年产 1000 吨阿司匹林的 工艺设计
摘要
阿司匹林又称乙酰水杨酸 ，已应用百年 ，成为医药史上三大经典药物之一 ，至
今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药 ，随着不断的研究发现 ，其对其
他一些疾病也有着独特的疗效。百年老药阿司匹林凭借其低廉的价格和较小的不良反
应赢得了市场的普遍认可，现已成为世界上最重要的解热镇痛药之一。近年来，阿司
匹林的适用范围已从解热镇痛药向心血管病预防用药领域扩展 ，在心血管病预防用药
量不断增加的推动下，其市场得到进一步的上升空间。事实上，除了心血管病方面，
阿司匹林还在其他疾病上有独特的疗效 ，例如 ：防治糖性 白内障 、治疗抗生素所
致听力障碍、抗衰除皱、改善老年男性性功能 、治疗艾滋病 、癌症等 。
本设计的课题是阿司匹林的的合成，年产量为 1000吨。是以水杨酸和酸酐为原料，经
过酰化，结晶，过滤，干燥生产得阿司匹林的流程设计。主要设计内容分为两部分；
工艺设计和非工艺设计。工艺设计包括方案设计及物料恒算，热量恒算，主要设备选
型计算，车间布置设计，管路设计等。非工艺设计包括厂房设计，仪表及自动化，经
济评价，公用工程，环保，安全设施以及绘制工艺流程图，车间平面布置图，管道布
置图等，并对整个车间的投资与成本进行预算。
关键词：阿司匹林：结晶：过滤：离心：工艺生产
2
3
目录
摘要................................................................2
ABSTRACT............................................................3
目录................................................................4
1 概述.............................................................7
阿司匹林的的性质 .............................................................7
理化性质 .................................................................7
临床上用途 ...............................................................7
发展简史 .....................................................................8
国内外生产现状 ...............................................................9
市场分析 .................................................................9
生产情况 .................................................................9
市场情况 ................................................................10
选题的意义 ..................................................................11
2 生产工艺........................................................12
设计任务及内容 ..............................................................12
生产工艺 ....................................................................12
生产工艺流程确定 ............................................................12
生产工艺流程 ............................................................12
工艺流程图 ..............................................................13
工艺过程说明 ................................................................13
醋化岗位 ................................................................13
酸洗离心洗涤 ............................................................13
水洗离心洗涤 ............................................................14
干燥岗位 ................................................................14
回收岗位 ................................................................14
4
3 物料衡算........................................................15
溶解罐的物料衡算 ............................................................15
酰化反应的物料衡算 ..........................................................15
渗滤槽的物料衡算 ............................................................17
酸洗离心机的物料衡算 ........................................................18
水洗离心机的物料衡算 ........................................................19
流化床的物料衡算 ............................................................20
4 能量衡算........................................................22
反应罐能量衡算 ..............................................................22
比热容的计算 ............................................................22
能量衡算 ................................................................23
5 主要工艺设备计算................................................25
工艺设备选型原则 ............................................................25
工艺设备计算 ................................................................25
醋化反应釜 ..............................................................25
夹套的计算 ..............................................................26
筒体的材料和壁厚 ........................................................28
水压试验及其强度校核 ....................................................29
选择釜体法兰 ............................................................29
选用手孔、视镜、温度计、和工艺接管 ......................................30
搅拌器的设计计算 ........................................................30
容器支座的选用计算 ......................................................31
酸洗离心机 ..................................................................32
水洗离心机 ..................................................................32
振动流化床干燥器 ............................................................32
母液蒸馏罐 ..................................................................33
循环母液反应罐 ..............................................................33
5
6 管道设计........................................................34
管道计算 ....................................................................34
水杨酸的进料管道的计算 ..................................................34
酸酐的进料管道的计算 ....................................................35
母液的管道进料计算 ......................................................35
7 泵的计算选型....................................................36
输送水杨酸用泵的计算 ........................................................36
输送酸酐用泵的计算 ..........................................................37
输送母液用泵的计算 ..........................................................38
8 车间布置设计....................................................40
