54ta氨力农车间工艺设计大学论文.doc

浙江工业大学课程设计说明书 课程设计题 目 45 T/a氨力农车间工艺设计 专 业 制药工程班 级 学生姓名 指导教师 30浙江工业大学课程设计说明书1目 录第一部分综述部分.1一、设计前言.11.1产品介绍.11.2 药品性状.11.3 药理学性质.11.4 药物制剂.1二、工艺路线的确定.22.1 合成工艺路线总述.22.2 合成路线的选择.22.3 氨力农的制备.22.4 反应的条件优化.2三、本设计的工作意义.2四、原料、中间体及化学试剂的性质.24.1原料的性质.34.2 中间体的性质.104.3 辅助试剂的性质.16第二部分 设计部分.18五、设计任务.19六、工艺流程简图.20七、物料衡算.227.1年生产批次计算.237.2各反应步骤实际工艺设计投料摩尔比.247.3首步反应物料衡算.247.4第二个反应物料衡算.297.5 产物的精制. .32八、设备体积初步计算.338.1反应釜体积计算与选型.338.2计量罐和储罐体积计算. 36九、泵的选型.449.1 二氯甲烷.449.3 THF.449.4 乙腈.459.5 二氧己烷.459.6 产品输出.469.7 滤液输出.469.8 油层输出.47十、人员配置和车间制度.4710.1人员配置.4810.2安全生产制度. .48参考文献附录3第一部分 综述部分一、设计前言1.1产品介绍1产品名称： 氨力农药物别称： 氨基双吡酮，氨吡酮，安联酮、安诺可、强心隆、乳酸氨利酮中文名称： 氨联吡啶酮英文名称： Amrinone结构式： CAS No： 60719-84-8分子式： C10H9N3O分子量： 187.198密度：1.277 g/cm3熔点：187.2 沸点：451.5 +-45.0 at 760 mmHg1.2 药品性状氨力农常用于制剂，为淡黄或黄色澄清液体。1.3 药理学性质1【药理毒理】其确切作用机制尚未完全阐明，实验证明该药通过选择性抑制心肌细胞内磷酸二酯酶，增加细胞内环磷腺苷(cAMP)，改变细胞膜内外钙的转运，从而产生正性肌力作用,对血管平滑肌有直接松驰作用，可降低心脏前、后负荷。【适用范围】适用于各种类型的充血性心力衰竭，尤其对洋地黄、利尿剂、血管扩张剂治疗无效的心衰患者。1.4 药物制剂【制剂与规格】液体注射剂，10ml：50mg【用法及用量】每日口服400800mg。【不良反应】主要表现为胃肠反应、血色素、血小板减少、室性心律失常、低血压及肝肾功能损害。【贮存】遮光，密闭保存。二、工艺路线的确定2.1 合成工艺路线总述查阅文献，以不同的原料合成氨基双吡酮，由于可以获得的文献资料有限，基本的原理路线由下图所示。基本原理图2-52.2 路线的优化但是由于整个反应耗时过长，决定原料直接购买氯甲酸苄酯和2-羟基-3-硝基吡啶(直接买中间体I和中间体II)。本法以氯甲酸苄酯和2-羟基-3-硝基吡啶为原料，经硝化、酯化、还原、碘代和氧化等反应制得氨基双吡酮。 该路线的特点是：氨力农的合成线路比较单一，第一步反应的产率为87%，第二大步产率为46%（分步的产率乘积）2.3 氨力农的制备（工艺资料）2.3.1 中间化合物 I （2-羟基-3-硝基吡啶）的合成 （购买）2在反应瓶中依次加入原料（加原料时冰浴添加）摩尔投料比（小试）为1:1.2的2-吡啶酮和67%硝酸，于室温搅拌反应20-30 min, 反应液加调节pH至中性，后处理得产物2-羟基-3硝基吡啶。2.3.2 中间化合物 II （氯甲酸苄酯）的合成 （购买）3 在250ml 反应瓶中依次加入三光气（29.8g，0.1mol）、50ml 四氯化碳，冰浴降温至5以下，搅拌下慢慢添加苯甲醇（10.8g，0.1mol）和20ml 四氯化碳溶液，滴加完毕撤去冰浴，室温反应5h，TLC检测反应完毕。减压脱去溶剂，加入乙酸乙酯，并用水洗涤，干燥有机层，脱溶得16.31g无色油状物，收率95.6%。2.3.3 中间化合物 a N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯 的合成 4在盛有反应器中加入原料（加原料时冰浴条件）摩尔投料比（小试）为1:1.2:1.35 的2-羟基-3-硝基吡啶、N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯和碳酸钠，低温0反应30min，再室温过夜反应，氯仿萃取产物，将油层与水层分离开来，加入碘代丁二酰亚胺室温过夜反应后，脱去溶剂。