年产300吨头孢拉定原料药车间的工艺设计.docx

300T/年头孢拉定原料药生产车间的工艺设计
摘 要
头孢拉定 (Cephradine, Velosef) 别名：先锋霉素Ⅵ、头孢菌素Ⅵ等。本品为第一代半合成头孢菌素，抗菌作用与头孢氨苄相似。头孢拉定是第一代头孢菌素类抗生素，该药是美国squibb公司首先研制成功并生产的一个即可口服又可注射的头孢菌素。本品自问世以来，由于其优良的抗菌活性和药动学特点而被广泛应用于人医临床，适用于敏感菌引起的感染及预防多种术后感染。2002年农业部批准将头孢拉定用于兽医临床，初步显示其在兽因临床上应用价值非常大。
本设计基于原料药车间的设计对头孢拉定生产做了个详细的研究，并对头孢拉定原料药车间做了初步的设计。本设计以西宁市为厂址，根据实地情况和自然因素，经济因素规划了药厂的布局与面积。使得药厂具有自然、交通、人为的便利。根据西宁市的自然状况对药厂内部布局做了规划，整个药厂具有生活区，生产区，行政区，配套设施区。车间的布局符合生产最优化的原则，并严格按照CMP的要求进行设计，使得其能顺利进行头孢拉定原料药的生产。

关键词：头孢拉定，初步工艺设计，原料药

Preliminary Design of Production Plant Process of 300 Tons of Cefradine
ABSTRACT
Cephradine which has alias such as Vanguard ADM VI, cephalosporins Ⅵ,and so on. This product is the first generation of semi-synthetic cephalosporin. The result shows that the effect of antibacterial is similar with cephalexin's. Cephradine is the first generation cephalosporin antibiotic, the drug is successfully developed first by the company of Squibb locates in US which produced the cephalosporins that can not only be taken orally but also be injected.Since it was developed, this product is widely used in human medicine clinical because of their excellent antibacterial activity and pharmacokinetic characteristics which applicable to goods caused by infection and prevention of a variety of postoperative infection. In 2002, Cephradine was approved to be used in the veterinary clinic by Ministry of Agriculture, and the initial value display in the animal due to the clinical application is very large.
This design is a detailed study based on the bulk drugs' workshop designed to cephalosporins that pull scheduled production,and it is also a preliminary design about cephalosporin Rivet bulk drugs' workshop.According to the situation on the ground and natural factors, economic factors, this design makes Xining City for the site and plans the layout and size of the pharmaceutical companies so that it will equipped with the pharmaceutical nature, transportation and human convenience. According to the natural situation in Xining City, the pharmaceutical internal layout plan that it should have entire pharmaceutical living area, production area, administrative and ancillary facilities area. The layout of the workshop is in line with the principle of production optimization, and in strict accordance with the requirements of the CMP design. Smooth Cephradine production of bulk drugs.
KEY WORDS: Cefradine，the preliminary process design，bulk drugs