概述 ........................................................................40
车间布置设计的依据 ..........................................................40
车间布置设计应考虑的因素 ....................................................41
车间布置设计的程序 ..........................................................41
车间设计的成果 ..............................................................42
9 公用工程........................................................43
排水系统 ....................................................................43
电气和照明 ..................................................................44
电气设计和安装 ..........................................................44
照明设计和安装 ..........................................................44
环境消毒 ....................................................................45
灭菌与消毒 ..............................................................45
消毒剂的选择和配制 .......................................................47
主要消毒和灭菌方法 .......................................................47
10 技术经济.......................................................49
6
投资指标 ...................................................................49
10 计算机在化工设计中的应用.......................................51
设计体会与致谢.....................................................52
参考文献...........................................................53
7
1.概述
阿司匹林是历史悠久的解热镇痛药，它诞生于 1899年 3月 6号。早在 1853看夏
天，弗雷德克·热拉尔（Gerhardt）就用水杨酸与酸酐合成了乙酰水杨酸，但没能引起
人们的重视：1898年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成，并为他父亲治疗风湿关节
炎，疗效极好：1899年由德莱塞介绍到临床，并取名为阿司匹林（Aspirin）。到目前
为为止，阿司匹林已应用百年，成为医药史上三大经典药物之一，至今它仍是世界上
应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药，也是作为比较和评价其他药物的标准制剂。在体
内具有抗血栓的作用，它能抑制血小板的释放反应，抑制血小板的聚集，这与 TXA2的
减少有关。临床上用于预防心脑血管疾病的发作。
阿司匹林于 1898年上市，近年来发现它还具有抗血小板凝聚的作用，于是重新引
起了人们极大的兴趣。将阿司匹林及其他水杨酸衍生物与乙烯醇、醋酸纤维素等含羟
基聚合物进行熔融酯化，使其高分子化，所得产物的抗炎性和解热止痛性比游离的阿
司匹林更长效。
阿司匹林的的性质
阿司匹林化学名为：2一(乙酰氧基)苯甲酸，又名醋柳酸，或乙酰水杨酸。1897
年由水杨醋和醋酐反应制成，是应用最早和最广泛的解热镇痛药，临床应用已逾百
年。
. 理化性质
本品为白色结晶或结晶性粉末，无臭或身徽酸臭，味徽酸。徽溶于水，易溶于乙
醇。显酸性，可溶于碳酸钠及氢氧化钠。稳定性差，极易水解，生成水杨酸(具毒副作
用)和醋酸。《中国药典》规定要检查游离水杨酸，遇三氯化铁试液显紫堇色。生产中
8
还可产生醋酸苯酯、水杨酸苯酯和乙酰水杨苯酯。这些杂质由于不含羧基，故不溶于
碳酸钠试液中。产生的少量乙酰水杨酸酐杂质可引起过敏反应。
用途：本品的解热、镇痛、抗炎作用较强，能选择地使细胞内环氧合酶(cox)乙酰
化，抑制环氧合酶(cox)的活性，影响下丘脑中枢致热因子前列腺索(PG)的合成，使体
温中枢恢复调节体温的正常反应。
. 临床上用途
小剂量可勰热、镇痛，用于感冒退热、缓解头痛和全身痛。
阿司匹林通过对环氧合酶(COX)的抑制而减少前列腺素(PC)的合成，由此减少组织
充血、肿胀，降低对疼痛的敏感性，具有中等程度的镇痛作用。可缓解轻度或中度的
疼痛，对钝痛如头痛、牙痛、神经痛、关节痛、肌肉痛及月经痛等有较好的镇痛效
果，也用于感冒、流感等退热。丽对创伤性剧痛或内脏平滑肌痉挛引起的绞痛几乎无
效，但由于仅对疼痛、发热的症状有缓解作用，不能解除疼痛、发热的致病原因，也
不能防止疾病的发生，需同时应用其他药物参与治疗，故不宜长期服用。
阿司匹林服后吸收迅速而完全，解热、镇痛作用较强，作用于下丘脑体温中枢引
起外周血管扩张、皮肤血流增加，出汗，使散热增强而起到解热作用。能降低发热者
的体温，对正常体温则无影响。阿司匹林可减少炎症部位具有痛觉增敏作用的物质—
—前列腺素(PG)的生成，故有明显的镇痛作用，
大剂量可抗风湿，用于治疗风湿热、风湿性关节炎、类风湿性关节炎等疾
病。
阿司匹林为治疗风湿热的首选药物，用药后可解热、减轻炎症，使关节症状好
转，血沉下降，但不能去除风湿的基本病理改变，也不能预防心脏损害及其他合并
症。阿司匹林除治疗风湿性关节炎外，也用于治疗类风湿性关节炎，可改善症状，为
9
进一步治疗创造条件。此外，本品也用于骨关节炎、强直性脊椎炎、幼年型关节炎以
及其他非风湿性炎症的骨骼肌肉疼痛，也能缓解症状。
抑制血小板凝集，可用于防治动脉血栓和心肌梗死。
阿司匹林对血小板聚集有抑制作用，阻止血栓形成，临床可用于预防暂时性脑缺
血发作、心肌梗塞、心房颤动、人工心脏瓣膜、动静脉瘘或其他手术后的血栓形成。
粉末外用治足癣。
其他方面的临床应用
ASP用于眼科黑蒙症，是由于视网膜血栓引起的发作性单侧视力消失，采用 ASP治
疗，每 13给予 0．659，可获得较好疗效。ASP用于治疗胆道蛔虫症，一次 19，一日
2—3次连用 2—3日；阵发性绞痛停止，24小时后停用，然后进行驱虫治疗，有效率
可达 90％以上。ASP对血小板增多症有效，可改变血小板减少性紫癜，溶血性尿毒
症；亦可用于镰状细胞性贫血，ASP合用尿激素等可减少溶血性尿毒症所致慢性肾脏病
变的病发率。
发展简史
早在 1853年夏尔，弗雷德里克·热拉尔(Gerhardt)就用水杨酸与醋酸合成了乙酰
水杨酸，但没能引起人们的重视；1898年德国化学家菲霍夫曼又进行了合成，并为他
父亲治疗风湿关节炎，疗效极好；1899年由德莱塞介绍到临床，并取名为阿司匹林
(Aspirin)。到目前为止，阿司匹林已应用百年，成为医药史上三大经典药物之一，至
今它仍是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药，也是作为比较和评价其他药物的
标准制剂。在体内具有抗血栓的作用，它能抑制血小板的释放反应，抑制血小板的聚
集，这与 TXA2生成的减少有关。 临床上用于预防心脑血管疾病的发作。
阿司匹林于 1898年上市，近年来发现它还具有抗血小板凝聚的作用，于是重新引
10
起了人们极大的兴趣。将阿司匹林及其他水杨酸衍生物与聚乙烯醇、醋酸纤维素等含
羟基聚合物进行熔融酯化，使其高分子化，所得产物的抗炎性和解热止痛性比游离的
阿司匹林更为长效。
根据文献记载，都说阿司匹林的发明人是德国的费得克期·霍夫曼，但这项发明
中，起着非常重要作用的还有一位犹太化学家阿图尔·艾兴格林。 阿图尔·艾兴格林的
辛酸故事发生在 1934年至 1949年间。1934年，费利克斯·霍夫曼宣称是他本人发明了
阿司匹林。当时的德国正处在纳粹统治的黑暗时期，对犹太人的迫害已经愈演愈烈。
在这种情况下，狂妄的纳粹统治者更不愿意承认阿司匹林的发明者有犹太人这个事
实，于是便将错就错把发明家的桂冠戴到了费利克斯·霍夫曼一个人的头上，为他们的
“大日耳曼民族优越论”贴金。纳粹统治者为了堵住阿图尔·艾兴格林的嘴，还把他关
进了集中营。第二次世界大战结束后，大约在 1949年前后，阿图尔·艾兴格林又提出
这个问题，但不久他就去世了。从此这事便石沉大海。 英国医学家、史学家瓦尔
特·斯尼德几经周折获得德国拜尔公司的特许，查阅了拜尔公司实验室的全部档案，终
于以确凿的事实恢复了这项发明的历史真面目。他指出：在阿司匹林的发明中，阿图
尔·艾兴格林功不可没。事实是在 1897年，费利克斯·霍夫曼的确第一次合成了构成阿
司匹林的主要物质，但他是在他的上司——知名的化学家阿图尔·艾兴格林的指导下，
并且完全采用艾兴格林提出的技术路线才获得成功的。
国内外生产现状
市场分析
百年老药阿司匹林凭借其低廉的价格和较小的不良反应赢得了市场的普遍认可，
现已成为世界上最重要的解热镇痛药之一。近年来，阿司匹林的适用范围已从解热镇
11
痛药向心血管病预防用药领域扩展，在心血管病预防用药量不断增加的推动下，其市
场得到进一步的上升空间。事实上，除了心血管病方面，阿司匹林还在其他疾病上有
独特的疗效，例如：防治糖性白内障、治疗抗生素所致听力障碍、抗衰除皱、改善老
年男性性功能、治疗艾滋病、癌症等 。
生产情况
从 2O世纪 5O年代开始生产至今，我国的阿司匹林产业经历了半个世纪的调整 ，
目前持有阿司匹林原 料药生产批准文号的企业 有 16家，已通过原料药 GMP认证的企
业有 10家，生产规模超过千吨的企业 有 8家。多年来，我国阿司匹林主要生产企业
有 3 家__山东新华制药集团、南京制药厂、吉林恒河制药有限公司。这三大企业的年
产能都超过 3000吨，产量和出口量多年来占据全国 85％左右的份额，呈三足鼎立之
势。
但近年来，这种三足鼎立的局面在悄然发生变化。南京制药厂阿司匹林原生产规
模为 3500吨、年产量 3000吨，后因环保问题，几年前将原料药生产厂区搬迂到南京
化学工业园区。搬迁后的生产 尚未恢复到以前水 平。吉林恒河 制药 有 限公 司原
生 产规模为 4500吨、年产量 3500吨，前不久亦因环保问题正在 进行厂区搬迁，老
厂区的阿司匹林已停产，新厂区生产正在建设之中。
最近以来，山东新华制药集团的阿司匹林产销量增长迅速，该产品已成为企业的
重点产品之一，生产 规模一扩再扩，产能已由 1996年的 2000吨扩大到目前的 8000
吨左右，年产量已从 1996年的 1000多吨增长到 6000多吨，占全国的近 60％，成为
我国阿司匹林生产当之无愧的龙头老大。该企业的阿司匹林多年来大部分出口欧美市
