第五章 中试放大与生产工艺
化学制药工艺学课件第5章中试放大与生产工艺规程
化学制药工艺学课件第5章中试放大 与生产工艺规程
三、中试放大的方法
经验放大法—主要凭借经验通过逐级放大（试验装置、中间装 置、中型装置、大型装置）来摸索反应器的特征。在合成药物 的工艺研究中，中试放大主要采用经验放大法，也是化工研究 中的主要方法。
化学制药工艺学课件第5章中试放大 与生产工艺规程
5.工艺流程与操作方法的确定
在中试放大阶段由于处理物料增加，因而有必 要考虑使反应与后处理的操作方法如何适应 工业生产的要求，特别要注意缩短工序、简 化操作。
中试放大：PTC反应
化学制药工艺学课件第5章中试放大 与生产工艺规程
6.原辅材料和中间体的质量控制
相似放大法—主要应用相似理论进行放大。使用于物理过程， 有一定局限性。（非线性）
数学模拟放大法—应用计算机技术的放大法，它是今后发展的 主要方向。（数字工厂）
化学制药工艺学课件第5章中试放大 与生产工艺规程
三、中试放大的研究内容
1、生产工艺路线的复审 当选定的工艺路线和工艺过程，在中试放大时暴露出难
实验室条件： 氯乙醛缩二甲醇＋20％甲醇钠，140℃，10×105Pa
分馏塔
中试放大条件： 氯乙醛缩二甲醇＋20％甲醇钠，140℃，常压
化学制药工艺学课件第5章中试放大 与生产工艺规程
小试：芦丁：环氧乙烷：氢氧化钠 = 80 ：100 ：3.6 中试：芦丁：环氧乙烷：氢氧化钠 = 80 ：50 ：2.2
4.反应条件的进一步研究
实验室阶段获得的最佳反应条件不一定能符合 中试放大要求。应该就其中的主要的影响因素， 如放热反应中的加料速度，反应罐的传热面积 与传热系数，以及制冷剂等因素进行深入的试 验研究，掌握它们在中试装置中的变化规律， 以得到更合适的反应条件。
化工中试放大与生产工艺规程
中试放大与生产工艺规程：中试放大的目的是验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件，及研究选定的工业化生产设备结构、材质、安装和车间布置等，为正式生产提供数据，以及物质量和消耗等。
（一）、中试放大的研究内容1.概述工艺过程：在生产过程中凡直接关系到化学合成反应或生物合成途径的次序、条件（配料比、温度、反应时间、搅拌方式、后处理方法和精制条件等）统称为工艺条件。
其它过程则成为辅助过程。
2.中试放大的重要性确定工艺路线后，每步化学合成反应或生物合成反应不会因小试、中试放大和大型生产条件不同而有明显变化，但各步最佳工艺条件，则随试验规模和设备等外部条件的不同而有可能需要调整。
3.中试放大的研究1）生产工艺路线的复审一般情况下，单元反应的方法和生产工艺路线应在实验室阶段就基本选定。
在中试放大阶段，只是确定具体工艺操作和条件以适应工业生产。
但是当选定的工艺路线和工艺过程，在中试放大时暴露出难以克服的重大问题时，就需要复审实验室工艺路线，修正其工艺过程。
2）设备材质与型式的选择开始中试放大时应考虑所需各种设备的材质和型式，并考查是否合适，尤其应注意接触腐蚀性物料的设备材质的选择。
3）搅拌器型式与搅拌速度的考查在实验室中由于物料体积较小，搅拌效率好，传热、传质的问题表现不明显，但是在中试放大时，由于搅拌效率的影响，传热，传质的问题就突出地暴露出来。
因此，中试放大时必须根据物料性质和反应特点注意研究搅拌器的型式，考察搅拌速度对反应规律的影响，特别是在固－液非均相反应时，要选择合乎反应要求的搅拌器型式和适宜的搅拌速度。
4）反应条件的进一步研究实验室阶段获得的最佳反应条件不一定能符合中试放大要求。
应该就其中的主要的影响因素，如放热反应中的加料速度，反应罐的传热面积与传热系数，以及制冷剂等因素进行深入的试验研究，掌握它们在中试装置中的变化规律，以得到更合适的反应条件。
5）工艺流程与操作方法的确定在中试放大阶段由于处理物料增加，因而又必要考虑使反应与后处理的操作方法如何适应工业生产的要求，特别要注意缩短工序、简化操作。
中试放大研究与生产工艺规程制定
第一节 中试放大研究
经验放大法—主要凭借经验通过逐级放大（试验装置、中间装置、中型装置、大型装置）来摸索反 应器的特征。在合成药物的工艺研究中，中试放大主要采用经验放大法，也是化工研究中的主要 方法。
相似放大法—主要应用相似理论进行放大。使用于物理过程，有一定局限性。（非线性） 数学模拟放大法—应用计算机技术的放大法，它是今后发展的主要方向。（数字工厂）