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 简介 1
1.1 头孢拉定简介 1
1.2 头孢拉定市场分析 1
1.3 头孢拉定的发展前景 2
1.4 原料药的简述 3
1.5 头孢拉定原料药车间初步设计 4
1.5.1 设计的指导思想 4
1.5.2 设计依据 4
1.5.3 设计内容和重点 4
1.5.4 设计规模 5
1.5.5 设计的目的和意义 5
2 生产工艺设计 6
2.1 生产安排 6
2.2 生产工艺流程 6
2.3生产工艺流程图 7
2.4 物料衡算 7
2.4.1 物料衡算依据 7
2.4.2总的物料衡算 8
2.4.3 7—ADCA硅脂化的物料衡算 8
2.4.4 混合酸酐制备的物料衡算 8
2.4.5 缩合反应的物料衡算 8
2.4.6 水解反应的物料衡算 9
2.4.7萃取的物料衡算 10
2.4.8 过滤脱色的物料衡算 11
2.4.9 结晶反应的物料衡算 12
2.5 能量衡算 12
2.5.1能量衡算的目的 13
2.5.2热量平衡方程式 13
2.5.3缩合产物的能量衡算 13
2.5.4头孢拉定的能量衡算 14
3 设备选型 15
3.1 设备选型步骤与原则 15
3.2 选择设备 16
3.3 设备型号 16
3.3.1 蒸汽加热不锈钢反应釜 16
3.3.2 不锈钢缩合釜 17
3.3.3 不锈钢水解釜 17
3.3.4 不锈钢结晶罐 17
3.3.5列管式冷凝器 18
3.3.6泵 19
3.3.7 TA碟心离心机 19
3.3.8 活性碳过滤釜 19
4 设备工艺流程图 21
4.1生产工艺简述 21
4.2绘图说明 21
5 原料药车间平面布置图 22
5.1 车间平面布置的相关规定 22
5.2 车间平面布置应该考虑的因素 23
5.3车间布置设计应符合规定 23
5.4 车间布置说明 25
5.4.1 车间平面布置说明 25
5.4.2 车间立面布置说明 26
5.5车间布置 26
5.6 设备布置 26
5.7管道布置 27
6 全厂总平面设计 28
6.1 全厂平面设计任务 28
6.2 设计依据和原则 28
6.3 选择厂址时考虑的因素 30
6.4 厂区概况 30
6.5 厂址有关资料 31
6.5.1 气象资料 31
6.5.2 地质资料 31
6.5.3 经济条件 31
6.6 设计内容 31
6.6.1 设计思路 31
6.6.2 工厂构成 32
6.6.3 建筑设施面积确定 32
6.7 工厂的技术指标 33
6.7.1 建筑系数 33
6.7.2 厂区利用系数 33
6.7.3 绿地率 34
6.8 交通运输 34
7 非工艺设计 35
7.1 土建 35
7.1.1 设计依据 35
7.1.2 车间建筑构造 35
7.2 防火防爆与安全卫生 35
7.2.1 防火防爆 35
7.2.2 防雷与防静电 36
7.2.3 采光与照明 36
7.2.4 通风 36
7.2.5 消防 36
7.2.6 安全卫生 36
7.3 电气 37
7.4 绿化 37
7.5 给排水设计 37
7.5.1 供水系统 37
7.5.2 制水 37
7.5.3 排水系统 38
7.6 环境卫生 38
7.7 设备安装 38
7.7.1 设备的吊装和运输 38
7.7.2 设备的安装 39
7.7.3 设备及钢结构油漆及其他要求 39
7.8 三废处理 39
8 技术经济与工程预算 40
8.1 技术经济的指标体系 40
8.2 费用类别 40
8.3 成本 40
9 设计总结 42
致 谢 43
参考文献 44

1 简介
1.1 头孢拉定简介
头孢拉定 (Cephradine, Velosef) 别名：先锋霉素Ⅵ、头孢菌素Ⅵ等。本品为第一代半合成头孢菌素，抗菌作用与头孢氨苄相似。本品耐酸可以口服，吸收好，血药浓度较高，特点是耐β内酰胺酶，对耐药性金葡菌及其它多种对广谱抗生素耐药的杆菌等有迅速而可靠的杀菌作用，主要以原形经尿排泄，尿中浓度较高。临床主要用于呼吸道、泌尿道、皮肤和软组织等的感染，如支气管炎、肺炎、肾盂肾炎，膀胱炎，耳鼻咽喉感染、肠炎及痢疾等。
头孢拉定是第一代头孢菌素类抗生素，该药是美国squibb公司首先研制成功并生产的一个即可口服又可注射的头孢菌素。本品自问世以来，由于其优良的抗菌活性和药动学特点而被广泛应用于人医临床，适用于敏感菌引起的感染及预防多种术后感染。2002年农业部批准将头孢拉定用于兽医临床，初步显示其在兽因临床上应用价值非常大。
头孢拉定抗菌谱比较广，对本品敏感的致病菌包括化脓性链球菌、肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌(包括产酶金黄色葡萄球菌，不包括甲氧西林耐药金黄色葡萄球菌)、脑膜炎奈瑟氏球菌、淋球菌。流感嗜血杆菌对本品低度至中度敏感，多种临床常见的引起轻度与中度感染的肠道阴性杆菌如大肠埃希氏菌、克雷伯杆菌、奇异变形杆菌等对本品中度敏感。对本品不敏感或耐药的细菌有铜绿假单胞菌、吲哚阳性变形杆菌、沙雷菌属、枸橼酸杆菌、肠杆菌与肠球菌。厌氧菌如脆弱拟杆菌、支原体与衣原体对本品亦均耐药。[5]
结构式：