场 ，出口量约占全国的 70％。 2007年，新华制药和山东隆信集团共同出资组建了山
东新华隆信化工有限公司生产阿司匹林主要原料水杨酸，年产能达到 12000吨，成为
12
中国最大的水杨酸生产基地，从而为山东新华 制药集 团进一步扩大阿司匹林产能打
下了基础。
由于受到国内外阿司匹林市场需求旺盛，以及南京制药、吉林制药等厂区搬迁造
成市场供应空缺等因素的刺激，有不少企业加大了对 阿司匹林生产 的投入，一些企
业 的规模和产量在迅速扩大，成为阿司匹林生产的新主力军，如河北敬业化工集团医
药化工分公司、陕西华阴锦前程药业有限公司、牡丹江双友化工制药有限公司、湖南
中南制药有限公司等等。这些企业都已通过了阿司匹林原料药 GMP认证，年生产规模
都达到 1500吨以上。其中，河北敬业化工集团医药化工分公司生产规模达到 3000
吨，年产量为 2500吨；陕西华阴锦前程药业有限公司生产规模达到 2500吨，年产量
达 2000吨，成为阿司匹林生产的后起之秀。
市场情况
近年来，由于化工原料、基本能源、环保治理、人工费用等各项开支都在不断上
涨，人民币汇率逐步走高，推动了阿司匹林生产成本有较大上升，企业面临的成本压
力越来越大。21世纪初，阿司匹林国内市场价格在每公斤 15～17元人民币 ，到 2006
年已达到每公斤 22～23元人民币。 目前为每公斤 24～25元人民币，有企业 DC一 90
规格阿司匹林报价达每公斤 35—37元人民币。自 2007年 7月 1日起，国家调整了阿
司匹林等众多医药原料药出口退税税率，税率从 13％下调至 5％，降低了 8个百分
点。受此影响，阿司匹林出口价格仍有上升的动力。此外，国家的环保治理力度也在
加大，人民币汇率还会上升，预计今后阿司匹林价格仍会稳中趋升。
多年来，我国阿司匹林大部分出口到美国、欧洲等地，出口量占总出口量的较大
部分。全世界主要的阿司匹林市场为欧洲、北美等地 ，每年消耗的阿司匹林约占全球
总量的近 2／3。美国是世界上最大的阿司匹林市场，每年耗用的阿司匹林原料药约占
13
世界总产量的 30％左右，欧洲也是阿司匹林主要的消费地区，每年的消费量达万吨之
多。
2. 生产工艺
设计任务及内容
本设计的任务是设计出年产 1000吨阿司匹林的生产工段，采用比较成熟的合适的
酰化法进行生产。
本设计的主要内容有：工艺流程设计、物料恒算、和热量恒算、主要设备的设计
及附属设备的计算及选型，绘制标准带控制点的工艺流程图、车间平面布置图、主要
设备图。最后对整个车间的投资和成本进行预算和经济评价。根据企业意向，广西工
学院生物与化学工程系给毕业生下达了该毕业设计课题。
生产工艺
阿司匹林的传统制备方法是以浓硫酸作催化剂进行 O－酰化反应，产率一般在 75%
左右，但浓硫酸对设备的腐蚀性较大，对环境污染大，且易发生副反应而使产品色泽
深，不利于提纯。研究表明可用固体超强酸或多酸来代替浓硫酸作催化剂，但这些方
法的制备过程较为复杂，需要专用设备。因此就必须寻找一种催化效果良好、简单易
14
得同时对环境污染较小的可以进行工业化的新型催化剂。
本设计采用酰化法来生产阿司匹林，以水杨酸作为起始原料，经过酰化、粗制、
精制、等化学、物理过程生产阿司匹林产品。
本设计主要分为三个工段:第一工段为反应阶段、第二工段为粗制阶段、第三工段
为精制阶段。
化学反应方程式为：
O H
O
O H
H 3C C
O
O H
H 3C C
O
O C
O
C H 3
O H
O
O C C H 3
O
H
生产工艺流程确定
生产工艺流程
醋酐.水杨酸—酰化—酸洗离心—水洗离心—气流干燥—旋风分离—阿司匹林
工艺流程图
水杨酸
酸酐
母液
酰化
酸洗离心 水洗离心 气流干燥
母液
旋风分离阿司匹林
工艺过程说明
15
醋化岗位
第一次投料：按醋酐总量与含量计算水杨酸总投料量，检斤称重，将总投料量的
三分之二水杨酸投入醋化罐中，再将醋酐一次全部加入罐中，在搅拌情况下，水汽加
热 1h，使内温升到 80℃～84℃，析出晶体，保温 40min～60min后，缓慢均匀降温到
55℃。
第二投料：待罐内降至 55℃时，把剩余的三分之一水杨酸投到醋化罐中。水温升
温 90min至 80℃～82℃，保温 1h，取样测终点，游离水杨酸≤﹪，如终点不到可
延长保温时间或补加醋酐，直到终点。检查合格，方可进行第二次降温，缓慢降至
70℃，将已溶解的回收品溶液通过过滤器抽入反应罐中【（回收品+粉）：母液=1：
80℃～80℃】抽滤完毕，保温 30min用水汽混合降至 50℃，缓慢加入
同温的稀释母液 200L～300L,然后用水蒸气继续降温至 40℃（夏天）或 30℃（冬天），
全开冷水，降至 15℃～18℃，查终点合格后放料（夏天 30可用盐水进行后期降温）夏
季 22℃～24℃放料
酸洗离心洗涤
用 冰醋酸将渗滤好的湿的阿司匹林在渗滤槽中全部洗涤一次（洗均），
用真空将渗滤好的乙酰水杨酸抽入料斗，再放入离心机中，把料摊平慢车，均匀后在
全速开车甩 15min，甩开母液和洗涤水酸，停车，将离心机中的乙酰水杨酸抽入水洗料
斗中，含酸量≤﹪，洗涤水含酸量≤13﹪。
水洗离心洗涤
将料斗中物料放入离心机中，用手将料摊开，用含 ﹪磷酸的水洗（200L/机），
将含磷酸水甩净，再用清水 10L洗涤，全速甩 20min～25mim（含水量 ﹪）将料抽
16
入干燥斗中。洗涤水为本岗自制的蒸馏水，氯化物合格。
干燥岗位
将料斗中的湿品乙酰水杨酸放入湿品料仓中，经螺旋推进器送入流化床干燥器
内，控制进风口压≤800Mpa，进口温度 78℃～84℃，进行干燥，经旋风分离器分去粉
子，其尾气经袋滤器后排空，沸腾流化床的成品，经冷风段，并经过筛机筛去渣子，
成品进入干品料仓，分装成袋 25Kg，成桶（出口 25Kg），待检验合格后包装，准备入
库，每批清理一次粉子，称重，交醋化岗处理。
回收岗位
一次母液回收处理：一次母液升温 65℃，经膜式发器在真空≥条件下
蒸酸，每小时处理 400L～500L，膜式蒸发器气压≤,蒸出的醋酸经酸洗一部分，
做洗涤酸用，其余经检验合格（含量≥﹪）入库，浓缩液入结晶罐降温析结果，
再溶掉部分细粉，留下品种保温 2h～4h,缓慢降温至 40℃～50℃，放料离心，用冰醋
酸洗涤后，全速离 20min，得回收品，经检验合格后交酰化套用，母液循环回收。
循环母液处理：循环回收母液与一次母液体积比 1：～2配比，在 96℃～
100℃，保温 ～3h，以一次母液回收方法进行处理，回收乙酰水杨酸。
循环母液处理：循环回收母液套用 20批左右其胶体增多无法正常回收，故而可将
残液中加入冰醋酸，其配比为 1：～，保温 3h～5h，对胶体进行酸解而后再蒸
馏降温，结晶，离心，回收乙酰水杨酸，酸化二次后，再不能回收乙酰水杨酸，将残
液进行蒸酸，汽压 蒸至不能出酸后，再加水蒸稀酸，蒸酸剩余的残液再加水稀
释，打入水解罐，加氢氧化钠溶液进行碱解 4h～6h，温度 95℃～100℃，ph为 9～
10，得水杨酸钠，碱解液打入酸析罐，用 30﹪左右的稀硫酸溶液 45℃～50℃温度下，
17
进行酸析，得回收工业水杨酸，终点到降温到 30℃，离心放到料用 30℃的水洗
至硫酸盐 1﹪，全速甩干水分，（含水分 15﹪），得到回收工业酸品，再经干燥室
70℃，出料检斤，化验后干品送升华室重投回手升华酸。
3. 物料衡算
计算依据：
年产量：1000 t 年工作日：300 天 日产量： t 转化率：99%
收率：% 物料计算以日产量为基准。
溶解罐的物料衡算
①
② ③
溶解罐
18
根据吉林恒河制药厂和山东新华制药厂的参考公式，可得：
回收品∶母液=1∶
（粉子、渣子、尾料）∶母液=1∶
因为投入回收品、粉子、渣子为固定值：
回收品=294Kg
粉子+渣子=+
=31Kg
所以计算出母液量为：
294Kg×+31Kg×
=+
=
综合以上计算，得：
进料①：
粉子=
渣子=
回收品=294Kg
进料②：
母液量=
出料③：
经过溶解的进料①和进料②，完全经过过滤罐过滤出料，即
出料③=
酰化反应的物料衡算
19
①
② ③
年产量为 1000t，一年按 300个工作日计算，可得出日产量为：
1000t/300天=3333Kg/天
因为此物料衡算时以吉林恒和制药为模型，在此基础上进行扩建和改造，所以改
造后产品的收率仍为改造前的收率，即 %。
又因为:产品收率=产品/（水杨酸×）=
则水杨酸投料量=3333Kg/（×）
=
根据阿司匹林生产设计的经验公式：
水杨酸投料量=（醋酐×含量）/～
=
此物料衡算中运用经验常数 ；并且醋酐含量为 98%；
则投入醋酸量=×
=
同时因为醋酐中的醋酸的含量为 2%
则 HAC质量=×2%
酰化反应釜
20
=
根据吉林恒河制药厂和山东新华制药厂的参考公式，可得：
总投料量∶母液量=∶1
因为总投料量=水杨酸+酸酐
=+
=
由此的投入反应罐母液量为
综合以上计算，得：
进料①：
水杨酸=
酸酐=
进料②：
溶解罐中的出料③=
投入反应罐的母液量=
=
出料③：
此工艺过程可近似不考虑损耗，即完全出料:
即出料③ = 水杨酸+酸酐+溶解罐中的出料③+投入反应罐的母液量=
渗滤槽的物料衡算
① ②
渗滤槽
21
③
因为 和 中的母液均来自于此工艺过程，即
渗滤掉的母液量=+
=
进入工艺 和 使用。
根据渗滤槽的渗滤能力和反应液的性状，渗滤掉的母液百分比为 %（吉林恒和
制药的经验值）。
则渗滤结束后剩余的母液量=
=，
因为反应液中存在挥发性物质醋酸、醋酐以及设备老化等原因造成了损耗，一般
损耗率为 %；即
损耗量=进料总量×%
=×%
=
所以此工艺得到粗品阿司匹林=
=
综合以上计算，得：
进料①：
完全来自酰化反应罐中的出料③=
出料②：
粗品阿司匹林=
渗滤结束后剩余的母液量=
22
出料③：
渗滤掉的母液量=
表 1酯化反应前物料衡算表
物料
名称
水杨酸 酸酐 回收阿
司匹林
粉子 渣子 母液 总量
重量
Kg
294
8
表 2酯化反应后的物料衡算表
物料名称 阿司匹林 母液 损耗 总量
重量 Kg
酸洗离心机的物料衡算
① ③
② ④
根据醋酸的浓度、渗滤槽中剩余母液的粘度和质量，确定酸洗工艺过程中加入醋
酸的质量，因为本设计采用的醋酸浓度为 %，
又根据经验公式：醋酸/（阿司匹林+母液）=1∶
所以确定投入醋酸量=（阿司匹林+母液）/
酸洗离心机
23
=（+）/
=
根据酸洗离心机的离心能力和物品的粘度得出经验离心率为 %，所以
离心出来的母液=总投料量×%
=（++）×%
=，进入回收工艺。
又由于醋酸的挥发及设备的老化造成了一定的损耗，损耗率一般为 %～%，
本次设计取 %。
所以确定损耗=总投料量×%
=（++）×%
=。
以此计算出湿品阿司匹林=总投料量-离心出来的母液-损耗
=（++）-
=
综合以上计算，得：
进料①：
来自于渗滤槽中的出料②
粗品阿司匹林=
渗滤结束后剩余的母液量=
进料②：
醋酸=
24
出料③：
湿品阿司匹林=。
要保证湿品中醋酸含量≤%，本设计计算时取 %。
出料④：
离心出来的母液= Kg
表 3酸洗离心物料衡算
酸洗离心前物料衡算 酸洗离心后物料衡算
物料
名称
阿司匹林 母液 酯酸 总量 阿司匹林 母液 损耗 总量
重量
Kg
水洗离心机的物料衡算
① ③
② ④
根据湿品中含醋酸量和湿品 ASP的纯净度，投入洗剂水与 ASP的比例=1∶，
所以洗剂水量=湿品 ASP/
=
=。
水洗离心机
25
又根据离心机的脱水能力，经验值为 %，
所以脱水量=总投料量×%
=（+）×%
=。
并要保证湿品中含水量应≤3%，本次设计计算中采用 3%。
由于设备的原因造成洗涤过程中有损耗，一般为 %～%，本次设计取值为：
%，所以可确定：
损耗量=（+）×%
=.