2.3.4 反应终产物（氨联吡啶酮）的合成5 在反应器中加入0.36mol 中间体 a（溶于1.45LCHCl3），避光加入0.48mol Ag2CO3和3.6mol CH3I 反应24h, 向反应器中继续加入双戊酰二硼0.38mol 和乙酸钾1.08mol 反应回流2.5h,冷却反应物，脱溶剂后干燥油层。得到的中间产物b 后，再加入双联（2-甲基-2, 4-戊二醇）硼酸酯、4-溴吡啶、Pd催化剂和溶剂1,4-二氧己环，搅拌反应2.5h得到中间体c，析出固体并离心，用乙腈再溶滤饼，加入10%碳酸钠溶液，油水分离得油层。蒸馏去溶剂后，在Pd催化下，进行氢气还原。三、本设计工作的意义我国目前生产氨力农的路线比较少，生产合成本身就不方便。对生产线路的研究也会促进对反应步骤的优化，日后会有更多的反应线路可以选择。假如对氨力农的生产方式多加探讨和试验，生产形式会更丰富，效率也会更高。同时，本设计也对选择的线路进行了设备的设计。由于氨力农本身作为药物起到了有利的社会价值，所以本设计工作十分地有意义。四、原料、中间体及化学试剂的性质1, 74.1原料的性质4.1.1 2-羟基-3硝基吡啶英文名称：2(1H)-Pyridione, 3-nitro结构式： 分子式：C5H4N2O3相对分子质量：140.10 g/molCAS No： 6332-56-5熔点：224沸点：368.8+/-35(760Torr)密度：1.44g/cm3 (20,760Torr)pKa: 8.37(most acid, 25)4.1.2 氯甲酸苄酯英文名称: carbonochloridic acic, phenylmethyl ester结构式： 分子式：C8H7ClO2CAS No: 6332-56-5分子质量：170.59 g/mol密度：1.22 g/cm3沸点：1524.1.3双联（2-甲基-2, 4-戊二醇）硼酸酯英文名称：bis (hexylene glycolato) diboronCAS No.： 230299-21-5结构式：分子式：C12H24B2O4分子量： 253.94熔点：115-117 沸点：222.6 (760 Torr)相对密度（101）：0.97 g/cm3闪点：145pKa: 12.05 (25)溶解性：不易溶于水；易溶于苯，极微溶于石油醚。用途：医药中间体4.1.4 4-溴吡啶英文名：4-bromo-pyridine结构式：分子式： C5H4BrN分子量： 158.00CAS NO： 1120-87-2性状：无色至浅黄色液体熔点：0.5沸点：28-30折射率：1.5694相对密度（水=1）：1.598饱和蒸气压（kPa）：3.35（25）溶解性：微溶于水，溶于乙醇、乙醚4.1.5 氢氧化钠简介：氢氧化钠(NaOH)，俗称烧碱、火碱、苛性钠，常温下是一种白色晶体，具有强腐蚀性。易溶于水，其水溶液呈强碱性，能使酚酞变红。氢氧化钠是一种极常用的碱，是化学实验室的必备药品之一。氢氧化钠在空气中易吸收水蒸气，对其必须密封保存，且要用橡胶瓶塞。它的溶液可以用作洗涤液。性状：熔融白色颗粒或条状，现常制成小片状。易吸收空气中的水分和二氧化碳。1g溶于0.9ml冷水、0.3ml沸水、7.2ml无水乙醇、4.2ml甲醇，溶于甘油。溶于水、乙醇时或溶液与酸混合时产生剧热。溶液呈强碱性。相对密度2.13。4.1.6水分子式： H2O结构式：HOH（两氢氧键夹角104.5）相对分子质量： 18.016密度：1000kg/m3 （4时）CAS： 7732-18-5性状： 纯净的水是无色、无味、无固定形状的透明液体。水在1个大气压（atm，1atmosphere）时（101.325千帕斯卡（kPa）。纯水在0时密度为999.87千克/立方米，在沸点时水的密度为958.38千克/立方米。水的比热容为4.2*103J/(kg)。4.1.7 硝酸英文名称：Nitric acidCAS No：7697-37-2分子式：HNO3分子量： 63.02性状：纯硝酸为无色透明液体，浓硝酸为淡黄色液体（溶有二氧化氮）熔点：-42沸点：78相对密度（水=1）：1.41闪点：120.5溶解性：溶于水，可溶于醇，微溶于醚、氯仿用途：供制氮肥、王水、硝酸盐、硝化甘油4.1.8 碳酸氢钠英文名 Sodium Bicarbonate 别称 小苏打，重碳酸钠，酸式碳酸钠，重曹，Baking Soda 化学式 NaHCO 分子量 84.01 CAS No. 144-55-8熔点 270（分解） 水溶性 7.8g/100ml（18） 密度 2.159 g/c （固体） 外观 白色粉末或单斜晶结晶性粉末 属性 化学试剂 毒性 无毒4.1.9 N-碘代丁二酰亚胺中文别名: N-碘代琥珀酰亚胺;N-碘丁二酰亚胺;N-碘琥珀酰亚胺;N-碘丁二酸亚胺;N-碘化丁二酰胺;丁二酰亚胺英文名称: N-Iodosuccinimide英文别名: 1-IODO-2,5-PYRROLIDINEDIONE ; NIS ; 1-iodo-5-pyrrolidinedione ; n-iodo-succinimid ; Succinimide,N-iodo- ; succiniodimide ; 1-iodopyrrolidine-2,5-dione ; Iodosuccinimide ; 2,5-Pyrrolidinedione, 1-iodo- ;CAS No.: 516-12-1EINECS: 208-221-6分子式: C4H4INO2分子量: 224.984.2 中间体的性质4.2.1 中间体 a N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯英文名称：carbamic acid, N-(1,2-hydro-5-iodo-2-oxo-3-pyridinyl)-, phenylmethyl ester结构式： 分子式：C13H11IN2O3CAS No: 147269-68-9分子质量：370.14 g/mol密度：1.77 g/cm3沸点：459.0+- 454.3 辅助试剂的性质4.3.1甲苯英文名称: methylbenzene分子式：C7H8结构式：熔点：-95 C沸点：111 C密度：0.866 g/cm3蒸气密度：3.2 (vs air)蒸气压：22 mm Hg ( 20 C)折射率：n/D 1.496(lit.)闪点：40 F储存条件：0-6C水溶解性：0.5 g/L (20 C)CAS NO:108-88-34.3.2乙醇英文别名：Ethanol,Alcohol,Grain alcohol化学式： C2H5OH相对分子质量： 46.07性状：无色透明液体；有愉快的气味和灼烧味；易挥发；能与水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮 和其他多数有机溶剂混溶；相对密度(d15.56)0.816；易燃；蒸气能与空气形成爆炸性混合物。用途：溶剂；有机合成；各种化合物的结晶；洗涤剂；萃取剂；75%（体积分数）的乙醇溶液常用于医疗消毒。4.3.3 甲醇英文名 methanol别称 羟基甲烷、木醇、木精化学式 CH3OH分子量 32.04186 CAS No. 67-56-1 EINECS登录号 200-659-6熔点 -97 沸点 64.7水溶性 与水完全互溶 密度 0.7918 g/cm 外观 无色液体闪点 11应用 工业酒精 安全性描述 S：1/2-7-16-36/37-45 危险性符号 R：11-39/23/24/25 危险性描述 与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。 危险品运输编号 1230 SMILES CO RTECS PC1400000 摩尔质量 32.04 gmol1 黏度 0.59 mPas，20 C 偶极矩 1.69 D（气态） 主要危害 含有甲醇的酒可引致失明、肝病4.3.4氯仿英文名：Trichloromethane化学式：CHCl3CAS： 67-66-3分子量：119.39外观与性状：无色透明重质液体，极易挥发，有特殊气味。熔点：-63.5相对密度（水=1）：1.50沸点：61.3相对蒸气密度（空气=1）：4.12饱和蒸气压：13.33kPa (10.4)溶解度(水)：0.8 g/100 ml, 20 C溶解性：不溶于水，溶于醇、醚、苯主要危害：作用于中枢神经系统，具有麻醉作用4.3.5冰乙酸英文名称：Acetic acid化学式：CH3COOH分子式：C2H4O2相对分子质量：60.05CAS号：64-19-7密度：1.0492 g/ml沸点：117.9性状：无色液体，有刺鼻的醋酸味。溶解性：能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。