2.4.4　化學(xué)制藥車間工藝設(shè)計(jì)

車間工藝設(shè)計(jì)是化學(xué)制藥廠設(shè)計(jì)的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守相關(guān)法令法規(guī)，充分重視經(jīng)濟(jì)效果，節(jié)省工程投資，保證最大的產(chǎn)出效益。同時(shí)應(yīng)盡量采取先進(jìn)技術(shù)，保證技術(shù)的可行性和可靠性。車間工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容按照設(shè)計(jì)進(jìn)行的先后順序主要包括：

①工藝流程設(shè)計(jì)；

②物料衡算；

③能量衡算；

④設(shè)備選型和計(jì)算；

⑤車間布置設(shè)計(jì)；

⑥管道設(shè)計(jì)；

⑦非工藝條件設(shè)計(jì)；

⑧工藝部分設(shè)計(jì)概算。

下面就其中的主要部分進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

2.4.4.1　工藝流程設(shè)計(jì)

工藝流程設(shè)計(jì)是在確定原料藥的合成工藝路線的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其任務(wù)是通過(guò)圖解和必要的文字說(shuō)明將原料變成產(chǎn)品的全部過(guò)程（包括污染物的治理）表示出來(lái)。工藝流程設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)中最重要、最基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)步驟，對(duì)后續(xù)的物料衡算、能量衡算、工藝設(shè)備設(shè)計(jì)、車間布置設(shè)計(jì)和管道設(shè)計(jì)等單項(xiàng)設(shè)計(jì)起著決定性的作用，并與車間布置設(shè)計(jì)一起決定著車間或裝置的基本面貌。

工藝流程設(shè)計(jì)必須遵循由定性到定量、由淺入深、逐步完善的過(guò)程，其基本步驟如下。

（1）對(duì)選定的生產(chǎn)方法進(jìn)行工程分析及處理　將生產(chǎn)方法分解成若干單元反應(yīng)與單元操作，明確各單元反應(yīng)與單元操作的主要設(shè)備、操作條件和基本操作參數(shù)（如溫度、壓力、濃度等），在此基礎(chǔ)上確定各設(shè)備間的連接順序及載能介質(zhì)的技術(shù)規(guī)格和流向。

（2）繪制工藝流程框圖　以方框、文字和箭頭等形式定性地表示出由原料到產(chǎn)品的路線和順序。

（3）進(jìn)行方案比較　在原始信息不變的條件下，即保持反應(yīng)過(guò)程和結(jié)果不變的情況下對(duì)不同的技術(shù)方案進(jìn)行比較，通常以收率或能量消耗等為依據(jù)，選定出最優(yōu)方案。

（4）繪制設(shè)備工藝流程圖和物料流程圖　在工藝流程框圖的基礎(chǔ)上，將設(shè)備以一定的幾何圖形來(lái)表示，同時(shí)標(biāo)示出設(shè)備間的縱向關(guān)系和全部原料、中間體及三廢名稱和流向，就可以得到設(shè)備工藝流程圖。另外，在明確產(chǎn)品產(chǎn)量的基礎(chǔ)上還可進(jìn)行物料衡算和能量衡算，從而繪制出物料流程圖。

（5）繪制帶控制點(diǎn)的流程圖　在工藝流程圖繪制完成后，車間布置和儀表自動(dòng)控制設(shè)計(jì)隨之開始。根據(jù)車間布置設(shè)計(jì)和儀表自控設(shè)計(jì)結(jié)果，可繪制出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。

總的來(lái)講，化學(xué)單元反應(yīng)、分離過(guò)程、物料輸送和能量交換是組成工藝流程的四個(gè)重要部分，它們之間相互影響、相互制約，因此工藝流程設(shè)計(jì)應(yīng)著眼于全流程的協(xié)調(diào)和優(yōu)化，力爭(zhēng)達(dá)到整體效果的最優(yōu)。