依此得出湿品 ASP=总投料量-损耗-脱水量
=+
=。
综合以上计算，得：
进料①：
湿品 ASP=。
进料②：
洗剂水量=。
出料③：
湿品阿司匹林=
出料④：
脱水量=。
表 4 水洗离心物料衡算
26
水洗离心前物料衡算 水洗离后前物料衡算
物料
名称
阿司匹林 洗剂水 总量 水杨酸 洗剂水 损耗 总量
重量
Kg
气流干燥的物料衡算
① ②
根据物料计算，干燥物料总重为：，
含水量为 3%，即 Kg
进行完全脱水即干燥失重为
因为流化床的排空系统和机器本身造成的损耗一般为：%～%，本次设计取
%，所以损耗量为：×%=。
在沉降室和扑集器得到粉子，渣子质量为 ，由总产率为 %，成品量
（符合设计要求）
综合以上计算，得：
进料①：
来自于水洗离心机，
湿品阿司匹林=。
气流干燥
器
27
出料②：
得到成品=。
表 5 干燥物料衡算
干燥前物料衡算 干燥后物料衡算
物料名称 阿司匹林 总量 成品 其他 损耗 总量
重量 Kg
7
8
28
4. 4 能量衡算
反应罐能量衡算
Q1 、t1 Q4 、t4
Q2 、t2 Q5 、t5
Q6
反应罐能量衡算可表示如下式：
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6
Q1------SA与醋酐带入设备的热量 KJ；
Q2------加热剂水蒸汽传给物料的热量 KJ；
Q3------过程反应热 KJ；
反应罐
Q3、t3
29
Q4------生成 ASP与醋酸带走的热量 KJ；
Q5------加热剂水蒸汽带走的热量 KJ；
Q6------设备向环境散失的热量 KJ；
t1------SA与醋酐进入设备的温度℃，t1=20℃；
t2------加热剂水蒸气的进入温度℃，t2=℃；
t3------最终反应罐中温度℃，t3=80℃；
t4------物料流出时的温度℃，t4=80℃；
t5------加热剂水蒸汽流出时的温度℃，t5=80℃。
比热容的计算
（一）经《化学基础数据手册》可查得乙酸与醋酐的比热容，见下表
（二）ASP与 SA比热容的计算
大多数液体的比热容在 ～
比热容比较大，在 4左右；而汞和液体金属的比热容比较小。
液体比热容一般与压强无关，随温度上升而稍有增大。
作为水溶液比热容的近似计算，可先求出固体的比热容，再按下式计算
C=CS a + (1-a)
式中 C-----水溶液的比热容 KJ/(Kg.℃);
CS----固体的比热容 KJ/(Kg.℃);
a-----水溶液中固体的质量分数。
对于绝大多数有机化合物，其比热容可利用下表求得。先根据化合物的分
子结构，将各种基团结构的摩尔热容数值加和，求出摩尔热容，再由化合物的分子量
30
名称 Cp
温度
换成比热容。
表 6基团结构摩尔热容[J/(mol.℃)]
基团 C6H5－ －COOH －O－ －CO －OH －CH3
20℃
温
度 80℃
所以 ASP的比热容 = [(C6H5-) + (-COOH) + (-O-) + (-CO-) + (-CH3)]/
AS的比热容 = [(C6H5-) + (-COOH) + (-OH)] /
经以上式子可求得所需比热容（KJ/Kg℃）
表 7比热容（KJ/Kg℃）
20℃ 80℃
乙酸
醋酐
阿司匹林 ——
水杨酸
能量衡算
1. Q1与 Q4
31
Q1与 Q4均可用下式计算
Q1（Q4）=∑mct KJ;
式中 m---输入（输出）设备的物料质量 Kg；
c---物料的平均比热容 KJ/Kg℃;
t---物料的温度℃；
利用（1）Q1=∑mct
[× KJ/Kg℃]×20℃
=×105KJ
Q4=(3333Kg× KJ/Kg℃+× KJ/Kg℃) ×80℃
=×105 KJ
2. Q2，Q5
Q2与 Q5军可用下式计算：
Q2（Q5）=∑mct KJ;
m-----水的重量 Kg；
c-----水蒸汽比热容 KJ/Kg℃
t-----温度℃
Q2=1000× KJ/Kg℃×℃
=×105KJ
Q5=×1000 /300天× KJ/Kg℃×80℃
=×105KJ
3. Q3
32
Q3=
=×105KJ
由 Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6；
∴Q6=Q1+Q2+Q3-Q4-Q5；
=×105KJ+××××105KJ
=×105KJ
33
5. 主要工艺设备计算
工艺设备选型原则
（1）为提高产品质量，节约投资，降低能耗，并满足 GMP要求，工艺设备选用国
内先进，成熟，可靠的设备，使建成后的生产装备达到国内先进水平。
（2）凡接触物料精，干，包岗位的设备，容量和管件均选用不锈钢材料。
（3） 设备选型为将来阿司匹林扩产留有余地。
工艺设备计算
醋化反应釜
反应釜体积的计算：
釜式反应器间歇操作时，每处理一批物料都需要一定的出料，清洗，加料等辅助
操作时间，故处理一定量物料所需要的有效体积不仅与反 应时间有关，而且与辅助操
作时间有关。
)( tTVV hR
:反应器的有效体积或反应体积，即物料所占有的体积，RV
3m
:每小时所需要处理的物料体积，hV
3m
T：达到规定转化率所需要的反应时间，h
t:辅助操作时间，h
决定反应器的总体积 ,还要考虑装料系数TV
=TV
rV
日处理量为 ，则每小时处理量为
34
混合物密度由下面公式求得：
3
3
2
2
1
11
水杨酸的相对密度 为 ，酸酐的相对密度 为 ，醋酸的相对密度 为1 2 3
， 分别为水杨酸，酸酐，醋酸的质量分数。1 2 3
求出
每小时处理的体积为
3m
反应时间为 6 h，每批料辅助时间为 h，
＝（6+）＝
3m
＝
3m
反应釜的筒体直径 及高度D H
m
D
H
V
D t
3
3
将计算结果圆整至公称直径标准系列，选取筒体直径 D＝1200mm, 查附录，DN＝
1200mm时标准椭圆封头曲面高度 ，直边高度 ，封头容积mmh 3001 mmh 402
，表面积 ，由手册计算得每一米高的筒体容积为 mV h
mFh
3
1 mV
，表面积 21 mF
m
V
VV
H h
1
筒体高度圆整为 H=1400mm
于是 H/D=1400/1200＝，复核结果基本符合原定范围。
夹套的计算
35
夹套内径 D1，可以根据筒体内径 D选取[21]
表 8：
D 600~500 700~1800 2000~3000
1D D+50 D+100 D+200
则夹套的内径为 =1200+100= 1300 mm1D
有前面知道，装料系数 ；
夹套的高度计算如下：
2
21
4
m
V
VV
H hj
选取夹套高度 ，刚 ，这样是便于筒体法兰螺mmH j 1200 mmHHH 20000
栓装拆的。夹套传热面积 >6 21 mHFF j
2m
夹套传热面积符合设计要求。
由于夹套的介质为水或水蒸气，介质对材料的腐蚀性轻微，故选用 Q235-A为
夹套材料，查手册知道板厚为 ~16 mm。Q235-A的应许力 =113MPa，夹套安全系 t
统有安全阀，选取夹套设计压力 P= = MPa，即 P=。夹套筒体和wP
内筒的环焊缝因无法双面焊和做相应的探伤检查，从安全考虑，夹套所有焊缝均取焊
缝系数 ，取壁厚附加量的钢板厚度负偏差 ，单面腐蚀取腐蚀余量 mmC
。mmC 12
夹套的壁厚计算如下：
C
P
PD
t
t
i
d
2
36
=
凸形封头的壁厚附加量也只考虑 和 ，加工成型的减薄量由制造厂根据加工条1c 2c
件确定，以保证壁厚符合图纸要求，设计计算时可以不考虑。取 ，mmc
，标准椭圆形夹套的壁厚为mmc 12
，
mmC
P
PD
t
t
i
圆整到钢板规格厚度并查阅封头标准，选取夹套的筒体和封头壁厚均为 6mmdt
筒体的材料和壁厚
筒体材料也选用 Q235-A，筒体受内压取设计压力为 P＝ MPa,设计温度
150℃，参考前面计算夹套壁厚结果，可知按强度计算内筒的壁厚约为 5mm，而筒体又
受外压作用，按设计外压 P= Mpa，所得壁厚大于内压设计的壁厚，刚外压稳定设
计的壁厚，一定能满足内压设计要求，可以不再作内压设计校核。
考虑到内筒筒体按外压设计，且受双面腐蚀作用，可以初选筒体壁厚 ，mmtn 10
并取 ， ，筒体有效壁厚 ， 。mmc mmc 22 mmctt ne 169
12200
et
D
内筒体受外压作用的计算长度 L为被夹套包围的筒体部分加凸形封头高的 1/3，
mm
h
hHL j 1340
3
4/1200
401200
3
2
,由 和 可以查得系数 ,
0
D
L
169
1220
t
D
e
0
0
D
L A
。MPaB 82
筒体的许用外压为 >P= MpaMPa
tD
B
p
/
][
0
因为[p]>p，且比较接近，所以取筒体 ，此外，外压稳定和内压强度均mmtn 10
37
能满足要求。
选取筒体下封头壁厚 ，壁厚附加量中 ， ，所以筒体mmtn 10 mmc mmc 22
下封头的有效壁厚 ，标准椭圆封头的外压计算当量球面半mmctt ne
径 ，计算系数 A为 ，由系mmKDR ii
/
tR
A
i
数 A查表得系数 B＝112Mpa，许用外压为 > P= MPa
tR
B
p
ei
112
/
][
Mpa
取筒体下封头壁厚 符合外压稳定和内压强度要求。mmtn 10
