中國是原料藥生產(chǎn)大國,總產(chǎn)量達百萬(wàn)噸。隨著(zhù)歐美等國因生產(chǎn)成本及環(huán)保成本壓力的增加,以及中國原料藥生產(chǎn)企業(yè)工藝技術(shù)、生產(chǎn)質(zhì)量及藥政市場(chǎng)注冊認證能力的提升,原料藥企業(yè)大量加速向中國轉移,中國原料藥行業(yè)生產(chǎn)規模不斷增加。在原料藥行業(yè)中,原料藥車(chē)間的工藝布置對車(chē)間的正常生產(chǎn)和質(zhì)量至關(guān)重要。合理的工藝布置才能實(shí)現工藝流程及設備的先進(jìn)[1],才能為車(chē)間生產(chǎn)、操作、設備安裝維修以及安全衛生、環(huán)保創(chuàng )造良好的環(huán)境。
(1) 反應過(guò)程復雜,操作工序繁多,部分反應條件苛刻。例如,反應過(guò)程會(huì )有副反應以及中間產(chǎn)物等,有些反應需要在高溫、高壓條件下進(jìn)行。
(2) 使用大量易燃易爆的有機溶劑、酸、堿以及有毒害物質(zhì)等,車(chē)間對防火、防爆、防腐的要求較高。原料藥車(chē)間常用溶劑甲醇、甲苯、乙醇、鹽酸、液堿。
(3) 設備數量和種類(lèi)較多,管道種類(lèi)和數量大;原料藥車(chē)間涉及反應釜(搪玻璃、不銹鋼)、儲槽、固液分離(離心機、過(guò)濾器)、干燥( 雙錐真空干燥、噴霧干燥)、冷凝器(螺旋板、螺旋纏繞、列管)、真空泵(無(wú)油立式、羅茨真空泵)、輸送泵等設備。
(4) 要充分考慮危險工藝和使用特殊物料工藝布置(例如需要隔房間,獨立的通排風(fēng)等)。
(5) 盡量利用位能考慮物料的輸送(高位槽、固體投料),以節約能耗、縮短管道等。
(6) 原料藥精烘包(精制、烘干、包裝) 崗位要按照GMP 要求(潔凈區的生產(chǎn)以及精烘包的泄爆等)。
(1) 車(chē)間布置以滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)要求為前提,以工藝流程為基礎,從利于生產(chǎn)操作和便于生產(chǎn)管理的角度出發(fā),合理進(jìn)行功能性區域劃分及設備布置設計。
(2) 車(chē)間布置應滿(mǎn)足安全、環(huán)保及職業(yè)衛生的要求。具體而言,在第一個(gè)原則上,要順應工藝流程布置,上下縱橫相呼應,確保水平方向和垂直方向的連貫性,盡量縮短物料運輸路線(xiàn),節約能源;相同設備或同類(lèi)設備、性質(zhì)相似及聯(lián)系密切的設備相對集中布置,以便于集中管理、統一操作;設備垂直方向布置不僅要充分考慮人員操作臺通道,還需考慮設備檢修、物料運輸所需運行空間。
原料藥的生產(chǎn)從原料藥起始物料引入工藝過(guò)程開(kāi)始就應按GMP 要求加以控制。影響原料藥車(chē)間布置的主要因素有工藝設備選型及布置、通排風(fēng)系統、生產(chǎn)過(guò)程控制系統、職業(yè)衛生安全以及管道系統等。
(1) 工藝設備選型及布置[3]。設備布置要滿(mǎn)足水平和垂直方向的連續性;要充分利用位差使物料自動(dòng)流送,避免物料過(guò)多的往返于樓層之間;設備排列盡量整齊,要留有足夠的操作及檢修空間;需要滿(mǎn)足GMP 要求等,此外,還要滿(mǎn)足原料藥車(chē)間的某些特殊要求。反應釜的選型應結合物料特性、反應特點(diǎn)等,減少搪玻璃通用反應釜的使用;酸性物料換熱器采用合金材料;盡量采用洗滌、分離、干燥一體化設備;采用密閉固體投料器,涉及劇毒品、遇水易燃易爆的物料采用帶隔離器的手套箱;采用全自動(dòng)包裝線(xiàn)。車(chē)間平面布置方案利用位能考慮物料的輸送。
(2) 通排風(fēng)系統[4]?;瘜W(xué)原料藥車(chē)間通排風(fēng)系統設計的必要性:車(chē)間安全生產(chǎn)的需求;車(chē)間防火防爆的需要;車(chē)間工人勞動(dòng)環(huán)境的需要。因此,原料藥合成車(chē)間必須進(jìn)行合理、安全、全面的通排風(fēng)設計。根據規范要求,甲類(lèi)車(chē)間必須進(jìn)行全面排風(fēng)。
目前應用較為廣泛的通排風(fēng)系統采用全面送舒適風(fēng),全面排風(fēng):采取該方式可以使車(chē)間的溫度得到有效的調節,整個(gè)車(chē)間環(huán)境舒適,操作簡(jiǎn)單,管理方便。但是機器較大,需要比較大的占地空間。另外設備比較多,能耗大,造價(jià)較高。