1.2 头孢拉定市场分析
该药的口服剂型在我国使用率较高，20世纪90年代已是这一品类中的佼佼者，该药由百时美施贵宝公司开发，1974年通过FDA批准后上市，商品名为泛捷复，在临床应用的30年中发挥了非常重要的作用，到1998年国外总产量约在475吨左右，泛捷复在全球畅销品种中排名372位，销售额8000多万美元，头孢拉定1998年在我国药品市场名列第三位。
头孢拉定在1992年由山东新华制药厂、上海五洲制药厂开发成功，并生产出5吨原料药，发展到今天，国内已有20家企业生产头孢拉定原料药，2002年国内主要生产企业扩大产能后，总产量已达1182吨，其中华北制药集团、山东新华医药、哈药集团、广州医药集团占据总量的85％，据2004年上半年统计表明，头孢拉定的总产量为758吨，第三季度为175吨，前三季度为产量同比减少了5％ ，推算全年约在1200～1300吨左右。
国内头孢拉定制剂生产厂家众多，生产批文已达数百个，2004年上半年头孢拉定粉针剂产量为5.10亿支，颗粒剂0.33亿包。我国实施抗生素限售令计划前后， 口服抗生素制剂已纷纷限产，2004年一季度胶囊剂仍为11.41亿粒，二季度下降了44％，三季度又下降了30％，三季度产量仅为4.44亿粒，与此同时，头孢拉定的原料药产量增长速度也受到制约。
近两年，在多方面因素影响下，头孢拉定的外贸出口进展转好，2004年3季度比上年同期上升了48％，全年头孢拉定、头孢拉定精氨酸和头孢拉定钠3个品种出口13.95吨，外贸收入88.45万美元。
从我国医院用药金额看，头孢拉定制剂在上世纪90年代初已进入百位之内，1992年已达1.5亿元左右。由于国产化进程的加快，价格连续下调的同时用量不断增加，2003年重点城市样本医院用药金额为0.69亿元，在我国批发领域领先前200位药品中名列20位，销售额为2.42亿元，全国零售市场总额约达40多亿元。
1.3 头孢拉定的发展前景
头抱拉定是美国施贵宝公司于1977 年开发的第一代头孢，投放市场后, 产品质量稳定，疗效好。我国医药工业开发头袍拉定始于80年代末90年代初,生产起步较晚。目前仅有2 家厂生产原料药, 即山东新华制药厂和上海五洲药厂,年生产能力为30吨。年国产头袍拉定原料药实现零的突破生产5.6吨。
据我国卫生部从1989年起选择各地36家代表性医院购进药品金额的调查表明，头孢拉定胶囊1989年比1988年增长0.7%,1990年比1989年增长2.23%。1989 年名次排列为第62位,1989年上升为第62位,1990年名次排列猛升到第2位，呈现大幅度上升。我国口服头孢原料药产量发展缓慢的原因是生产技术未过关，发酵单位低, 成本高,影响了生产发展现阶段头孢拉定市场基本本上仍被进口货源垄断。若要改变这种局面，有关医药生产厂应集中全力依靠科学技术进步改进工艺，提高收率, 首先要抓好7-ADCA 母核原抖生产。因为7-ADCA是生产口服头孢菌素的原料, 而生产7-ADCA的起始原料是青霉素, 后经对引进工艺的消化吸收, 以及使用微机对发酵进行优化控制等措施, 使发酵单位提高到5000u/ml,可是国外发酵单位早已达到8000u/ml以上。我国7-ADCA在“ 八五”计划前没有一家生产, 目前国内7-ADCA的收率,水平仅为54%，而国外葛兰素公司等则超过85%； 头饱拉定相对于7-ADCA收率, 国内只有30% ,而国外先进水平为50%以上。由此看来, 只有提高收率, 增加7-ADCA的生产数量, 将国产口服头孢原料药成倍发展上去，才能真正实现国产原料药的自给自足。
今后两年的市场趋势是, 由于目前制剂生产点太多, 厂牌众多, 质量差异颇大, 耐药性陆续出现, 临床疗效评价不及早年, 加上1994年公费和劳保制度的改革出台, 对消费量可能会有些影响, 但是影响不会太大, 主要足该品种价高利大, 较多的医院为了创收而开大处方 头袍拉定在小城市的增幅较大, 大城市增幅下降, 尤其是大城市医院部分用量开始转向喹诺酮类杭菌药, 如氛基酸、环丙象味酸等。头孢拉定市场销售量仍将是稳步增长。
1.4 原料药的简述
原料药英文名API(Active Pharmaceutical Ingredient) ,原料药在ICH Q7A中的完善定义：旨在用于药品制造中的任何一种物质或物质的混合物，而且在用于制药时，成为药品的一种活性成分。此种物质在疾病的诊断，治疗，症状缓解，处理或疾病的预防中有药理活性或其他直接作用，或者能影响机体的功能或结构。指用于生产各类制剂的原料药物，是制剂中的有效成份。由化学合成、植物提取或者生物技术所制备的各种用来作为药用的粉末、结晶、浸膏等，但病人无法直接服用的物质。药剂的有效成分。原料药只有加工成为药物制剂，才能成为可供临床应用的医药。