筒体的上封头只受内压作用，并不受外压作用，为了便于制造取上封头壁厚与筒
体下封头壁厚相同。
水压试验及其强度校核
内筒体水压试验压力由 ， ，取二者MPappT MPappT
中大值，为方便压力表读数，取 。MPapT
夹套水压试验压力由 ， ， ，取夹套MPappT Tp MPap
水压试验 。MPapTj
内筒水压试验时壁内应力
MPa
ct
ctDp
n
nT
T
)(2
](1200[
)(2
)]([
MPa
ct
ctKDp
n
nT
Tj
)(2
)]_10([
)(2
)]([
夹套水压试验时壁厚内应力
MPa
ct
ctDp
n
njTj
Tj
)(2
](1300[
)(2
)]([
38
MPa
ct
ctKDp
n
njTj
Tfj
)(2
)]_6([
)(2
)]([
由于 Q235-A在常温时的屈服强度为 ，计算MPas 235
可见水压试验时内筒、夹套壁内应力都小于 ，水压试验安全。s
当夹套作水压试验时，釜体将受外压作用。因夹套的试验压力为 ，MPapTj
而筒体的许用外压为 故在夹套水压试验时，筒体内需要充压才能保持筒,}[ MPap
体稳定。
选择釜体法兰
根据筒体内操作压力、温度和筒体直径，查表初选甲型平焊法兰和《压力容器
法兰类型与技术条件》，法兰材料为 Q235A，再查标准 JB4701－2000《甲型平焊法
兰》，公称压力 PN6的 Q235A甲型平焊法兰在操作温度 150℃时的许用工作压力为
,大于筒体设计压力，所选用的甲型平焊法兰合适。
查标准《非金属软垫片》（JB4704－2000）、《缠绕垫片》（JB4705－2000）和
《金属包垫片》（JB4706－2000）以及《压力容器法兰类型与技术条件》（JB/T4700）,
选择石棉橡胶垫片和光滑面密封。
查标准《甲型平焊法兰》（JB4701－2000），选用甲型平焊法兰光滑密封面，公
称压力为 PN6，公称直径为 DN1200。，标记为：法兰 GII6I-1200 JB/T4701-2000,查标
准《非金属软垫片》（JB/T4704－2000）,选用垫片 1240 1200 3 JB/T4704-2000。
选用手孔、视镜、温度计、和工艺接管
由《平盖手孔》（JB/T589－1979）或《板式平焊兰手孔》（HG21529－1992），选用
光滑密封的平盖手孔 APN1,DN250 JB/589T4725－1992。
39
由标准《压力容器视镜》（HG/T21619－21620－1986）或《组合式视镜》（HG21505
－1992）。选用碳钢带颈视镜 IP1,DN80(GH/T21619－21620－1986)。
温度计选用公称长度 1460mm，配凸面板式平焊管法兰 ，DN50,HG20593－
1997
进料管口 c1－2采用 无缝钢管，配法兰 ，DN50,GH20592－
出料管口 h采用 无缝钢管，配法兰 ，DN50，HG20592－1997。476
加热蒸汽进口管 g采用 无缝钢管，配法兰 ,DN32,HG20592－1997。
冷凝液出口管 i和压力表接管 e都选用 ，无缝钢管，配法兰 ，
DN25,HG20592－1997。
安全阀接管 a采用 无缝钢管，配法兰 ，HG20592－1997。
搅拌器的设计计算
搅拌在药品生产中的应用非常广泛，原料药生产的许多过程都是在有搅拌器的釜
式反应器中进行的。通过搅拌，可以加速物料之间的混合，提高传热和传质速率，促
进反应的进行或加快物理变化过程。
此次操作要求搅拌器具有较强的剪切作用和较大的循环流量，所以选涡轮式最为
合适，并且乙酸酐属于低黏度糊流体。叶轮直径一般为釜径的 ~倍。取 400mm，
常用转速为 10~500 ，取 200 ，本设计选六叶直叶圆盘涡轮式搅拌器。1min •r
1min •r
酸酐的粘度为 ，混合物的粘度 ， ， 是smPa • )(
/
1 sPa •
水杨酸与酸酐的体积比，则算出 ，混合物的密度为 1190sPa • 3/mKg
雷诺数 ，由相关曲线查得
5
2
2
1190
60
200
Re
nd
40
wdnP )
60
200
( 53531
校正桨叶数量的影响
w
n
PP mb )
6
6
()
6
(
2
校正桨叶直径的影响
w
d
D
PP m )
()(
2
故所求搅拌功率为 kwP
搅拌轴直径的计算
根据工艺条件要求，选取搅拌器外径 700mm,搅拌轴直径 d=50mm,
选择搅拌材料为 45钢，查表得钢的许用扭应力为 ，计算系数MPa40~30][
A=118~107，则搅拌轴的直径为
<50mm,所以该轴是安全mm
N
P
Ad )~(
50
)107~118( 33
容器支座的选用计算
反应釜因需外加保温，故选用 B型悬挂式支座。
反应釜的总质量包括物料（或水压试验的水）质量 ,釜体和夹套的质量 ,电1W 2W
动机、减速机、搅拌装置、法兰、保温等附件质量 。3W
，釜体和夹套的质量可以查手册或自行计算，由此，kgW
kgW
电动机和减速机总质量约 100kg,搅拌装置质量约 40kg,筒体法兰质量约 120kg,保
温层质量约 100kg，手孔及其他接管附件质量约 50kg,由此得，
kgW 41050120401001003
反应釜的总质量
41
kgWWWW
即总重力约为 78KN。
反应釜安装四个支座，但按三个支座承载计算，查阅标准《耳式支座》
（JB/T4725-1992），可以选用承载能力为 20的支座 B2JB/T2725-1992.
酸洗离心机
根据物料计算，酸洗物料料重量为 ，每天 24小时生产，生产周期为每
车 1小时。拟选用 SS-1000型三足式离心机，每年装料 100Kg，则需要设备台数为：
N=
故选用 2台 SS-1000型三足式离心机能满足生产。
水洗离心机
根据物料计算，水洗物料总量为 。每天按 24小时，生产周期为每车 1
小时。拟选用 SS-1000型三足式离心机，每车装料 100Kg，则需要设备台数为：
N=
故选用 2台 SS-1000型三足式离心机能满足生产。
振动流化床干燥器
根据物料计算，干燥物料总重量为 。拟选用 GZQ3×45型振动流化床干燥
器，其生产能力为 200Kg/h，每天 24小时生产，则需要设备台数为：
N=
故选用 1台振动流化床干燥器能满足生产需要。
母液蒸馏罐
42
根据物料计算，一次母液重量为 ，比重大约 。则母液体积为
2台 1500L母液蒸馏罐能满足生产，并为今后扩产留
有余地。
循环母液反应罐
根据物料计算，循环母液重量为 ，比重约为 ，则循环母液体积为
1台 1000L循环母液反应罐能满足生产，并为将来扩产
留有余地。
43
6. 管道设计
在药品生产中，水，蒸汽以及各种流体物料通常采用管道来输送。管道
布置是否合理，不仅影响装置的基建投资，而且与装置建成后的生产，管理，
安全和操作费用密切相关。因此，管道设计在制药工程设计中占有重要的地
位。
管道计算
表 9
公称通径（mm） 管子外径（mm） 普通碳钢管壁厚（mm）
10 17
15
20
25
32
40 48
50 60
70
水杨酸的进料管道的计算
smV s /
60514403
3
smu /2
mm
u
V
d s 50
44
根据管道的公称通径、外径、壁厚表得，公称通径＝50 ， ，mm
管子的外径 D=60 ， 则管子的内径mm mmDd
酸酐的进料管道的计算
smV s /
6041080
3
mm
u
V
d s 74
根据管道的公称通径、外径、壁厚表得，公称通径＝80 ， ，mm mm4
管子的外径 D= ，则管子的内径mm mmDd
母液的管道进料计算
smV s /
6041050
3
smu /2
mm
u
V
d s 64
根据管道的公称通径、外径、壁厚表得，公称通径＝70 ，mm
，管子的外径 D= ， 则管子的内径mm mmDd
反应釜的出料管道计算
smV s /
6081190
3
smu /3
mm
u
V
d s 69
根据管道的公称通径、外径、壁厚表得，公称通径＝70 ，mm
smu /2
45
，管子的外径 D= ， 则管子的内径mm mmDd
46
7. 泵的计算选型
泵是化工厂最常用的液体输送设备,液体输送机械按工作原理的结构可分为
叶片式泵、容积式泵(又称正位移泵)和其它形式的泵。其中,叶片式泵是依靠旋
转的叶片向液体传送机械能,常用的泵有离心泵、轴流泵、旋涡泵等。容积式泵
是利用工作室容积周期性的变化,把能量传递给液体,使液体的压力增加。一般
化工用泵大部分是离心泵。
选泵的工作方法和基本程序如下:
列出选泵的岗位和介质的基础数据
确定选泵的流量和扬程
选择泵的类型,确定具体型号
换算泵的性能
确定泵的几何安装高度
确定泵的台数和备用率,校核泵的轴功率
确定冷却水或加热蒸汽的耗用量
选用电动机,填写选泵规格表
泵的压头计算式为:H =(Z -Z )+ +e 2 1
g
pp
12
g
uu
2
2
1
2
2
有效功率为:P =e QgH e
总效率 =
N
Pe
输送水杨酸用泵的计算
泵进口处压强 P = ,泵出口处压强 P = a 2 a
47
流量 ,转速 n=1450 r/minsmV s /
3
吸入管直径 d =100mm,压出管直径 d =80mm1 2
