印、设定参数的在线修改;对现场运行动转设备可进行停机操作。对重要的工艺参数设有自动调节,以单参数调节为主,对可能产生危险的工艺参数则采用越限报警或联锁,以确保安全生产。

(4) 管道布置。原料药车间的管道布置首先应符合生产工艺流程的要求,并能满足生产要求;便于操作管理,并能保证安装生产;便于安装、检修和操作管理;要求整齐美观,并尽量节约材料和投资。架空管道与地面的距离除符合工艺要求外,还应便于操作和检查。管道布置应兼顾电缆、照明、仪表及采暖通风等非工艺管道的布置。

 

原料药车间布置
 
原料药车间的外形多呈长方形,从车间爆炸危险的泄压角度考虑,长宽比多在3~4 之间,车间长度不宜过长,否则需要在车间内部设置伸缩缝,防止车间因不均匀沉降而产生裂缝。原料药车间通常南北两面布置反应釜,中间为过道,南北方向设置三跨,跨距分别为7.0m、4.0m、7.0m,若反应釜容积较小,可适当缩减跨距。
为了集约土地资源和节约能耗,减少车间物料平层转移,增加车间的利用率,目前原料药车间的层数设置多为4 层,若车间的反应釜溶剂较小,设置可以做到5~6 层。原料药车间原料药车间的层高需要根据车间内使用的设备高度确定,当采用下出料离心机,并且结晶釜的容积较大时,一层层高可定为6.0~6.5m,二、三层层高可以再5.5~6m,保证上一层反应釜的物料自流至下一层反应釜;四层(投料层) 层高在5.0~5.5m左右;再加上女儿墙高度,最终要将车间的总建筑高度控制在24m 内。

原料药车间布置形式根据物料的流动方式可以分为垂直流和平层流;根据车间的层数可以分为多层和单层。目前应用较广泛,布置较为合理,空间利用程度较高的布置为多层垂直流。最上层布置投料层,投料量较大的固体物料采用吨袋投料器采用行车上料,投料量较小的固体物料采用小袋投料器进行。采用隔层投料可以有效防止粉尘的散溢,避免粉尘对操作人员造成的危害。中间层布置主反应区,包括反应釜、冷凝器、高位槽以及配套的气包(公用工程) 等以及部分离心工段,反应釜的布置在满足工艺流程顺畅的前提下充分利用位差转移物料,危险工艺或有特殊物料的反应釜,需要与其他反应区隔离(单独隔房间) 的,尽量布置在车间的角落位置。最下层布置离心、干燥和接收储罐等设备。

 

结语
 
在原料药车间的工艺设计中,需要结合工艺特点,在满足安全、环保等相关规范的前提下,从生产的密闭程度、通排风系统以及自动化控制等方面灵活进行设计,最大限度减少化工异味,避免对操作人员及环境造成不良影响,真正做到原料药生产的清洁生产。

 

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