一般情况下，单元反应的方法和生产工艺路线应在实验室阶段就基本选定。在中试放大阶段，只是确 定具体工艺操作和条件以适应工业生产。但是当选定的工艺路线和工艺过程，在中试放大时暴露出 难以克服的重大问题时，就需要复审实验室工艺路线，修正其工艺过程。
如：硝基苯电解还原生产对氨基苯酚，中试放大时存在铅阳极的腐蚀问题，电解槽的定期拆洗等。
第二节 物料衡算
❖ 解：（1）每天应生产的对硝基乙苯的量为： ❖ 300× 1000/300=1000kg ❖ （2）每天需投料乙苯：
❖
（纯乙苯）
❖
❖ x=1351/0.95=1422kg（工业品）
x10.167 100103k5g1 15.117 0.52
第二节 物料衡算 ❖ 每天副产邻、间位硝基乙苯：
第二节 物料衡算
10.2.2 确定物料衡算的计算基准及每年设备操作时间 通常采用的物料衡算的基准有： ①以每批操作为基准，适用于间歇操作设备、标准或定型设备的物料衡算，化学制药产品的生 产间歇操作居多。 ②以单位时间为基准，适用于连续操作设备的物料衡算。 ③以每公斤产品为基准，以确定原辅材料的消耗定额。
氯乙醛缩二甲醇＋20％甲醇钠，140℃，10×105Pa
C l C H 2 C H ( O C H 3 ) 2
中试放大与生产工艺规程介绍
中试放大与生产工艺规程介绍一、引言中试放大与生产工艺是指将实验室阶段的新产品或生产工艺进行适度的放大，以验证其可行性、稳定性和经济性，并制定相应的生产工艺规程。
为了确保中试放大与生产工艺的顺利进行，本文将介绍中试放大与生产工艺规程的重要性、编制原则以及常见内容。
二、中试放大与生产工艺规程的重要性中试放大与生产工艺规程的主要目的是为了确保生产过程能够高效、稳定、可靠地进行，从而保证产品的质量和产量。
通过编制规程，可以规范生产操作，提高生产效率，减少生产事故的发生。
此外，中试放大与生产工艺规程还可以为产品的质量控制、过程改进和技术升级提供指导。
三、中试放大与生产工艺规程编制原则编制中试放大与生产工艺规程应遵循以下原则：1.科学合理性原则：规程应基于科学研究和实际生产经验，结合产品特性、生产设备和工艺流程等因素，确保规程具有科学性、可行性和可操作性。
2.完整性原则：规程应包含全面的生产工艺流程、操作规范、设备维护要求等内容，确保生产过程的每个环节都得到规范和控制。
3.可操作性原则：规程应简明扼要，具备良好的操作性，方便操作人员理解并执行。
4.可追溯性原则：规程应明确记录每次生产过程的关键参数和操作记录，以便追踪产生问题的原因，并进行后续的改进和优化。
四、中试放大与生产工艺规程常见内容中试放大与生产工艺规程通常包括以下内容：1.工艺流程：详细描述产品的生产工艺流程，包括原料的配制、工艺步骤、反应条件等。
工艺流程应具备可操作性、高效性和安全性。
2.操作规范：明确规定操作人员应遵循的操作规范，包括操作流程、操作要点、操作顺序、安全注意事项等。
操作规范应简明扼要、易于执行，并定期进行复核和修订。
3.设备维护要求：规定设备的维护和保养要求，包括设备的清洁、润滑、检修、校准等。
设备维护要求应能够确保设备的正常运行，减少设备故障和停机时间。
4.质量控制指标：设置产品的质量控制指标，包括关键工艺参数、产品质量标准等，以确保生产过程中产品的一致性和稳定性。
中试放大与生产工艺规程
中试放大与生产工艺规程1. 引言本文档主要介绍了中试放大与生产工艺规程的相关内容。
中试放大是指从实验室条件下的小规模试验，逐步扩大到中试规模，并最终实现工业化生产。
中试放大的目的是验证实验室条件下的研究结果在中试规模下的可行性，并逐步完善工艺流程，确保生产的稳定性和可持续发展。
2. 工艺流程设计中试放大与生产工艺流程设计是确保产品质量和生产效率的重要环节。
在进行中试放大前，需要对工艺流程进行全面的分析和设计。
以下是常见的工艺流程设计步骤：2.1 原料准备在中试放大和生产工艺中，原料的选择和准备对产品质量和生产效率有着重要影响。
原料准备包括原料的选择、采购、储存和处理等环节。
在中试放大前，需要进行原料的充分测试和分析，确保原料符合要求，并进行相应的处理。
2.2 反应过程反应过程是中试放大和生产工艺中最核心的环节。
反应过程包括反应条件的确定、反应设备的选择和设计、反应控制和监测等。
在中试放大时，需要逐步调整反应条件，寻找最适合规模放大的反应条件。
在生产工艺中，需要建立完善的反应控制和监测系统，确保反应过程的稳定性和可控性。