进出口间的垂直高度(Z -Z )=80 mm2 1
在进出口两截面间列机械能衡算方程:
得, H =(Z -Z )+ +e 2 1
g
pp
12
g
uu
2
2
1
2
2
= =, = =
g
P
1
6
g
P
2
6
u = = = m/s1 2
1
4
d
Q
u = = = 2
2
4
d
Q
则: 泵的压头 H =++ = me
22
设管路阻力损失为压头的 30%,则扬程要求为 ×= m
取 H 的 ～倍,则 H =～,根据流量 Q= m /s,查e e
3
《化工原理》图 2-18得:IS65-50-125泵符合要求。
根据附录十七查得 IS65-50-125的运行参数为: Q= ，H=,轴功hm /15 3
率为 ;电机功率 kW
则:有效功率 P = =1440 = QgH e
总效率 = = =%
N
Pe
%100
输送酸酐用泵的计算
泵进口处压强 P = ,泵出口处压强 P = a 2 a
流量 Q= m /s,转速 n=1450 r/min
3
48
吸入管直径 d =80mm,压出管直径 d =65mm1 2
进出口间的垂直高度(Z -Z )=80 mm2 1
在进出口两截面间列机械能衡算方程:
得, H =(Z -Z )+ +e 2 1
g
pp
12
g
uu
2
2
1
2
2
= = m, = = m
g
P
1
6
g
P
2
6
u = = = 2
1
4
d
Q
u = = = m/s2 2
2
4
d
Q
则:泵的压头 H =++ = me
22
设管路阻力损失为压头的 25%,则扬程要求为 ×= m
取 H 的 ～倍,则 H =～,根据流量 Q=×10 m /s,查e e
3 3
《化工原理》图 2-18得:IS100-80-125泵符合要求。
根据附录十七查得 IS100-80-125的运行参数为: Q=50m ;H=5m,轴功率为h/3
;电机功率 1kW
则:有效功率 P = =1080 10 = We QgH e
3
总效率 = = =%
N
Pe
3101
%100
输送母液用泵的计算
泵进口处压强 P = MP 泵出口处压强 P = MP1 a 2 a
流量 Q= m /s,转速 n=1450 r/min
3
吸入管直径 d =80mm,压出管直径 d =60mm1 2
49
进出口间的垂直高度(Z -Z )=80 mm2 1
在进出口两截面间列机械能衡算方程:
得, H =(Z -Z )+ +e 2 1
g
pp
12
g
uu
2
2
1
2
2
= =, = =
g
P
1
6
g
P
2
6
u = = = m/s1 2
1
4
d
Q
u = = = m/s2 2
2
4
d
Q
则:泵的压头 H =++ = me
22
设管路阻力损失为压头的 30%,则扬程要求为 ×= m
取 H 的 ～倍,则 H =～,根据流量 Q=×10 m /s,查e e
3 3
《化工原理》图 2-18得:IS80-65-125泵符合要求。
根据附录十七查得 IS80-65-125的运行参数为: Q=30m ;H=5m,轴功率为h/3
kW;电机功率
则:有效功率 P = =1050 10 = We QgH e
3
总效率 = = =%
N
Pe
750
%100
50
8. 车间布置设计
概述
车间布置设计是制药工程设计中的一个重要环节。车间布置是否合理，不
仅与施工、安装、建设投资密切相关，而且与车间建成后的生产、管理、安全
和经济效益密切相关。因此，车间布置设计应按照设计程序，进行细致而周密
的考虑。
车间布置设计是一项复杂而细致的工作，它是以工艺专业为主导，在大量
的非工艺专业如土建、设备、安装、电力照明、采暖通风、自控仪表、环保等
的密切配合下，由工艺人员完成的。因此，在进行车间布置设计时，工艺设计
人员要善于听取和集中各方面的意见，对各种方案进行认真的分析和比较，找
出最佳方案进行设计，以保证车间布置的合理性。
原料药车间和制剂车间都是常见的制药车间。原料药作为精细化学品，属
于化学工业的范畴，其车间设计与一般的化工车间具有许多相同点。但药品是
51
一种特殊商品，其质量好坏直接关系到人体健康、疗效和安全。为保证药品质
量，原料药车间的成品工序（精细、烘干、包装工序）与制剂车间一样，其生
产环境都有相应的洁净等级要求。
车间布置设计的依据
1、有关的设计规范和规定
在进行车间布置设计时，设计人员应熟悉并执行有关的设计规范和规定，
如《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）、《石油化工企业厂界噪声标准》
（GB50160-99）、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（GB50058－92）、
《洁净厨房设计规范》（GBJ73－84）、《药品生产质量管理规范》（国家药品监督
管理局，1998年修订版）、《采暖通风和空气调节设计规范》（GBJ19-87）等。
2、有关布置设计是在工艺流程设计、物料衡算、能量衡算和工艺设备设计
之后进行的，因此，一般已具备下列设计基础资料。
（1） 不同深度的工艺流程图，如初步设计阶段带控制点的工艺流程图、施
工阶段带控制点的工艺流程图。
（2） 物料衡算、能量衡算的计算资料和结果，如各种原材料、中间体、副
产品和产品的数量、组成及性质;三废的数量、组成及处理方法；加热和冷却剂
的种类、规格及用量等。
（3） 工艺设备设计结果，如设备一览表，各设备的外形尺寸、重量、支承
形式、操作条件及保温情况等。
（4） 厂区的总平面布置示意图，包括本车间与其他车间及生活设施的联
系、厂区内的人流和物流分布情况等。
（5） 其他相关资料，如车间定员及人员组成情况，水、电、汽等公用工程
52
情况，厂房情况等。
车间布置设计应考虑的因素
在进行车间布置设计时，一般应考虑下列因素。
（1） 本车间与其他车间及生活设施在总平面图上的位置，力求联系方便、
短捷。
（2） 满足生产工艺及建筑、安装和检修要求。
（3） 合理利用车间的建筑面积和土地。
（4） 车间内应采取的劳动保护、安全卫生及防腐蚀措施。
（5） 人流、物流通道应分别独立设置，尽可能避免交叉往返。
（6） 对原料药车间的精制、烘干、包装工序以及制剂车间的设计，应符合
《药品生产质量管理规范》的要求。
（7） 要考虑车间发展的可能性，留有发展空间。
（8） 厂址所在区域的气象、水文、地质等情况。
车间布置设计的程序
车间设计一般可按下列程序进行。
（1） 收集有关的基础设计资料
（2） 确定车间的防火等级 设计人员根据生产过程中使用、产生和贮存物
质的火灾危险性，按《建筑设计防火规范》和《石油化工企业设计防火规定》，
确定车间的火灾危险性类别。
（3） 确定车间的洁净等级 对于有洁净等级要求的车间，设计人员应根据
《药品生产质量管理规范》的要求，确定相应的洁净等级。
53
（4） 初步设计 根据带控制点的工艺流程图、设备一览表等基础设计资料
以及物料贮存运输、辅助生产和行政生活等要求，结合有关的设计规范和规
定，进行初步设计。
初步设计的任务是确定生产、辅助生产及行政生活等区域的布局；确定车
间场地及建（构）筑物的平面尺寸和立面尺寸；确定工艺设备的平面布置图和
立面布置图；确定人流及物流通道；安排管道及电气仪表管线等；编制初步设
计说明书。
（5） 施工图设计 初步设计经通过后，即可进行施工图设计。施工图设
计是根据初步设计的审查意见，对初步设计进行修改、完善和深化，其任务是
确定设备管口、操作台、支架及仪表及电气等的空间位置；确定设备的安装议
案确定与设备安装有关的建筑和结构尺寸；确定管道及电气仪表管线的走向
等。
在施工图设计中，一般先由工艺专业人员绘出施工阶段车间设备的平面及
立面布置图，然后提交安装专业人员完成设备安装图的设计。
车间设计的成果
车间布置设计通常采用两阶段设计即初步设计和施工图设计。在初步设计
阶段，车间布置设计的主要成果是初步设计阶段的车间平面图和立面图；在施
工图设计阶段，车间布置设计的主要成果是施工阶段的车间平面图和立面图。
54
9. 9 公用工程
公用系统一般是对全厂各部门有密切关系,为这些部门所有的一类动力辅助
设施的总称,是一类非工艺设计的项目。工程包括给排水、供电、环境消毒等专
业。
排水系统
排水系统的任务是将来自洗涤与卫生器具和生产设备排除的污水，以及降
落在屋面上的雨水，雪水迅速排到室外排水管道中去，同时药品生产的洁净要
求需防止室外排水管道中的有害气体，臭气，有害虫类进入室内，产生微生物
污染。医药工业所产生的污水有 3类。
a 生活污水 卫生洁具，洗手设施，沐浴设施等排出的污水。
b 生产废水 生产过程中所产生的污水和废水，包括设备及容器洗涤用
水，冷却用水等。
c 雨水 包括屋面的雨水及融化的雪水。
医药工业室内排水体制一般采用分流制，生活污水，生产废水及雨水分别
设置管道排出去。生活污水和生产废水排放前应先进行预处理，达到接口指标
才能排放至城市污水处理厂的总体管道;或者建造污水处理站，达到国家规定的
排给水，排水设计，施工和验收规范外，还必须遵守《规范》的有关规定。采
取的措施主要如下。
100级的洁净室内不宜设置水斗和地漏，10000级的洁净室应避免安装水斗
