制药设备与工程设计 片剂、胶囊、颗粒剂

第一部分设计任务

某制剂厂拟建头孢类产品和普通类产品的综合制剂车间，设计生产能力如下：

一、头孢类产品

（一）头孢类无菌原料的精烘包车间：

产量为：37.5t/年

（二）头孢类粉针剂：

2.0亿支/年

（三）头孢类固体制剂：

1.片剂：

2.5亿片/年

2.胶囊：2.5亿粒/年

3.颗粒剂：5000万袋/年（1g/袋）

二、普通类产品

（一）10ml玻璃瓶口服液：

6000万支/年

（二）120ml塑料瓶口服液：

4500万瓶/年，

其中：利旧1500万瓶/年

新建3000万瓶/年

（三）洗剂生产线：

500万瓶/年（100-200ml）

（四）普通固体制剂：

1.片剂：

2.5亿片/年

2.胶囊：2.5亿粒/年

3.颗粒剂：5000万袋/年（5g/袋）

第二部分生产工艺选择和工艺流程设计本设计中所涉及的几种剂型均为较为普遍的常规剂型，生产工艺成熟可靠、工艺流程按各种剂型的通用流程进行设计，并在工艺选择和流程设计中充分体现GMP要求。

一、粉针剂

按工艺要求将合格原辅料分装于无菌西林瓶中，经加塞、轧盖、灯检、贴签、装盒、装

箱后入库待检。

二、固体制剂

合格原辅料经称量、粉筛、制粒、干燥、整粒、总混后得到干颗粒，干颗粒或进入袋包间包装成颗粒剂产品，或进入胶囊生产区制成相应规格的胶囊剂，或进入片剂生产区制成相应规格的片剂。包衣后素片、填充后胶囊经铝铝、铝塑包装后，与颗粒剂产品一同去装盒、装箱、入库待检。

三、120ml塑料瓶西药口服液

合格原辅料经称量、配料、过滤后去灌装、塑料颗粒分别经制瓶机、制盖机制成塑料瓶及塑料盖，塑料瓶经理瓶、灌装、旋盖后去贴签、装盒、装箱、入库待检。

四、10ml玻璃瓶中药口服液

蔗糖经化糖、过滤后去浓配罐，再加入合格原辅料、中药提取液经浓配、冷藏、离心、稀配后去灌装；口服液瓶经洗涤、烘干灭菌后去灌装、轧盖，免洗铝盖经传递窗进入，灌装轧盖后口服液瓶去灭菌、检漏、灯检、贴签、装盒、装箱、入库待检。

五、中药外洗剂

合格原辅料、中药提取液经浓配、冷藏、离心、稀配后去灌装，外购塑料瓶经理瓶、灌装、旋盖后去灭菌、贴签、装盒、装箱、入库待检。

第三部分物料衡算和能量衡算

一、计算基础数据

年工作日：250天

生产班别：2班生产，每班8h，班有效工时，6-7h

生产方式：间歇式生产

二、物料衡算

以头孢类固体制剂为例

其设计规模如下：片剂 2.5亿片/年

胶囊 2.5亿粒/年

颗粒剂：5000万袋/年（1g/袋）

假设片剂平均片重为0.3g/片，胶囊的平均粒重为0.3g/粒

则片剂的年制粒量为：2.5×108×0.3×10-6=75(t/y)

日制粒量为：75t/250=300(kg/d)

班制粒量为：300/2=150(kg/班)

胶囊的年制粒量为：2.5×108×0.3×10-6=75(t/y)

日制粒量为：75t/250=300(kg/d)

班制粒量为：300/2=150(kg/班)

颗粒剂的年制粒量为：5000×104×1×10-6=50(t/y)

日制粒量为：50/250=200(kg/d)