　　原料药根据它的来源分为化学合成药和天然化学药两大类。 化学合成药又可分为无机合成药和有机合成药。无机合成药为无机化合物(极个别为元素)，如用于治疗胃及十二指肠溃疡的氢氧化铝、三硅酸镁等；有机合成药主要是由基本有机化工原料，经一系列有机化学反应而制得的药物（如阿司匹林、氯霉素、咖啡因等）。天然化学药按其来源，也可分为生物化学药与植物化学药两大类。抗生素一般系由微生物发酵制得，属于生物化学范畴。近年出现的多种半合成抗生素，则是生物合成和化学合成相结合的产品。原料药中，有机合成药的品种、产量及产值所占比例最大，是化学制药工业的主要支柱。原料药质量好坏决定制剂质量的好坏，因此其质量标准要求很严，世界各国对于其广泛应用的原料药都制订了严格的国家药典标准和质量控制方法。
1.5 头孢拉定原料药车间初步设计
由于原料药的市场需求量大，本设计选取头孢拉定原料药车间设计为题，对该产品生产车间进行设计具有很大的实用性和必要性。本设计在制作过程中严格遵守GMP规范，通过降低成本，提高效率，从而提高经济效益。
1.5.1 设计的指导思想
本设计的指导思想如下：
（1）本设计始终贯穿在确保产品质量的基础上将提高经济效益放在首位的思想；
（2）在符合国家有关规定、满足生产卫生要求的前提下，力求采用先进的技术和设备以提高生产效率；
（3）在设计时，根据当地的自然条件及建厂的实际情况，力求使厂区车间布置灵活，以适应瞬息万变的市场需求。
1.5.2 设计依据
本设计的依据主要来源于《药品生产质量管理规范》（1998修订和200704版）、《医药工业洁净厂房设计规范》、《药品生产质量管理规范（附录）》、2005版和2010版《中国药典》中的有关规定。其他则参考各类相关文献、书籍。
1.5.3 设计内容和重点
该设计的内容主要是根据2010版《中国药典》中对头孢拉定原料药的制法规定，本课题选择合适的制剂工艺，设计操作合理、技术先进、节能高效、符合GMP规范的原料药制备车间。生产车间的设计又包括工艺设计和非工艺设计。其中工艺设计部分要求达到施工图设计阶段的要求，而非工艺设计部分和公用系统设计要求达到扩大初步设计的要求。还需要根据生产任务对设备的处理能力进行计算，从而选择设备型号，编排车间工作人员的班次等。具体如下：
(1) 文字部分：
根据设计任务书的要求进行流程设计、物料衡算、能量衡算、设备选型及车间布置的设计，并撰写设计说明书。
(2) 图纸部分：
（a）厂区总平面布置图
（b）主体车间的平面布置图
（c）主体车间的立面布置图
（d）工艺流程图
（e）单体设备装配图
1.5.4 设计规模
本次项目建设结合当地资源以及企业的资金能力，本厂计划在一年里完成年产300吨头孢拉定原料药车间的生产项目建设。
1.5.5 设计的目的和意义
本课题根据其原料药的制备工艺以及其物理化学性质，选择合适的辅料，设备及成型工艺，设计操作上合理，技术上先进，经济效益高，符合GMP认证的制剂车间。对于药物专业的毕业设计来说具有一定的意义，有利于学生的工程设计能力的培养与训练。原料药车间设计是实现此类目标和要求的主要手段之一，设计过程中将制剂生产及其质量管理的相关知识有机串联起来，进一步领会GMP的相关制度，GMP使世界各国对药品生产全过程监督管理普遍采用的技术规定，药品GMP是人类社会发展过程中为适应保证药品生产质量管理的需要而产生的，市药品生产质量管理的基本准则。因此各药品生产厂家在生产药品与车间设计即对机构与人员，硬件，软件三个方面的处理都应严格遵守GMP的要求进行。
进行毕业设计，是对我在大学的最后阶段运用四年所学知识解决制药工程车间设计实际问题的检验，使我掌握固体制剂GMP 车间设计的程序、原则和方法。通过对在此次毕业设计环节的实践锻炼，我相信能够提高我运用所学化学、药学、工学等基础理论和知识，解决工厂(车间)工艺设计实际问题的能力；提高工艺流程设计、三算(工艺、物料、能量)、设备选型和制图能力；掌握查阅科技文献、确定研究内容、制定设计方案、借助计算机进行车间设计、撰写设计说明书的方法和语言的表达技巧。此外，在本设计环节也培养了我积极思考问题、分析问题、灵活解决问题的能力，为今后进入工作岗位奠定了坚实的基础。