和地漏，在其他级别的洁净室中应把水斗及地漏的数量减少到最低程度。
洁净室内与下水管道连接的设备、清洁器具和排水设备的排出口以下部位
55
必须设存水弯或水土封装置。
设在洁净室的地漏，要求材质不易腐蚀、内表面光洁，例如不锈钢材料；
不易结垢，有密封盖，开启方便；有水封能防止废水废气倒灌，允许冲洗地面
时临时开盖，不用时则将盖盖死，必要时还应根据产品工艺要求，灌以消毒剂
定期消毒灭菌，从而可以防止污染。现在国内已开发了这种医药工业的新型专
用地漏。下水管路必须有足够在的管径和安装坡度，使流水畅通无阻。
在排水立管上设置 辅助通气管或专用勇气管，使室内外排水管道中散发的
有害气体能排到大气中去，并使水流畅通，防止水封被破坏。
蒸汽冷凝水应返回锅炉房，若是直接排放的，应设置单独的管道，以防止
疏水器后的蒸汽背压将残余汽、水通过下水道及地漏冲到其他房间，造成污
染。
质监部门及生产上产生的酸碱废水亦应设置专用管道，并采用 PVC塑料管
或 ABS工程塑料管，引至酸碱处理装置。
排水主管不应穿过洁净度要求高的房间，排水主管应尽量靠柱、墙角敷
设，并用钢丝网、水泥粉光。
盥洗间的洗手池水龙头最好采用感应式装置，尤其是无菌室，以避免交叉
污染。
洁净室洗涤间的水槽形式有两种：一种是不锈钢水斗；另一种是地槽，上
铺不锈钢格栅，这种形式较好，尤其适用于大工具、大设备的清洗。
总之，洁净区域应尽量避免安装水斗和下水道，而无菌操作区应绝对避
免，如需安装的，则设计时应考虑其位置便于维护、清洁，使微生物污染降低
到最小程度。
56
电气和照明
电气设计和安装
1.洁净室（区）的电气设计和安装必须考虑对工艺、设备甚至产品的变动
的灵活性，便于维修，且保持厂房的地面、墙面、吊灯的整体性和易清洁性。
2.洁净室(区)的电源进线应设置切断装置，并宜设在非洁净区便于操作管
理的地点。
3.洁净室（区）的消防用电负荷应由变电所采用专线供电。
4.洁净室(区)内的配电设备，应选择不易积尘、便于擦拭、外壳不易蚀的
小型暗装配电箱及插座箱，功率较大的设备宜由配电室直接供电。
5.洁净室(区)内不宜直接设置大型落地安装的配电设备。
6.洁净室(区)的配电线路应按照不同空气洁净度等级划分的区域设施配电
回路。分设在不同空气洁净度等级区域的设备一般不宜由同一配电回路供电。
7.进入洁净室（区）的第一配电线路均应设置切断装置，并应设在洁净区
内便于操作管理的地方。如切断装置设在非洁净区，则其操作应采用遥控方
式，遥控装置应设在洁净区。
照明设计和安装
药品生产企业有相当数量的洁净室（区）处于无窗的环境中，它们需要人
工照明，同时由于厂房密闭不利防火，增加了对事故照明的要求，无窗洁净室
与自然采光的洁净室比较，无窗的优点在于：一是有利于保持室内稳定的温
度、湿度和照度；二是确保了外墙的气密性， 有利于保证室内生产要求的空气
洁净度。
57
1洁净厂房的照明应由变电所专线供电。
2 洁净室（区）的照明光源采用荧光灯。
3 室内照明应根据不同工作室的要求，提供足够的照度值。主要工作室一
般不低于 300Lx ，辅助工作室、走廊、气闸室、人员净化和物料净化用室可低
于 300Lx 但不宜低于 150Lx 。对照度要求高的部分可增加局部照明。
4 洁净室（区）内一般照明的照度均匀度不应小于 .
5 洁净室（区）内应选用外部造型简单、不易积尘、便于擦拭的照明农机
具，不应采用格栅型灯具。
6 洁净室（区）内的一般照明灯具宜明装，但不宜悬吊。采用吸顶安装
时，灯具与顶棚接缝处应采用可靠密封措施。如需采用嵌入顶棚暗装时，安装
缝隙应可靠密封，防止顶棚内非洁净空气漏入室内。灯具结构必须便于清扫，
便于在顶棚更换灯管及维修。
7 事故照明可采用以下方法处理：
a 设置备用电源，接至所有照明器，断电时备用电源自动接通。
b 设置专用事故照明电源，接至专用应急照明灯。同时在安全出口和疏散
通道转角处设置标志灯，专用消防口处设置红色应急照明灯。
c 设置带蓄电池的应急灯，平时由正常电源持续充电。事故时蓄电池电源
自动接通。此灯宜装在疏散通道上。
8在防爆要求的洁净室，照明灯具选用和安装应符合国家有关规定。
a 洁净室（区）可以安装紫外线杀菌灯，但须主意安装高度、安装方法和
灯具数量。
b 紫外线波长为 136nm~390nm,以 的杀菌力最强，但紫外线穿透力
58
较弱，只适用于表面杀菌。
c紫外线通常按相对湿度为 60%的基准设计，室内湿度增加时，照射量应相
应增。
环境消毒
灭菌与消毒
医药工业洁净室与其他工业洁净室有所不同，特别是无菌生产，不仅要控
制空气中一般的悬浮状态的气溶胶粒子，还要控制活微生物数，即提供所谓的
“无菌”环境（无菌室）。另一方面，不能认为进入洁净室的空气无菌了，室内
各种表面就不沾污细菌了。如果这些地方有营养源，细菌繁殖的可能性就存
在。在洁净室中人体是主要菌源之一，不仅皮肤带有细菌（其中约 1%为病原性
的），人通过呼吸，讲话也会散布细菌，所以在洁净室中除口罩外，对洁净室表
面消毒仍是一个重要措施。按理说，在空气中净化系统中，送人经高效过滤器
的空气，可以使房间的微生物数控制在规定的范围内。其实不然，实际生产时
由于机器的运行，人员的进出，建筑物的表面均会产生尘粒，从而滋生细菌并
极易再吹落，特别是人员的污染几乎是惟一的细菌来源，一个人每 h约散发
1000只死皮细胞（等价于 10/um大小的粒子），因此洁净室的室内建筑材料，
设备等应能经受药物的消毒灭菌处理，洁净服的衣料要选用不产生静电或经防
静电处理的材料，洁净服装的洗涤，晾干，包装必须在洁净环境中进行，无菌
衣要经高温消毒灭菌，人员，设备，仪器进入无菌室应作严格消毒灭菌处理
（人手需用消毒药物浸泡或喷洒）需定期进行室内消毒灭菌操作。
药品生产时由于在洁净室的地面，墙面，顶棚，机器，人体及衣服表面可
59
能有活微生物粒子存在，当温度，湿度合适时，细菌即在这些表面繁殖，并不
时被气流吹散到室内，因此洁净室（特别是无菌室）一般不安排三班生产，每
天必须有足够时间用于清洁，消毒。
消毒和灭菌是两个概念。无菌(Sterilization),除菌（Disinfection）和
消毒（Sanitization）这三个经常被误用的词必须加以区别。灭菌和除菌是绝
对化的术语。灭菌是指杀灭或不活化所有生命形式;除菌则是破坏或不活化致微
生物的传染，但在应用于细菌孢子时往往无效。灭菌法是对无菌制剂等的生产
过程中的灭菌，常用的方法有：湿热灭菌法，可用无菌保证值 SAL（Sterility
Assurance Level）表示效果；干热灭菌法；除菌滤过法；辐射灭菌法；环氧乙
烷灭菌法。监测灭菌效果往往使用生物指示剂——一种标准的对灭菌条件稳定
的微生物。而消毒可以说是减少微生物数量，使之达到安全或相对安全的水
平，而与使用规定和使用目的相符合。
抗微生物剂是一种用来抵制微生物繁殖或消灭微生物的试剂的总称，它包
括；
A消毒剂 能消除以细胞系列形态出现的微生物污染的化学试剂；
B 灭菌剂 杀灭在无生命环境内的所有微生物生命形态的化学试剂；
C 除菌剂 用来消灭在无生命物体上的病原体的抗菌剂；
D 杀菌剂 可按具体作用分类：杀细菌的称为杀细菌剂；杀霉菌的则称之为
杀霉菌剂；杀病毒的则称为杀病毒剂；杀孢子的则称为杀孢子剂；
E 抑菌剂 仅是抵制微生物生长的化学试剂。
因此灭菌和消毒是不可互换的术语，消毒剂在定义在也并不意味着是灭菌
剂。消毒是消灭来自繁殖形态的细胞的活微生物的污染，但它不保证灭菌。
60
消毒剂的选择和配制
A 消毒剂的选择
在选择一种消毒剂时，首先要了解消毒剂的性质，但同时又应认识到没有
一种消毒剂是完全理想的。细菌学家建议理想的消毒剂应该具备以下特征：
a 能广谱地杀灭微生物；
b 对人体无毒
c 无腐蚀性，对设备无污染；
d 具有洗涤剂作用；
e 具有稳定性；
f 作用迅速；
g 不因有机物的存在而失去活性；
各种试剂都有优点和局限性，应选择一种试剂或几种试剂结合使用，以最
低成本获得最大效果。
B 无菌室常用消毒剂的配制
无菌室所使用的消毒剂应在净化工作台上配制，需过滤的应准备好已灭菌
（度，45分）的滤膜及容器。过滤好的消毒剂应在盛放瓶上注明消毒剂
的名称，批号，配制日期及失效期，放在无菌室中。
a 75%酒精（Alcohol）溶液（体积分数）的配制
先用定性滤纸过滤 95%的乙醇溶液，再将冷却的注射用水加到滤过的乙醇
溶液中充分混合，直到酒精比重计读数为 75%。将配制好的溶液用 混合
纤维素酯徽孔过滤膜过滤后，放入已灭菌的瓶中待用。此溶液须在 48h内使
用。
61
b %（体积分数）新洁尔灭（Dodecyl Dimethyl Benzylammomium
Bromide DD_BB）溶液的配制
在 49ml 的注射用水中加入 1ml 的 5%新洁尔灭溶液并搅拌均匀，将配制好
的溶液用 混合纤维素酯徽孔过滤后放入已灭菌的瓶中待用。此溶液须
在 48h使用。
主要消毒和灭菌方法
A 干热法
是在干燥空气中加热处理方法，基于高热作用下的氧化作用破坏微生物的
原理，一般需要的温度高达 160度以上，时间长达 1h~2h。
B 湿热法
是用高温湿蒸汽（通常为饱和蒸汽）的灭菌方法，基于湿热作用下使细菌
细胞内蛋白质凝固的原理，一般需要的温度比干热法低，时间也短，例如 121
度，30min或 134度，20min.