2.3 分离与纯化在中试放大和生产工艺中，分离与纯化是获取纯净产品的关键环节。
分离与纯化过程包括溶剂提取、蒸馏、结晶、过滤、干燥等步骤。
在中试放大前，需要对分离与纯化工艺进行初步验证和优化，确保获得高纯度的产品。
在生产工艺中，需要建立完善的分离与纯化工艺流程和操作规程，确保产品质量和生产效率。
2.4 产品质量控制产品质量控制是中试放大与生产工艺中的重要环节。
产品质量控制包括原料质量控制、反应过程控制、分离与纯化过程控制和最终产品质量控制等。
在中试放大前，需要建立原料质量控制体系，确保原料的质量稳定性和可靠性。
在生产工艺中，需要建立完善的质量控制体系，对每个环节进行严格控制和检测，以确保产品的一致性和稳定性。
3. 设备选型与维护在中试放大和生产工艺中，设备选型与维护是确保生产效率和工艺稳定性的重要环节。
第五章中试放大与生产工艺规程
三、中试放大的前提条件-1
• 1.小试合成路线已确定，小试工艺已 成熟，产品收率稳定且质量可靠。成 熟的小试工艺应具备的条件是：
– 合成路线确定； – 操作步骤明晰； – 反应条件确定； – 提纯方法可靠等。
三、中试放大的前提条件-2
• 2. 小试工艺的考察已完成。已取得小试 工艺多批次稳定翔实的实验数据；进行 了3～5批小试稳定性试验说明该小试工 艺稳定可行。
数学模型的建立
• 合理简化过程，提出物理模型模拟实际过程。 • 对物理模型进行数学描述，得到数学模型。 • 用计算机研究数学模型各参数变化对过程的
影响。 • 数学模拟放大法以过程参数间的定量关系为
基础，能进行高倍数放大，缩短放大周期。
数学模拟的前提和发展方向
• 数学模拟进行工程放大，主要取决于预测 大设备的行为的数学模型的可靠性。
3）制定生产工艺
• 在大型设备和车间投入生产，试制若 干批号后，制定出生产工艺规程。
• 生产工艺规程
二、中试放大的重要性
一般要经过一个将小型试验放大50～100倍 的中试放大，以便进一步考察研究在一定 规模的装置设备中各步化学反应条件变化 的规律，以解决小型实验所不能解决或未 发现的问题。
为什么要经过中试放大阶段? Answer should be from reasons and aims!
Example-1
• Preparation and purification of chlormethine • Ethanol as solvent • EtOH + Dichloromethane
HO
CH3NH2
O HOAc
N
HO
POCl3, DMF
Cl
精选化学制药工艺学课件第5章中试放大与生产工艺规程
收集有关计算数据 反应物的配料比，原辅材料、半成品、成品及副产品等的浓度、纯度或组成，车间总产率，阶段产率，转化率。 转化率 对某一组分来说，反应物所消耗的物料量与投入反应物料量之比简称该组分的转化率。一般以百分率表示。
收率（产率）某重要产物实际收的量与投入原料计算的理论产量之比值，也以百分率表示。
中试放大
物料平衡
生产工艺规程
学习内容 Learning Contents
第三节 生产工艺规程
一个药物可以采用几种不同的生产工艺过程，但其中必有一种是在特定条件下最为合理、最为经济又最能保证产品重量的。人们把这种生产工艺过程的各项内容写成文件形式即为生产工艺规程。 制定生产工艺规程，需要下列原始资料和包括的基本内容： 1)产品介绍： 叙述产品规格、药理作用等，包括:（1）名称（商品名、化学名、英文名）；（2）化学结构式，分子式、分子量；（3）性状(物化性质)；（4）质量标准及检验方法（鉴别方法，准确的定量分析方法、杂质检查方法和杂质最高限度检验方法等）；（5）药理作用、毒副作用（不良反应）、用途（适应症、用法）；（6）包装与贮存。
（3）每天副产邻、间位硝基乙苯：
1351
（4）每天需投料的混酸：
(5)反应消耗乙苯：1351×0.99=1337.5kg剩余乙苯：1351-1337.5=13.5kg（6）反应消耗HNO3：剩余HNO3：843.7-793.9=49.8kg（7）反应生成的H2O：
最后将物料衡算列成表格：
作业题：作生产1000Kg氯化苯的物料衡算。液态产品的组成（质量％）为苯65.0，氯化苯35.0，二氯苯2.5，三氯苯3.5。原料苯的纯度为97.5％，工业用氯气的纯度为98％，过程中的主要反应有
3、搅拌器型式与搅拌速度的考查 药物合成反应中的反应大多是非均相反应，其反应热效应较大。中试放大时必须根据物料性质和反应特点注意研究搅拌器的型式，考察搅拌速度对反应规律的影响，特别是在固－液非均相反应时，要选择合乎反应要求的搅拌器型式和适宜的搅拌速度。