2 生产工艺设计
2.1 生产安排
全年生产天数：工作日=365－法定假日－停机保养日
=365－52－13=300天
日生产班数：一日一班
全年生产班数：300×3＝000班
日有效工作时间：24小时
全年生产小时数：900×8＝7200小时
2.2 生产工艺流程
国外有较多合成头孢拉定的报道，一般以7-ADCA为原料，经与双氢苯甘氨酸缩合，得到头孢拉定。7-ADCA与侧链缩合前，其C4-位羧基和C7-位氨
基必需先保护，保护方法，一般有两种，一是用有机碱(四甲基胍(TMG)等)与7-ADCA形成可溶盐；二是硅烷类试剂与7-ADCA反应，形成硅酯化的7-ADCA，硅试剂例如有双(三甲基)硅脲(BSU)、六甲基二硅胺(HMDS)、三甲基氯硅烷(TMCS)等，其中，BSU活性较强，价格较贵，TMCS活性最差，价格便宜。经过综合考虑，我们选用活性和价格适宜的HMDS作为作为硅试剂保护剂，HMDS与7-ADCA反应副产物仅有氮气产生，副产物易于除掉从而使产品纯度好，但HMDS反应活性不够强，我们则加人催化剂糖精使HMDS硅酯化活性大大增强。硅酯化的7-ADCA再与侧链酸酐缩台，然后水解，脱去保护基，得到头孢拉定。我们对硅酯化反应的反应温度、催化剂用量、反应溶剂、氮气通人等以及水解反应进行了研究，在适宜反应条件下，头孢拉定的总收率88％以上。此工艺具有原材料易得，价格便宜，副产物少，三废易于处理，成本较低等优点，成品质量符合《中华人民共和国药典》2000版标准。
将7-ADCA投入反应罐中，加甲苯。搅拌，加入HMDS。加热至88～90 C，加人糖精，物料很快变为透明的黄色溶液，维持此温度搅拌1h。
将双氢苯甘氨酸邓氏盐，二氯甲烷，加至反应罐中，通氮气，降温至0℃，加入2，6-二甲基吡啶，，继续降温至-15℃，加入特戊酰氯，维持-10℃反应1h。
将混合酸酐降温至-40℃，将7-ADCA硅酯降温至0℃，再慢慢滴加至混合酸酐中，维持-30℃～-35℃反应3.5h。加入浓盐酸和水水解，然后分出水相，加入活性碳脱色，过滤。滤液中加入乙腈，调温5 ℃左右，滴加25％氢氧化钠溶液调pH5，析出大量白色晶体，0～5 ℃搅拌养晶。[6]
2.3生产工艺流程图
硅脂化的
7-ADCA
7-ADCA