C 药物法
是用某种气体或药剂进行熏蒸或擦洗，其效果与物种类及细菌对其感程度
有关。一些药物对一些材料有吸附侵蚀作用。例如常用的氧化乙烯是一种很好
的灭菌剂，虽不能浸透固体，但可被塑料，橡皮，橡皮之类吸收，这需要根据
洁净室的使用对象选用合适的材料。但不要长期使用一种消毒剂，应定期更
换，以防止耐药菌株的产生。
D 紫外线消毒
在其他消毒方法未使用之前，是一个不可代替的必备的消毒方法，为药品
生产企业普遍采用，主要用在洁净工作台，层流罩，物流传递窗，风淋室乃至
62
整个洁净房间的消毒。紫外灯的杀菌力取决于紫外线的波长，短波具有杀菌
力，长波可能对人体有害，所以它的使用受到限制。紫外线波长为
136nm~390nm，消毒用的紫外灯应限制在短波的波长范围内，以 的杀菌
力最强，但由于制造厂测定波长比较困难，故发展不快。据国外最新研究表
明，紫外线灭菌仍有广阔的前景，具有安装方便，无耐药菌株生产等特点，关
键是解决短波的测定问题。
还有一种方法是采用气相循环流水线灭菌。如果能让空气有组织地循环
流过紫外灯的有效照射区，既增加了紫外线对于空气的照射时间，而又设法不
让紫外线外泄伤人，并且不产生臭氧，紫外线对于空气的消毒作用就大大提高
了。
f 臭氧消毒
臭氧（O3）的消毒原理是：臭氧在常温，常压下分子结构不稳定，很快自
行分解成氧（O2）和单个氧原子（O）,后者具有很强的活性，对细菌有极强的
氧化作用，可氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必需的酶，从而破坏其细胞膜，
将它杀死。多余的氧原子则会自行重新结合成为普遍氧分子（O2），不存在任何
有害残留物，故称无污染消毒剂。臭氧不但对各种细菌（包括肝炎病毒，大肠
杆菌，绿脓杆菌及杂菌）有很强的杀灭能力，而且对杀死霉菌也很有效。
生产臭氧的原料主要是空气和电能，一般通过高频臭氧氧发生器（电子消
毒器）来获得。消毒时直接将臭氧发生器置于房间中即可。空气中使用臭氧消
毒的浓度很低，只有百万分之几，可根据房间体积及臭氧发生器的臭氧产量来
计算得到。
g 消毒剂消毒
63
洁净室的墙面，天花板，门窗，机器设备，仪器，操作台，车，桌，椅等
表面以及人体双手（手套），在环境验证及日常生产时应定期清洁并用消毒剂喷
洒。常见的消毒剂有异丙醇（75%），乙醇（75%）,戊二醛，洁尔灭等。
64
10. 技术经济
评价化工工程设计成果技术上的先进性和经济上的合理性是通过对该工程
的综合技术经济指标值得分析来的。
技术经济又称技术经济学、工程经济学。它是介于工程技术学科与经济学
科之间的一门新兴的交叉学科。技术经济实质技术生产方面的经济问题。技术
经济分析是对不同的技术政策、方案、技术措施进行经济效果的评价、论证和
预测力求到技术上先进和经济分析的根据是每项工程，每个企业都使用尽量少
的物质消耗生产出更多的符合社会需要的合格产品，取得最大的使用价值从而
实现最大的经济效益。本设计根据规模进行初步核算。
投资指标
（1）建筑工程投资：建筑面积为 360 ，以平均价为 2000元/ 计算，
2m 2m
则建筑投资为 72万元。
（2）设备总投资估算如表 10：
表 10设备总投资估算
序号 名称 投资（万元）
1 主生产设备 100
2 试验、分析 15
3 配电设备 45
4 控制仪表 20
5 其他设备 100
合计 270
65
（3）其他投资估算如表 11
表 11其他投资估算
序号 项目 投资（万元）
1 安装工程 50
2 办公设施 20
3 流动资金 500
4 其他建设投资结算 50
合计 650
（4）总投资＝72+270+650＝942万元
固定投资＝总投资－流动资金＝942－500＝442万元
（5）工人工资估算
职工平均工资为 万元/年，附加系数为 ，故职工工资为 30
（1+）＝万元
车间经费估算如表 12
表 12车间经费估算
序号 经费名称 金额（万元/
年）
1 折旧经费（折旧率 ）
2 维修经费 50
3 车间管理 30
合计
66
其它费用（包括不可预算的费用）初步定为 50万元
67
11. 计算机在化工设计中的应用
计算机自 1964年面世以来，便以其快速运算能力成为一种新型有效运算工
具用于各种工艺过程的模拟计算和工程分析，随后计算机逐渐具备了数值和逻
辑处理，数据储存和数据库管理，图形生产、显示、分析检查等功能，计算机
的应用范围迅速扩大。近十多年由于数据通信网络技术的飞速发展，计算机技
术已成化工设计不可替代的优化工具。计算机用于化工设计的主要有：物理数
据检索，计算机辅助过程设计（CAPD）,计算机辅助设计（CAD），计算机辅助工
程（CAE）等。
在工程设计中，准确、可靠的各种物性数据室重要的基础数据之一。数据
库及时储存计算机的大量数据的集合。数据库的最大优越性是可以实现数据共
享。数据库的功能主要是：输出所有存储的物质及其物性数据；检索某物值得
物性数据的来源；根据给定的某一物质的数值范围检索出满足该值的相应物
质；面向程序调用数据库中的相关数据；物性数据估算等。
计算机辅助设计 CAD(Computer Aided Design)是按照 P&ID图上显示的设
计意图和有关的设计、标准、规范及工作经验要求，在 CAD系统上建立化工装
置的软模型，然后进行碰撞、缺漏检查，应力分析等，最后，输出施工图纸、
材料报表及有关的设计文档。辅助化工过程设计用的软件发展十分迅速，单元
操作模型种类齐全、功能强，有物流分割和混合、闪蒸、多级精馏、换热、反
应、固体物处理、泵和压缩机等 95种。序贯模块发和边理方程求解可拼接各种
工艺流程。目前辅助过程设计软件包括 ASPEN PLUS、PRO/II和 ECSS等。计算
机辅助工程 CAE是工程公司的计算机信息网络系统将各类应用及不同专业的设
计软件一体化，并将设计、订货、采购、施工集成化，所有设计用的信息数
68
据、标准范围、定型设计资料等基础资料均存入不同数据库中供用户调用，CAD
运用于全过程，实现“无图板”设计。施工现场的计算机系统也与工程公司的
计算机网络连通，实现资料共享，图纸资料信息远距离传送，建设现场按设计
信息开备料，利用建好的三级软模型指导施工、安装、工程管理和试车。所有
设计图纸、资料及原始条件均可以录入光盘或是其他磁性介质以永久保存，实
现“无图纸”设计。将节约建设总投资的 10%，减少设计人工时 40%，为企业和
社会 带来很大的经济效益。
本设计在计算机应用方面，使用了网络资料查阅，计算机编排、打印说明
书；应用计算机辅助设计（CAD），完成了大部分的工程图工程图纸制作。由于
时间不足，经费有限等客观条件限制，未能运用程序对工艺部分进行计算。
