喜格：制药车间设计-流程设计篇

喜格：制药车间设计-流程设计篇
制药车间，特别是原料药车间，按照工业分类和工程领域的划分，属于化工车间的一种。

制药车间的根本任务就是向人类提供防病治病提高健康素质的医药产品。

但从其目的实质来说，如同其他各类化工车间一样，就是完成物质的转化过程，把初始原料转化为更具有使用价值的产品。

而这种物质的转化过程，按照化学工程述语，通常称之为化工过程。

化工过程是由一系列的化工单元操作和化工单元过程有效组合而成。

因而，我们说要完成物质的有效转化，必须具备二个基本条件：
第一、由各种单元设备按照特定程序所组成的装置。

装置为完成特定的化工过程提供了所必须的空间和场所。

第二、各种不同的载能介质。

载能介质通常指的就是水、电、蒸汽、压缩气体、冷盐水及其燃料等动力系统介质。

物质在进行转化的过程，也就是物理或化学的变化过程中，总是要伴随能量的输入或输出。

载能介质为完成这种能量的迁移提供了所必须的通道。

它或者向过程的进行中输入所必须的数量和质量的能量；或者从过程的进行中撤走所释放出来的能量，从而使参予化工过程的各种物质能够处于规定的状态，有效地完成转化的历程。

化工工艺设计技术人员的职责，简单地说就是为物质的有效转化提供上述所必须的二个基本条件。

具体一点，就是根据指定产品的制造化学工艺，最有效地利用现有工程技术领域内的成就，组织化工过程，配备相应的单元设备，提供必须的载能介质，完成产品的高效的工业化生产。

SICOLAB化工工艺设计，通常在大体上分为四个阶段进行：流程设计；单元设备的工艺结构设计；布置设计；技术经济分析。

流程设计的任务
流程设计的基本任务，就是对从初始原料到最终产品为止的物质，在其间所经历的各种过程(包括物理的和化学的，也就是化工单元过程和化工单元操作)，以及其间的物流和能流(也有叫热流)进行技术上合理，经济上合算的有效的组织，以完成特定产品的工业化生产。

所以流程设计是整个车间设计中最基础最重要的设计阶段。

之所以是“最基础的阶段”，是由于尔后的设备工艺结构设计，以及车间布置设计，都是以工艺流程所规定。

它们的一切设计原则都应以工艺流程为中心，为工艺流程服务，受工艺流程约束，而不能有任何违背。

之所以是“最重要的阶段，’，是由于工艺流程本身直接为车间的根本任务—完成规定质量和数量的产品生产负责。

么工艺流程的合理性，先进性和经济性直接决定着车间生产的命运。

各个单元设备的最优，并不能保证整个装置和车间的最优。

而工艺流程的组织得当，却直接决定着车间生产的技术水平。

工艺流程设计，是从车间总体和整个系统出发来考虑各种技术问题的。

什么叫工艺流程呢?工艺流程就是从指定的初始原料一直到规定的最终产品，其间的物流和能流沿着编定的化工单元过程、化工单元操作及其设备所流经的程序和历程。

程序的意思就是先后顺序；历程就是随着时间和路程，物质和载能介质变化的记录，也就是物质和载能介质在过程中的经历。

图纸是工程界最形象最能说明问题的工具和语言。

设计技术人员采用规定的图形、符号，把工艺流程用图纸表示出来，就叫做工艺流程图。

正如前述，流程设计，就是要完成工艺流程的组织和编制。

这个设计阶段的最主要和最重要的成果，就是工艺流程图及其相关的文字叙述。

同时，它的另一方面的任务，就是向尔后的工艺设计阶段，和与车间设计相关的非工艺专业设计，提出有关的设计技术要求，通常称之为技术条件。

综合上述，流程设计阶段的任务是：
1.确定操作方案，采用连续操作还是间歇操作；
2.确定生产制度，包括年操作日，日操作时数及生产班制；
3.确定生产流程，编制工艺流程图，提出主要操作技术条件，自动控制和仪表监测技术条件以及产品质量监督，生产控制，分析技术条件等；
4.编制物料流程和能量流程，提出物料(原料、辅助原料、中间体)和载能介质(水、电、汽、冷、压缩气体、燃料等)的技术规格及数量；
5.向单元设备工艺结构设计阶段提出每台设备在工艺流程中所应承担的具体任务；
6.向技术经济分析阶段提出原料、载能介质单位重量产品的消耗定额和流程对操作者的体质、技术水平和智力水准的要求。