班制粒量为：100kg/班

故班总制粒量为：150+150+100=400kg/班

假设原辅料损耗为2%

年原辅料总耗量：（75+75+50）/0.98≈204t/y

三、能量衡算

以注射水系统采用纯蒸汽灭菌所需的纯蒸汽用量计算为例。

例：注射水系统由10m3的立式316L不锈钢贮罐及长100m管径为DN50的316L不锈钢管道及输送泵组成，采用0.3MPa（表压）的纯蒸汽灭菌，灭菌时用卡箍连接的同材质短管代替泵连接管路系统。

已知：不锈钢材料的比热Cp=0.50kJ/kg℃

10m3不锈钢注射水贮罐重量m=1900kg，直径D=2400，H=2000，立式椭园形封头，管路系统不保温，灭菌温度121℃，维持30分钟。

计算：注射水系统采用纯蒸汽灭菌的纯蒸汽用量

解：先分析管路系统从20℃（环境温度）升温至121℃后的传热

情况：

①传入热量：系统内持续通入0.3MPa的饱和纯蒸汽，温度143℃，其焓值H1=2742.1kJ/kg，121℃水的焓值H2=507.9 kJ/kg，143℃饱和纯蒸汽转化为121℃的水的焓变为：2234.2kJ/kg，设通入纯蒸汽量为G1。

②传出热量：管路系统通过热传导散热量Q1。

Q1=K·A·△t，查《化工工艺设计手册》取K=125.6kJ/m2·h·℃

A为10m3贮罐及100m管道的外表面积之和。

△t=121℃-20℃=101℃

贮罐表面积：A1=πDH+2×(封头表面积)≈3.14×2.4×2+2×6.60

≈28.3m 2

管道表面积：A 2=πdL=3.14×0.05×100=15.7m 2

Q 1=125.6×（28.3+15.7）×101=558166.4kJ/h

管路系统内表面温度为121℃时，假设外表面温度近似为121℃，其辐射热为Q 2。 将管路系统近似看成黑体，其最大辐射热为：

Q 2=Co·（T 100

）4A =5.67×（121+273100

）4（28.3+15.7）=60120.2W=60120.2（J/S ） ≈216432.7kJ/h

③排放活蒸汽的量G 2

采用纯蒸汽灭菌时，各使用点及贮罐需分别打开阀门排气以达到活蒸汽灭菌的目的，假设每次同时排气点为2个，排气管内径DN10，蒸汽流速20m/s ，蒸汽密度2.12kg/m 3 蒸汽排放量：

G 2=2×π4

d 2ρu=2×0.785×0.012×20×2.12×3600≈24kg/h ，根据能量守恒定律，达到灭菌稳态时通入蒸汽量G 1用于克服热损失，则：

G 1·△H=Q 1+Q 2 G 1=(Q 1+Q 2)/△H=(558166.4+216432.7)/2234.2=346.7kg ，因此灭菌达到稳态时纯蒸汽耗量为：346.7+24=370.7kg/h

再来分析纯水系统从20℃升温至121℃时的传热情况，这是一个非稳态过程，由于升温时间可以调节，可以通过适当延长通入纯蒸汽的时间来达到。

整个管路系统从20℃升温至121℃所需吸收的总能量Q=C ×M ×△t ，贮罐重量m 1=1900kg

假设管道壁厚为2.0，其重量为3.5kg/m ，则管路系统重量m 2=100×3.5=350kg

Q=0.50×（1900+350）（121-20）=113625kJ

其热量相当于蒸汽量为：113625/2234.2=50.8kg

考虑升温时热量损失为15%，蒸汽量为：50.8x1.15=58.42kg

该数值与维持稳态灭菌时蒸汽消耗量370.7kg/h 相比相对较小，因此保证蒸汽流量为370.7kg/h 时可满足该管路系统灭菌要求。

此例目的仅作为介绍计算方法，实际生产中，纯化水系统一般采用80℃热水循环的巴氏消毒法，注射水系统考虑采用纯蒸汽灭菌，纯蒸汽灭菌系统的大小对纯蒸汽灭菌时的消耗量有重要影响。