4.3.6吡啶英文名 pyridine 别称 氮(杂)苯 化学式 C5H5N 结构式 分子量 79.10 CAS No. 110-86-1熔点 41.6 沸点 115.2 密度 0.9819 g/cm 外观 无色液体 危险性描述 易燃, 有害, 对男性生殖系统损害较大4.3.7四氯化碳英文名 carbon tetrachloride 别称 四氯甲烷 化学式 CCl4 分子量 153.84CAS No. 56-23-5 熔点 -22.92 沸点 76.8 水溶性 0.8g/L (20) 密度 1.595g/cm (20) 外观 无色液体 应用 萃取剂 危险性描述 有毒，可造成化学性器官损伤 化学品类别 有机物-氯化物 管制类型 不管制 储存方式 密封或水封保存4.3.8三甲基氯硅烷英文名 trimethyl chlorosilane 化学式 C3H9ClSi 结构式：分子量 108.64 CAS登录号 75-77-4 熔点 -40 沸点 57.3密度 0.857g/cm3外观 无色溶液闪点 -184.3.9碘化钠化学式 NaI 相对分子质量 149.89 管制信息 本品不受管制用途 微量测定铯、铂和铊等 制造无机碘化物和有机碘化物 医药中用作甲状腺肿瘤防治剂、祛痰剂和利尿剂，食品添加剂、感光剂 分析试剂4.3.10 乙腈外文名 acetonitrile 别名 甲基氰 分子式 C2H3N结构式：相对分子质量 41.05 化学品类别 有机物 管制类型 管制储存 密封保存 CAS No. 75-05-84.3.11 四氢呋喃英文名 tetrahydrofuran 别称 1，4-环氧丁烷；氧杂环戊烷；THF 化学式 C4H8O 分子量 72.11 CAS No. 109-99-9 EINECS No. 203-726-8 熔点 -108.4 沸点 65-66 密度 0.8892(20) 外观 无色透明液体 闪点 -20 应用 有机合成中常用的溶剂，合成医药的原料。高能燃料等方面。 折射率 1.4050 自燃点 610 相对蒸汽密度 2.5 饱和蒸汽压 15.20kPa(15) 临界压力 5.19MPa 临界温度 2684.3.12 乙酸乙酯英文名：ethyl acetate化学式：CH3COOC2H5别名：醋酸乙酯；变性酒精；变性乙醇；乙酸乙醚；甲基化乙醇；甜菜糖蜜滓。CAS号：141-78-6SMILES：CC(=O)OCCRTECS：AH5425000摩尔质量：88.11 gmol1外观：无色液体熔点：-84沸点：77临界点：250.11溶解度（水）：8.3 g/100 mL，20 黏度：0.426，25 偶极矩：1.78警示术语：R：11-36-66-67安全术语：S：16-26-33主要危害：易燃，有刺激性闪点：-44.3.13 碳酸钠外文名 Sodium Carbonate 俗名 苏打、纯碱、洗涤碱 化学式 Na2CO3 密度 2.532g/cm 熔点 851 分解温度 744 分子量 105.99 CAS号 497-19-8 EINECS号 207-838-8;231-867-5 沸点 16004.3.14二氧己环英文名称 1,4-dioxane 中文别名 1,4-二氧己环，1,4-二氧杂环己烷，二噁烷，乙二醇二醚，环氧二乙烷 英文别名 Diox; Diethylene dioxideCAS No. 123-91-1 MDL号 MFCD00006571 EINECS号 204-661-8 4.3.15 二氯甲烷英文名 dichloromethane 别称 DCM化学式 CH2Cl2 分子量 84.93 CAS No. 75-09-2 EINECS登录号 200-838-9 熔点 -97 沸点 39.8 水溶性 20g /L （20 ）密度 1.325 g/mL at 25 C （lit.）外观 无色透明易挥发液体 闪点 无（不燃物） 安全性描述 微毒 危险品运输编号 UN 1593 6.1/PG 3安全说明 S23-S24/25-S36/37-S45-S16-S74.3.16 碳酸银英文名 Silver carbonate 化学式 AgCO 分子量 275.7453 CAS No. 534-16-7 EINECS登录号 208-590-3 熔点 210 沸点 333.6水溶性 3.48910-3/20 密度 6.08 g/mL 外观 浅黄色粉末 闪点 169.8应用 用作分析试剂 安全性描述 穿戴适当的防护服和保护眼睛/面 危险性符号 Xn，Xi 危险性描述 刺激眼睛、呼吸系统和皮肤。4.3.17 乙酸钾外文名 Potassium Acetate 中文别名 醋酸钾 化学式 CH3COOK 分子式 C2H3KO2 分子量 98.14 熔点 292 密度 1.57 闪点 40 折射率 n20/D 1.3704.3.18 碳酸钾英文名 Potassium carbonate 别称 钾碱 化学式 K2CO3 分子量 138.21 CAS No. 584-08-7 熔点 891 沸点 333.6 水溶性 易溶于水 密度 2.43g/cm3 外观 白色粉末或颗粒 应用 面食制品 危险性符号 Xn: Harmful 危险性描述 ADI不作特殊规定 危险品运输编号 3262 4.3.19 