HMDS

混合酸酐
水解反应
缩合
前体酸钠

特戊酰氯
结晶
水层
萃取分离
脱色

2.4 物料衡算
物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等等。在本设计中，物料衡算的主要目的是根据产量要求衡算，为下一步的设备选型做准备，提供参考。
2.4.1 物料衡算依据
物料衡算方程 为进行物料衡算，首先按分析的需要划定控制体；再选定衡算的物料质量基准，对于间歇操作常取一批原料或1kg原料，对于连续操作通常取单位时间处理的物料量。根据质量守恒定律，物理过程的总物料衡算方程式为：
∑GI=∑G0+∑GA （2-1）
式中∑GI——输入体系的总物料量
∑G0——输出体系的总物料量
∑GA——物料在体系中的总累积量
对于稳态过程，物料在体系内没有累积，式(2-1)可简化为：∑GI=∑G0
2.4.2总的物料衡算
头孢拉定的年产计划为300吨，按每年300天，每天24小时的有效工作时间计算，日产量=年产量／年生产日=300／300=1吨，每小时产量=1／24=0.041667吨。
2.4.3 7-ADCA硅脂化的物料衡算
反应时间为1.5h，反应程度为100%，反应有气体生成，损失物料0.02%。该反应用高压蒸汽加热，用自来水冷却。
表1 7-ADCA硅脂化的物料衡算
输入
质量（体积）
输出
进入下一步
损失
7-ADCA
60kg
硅脂化的7-ADCA
98.3662kg
2.0075kg
甲苯
180L
甲苯
176.4L
3.6L
HMDS
60L
HMDS
1.0388kg
0.0212kg
糖精
0.05kg
糖精
0.049kg
0.001kg

氨气
4.766kg

2.4.4 混合酸酐制备的物料衡算
该反应反应时间为1.5h，反应程度为100%，由于中间没有气体副产物产生，所有物质全部进入下个反应。反应用液氮制冷。
表2 混合酸酐制备的物料衡算
输入
质量（体积）
输出
进入下一步
二氯甲烷
220L
二氯甲烷
220L
双氢苯甘氨酸邓氏盐
75kg
双氢苯甘氨酸邓氏盐
1.5kg
2.6-二甲基吡啶
0.2L
2.6-二甲基吡啶
0.2L
特戊酰氯
35L
特戊酰氯
1.862L
混合酸酐

混合酸酐
90.1923kg

Nacl
15.83kg
2.4.5 缩合反应的物料衡算
该反应不生产气体副产物，只有有机副产物，所有没有物料损失，所有物质全部进入下一步反应。该反应用液氮制冷。
表3 缩合反应的物料衡算
输入
质量（体积）
输出
进入下一步
HMDS
1.0388kg
HMDS
1.0388kg
糖精
0.049kg
糖精
0.049kg
甲苯
176.4L
甲苯
176.4L
硅脂化的7-ADCA
98.3662kg
硅脂化的7-ADCA
98.3662kg
二氯甲烷
220L
二氯甲烷
220L
双氢苯甘氨酸邓氏盐
1.5kg
双氢苯甘氨酸邓氏盐
1.5kg
2.6-二甲基吡啶
0.2L
2.6-二甲基吡啶
0.2L
特戊酰氯
1.1855L
特戊酰氯
1.1855L
Nacl
15.75kg
Nacl
15.75kg
混合酸酐
90.7923kg
混合酸酐
1.8038kg
缩合物

