年产100吨阿司匹林车间工艺设计1文档格式.docx
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一、产品介绍--------------------------------------5
1.1产品简介-----------------------------------5
1.2发展概况-----------------------------------5
1.3临床应用-----------------------------------7
1.4药理作用-----------------------------------9
二、设计任务--------------------------------------9
2.1设计项目名称-------------------------------9
2.2生产方法-----------------------------------9
2.3生产能力-----------------------------------10
2.4主要原辅料---------------------------------10
2.5工段产品-----------------------------------10
三、产品方案--------------------------------------10
3.1产品名称和性质-----------------------------10
3.2产品的质量规格-----------------------------10
3.3产品规模-----------------------------------10
3.4产品包装方式-------------------------------10
四、生产方法和工艺流程----------------------------10
4.1生产路线比较-------------------------------10
4.2本设计拟采用的生产路线---------------------14
4.3工艺流程-----------------------------------14
五、原料、中间产品的主要技术规格-------------------15
5.1乙酸酐-------------------------------------15
5.2水杨酸-------------------------------------16
5.3三氯化铝-----------------------------------16
5.4乙醇---------------------------------------17
5.5醋酸---------------------------------------18
六、物料衡算---------------------------------------19
七、主要工艺设备造型--------------------------------20
八、三废处理及综合应用------------------------------20
九、存在的问题和建议--------------------------------20
十、参考文献----------------------------------------21
十一、附图------------------------------------------22
一、产品介绍
1.1、产品简介
阿司匹林(Aspirin)
结构式:
系统命名法:
2-乙酰氧基苯甲酸
普通命名法:
acetylsalicylicacid
分子式:
C9H8O4相对分子质量:
180.16官能团:
苯环、羧基、酯基
性状:
白色结晶性粉末。
无臭,微带酸味
溶解性:
微溶于水或无水乙醚,溶于乙醇、乙醚、氯仿,也溶于氢氧化钠溶液或碳酸溶液,但同时分解。
1.2、发展状况
阿司匹林是应用最早,最广和最普通解热镇痛药抗风湿药。
具有解热、镇痛、抗炎、抗风湿和抗血小板聚集等多方面的药理作用,发挥药效迅速,药效稳定,超剂量易于诊断和处理,很少发生过敏反应。
常用于感冒发热,头痛、神经痛关节痛、肌肉痛、风湿热、急性内湿性关节炎、类风湿性关节炎及牙痛等。
是《国家基本药物目录》列入的品种乙酰水杨酸也是其他药物的中间体。
早在1853年夏尔,弗雷德里克·
热拉尔(Gerhardt)就用水杨酸与醋酐合成了乙酰水杨酸,但没能引起人们的重视;
1897年德国化学家菲利克斯·
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)。
到今日为止,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,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利克斯·