双三苯基磷二氯化钯化学式：PdCl2(PPh3)分子式：C36H30Cl2P2Pd英文名称：Trans-Dichlorobis(triphenyl-phosphine)Palladium(II)英文别名：Palladium(II)bis(triphenylphosphine) dichloride线性分子式：(C6H5)3P2PdCl2纯度：Pd15.1%CAS No. 13965-03-2分子量：701.904.3.20 碘化钠英文别名：Sodiumiodide，dihydrate，Sodiumiodide化学式 NaI CAS No. 7681-82-5相对分子质量 149.89 管制信息 本品不受管制4.3.21 碘甲烷外文名 iodomethane 分子式 CH3I外观与性状 无色液体，有特臭分子量 141.95CAS No. 74-88-4 EINECS号 200-819-54.3.22氢英文名 Hydrogen 化学式H 分子量 1.00794 CAS No. 133-74-0EINECS登录号 215-605-7 熔点 -259沸点 -253水溶性 0.00017G/100Ml密度 0.08342kg/m3液体密度70.78kg/m3(-252.9，101.3kPa) 外观 无色、无臭、可燃气体。它是已知的最轻气体。 应用 用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料，冶金用还原剂等 安全性描述 S16/33：远离火源，采取防护措施防止静电发生。 危险性符号 F+：很易燃物质 危险性描述 R12：极端易燃。 危险品运输编号 UN1049/1966/2034/2600 4.3.23 钯英文名 Palladium 化学式 Pd 分子量 106.42 CAS No. 7440-05-3 EINECS登录号 231-115-6 熔点 1554 C(lit.) 沸点 2970 C(lit.) 密度 12.023 gcm3 外观 为银白色金属（面心立方结晶） 应用 合金材料、催化剂、珠宝首饰 危险品运输编号 UN 3089 4.1/PG 2 4.3.24 硫酸镁 英文名 magnesium sulphate 别称 泻盐，硫苦、苦盐、泻利盐 化学式 MgSO4 分子量 120.3687 CAS登录号 7487-88-9 EINECS登录号 231-298-2 熔点 1124 水溶性 25.5 g/100 ml (20 C) 密度 2.66 g/mL 外观 白色结晶状固体闪点 1124 摩尔质量 120.415 gmol1 MSDS External MSDS 吸水量 1.05（以MgSO47H2O计）4.3.25 庚烷英文名 heptane 别称 庚烷 化学式 C7H16 分子量 100.2 CAS No.142-82-5 熔点 90.61 沸点 98.42 水溶性 不溶 密度 0.684 g/mL 外观 无色液体 闪点 -4 安全性描述 健康危害：本品有麻醉作用和刺激性。第二部分 设计部分五、设计任务(1) 设计项目名称：45 T/a氨力农车间工艺设计(2) 生产方法：以2-吡啶酮和苯甲醇为原料，经硝化、酰氯化、还原、碘代等反应制得氨基双吡酮(3)生产时间：车间每年生产天数为300d(4) 工段产品：为乳白色油状物(5) 产品质量规格和包装方式：含量为99的氨基双吡酮，25kg/桶六、工艺流程简图七、物料衡算7.1年生产批次计算（1）中间体a合成（还原、多种卤代）工段（22.5h）加料1h，调节反应温度0.5h，0反应3h，室温反应6h，氯仿萃取1h, 油水分离1h, 加入碘代丁二酰亚胺0.5h, 室温反应8h，脱溶剂1h，出料0.5h（2）终产物（46h）加料0.5h，反应24h，萃取并油水分离2h, 加料0.5h，反应并回流2.5h，冷却1h，干燥1h, 脱溶剂1h, 出料 0.5h, 加料0.5h, 搅拌反应2.5h, 过滤0.5h, 再溶1h, 搅拌反应5h, 油水分离1h, 氢化还原2h，出料0.5h.所以设定每3天生产一批，年产量为45吨，一年按照300个工作日计算，3天1批，一年一共生产100批产品。氨力农(氨联吡啶酮，分子量为187.198), 则451000/100=450kg/3天450/187.198=2.403 kmol/3天。则根据反应可知反应第四步(99%的氨力农)收率为46%，那么所需中间体III(分子量370.14)的投入量2.403*0.99/0.46=5.16 kmol/3天=1909.92 kg/3天, 中间体 II(氯甲酸卞酯，分子量 170.59)需量5.94*1.2=7.13Kmol/3天=1218.0K