流程设计应遵循的基本原则
工程设计的基本原则和根本准则，就是在不违犯国家法令的前提下，生产出低成本的高质量产品。

在一定的市场价格下，低成本意味着高利润，而利润在通常情况下，就是产品的生命；高质量，可以增强产品本身的内在竞争能力。

所以说，这个基本原则就是车间设计和流程设计技术水平高低的唯一的最终判据。

现结合流程设计将上述的基本原则具体叙述如下：
1.严格遵守设计计划任务书中关于产品方案的有关规定。

设计计划任务书中产品方案，主要包括产品的四个方面：
(1)产品的质量标准：一般情况下，医药产品应严格按照国家颁布的现行“药典”执行；鉴于我国医药产品生产，正日趋面向世界市场，流程设计应尽量考虑提高产品的优级率的因
素，合乎国际上的惯例，使产品质量达到世界先进国家的药典等的规定；
(2)产品的生产规模：生产规模是计划经济部门进行市场研究，综合平衡的产物，未经上级主管部门的批复，设计人员无权白行变动。

(3)产品的包装要求：外包装直接牵涉到产品的贮存、运输，对于医药产品，还牵涉到贮存期药品质量的变化间题；
(4)产品的用途。

2.严格遵守设计计划任务书中，关于产品的原料路线和生产方法。

计划任务书考虑到原料配套问题，均对原料路线和生产方法作了明确规定。

设计人员在接到计划任务书后，首先应对原料路线和生产方法进行必要的复查，一般情况应严格执行。

若发现资源和技术方面存在重大间题，设计人员应上报有关主导部门。

3.流程设计必须坚持技术上落实可靠，技术经济指标先进的原则。

技术上的落实可靠，就是对于所采用的每一项技术成果，都必须是经过实践考验的，是经过技术鉴定通过的，是确有百分之百把握的。

对于新技术的采用，既要采用积极、敢想、敢用的精神，又要坚持一切经过实践、采取稳妥的态度。

设计中的百分之一的侥幸心理，都可能给施工和生产带来极大的危害。

技术经济指标的先进与否，是设计优劣，技术水平高低的唯一判据。

技术的先进和落后标准，是相对的，而不是绝对的，这正如连续化的流态化干燥流程和古老的厢式干燥流程相比较，脱离开生产规模大小等具体情况，无法判断先进与落后一样。

技术上的先进，必须在技经指标上能够体现出来。

技术经济，就是经济指导下的技术，用技术手段达到经济上的目的。

4.严格执行国家法令。

这里的国家法令，指的是与设计有关的国家标准规范，主要的卫生标准，防火规范，三废排放标准等以及其他的技术规范。

这些都是人类在长期的生产活动中，长期积累起来的实践经验结晶，用生命换来的血的教训，科学实验的总结。

国家把这些以国家标准规范的方式用法令形式固定下来，作为设计人员从事设计的法律依据。

设计人员无权对国家标准中的条件自作任意解释；而应由规范中指明的单位负责解释。

三、流程设计的基本程序及其技术处理
流程设计间题的实质，就是在设计基本原则的指导和约束下，求解这样一个中间过程。

要求在给定的输入(即原料)，取得给定的输出(即成品)：
下面就传统的设计方法和程序，进行如下介绍。

(一)基本程序
流程设计大致分为如下四个阶段：
1.生产方法的工程分析处理，这里把它起名曰“原始信息搜索”阶段。

这个阶段的主要任务，就是结合设计任务的规定，对试验阶段所提出的已证明是可行的生产方法或试验流程，进行具体的剖析，以便获得试验阶段对工程设计阶段在流程方面所提出的最基本的要求，即“原始信息”。

这些信息，设计人员通常是无权变动的。

否则，给定原料生产，给定产品的目的就根本上被动摇了。

设计人员的任务，仅仅是用技术经济的手段，
满足“原始信息”的要求。

这个阶段通常包括：
(1)生产方法的基本化工单元流程(程序)化
(2)基本化工单元之间相互所连接的物料流的基本信息的搜索。

物料流基本信息包括：
1)起迄单元时的状态参数(相态：T，℃；P，公斤/厘米²)；
2)物料性质；
3)流量(F，公斤/时)；
(3)能量的输入输出要求(品位级：Q，千卡/时)。

搜索技术，就是通常说的物料平衡和热量平衡。

这个阶段的中间成品，就是带有物料流量和输入输出热量的基本单元流程示意图。

2.方案选择阶段
这个阶段的主要任务，就是运用现有的誉釜化工技术成就和设计者本人的经验，以第一阶段成品一一基本单元流程图为基础，提出各种不同的流程方案，然后根据中间判据进行最优选择，决定工艺流程方案。