2.4.4.2　物料衡算與能量衡算

（1）物料衡算　是利用物料守恒定律計(jì)算進(jìn)入與離開某一過(guò)程或反應(yīng)器的各種物料的數(shù)量、組分以及組分的含量，即產(chǎn)品的質(zhì)量、原輔材料的消耗量、副產(chǎn)物量、“三廢”排放量等。物料衡算是化工計(jì)算中最基本，也是最重要的內(nèi)容之一。在進(jìn)行車間工藝設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)生產(chǎn)工藝流程示意圖確定后，即可以作車間物料衡算。通過(guò)計(jì)算，可得車間所處理的各種物料數(shù)量及組成，從而使設(shè)計(jì)由定性轉(zhuǎn)向定量。物料衡算是車間工藝設(shè)計(jì)中最先完成的一個(gè)計(jì)算項(xiàng)目，這也是后續(xù)的能量衡算、設(shè)備選型或工藝設(shè)計(jì)、車間布置設(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)等各單項(xiàng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，因此，物料衡算結(jié)果的正確與否將直接關(guān)系到車間工藝設(shè)計(jì)的可靠性。

為使物料衡算能客觀地反映出生產(chǎn)實(shí)際狀況，除對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程要作全面深入了解外，還必須有一套系統(tǒng)而嚴(yán)密的分析、求解方法。在實(shí)際生產(chǎn)中通常采用的是按車間生產(chǎn)的各步驟逐一進(jìn)行物料衡算的方法。

（2）能量衡算　化學(xué)藥物的生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論是進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的反應(yīng)設(shè)備還是進(jìn)行物理處理過(guò)程的設(shè)備，大都存在一定的熱效應(yīng)。為了更加合理地利用能源，必須對(duì)各設(shè)備進(jìn)行能量衡算。

對(duì)于新設(shè)計(jì)的設(shè)備或裝置，能量衡算的目的主要是為了確定設(shè)備或裝置的熱負(fù)荷。根據(jù)熱負(fù)荷的大小及物料的性質(zhì)和工藝要求，可再進(jìn)一步確定傳熱設(shè)備的類型、數(shù)量和主要工藝尺寸。此外，熱負(fù)荷也是確定加熱劑或冷卻劑用量的依據(jù)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，也可對(duì)已經(jīng)投產(chǎn)的一臺(tái)設(shè)備、一套裝置、一個(gè)車間甚至整個(gè)工廠進(jìn)行能量衡算，以尋找到能量利用的薄弱環(huán)節(jié)，為完善能源管理、制定節(jié)能措施、降低單位能耗提供可靠的依據(jù)。

能量衡算的依據(jù)是物料衡算的結(jié)果以及相關(guān)物料的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，如定壓比熱容、相變熱、反應(yīng)熱等。其理論依據(jù)是熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。但在化學(xué)制藥工業(yè)中，能量衡算在多數(shù)情況下可簡(jiǎn)化為熱量衡算。

2.4.4.3　車間布置與管道設(shè)計(jì)

車間布置設(shè)計(jì)的目的是對(duì)車間內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)的配置和設(shè)備的安排做出合理布局，其是制藥工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。車間布置是否合理，不僅與施工、安裝、建設(shè)投資密切相關(guān)，也與車間建成后的生產(chǎn)、管理、安全和經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)。

車間布置設(shè)計(jì)的任務(wù)，第一是確定車間的火災(zāi)危險(xiǎn)類別、爆炸與火災(zāi)危險(xiǎn)性場(chǎng)所等級(jí)及衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)；第二是確定車間建筑物和露天場(chǎng)所的主要尺寸，對(duì)生產(chǎn)、輔助及行政生活區(qū)域位置作出安排；第三是確定全部工藝設(shè)備的固定位置。

車間布置應(yīng)符合廠房建筑、生產(chǎn)工藝、設(shè)備安裝檢修、安全技術(shù)等方面的要求，實(shí)際設(shè)計(jì)中需因地制宜靈活運(yùn)用。