144.3238kg
副产物

38.5215kg
2.4.6 水解反应的物料衡算
该反应不生产气体副产物，只有有机副产物，所有没有物料损失，所有物质全部进入下一步反应。该反应用冷却水控温。所使用的盐酸为37%，密度为1.185g/cm2，反应程度为98%。反应时间3.5h。
表4 水解反应的物料衡算
输入
质量（体积）
输出
进入下步反应
HMDS
1.0388kg
HMDS
1.0388kg
糖精
0.049kg
糖精
0.049kg
甲苯
176.4L
甲苯
176.4L
硅脂化的7-ADCA
3.9093kg
硅脂化的7-ADCA
3.9093kg
二氯甲烷
220L
二氯甲烷
220L
双氢苯甘氨酸邓氏盐
1.5kg
双氢苯甘氨酸邓氏盐
1.5kg
2.6-二甲基吡啶
0.2L
2.6-二甲基吡啶
0.2L
特戊酰氯
1.1855L
特戊酰氯
1.1855L
Nacl
15.75kg
Nacl
15.75kg
混合酸酐
1.8083kg
混合酸酐
1.8083kg
缩合物
144.3238kg
缩合物
2.8865kg
副产物
38.5215kg
副产物
112.1308kg
水
150L
水
150L
盐酸
45L
盐酸
1.9494L
头孢拉定