中试放大与生产工艺规程(PPT 42页)
(4)选择性：各种主、副产物中，主产物所 占分率。
收率、转化率和选择性的关系：
22
甲氧苄氨嘧啶生产中由没食子酸经甲基化反 应制备三甲氧苯甲酸工序，投料没食子酸 25.0kg，测得未反应的没食子酸2.0kg，生成 三甲氧苯甲酸24.0kg，求选择性和收率。
23
由已知条件得：
24
28
生产工艺规程的基本内容 (1) 产品介绍叙述产品规格和药理作用等，包
括： ①名称(商品名、化学名和英文名等)； ②化学结构式，分子式和分子量等； ③性状(物化性质)； ④质量标准及检验方法； ⑤药理作用、毒副作用； ⑥包装与贮存。
29
(2) 化学反应过程 按化学反应，分工序写出主反应、副反应、
(2)转化率 转化率：反应过程中，对某一组分来说，
反应物所消耗的物料量与投入反应物料量 之比简称该组分的转化率。一般以百分率 表示。
20
(3)收率：某重要产物实际收的量与投入原料 计算的理论产量之比值，也以百分率表示， 有两种计算方法。
某产品的总收率：合成该产品的各反应(也 也包括物理过程)的收率的乘积。
对应于工艺流程示意图，物料流程图也有两 种表示方法：
以方框流程表示单元操作及物料成分和数量 将物料衡算和能量衡算结果直接加进工艺流
程示意图中，得到物料流程图
38
带控制节点工艺流程图： 是表示全部工艺设备、物料管道、阀门、
设备附件以及工艺和自控仪表的图例、号 等的一种内容较为详细的工艺流程，也称 生产控制流程图或工艺控制流程图
39
口服液生产工段带控制点的工艺流程图
40
41
作业 1 中试放大的主要方法。 2 物料衡算的重要性及主要内容。 3 转化率、收率和选择性的定义，三者之
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
▲副产品和三废的回收、综合利用及处理问题在中试 阶段不可能全部解决。
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
第二节 放大试验的基本概念和方法
中试放大的方法有逐级经验放大法、相似放大法和 数学模拟放大法。 1.相关概念
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
什么是中试放大？
采用金属或玻璃制造的小型工业器械．应用工业级原料， 按照实验室最佳工艺条件进行操作。通过一系列的实验研 究之后，可以核对、校正和补充实验室获得的数据。
▲为什么要进行中试放大 G.E.Davis(第一部《化学工程手册》的作者)指出：
与原体第之间的存在一定的相似性进行放大。 ⑵相似理论 几何相似：几何相似要求两个大小不同体系的对应
尺寸具有比例性。 运动相似：运动相似要求具有时间的比例性，即在
几何相似的两体系中，各对应点的运动速率相同。 动力相似：动力相似要求具有力的比例性，即在几
何相似的两体系中，各对应点承受的作用力相同。 热相似：热相似要求在几何相似的两体系间，各对
“在实验室中几克物料的小实验，对于指导大型工厂 的建设工作并没有什么作用。但用数公斤物料进行的 试验，则无疑可提供大型工厂需要的全部数据。” 可 见，工业化设计工作要在一定规模的完整试验基础上 才能进行。
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
确定工艺路结后，每步化学合成反应或生物合成反应 一般不会因小试、中试放大和大型生产条件不同而有明 显变化，但各步最佳工艺条件，则随试验规模和设备等 外部条件的不同而有可能需要调整。这是因为：
4.化学反应工程理论指导放大 化学反应工程理论指出，“放大效应”的主要原因
是设备放大后物料的流动状态改变，而影响传热和传 质状态。 ⑴返混
▲连续反应器中由于固有的流速分布不均匀，如层 流、沟流、死角等，以及因搅拌、对流、扩散等原因， 造成若干物料团反向流动，物料团在反应器中停留时 间不同，形成不同时刻进入反应器物料的混合，这一 现象称为返混。
⑵ 优缺点 优点：每次放大均建立在实验基础上，可靠程度高。 缺点：缺乏理论指导，对放大过程中存在的问题很难 提出解决方法；因放大系数不能太高。开发周期长；对 同一过程，每次放大都要建立装置，开发成本高。