这个工艺流程方案，基本包括了除涉及到布置所引起输送以外的全工艺过程。

中间判据，通常以物料收率和能量利用效率为主。

能量利用效率应当包括反映在数量上利用状况的热效率或余热利用率，以及在质量品位级方面利用状况的热力学效率或有效能单耗。

这个阶段的中间成品：
(1)工艺流程方案图；
(2)向“设备工艺计算”提出该设备在流程中所承担的工艺任务具体要求：(注：这一阶段以后，应当开始进行“设备工艺计算”方面工作，并提出设备草图。

“设备工艺计算”不属于本讲座内容，可参阅有关专门书籍。

)
3.流程竖向布局阶段这个阶段的主要任务是根据工艺流程方案图和设备草图，进行流程的竖向布局。

流程竖向布局原则：在满足规模、操作、维修及生产管理要求下，最大限度地节约垂直输送所必须的能量。

这个阶段的中间成品：
(1)选择垂直输送设备，如提升机，输送泵等；
(2)编制工艺流程草图；
(3)编制工艺设备一览表初稿。

(注：这一阶段以后应开展车间布置，化工管路计算以及最终技术经济判决，这些内容也同样超出本讲座范围，可参阅有关专门著作。

)
4.成品阶段
本阶段是流程设计的最终阶段，它的任务就是根据技术经济的最终判决，绘制工艺流程图成品。

绘制的基本原则及其注意事项详见第四部分。

(二)技术处理
现用玉米发酵法制造丙酮、丁醉溶剂的工艺流程设计实例进一步说明流程设计程序和有关的技术处理。

鉴于篇幅所限，重点放在培养基糊化消毒部分。

1.原始信，息搜集阶段
(1)生产方法：
资料来源：现行生产工厂或鉴定批准的试验报告。

内容要点：原料玉米经粉碎成细度为1.2~1.smm的玉米粉，加水调和成含量为~7外的悬浮液。

悬浮液在温度93士3oC下糊化25分钟。

形成的糊化液经过138士2℃，40分钟的灭菌消毒后，降温至40士2℃，即为消后培养基，作为发酵用。

发酵采用醋酸梭状芽抱杆菌(即丙丁菌)进行厌氧深层二级发酵(育种和发酵)法。

育种条件：温度40士ZoC，周期16~18小时；发酵：温度40士ZoC，周期28小时，接种量30~40界。

发酵产物为含丙酮、丁醇、乙醉溶剂的发酵液和含CO：和瓦的发酵气。

发酵液可以采用普通的蒸馏分离方法，获得丙酮、丁醇、乙醇产品。

(2)基本单元定性方块流程图：这种方块流程图最主要的作用，是给设计工作者一种全过程系统性的概念。

2.物料流基本信息的搜集：
(1)生产制度的确定生产制度包括：间歇或连续操作的选定；年操作日；操作班制。

间歇与连续操作的选定，通常情况下采用连续操作是比较经济合理的。

连续操作，辅助时间大量节约，设备紧凑，投资省；操作稳定易于机械化、自动化，而且产品质量稳定。

但是，间歇操作在如下情况应该首先考虑：
小产量的贵重产品生产，并且一击内可进行多种操作者；
玉米玉米粉细度1.2~1.5m皿·一一谏悬浮液7临生产条件。

在安排年操作日时要考虑：星期日和假日是否占用?通常情况下，对于医药生产，如有可能的话，则尽量不考虑占用。

计划性停车天数：该天数一般用于计划中的检查，修理和设备的更新工作。

非计划性停车天数：该项通常是由于原材料和动力系统供应的中断，火灾爆炸事故，意外的极端恶劣的气候条件以及最有可能的设备事故等因素所引起的被迫性停车。

在安排操作班制时，要
注意：对毒性较大的，劳动力短缺的或有可能安排的情况者，则应首先考虑一班制或二班制，不考虑夜班操作；对产品销售情况掌握不明，或产品不能长期贮存，但市场销售又不很均衡等情况，也应首先考虑一班制或二班制，使车间生产能力有一定的贮备，以便应付急需。

对于丙丁溶剂的生产，根据生产实践，设计采用：年工作日：300天；采用连续操作方法；每日三班，每班8小时。

(2)物料流量的计算起迄单元时的状态参数，可以从定性方块流程图中取得；物料性质，可以从试验和有关物性手册取得；物料流量，必须进行计算。

计算基础数据：物料组成；反应转化率：收率数据；单元操作的特定操作参数如蒸馏回流比；各种损失数据，从生产实际取得。

计算方法：以物料平衡原理为基础进行计算，按照设计计划任务书规定：丙丁总溶剂年产3000吨；操作小时数为300 x 24二7200；小时。