原料药中试车间反应单元多功能设计-《机电信息》(2020年21期).docx

龙源版权所有 原料药中试车间反应单元多功能设计作者：王明非来源：《机电信息》2020年第21期 摘要：原料药涉及精细化工、制药工程等领域，且要求符合GMP法规要求。现结合国内外原料药多功能中试车间设计理念和实践经验，探讨原料药中试车间反应釜单元的模块化设计。该设计以工艺为核心，通过工艺自动化控制实现反应釜单元的多功能设计。 关键词：典型反应釜单元;多功能设计;单元模块化设计 0 引言 本文以项目实践经验为基础，吸收国外精细化工、制药工艺的设计理念，探讨反应单元多功能设计在原料药中试车间的设计应用方法，重点在于工艺设计概念的阐述和设计实务分析。 1 典型反应釜单元 典型的反应釜单元包含反应釜、高位槽、回收罐、输送泵、冷凝器，辅助工艺系统包含温控单元、真空系统、氮气保护系统、冷冻系统、离心过滤干燥单元。针对不同工艺或者生产要求，有些反应单元需要多个高位槽、多个回收罐，或者不需要高位槽、反应釜出料到反应釜也可以去离心机，但是这都不影响典型的反应单元模块化设计。 典型反應釜单元可以实现化学反应溶解、萃取、蒸发、浓缩、结晶、溶剂回收等过程操作。 2 多功能设计 从实验室到工业化生产通常分为小试、中试和生产三种规模，其中多功能设计特别适用于中试规模，且适合采用无目标产品的设计方法。一般生产规模因为已经有目标产品，最好采用有目标产品的多功能设计方案，在满足有目标产品的工艺要求的前提下，兼顾流程、设备、单元操作的多功能，尽可能满足更换产品情况下的技术要求。 多功能设计比较多地适用于精细化工、化学合成原料药领域，这些领域具有反应路线长、参与反应的原辅料及中间体种类多、工艺参数变化和范围广、品种灵活等特点。 多功能设计以单元设备为核心，可以在不考虑工艺配方的前提下，根据工程经验设计反应釜单元、离心过滤单元、干燥单元，使反应釜单元满足尽可能多的化学反应如浓缩、结晶、蒸发等操作过程，以满足绝大多数生产需求。但多功能不是万能，实践中一般把反应釜单元的重要工艺参数和材料性质如温度、压力、腐蚀、物料性质、反应特性、气液固相反应等作为重要的指标，科学分类和排列组合，在满足工艺生产需要的同时节省投资和降低操作费用。 2.1 反应单元的工艺参数 2.1.1 材质 一般选型：50%搪玻璃材质、50%不锈钢SS316L;特殊选型：50%搪玻璃材质、30%不锈钢SS316L、20%哈氏合金HC276或HC22材质。搪玻璃材质适用于非强碱性条件下、大部分酸性条件下的化学反应过程;不锈钢材质适用于碱性、中性及某些弱酸性环境;哈氏合金材质的耐腐性好于不锈钢SS316L材质，尤其是在含有氯离子的条件下（原料药合成和精细化工生产中比较普遍的工艺条件）。 2.1.2 温度 反应温度是反应单元非常重要的过程控制参数，对反应转化率、产品收率、副产物、产品质量有非常重要的影响，根据国外多功能反应温度数据统计分析： （1）80%常见反应，操作温度在-5～120 ℃; （2）10%化学反应，操作温度高于120 ℃; （3）10%化学反应，操作温度低于-20 ℃。 2.1.3 压力 根据数据统计，90%反应为常压化学合成反应和单元操作。 常压反应单元：全真空至0.4～0.6 MPa（国外也经常选用全真空到1.0 MPa），搪玻璃和不锈钢材质均适用。 高压反应单元：全真空至2.0 MPa或5.0 MPa，适用不锈钢SS316L、SS304L和哈氏合金材质。 特殊压力：根据目标产品工艺配方的要求，可能选用10.0 MPa或其他特殊压力要求的，如加氢的气液相反应，适用不锈钢SS316L、SS304L和哈氏合金材质。 在考虑到设备金属材料耐酸碱腐蚀、氢脆腐蚀和在不同温度条件下许用应力的变化，特殊高压、深冷、加氢等更适合选用哈氏合金材料。 2.1.4 搅拌 反应釜常用搅拌型式有叶轮式搅拌、锚式搅拌、框式搅拌、桨式搅拌。根据反应类型、物料特性、结晶类型，需要合理选用不同的搅拌方式。所以多功能单元的搅拌设计需要在生产流程的多个反应单元中选用多种搅拌型式来满足不同的产品配方、工艺要求。 2.1.5 取样 由于原料药中试合成单元过程控制参数中温度、压力、流量、液位均为间接控制参数，反应单元必须配套合理的取样器和取样方法，以实现在线检测或中控。 2.2 多功能反应单元操作设计参数的选择 根据上述反应工艺操作条件的要求、设备材质耐腐蚀性能、搅拌器的类型综合进行反应单元设计参数的选择。 多功能反应单元设计，工艺参数宜根据用户要求进行数据分析统计。根据收集的数据分析，下述这种分类比较有代表性： （1）50%搪玻璃反应釜设计温度-19～120 ℃;设计压力：釜内全真空～0.4 MPa，夹套0.6 MPa。 （2）30% SS316L反应釜设计温度-