考慮到部分設備或房間可氣體濃度較高,需要設置局部排風(fēng),以滿(mǎn)足車(chē)間的安全、環(huán)保、職業(yè)衛生的要求。
(3) 生產(chǎn)過(guò)程控制系統。原料藥生產(chǎn)是一個(gè)比較復雜的過(guò)程,對設備的要求日益提高,現存的生產(chǎn)設備往往存在一些缺陷,需要在車(chē)間工藝設計中進(jìn)行自動(dòng)化的控制設計,以更好的達到車(chē)間自動(dòng)化水平。另外,由于藥合成車(chē)間內部可能會(huì )存在危險性的工藝行為,這就需要對工藝合成反應過(guò)程當中的參數以及反應物質(zhì)進(jìn)行一定的控制。比如,在反應車(chē)間內的控制溫度來(lái)說(shuō),其中有很多關(guān)于溫度的設計,溫度設計單元等。這樣能夠更好的滿(mǎn)足間歇性的溫度調控以及一些恒溫的反應要求等。通過(guò)有效控制好內部的單元,才能夠和反應車(chē)間內部的溫度測量?jì)x器相連接,準確并且直接的對反應車(chē)間內部的溫度異常情況進(jìn)行處理。原料藥車(chē)間應該具有一定高程度的自動(dòng)化控制能力,對工藝過(guò)程中涉及的主要參數包括溫度、壓力、液位、流量、含氧量、pH 值、可燃氣體、有毒氣體以及設備運行狀態(tài)等,可進(jìn)行顯示、記錄、調節、累積、控制、聯(lián)鎖、報警、打印、設定參數的在線(xiàn)修改;對現場(chǎng)運行動(dòng)轉設備可進(jìn)行停機操作。對重要的工藝參數設有自動(dòng)調節,以單參數調節為主,對可能產(chǎn)生危險的工藝參數則采用越限報警或聯(lián)鎖,以確保安全生產(chǎn)。
(4) 管道布置。原料藥車(chē)間的管道布置首先應符合生產(chǎn)工藝流程的要求,并能滿(mǎn)足生產(chǎn)要求;便于操作管理,并能保證安裝生產(chǎn);便于安裝、檢修和操作管理;要求整齊美觀(guān),并盡量節約材料和投資。架空管道與地面的距離除符合工藝要求外,還應便于操作和檢查。管道布置應兼顧電纜、照明、儀表及采暖通風(fēng)等非工藝管道的布置。
原料藥車(chē)間的外形多呈長(cháng)方形,從車(chē)間爆炸危險的泄壓角度考慮,長(cháng)寬比多在3~4 之間,車(chē)間長(cháng)度不宜過(guò)長(cháng),否則需要在車(chē)間內部設置伸縮縫,防止車(chē)間因不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫。原料藥車(chē)間通常南北兩面布置反應釜,中間為過(guò)道,南北方向設置三跨,跨距分別為7.0m、4.0m、7.0m,若反應釜容積較小,可適當縮減跨距。
為了集約土地資源和節約能耗,減少車(chē)間物料平層轉移,增加車(chē)間的利用率,目前原料藥車(chē)間的層數設置多為4 層,若車(chē)間的反應釜溶劑較小,設置可以做到5~6 層。原料藥車(chē)間原料藥車(chē)間的層高需要根據車(chē)間內使用的設備高度確定,當采用下出料離心機,并且結晶釜的容積較大時(shí),一層層高可定為6.0~6.5m,二、三層層高可以再5.5~6m,保證上一層反應釜的物料自流至下一層反應釜;四層(投料層) 層高在5.0~5.5m左右;再加上女兒墻高度,最終要將車(chē)間的總建筑高度控制在24m 內。
原料藥車(chē)間布置形式根據物料的流動(dòng)方式可以分為垂直流和平層流;根據車(chē)間的層數可以分為多層和單層。目前應用較廣泛,布置較為合理,空間利用程度較高的布置為多層垂直流。最上層布置投料層,投料量較大的固體物料采用噸袋投料器采用行車(chē)上料,投料量較小的固體物料采用小袋投料器進(jìn)行。采用隔層投料可以有效防止粉塵的散溢,避免粉塵對操作人員造成的危害。中間層布置主反應區,包括反應釜、冷凝器、高位槽以及配套的氣包(公用工程) 等以及部分離心工段,反應釜的布置在滿(mǎn)足工藝流程順暢的前提下充分利用位差轉移物料,危險工藝或有特殊物料的反應釜,需要與其他反應區隔離(單獨隔房間) 的,盡量布置在車(chē)間的角落位置。最下層布置離心、干燥和接收儲罐等設備。
在原料藥車(chē)間的工藝設計中,需要結合工藝特點(diǎn),在滿(mǎn)足安全、環(huán)保等相關(guān)規范的前提下,從生產(chǎn)的密閉程度、通排風(fēng)系統以及自動(dòng)化控制等方面靈活進(jìn)行設計,最大限度減少化工異味,避免對操作人員及環(huán)境造成不良影響,真正做到原料藥生產(chǎn)的清潔生產(chǎn)。