86.1035kg
2.4.7萃取的物料衡算
萃取用TA碟心式离心机，效率假设为99%。
表5 萃取的物料衡算
输入
质量（体积）
输出
进入下一步
废液
HMDS
1.0388kg
HMDS
0.0104kg
1.0284kg
糖精
0.049kg
糖精
0.0005kg
0.0485kg
甲苯
176.4L
甲苯
1.764L
1743636L
硅脂化的7-ADCA
3.9093kg
硅脂化的7-ADCA
0.0391kg
3.8702kg
二氯甲烷
220L
二氯甲烷
2.2L
217.8L
双氢苯甘氨酸邓氏盐
1.5kg
双氢苯甘氨酸邓氏盐
0.015kg
1.485kg
2.6-二甲基吡啶
0.2L
2.6-二甲基吡啶
0.002L
0.198L
特戊酰氯
1.1855L
特戊酰氯
0.0119L
1.1736L
Nacl
15.75kg
Nacl
15.5925kg
0.1575kg
混合酸酐
1.8083kg
混合酸酐
0.0181kg
1.7902kg
缩合物
2.8865kg
缩合物
0.0289kg
2.8576kg
副产物
112.1308kg
副产物
1.1213kg
111.0095kg
水
150L
水
148.5L
1.5L
盐酸
1.9494L
盐酸
1.9299L
0.0195L
头孢拉定
86.1035kg
头孢拉定
85.2425kg
0.861kg
2.4.8 过滤脱色的物料衡算
假设过滤效率为99%。过滤用活性碳过滤釜。
表6 过滤脱色的物料衡算
输入
质量（体积）
输出
进入下一步
HMDS
0.0104kg
HMDS
0.0103kg
糖精
0.0005kg
糖精
0.000495kg
甲苯
1.764L
甲苯
1.7464L
硅脂化的7-ADCA
0.0391kg
硅脂化的7—ADCA
0.3871kg
二氯甲烷
2.2L
二氯甲烷
2.178L
双氢苯甘氨酸邓氏盐
0.015kg
双氢苯甘氨酸邓氏盐
0.01485kg
2.6-二甲基吡啶
0.002L
2.6-二甲基吡啶
0.00198L
特戊酰氯
0.0119L
特戊酰氯
0.011781L
Nacl
15.5925kg
Nacl
15.436575kg
混合酸酐
0.0181kg
混合酸酐
0.017919kg
缩合物
0.0289kg
缩合物
0.028611kg
副产物
1.1213kg
副产物
1.1101kg
水
148.5L
水
147.015L
盐酸
1.9299L
盐酸
1.9106L
头孢拉定
85.2425kg
头孢拉定
84.3901kg
2.4.9 结晶反应的物料衡算
假设结晶反应的效率为99%。
表7 结晶反应的物料衡算
输入
质量（体积）
输出
结果
HMDS
0.0103kg
HMDS
0.0001kg
糖精
0.000495kg
糖精
0.000005kg
甲苯
1.7464L
甲苯
0.0175L
硅脂化的7-ADCA
0.3871kg
硅脂化的7-ADCA
0.0039kg
二氯甲烷
2.178L
二氯甲烷
0.0218L
双氢苯甘氨酸邓氏盐
0.01485kg
双氢苯甘氨酸邓氏盐
0.0001kg
2.6-二甲基吡啶
0.00198L
2.6-二甲基吡啶
0.00002L
特戊酰氯
0.011781L
特戊酰氯
0.0001L
Nacl
15.436575kg
Nacl
0.1544kg
混合酸酐
0.017919kg
混合酸酐
0.0002kg
缩合物
0.028611kg
缩合物
0.0003kg
副产物
1.1101kg
副产物
0.0111kg
水
147.015L
水
1.4702L
盐酸
1.9106L
盐酸
0.0191L
头孢拉定
84.3901kg
头孢拉定
83.5462kg
2.5 能量衡算
2.5.1能量衡算的目的
能量衡算的目的主要是为了确定设备或装置的热负荷；根据热负荷的大小以及物料的性质和工艺要求，可进一步确定传热设备的型式、数量和主要的工艺尺寸。此外热负荷也是确定加热剂或冷却剂用量的依据。
2.5.2热量平衡方程式
能量衡算的理论基础是热力学的第一定律，既能量守恒定律。当内能、动能、位能的变化量可以忽略且无轴功时，输入系统的热量与离开系统的热量应平衡，由此可得出传热设备的热量平衡方程式:
Q1＋Q2＋Q3=Q4＋Q5＋Q6
式中：Q1—物料带入设备的热量，kJ；
Q2—加热剂或冷却剂传递给设备及所处理物料的热量或冷量，kJ；
Q3—过程的热效应，kJ；
Q4—物料带出设备的热量，kJ;
Q5—加热或冷却设备所需要的热量或冷量，kJ；
Q6—设备向环境散失的热量，kJ。
本设计中有关物质的热力学数据：
7-ADCA的定压比热—2.492kJ/（kg·℃）
HMDS的定压比热—0.876 kJ/（kg·℃）
头孢拉定的定压比热—1.234 kJ/（kg·℃）
特戊酰氯的定压比热—1.324 kJ/（kg·℃）
双氢苯甘氨酸邓氏盐的定压比热—2.421 kJ/（kg·℃）
混合酸酐的定压比热—2.213 kJ/（kg·℃）
H2O的定压比热—4.183 kJ/（kg·℃）
7-ADCA硅脂的定压比热—1.131 kJ/（kg·℃）
2.5.3缩合产物的能量衡算
1）7-ADCA反应的能量衡算
设备表面向环境的放出热量为6.2×103kJ，设备升温所需要的热量7.4×104kJ，进料温度为25℃，出料温度为90℃；
Q1=60kg×2.492kg·℃×（25℃－90℃）＋45.14kg×0.876kg×（25℃－90℃）=-12289.07kJ；
反应消耗掉的7-ADCA的量60kg，QC=60kg÷214g/mol×81kJ/mol=22.71×103kJ;脂化的7-ADCA带走的热量为Q41=100.374kg×1.131kg·℃（90℃－25℃）=7378.99kJ；
HMDS带走的热量为Q44=1.06kg×0.876kg·℃×（90℃－25℃）=60.3564kJ；
即蒸汽所要提供的热量为109872.52kJ。
2) 混合酸酐反应的能量衡算
进料温度25℃，进双氢苯甘氨酸邓氏盐的料量75kg，向环境散热Q=75kg×0℃×1.67kg·℃=0kJ；
进料温度25℃，进特戊酰氯的料量34.265kg，向环境散热Q=34.265kg×0℃×1.67kg·℃=0kJ；
设备表面向环境的放出热量为6.2×103kJ，设备降温所需要的热量-3.4×104kJ，进料温度为25℃，出料温度为-10℃；
Q1=75kg×2.422kg·℃×（25℃+10℃）＋34.265kg×1.324kg×（25℃+10℃）=7718.7558kJ；
反应消耗掉的双氢苯甘氨酸邓氏盐的量73.5kg，QC=73.5kg÷273g/mol×81kJ/mol=21.81×103kJ;
特戊酰氯带走的热量为Q41=1.822kg×1.324kg·℃（-10℃－25℃）=-84.43kJ；
混合酸酐带走的热量为Q44=90.19kg×2.213kg·℃×（-10℃－25℃）=-6985.67kJ；
即液氮所要提供的热量为-79881kJ。
2.5.4头孢拉定的能量衡算
1）萃取反应
操作一个半小时，大约耗电0.65Kw
2）过