（1）車間的總體布置　車間布置設(shè)計(jì)既要考慮車間內(nèi)部的生產(chǎn)、輔助生產(chǎn)、管理和生活協(xié)調(diào)，又要考慮車間與廠區(qū)的供水、供電、供熱和管理部分的呼應(yīng)。廠房的平面應(yīng)該力求簡(jiǎn)單，利于建筑定型和施工方便，能使工藝設(shè)備布置具有可變性和靈活性，其平面通常為長(zhǎng)方形、T形、L形等。廠房?jī)?nèi)每層高度主要取決于設(shè)備的高低、安裝的位置及安全控制等條件。在不影響工藝流程的原則下，將較高的設(shè)備集中安放，簡(jiǎn)化廠房的立體布置，減少建筑體積的浪費(fèi)。另外，為保持人流和物流的順暢及安全，廠房的出入口、交通過(guò)道、樓梯位置等也要精心安排。

（2）設(shè)備和通道的布置　設(shè)備和通道布置的任務(wù)主要決定工藝設(shè)備的空間位置以及通道、電氣儀表管線及采暖通風(fēng)管道的走向和位置。布置的基本要求是：滿足生產(chǎn)工藝要求、滿足設(shè)備安裝和檢修要求、滿足土建要求、滿足安全衛(wèi)生和防腐的要求。

（3）GMP與“精烘包”工序設(shè)計(jì)　藥品是一種特殊的商品，其生產(chǎn)過(guò)程必須符合GMP的要求。所以在制藥車間的設(shè)計(jì)時(shí)也必須按照GMP的相應(yīng)要求進(jìn)行，在硬件上為保障質(zhì)量的藥品生產(chǎn)提供經(jīng)濟(jì)、合理的廠房及設(shè)備和環(huán)境條件。這樣做的主要目的是解決藥品生產(chǎn)中的交叉污染和混雜問(wèn)題，確保產(chǎn)品的質(zhì)量。

“精烘包”是原料藥生產(chǎn)的最后工序，也是直接影響成品質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。它包括了粗品溶解、脫色過(guò)濾、重結(jié)晶、過(guò)濾、干燥、粉碎、篩分、包裝或濃縮液無(wú)菌過(guò)濾、噴霧（或冷凍）干燥、篩分、包裝等步驟。按照GMP的規(guī)定，除粗品溶解、脫色過(guò)濾按一般生產(chǎn)區(qū)處理，其他過(guò)程均有潔凈等級(jí)要求，潔凈等級(jí)的高度視產(chǎn)品性質(zhì)有所不同。所以“精烘包”應(yīng)與原料藥生產(chǎn)區(qū)分隔并自成一個(gè)獨(dú)立的區(qū)域，其設(shè)計(jì)過(guò)程中在環(huán)境潔凈級(jí)別、工藝布局及土建要求、人員、物料凈化和安全、室內(nèi)裝修、設(shè)備和管道、空調(diào)系統(tǒng)、電氣設(shè)計(jì)等方面都有明確的原則和要求，必須嚴(yán)格遵守。

（4）管道設(shè)計(jì)　在藥品生產(chǎn)中，水、蒸汽、冷凍鹽水及各種流體物料通常采用管道輸送，各反應(yīng)設(shè)備、分離設(shè)備及儲(chǔ)罐等之間一般也用管道連接。在整個(gè)工程投資中，管道、管件與閥門占有較大的比例。

在管道設(shè)計(jì)中，首先，應(yīng)根據(jù)被輸送物料的性質(zhì)和操作條件選取適當(dāng)?shù)墓懿模m宜的管材應(yīng)具有良好的耐腐蝕性能，且價(jià)格低廉。其次，應(yīng)根據(jù)物料衡算結(jié)果及物料在管內(nèi)的流動(dòng)要求，確定出管道的管徑，然后確定閥件的規(guī)格和材料，估算管道鋪設(shè)的投資。在管道布置設(shè)計(jì)時(shí)，首先要統(tǒng)一協(xié)調(diào)工藝與非工藝管道的布置，然后按工藝流程并結(jié)合設(shè)備布置、土建情況等合理布置工藝管道。在滿足工藝、安裝檢修、安全、整齊、美觀等要求前提下，盡量做到投資少，經(jīng)費(fèi)支出最小。