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
3. 相似放大法 ⑴ 相似放大法—主要应用相似理论，即放大后体系
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
2、逐级经验放大 ⑴ 定义—放大过程中缺乏依据时，只能依靠小规模试
验成的方法和实测数据，加上开发者的经验，不断适当 加大试验规模，修正前一次试验参数，摸索化学反应过 程和化学反应器的特征，这种放大方法，称为逐级经验 放大。
在合成药物的工艺研究中，中试放大主要采用逐级经 验放大法，也是化工研究中的主要方法。
新药开发中也需要一定数量的样品，以供应临床试 验和作为药品检验及留样观察之用。根据该药品剂量 大小，疗程长短，通常需要2~10kg数量，这是一般实 验室条件所难以完成的。
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
3.工业化生产阶段 设计、建厂、设备安装完成以后，进入试车阶段，
如果一切顺利的话，即可进行正式生产。 正式生产后，工艺研究还需要继续进行，这是因为： ▲生产工艺上会继续发生许多以前没有发现的问题； ▲中间体和产品质量要求不断提高； ▲随着原材料和新工艺的发展、新技术的发展，常常
⑴放大系数： 在放大过程中，称放大后的试验(或 生产)规模与放大前规模之比为放大系数。
⑵放大现象：由于未充分认识放大规律，因过程规 模变大造成指标不能重复的现象，称为放大现象。
⑶放大效应 ①多指放大后反应状况的恶化、转化率下降、选择 性下降，造成收率下降或产品质量劣化的现象—负放 大效应。 ②放大中较好地解决了小型实验中不易解决的诸 如计量、传热、搅拌等现象，少数场合也可使反应得 到改善—正放大效应。
原料来源不同； 搅拌方式不同； 热量的传递方式不同 (加热、散热等)； 反应器的材质不同； 物料的输送方式不同。
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
▲中试放大的目的 中试时采用金属或玻璃制造的小型工业器械，应用
工业级原料，按照实验室最佳工艺条件，通过一系列 的实验研究之后，验证、复审和完善实验室工艺所研 究确定的反应条件，及研究选定的工业化生产设备结 构、材质、安装和车间布置等，设法解决“小样放大” 时遇到的各种工艺问题，为正式生产提供数据，以及 物质量和消耗等。
一般来说，相似模拟放大仅适于简单的物理过程， 不适用于化学反应。
⑶数量放大法(相似放大特例) 数量放大法是仅增添过程没备单元的放大方法，新增 体系与原体第完全相同，各项操作参数不变，形成双系 列或多系列，扩大生产能力。 例单管式反应器→多管式反应器
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
第五章 中试放大与生产工艺规程
制药工艺研究：实验室研究、中试放大以及工业化生产 三个阶段(中试放大不能忽略)
中试放大：将小试实验的规模放大50-100倍 第一节 实验室研究与工业化生产的区别 1. 实验室研究阶段
本阶段的任务是通过实验找出科学合理的合成路线和最 佳的反应条件，为放大研究提供技术资料。 2. 中试放大阶段
应点的温度相Байду номын сангаас。
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
化学相似：化学相似要求在几何相似的两体系间，各 对应点的各种化学物质的浓度相同。
应当指出，两体系无法做到都对应相似，实际上连取 最基本的几何相似都难以完全实现，例对于园柱形设备 相似问题，将其高和直径都放大10倍，但其表面积和体 积并不是10倍之关系。
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
▲返混的种类 理想管式反应器：无返混现象； 高效连续搅拌釜：进入物料立即与反应釜内物料完全 混合，浓度处处相等(全返混)； 多釜串联搅拌釜：
重庆大学化学化工学院 耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家
▲因返混现象，若干反应料可能尚未来得及变化， 就已离开了反应器，导致转化率降低；若干物料不能 及时从反应器中移出，一方面可能进入串联副反应， 降低了选择性，另一方面不对主反应起到了稀释作用， 减缓反应，导致反应收率下降。