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。
1.3、临床应用
1.镇痛、解热
阿司匹林通过血管扩张短期内可以起到缓解头痛的效果,该药对钝痛的作用优于对锐痛的作用。
故该药可缓解轻度或中度的钝疼痛,如头痛、牙痛、神经痛、肌肉痛及月经痛;
同时可以使被细菌致热原升高的下丘脑体温调节中枢调定点恢复(降至)正常水平,故也用于感冒、流感等退热。
该品仅能缓解症状,不能治疗引起疼痛、发热的病因,故需同时应用其他药物参与治疗。
2.消炎、抗风湿
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。
3.治疗关节炎除风湿性关节炎外,该品也用于治疗类风湿性关节炎等症状,
此外,该品对于骨关节炎、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。
4.抗血栓
该品对血小板聚集有抑制作用,阻止血栓形成,临床也可用于治疗不稳定型心绞痛。
5.皮肤粘膜淋巴结综合症(川崎病)
患川崎病的患儿应用阿斯匹林,目的是减少炎症反应和预防血管内血栓的形成。
6.预防消化道肿瘤
长期规律的使用阿司匹林可以大大降低胃肠道肿瘤的发生率。
7.抑制血小板凝集
高海拔登山时使用阿司匹林,它能抑制血小板的释放反应,抑制血小板的聚集。
8、对于阿司匹林的新应用
①.防治糖尿病及其并发症在没有出血性禁忌症的情况下服用小剂量阿司匹林,可以作为非糖尿病人群预防心脏病的一种措施,而对于高风险的糖尿病患者来说,小剂量的阿司匹林应用为一种预防心血管疾病的主要措施。
②.防治老年痴呆
③.防治老年性白内障
每日口服小剂量(50mg)的肠溶阿司匹林,可延缓和预防老年性白内障的形成。
④.可以防治中风及心肌梗塞
⑤.防治恶性肿瘤
1.4、药理作用
①镇痛作用:
主要是通过抑制前列腺素及其他能使痛觉对机械性或化学性刺激敏感的物质(如缓激肽、组胺)的合成,属于外周性镇痛药。
但不能排除中枢镇痛(可能作用于下视丘)的可能性;
②消炎作用;
确切的机制尚不清楚,可能由于该品作用于炎症组织,通过抑制前列腺素或其他能引起炎性反应的物质(如组胺)的合成而起消炎作用,抑制溶酶体酶的释放及白细胞活力等也可能与其有关;
③解热作用:
通过作用于下视丘体温调节中枢引起外周血管扩张,皮肤血流增加、出汗、使散热增加而起解热作用,此种中枢性作用可能与前列腺素在下视丘的合成受到抑制有关;
④抗风湿作用:
该品抗风湿的机制,除解热、镇痛作用外,主要在于消炎作用;
⑤对血小板聚集的抑制作用:
是通过抑制血小板的前列腺素环氧酶(、从而防止血栓烷A2的生成而起作用。
此作用为不可逆性。
二、设计任务
2.1、设计项目名称:
100吨/年阿司匹林的生产工艺
2.2、生产方法:
水杨酸乙酰化而得:
在反应罐中加乙酐(加料量为水杨酸总量的0.7889倍),再加入三分之二量的水杨酸,搅拌升温,在81-82℃反应40-60min。
降温至81-82℃保温反应2h。
检查游离水杨酸合格后,降温至13℃,析出结晶,甩滤,水洗甩干,于65-70℃气流干燥,得乙酰水杨酸。
2.3、生产能力:
年产100吨阿司匹林
2.4、主要原辅料:
水杨酸、醋酐、浓硫酸、乙酸、乙醚
2.5、工段产品:
白色结晶性粉末的阿司匹林
三、产品方案
3.1、产品名称和性质:
产品名阿司匹林,白色结晶或结晶性粉末,熔点为135~145℃。
3.2、产品的质量规格:
含量为99.5%的阿司匹林
3.3、产品规模:
100t/a
3.4.产品包装方式:
袋装
四、生产方法和工艺流程
4.1、生产工艺路线比较
1.采用乙酸酐为乙酰化剂的工艺路线(浓硫酸催化法)
将浓度均为98.5%的水杨酸和乙酸酐以25:
27的比例混合后,投入带配有冷凝器的烧瓶中,在水浴上控温80℃—90℃,反应约30分钟,于减压下蒸去过量乙酸酐及反应中的乙酸,其蒸出物约16份,余量重为31份。
再用2倍的苯重结晶,可得18份纯品。
若将余液浓度增高,还可收到10份纯品。
此法所用原料价廉易得,且反应温度易实现,操作简单,产品收率较高,但反应时间约3小时,耗能较大,成本增加,且浓硫酸对设备的腐蚀较大,对环境污染较大,且易发生副发应而使产品色泽深,不利于提纯。
2.采用乙酰氯及吡啶为乙酰化剂的工艺路线
将纯度为98.5%的水杨酸以14:
10的比例投入纯吡啶中,加温使之溶,再用冰冷剂使之冷,然后徐徐加入乙酰氯,初滴入时其物料即变浆体,次为液体,后又变浓。
于水浴锅上加热10分钟,放在冰上,并搅拌使粘稠液体变为固体,粉碎;
水洗并于60℃—70℃下干燥得粗品的13份,在苯中重结晶可得纯品。
此法反应时间较短,但工序复杂,操作条件不易实现,且产率也不高,生成的氯化氢对环境有污染,后处理困难,不适于工业化生产。
3.维生素C催化法
使用维生素C作为催化剂进行阿司匹林的合成,同时考察了反应时间、反应温度、催化剂用量对产品收率的影响,最佳工艺条件为:
水杨酸4.0g,乙酸酐85ml,维生素C0.1~0.2g,温度为60~80℃,反应10~25min,收率为80.5%,这种方法中使用的维生素C价格低廉,来源丰富,环境友好,应用前景乐观。
4.一水硫酸氢钠催化法
以水杨酸与乙酸酐配为原料,采用浓硫酸和一水硫酸氢钠为催化剂分别对其进行了合成。
两种方法工艺操作均很安全,产品为白色结晶,催化效果相当,但是二者相比较,前者反应温度为50~60℃,反应时间为0.5h,后者反应温度为82C左右,反应时间为30min,而且其中一水硫酸氢钠易于分离回收,可以循环重复使用。
5.碳酸钠催化微波合成法
实验表明,这种方法与传统方法相比较反应快速,传统加热法反应时间需要50min左右,而微波法合成反应时间仅需1min,同时工艺操作简便,对反应设备及周围环境所造成的影响很小,得到的产品无论是从外观形貌还是熔点等理化常数方面都符合纯度要求。
实验确定的最佳工艺条件为:
水杨酸、醋酸酐、硫酸镍三者的配比为1:
2:
0.1,微波辐射时间为50s,辐射功率为480w,收率为87.7%。
6.对甲苯磺酸催化法用对甲苯磺酸催化乙酰水杨酸的酰化反应,利用正交实验法进
行反应条件的优化选择,结果表明最佳反应条件为:
酸酐物质的量比为
1:
2,反应时间为20min,反应温度为65~75℃,产率84%。
7.酸性膨润土催化法
以酸性膨润土为催化剂进行了阿司匹林的合成,确定的最佳反应条件为:
反应温度为80℃,反应时间为0.5~1h,酸酐物质的量比为1:
3.6,催化剂用量为水杨酸用量的5%,产率90%。
该工艺反应条件温和。
8.草酸催化法
用草酸催化的合成方法的最佳工艺条件为催化剂草酸的用量为05g,酸酐物质的量比为1:
3,反应时间为50min,最佳反应温度为80℃。
(对于3—8的合成方法,由于制备工艺与制备条件有限,还有对时间及成本的要求,所以不做考虑)。
比较前两条工艺路线可知,以乙酸酐为酰化剂的路线简单,收率成本也较为理想,但反应过程需要加热,耗能较大,成本增加。
因此,需要添加不同的催化剂,使反应容易进行,时间更短,耗能更少,产品质量更好。
9.催化剂的选择
比较无催化剂和以无水碳酸钠、三氯化铝、三氯化铋作催化剂的情况下阿司匹林的产率,结果如下:
催化剂的催化性能
催化剂
无催化剂无水碳酸钠三氯化铝三氯化铋
阿司匹林产率
40.465.672.671.4
可见,加入催化加可大大提高阿司匹林产率,且三氯化铝和三氯化铋的催化效能比无水碳酸钠强一些,考虑到三氯化铝比三氯化铋更稳定且经济,因此得出三氯化铝是一种较理想的催化剂。
4.2、本设计拟采用的合成路线
综合考虑能源、环保、产率、成本等多方面的因素,我们采用以下路线进行工业化生产:
此法工艺路线简单,收率、成本等较为理想,以三氯化铝为催化剂,快速无污染,产品质量好。
且三氯化铝价格低廉,并可重复利用,适用于工业生产。
4.3、工艺流程
1.工艺流程方框图
打开酰化釜的投料盖,加入批量的水杨酸和三氯化铝,关闭乙酸酐流量阀,加入定量的乙酸酐后,关闭阀门。
电动搅拌加热至85℃回流30分钟。
将反应液真空抽滤至结晶罐中,趁热离心,得到粗品阿司匹林。
将制得的粗品阿司匹林加入热熔槽中,打开95%乙醇计量槽,缓慢加入,直至粗品恰好溶解,将溶液抽至重蒸塔中,除去部分乙酸和乙醇,将反应液抽至结晶罐中,盐水冷却到0℃左右,析出晶体,离心,真空干燥得阿司匹林精品。
其中酰化反应中的滤液再抽至酰化釜中进一步反应,重新结晶,回收少量粗品阿司匹林。
2.带控制点的工艺流程图(见附图)
五、原料、中间产品的主要技术规格
1.乙酸酐
分子式:
C4H6O3分子量:
102
物化性质:
无色易挥发液体,具有强烈刺激性气味和腐蚀性。
相对密度(水=1)1.0820,熔点-74.13℃,沸点138.63℃,自然点388.9℃,溶于冷水,在热水中分解成醋酸,与乙醇生产乙酸乙酯,溶于氯仿、乙醚和苯。
用途:
乙酸酐是重要的乙酰化试剂,乙酸酐用于制造纤维素乙酸酯;
乙酸塑料;
不燃性电影胶片;
在医药工业中用于制造合霉素;
痢特灵;
地巴唑;
咖啡因和阿丝匹林;
磺胺药物等;
在染料工业中主要用于生产分散深蓝HCL;
分散大红S-SWEL;
分散黄棕S-2REL等;
在香料工业中用于生产香豆素;
乙酸龙脑酯;
葵子麝香;
乙酸柏木酯;
乙酸松香酯;
乙酸苯乙酯;
乙酸香叶酯等;
由乙酸酐制造的过氧化乙酰,是聚合反应的引发剂和漂白剂。
非法用途:
制造海洛因、1-苯基-2-丙酮及N-乙酰邻氨基苯酸过程中用作乙酰化试剂,也是生产安眠酮、新安眠酮、甲基苯丙胺的配剂。
毒性和防护:
有毒、对眼及粘膜具有强烈的刺激性,浓度为0.36mg/m3时即对眼有刺激,0.18mg/m3时就能改变人的脑电图像,还能引起细胞组织蛋白质变质,其蒸汽刺激性更强,极易烧伤皮肤及眼睛。
眼和皮肤直接接触液体可致灼伤。
口服灼伤口腔和消化道,出现腹痛、恶心、呕吐和休克等。
环境危害:
对环境有危害,对水体可造成污染。
燃爆危险:
该品易燃,具腐蚀性、刺激性,可致人体灼伤。
2.水杨酸
别名:
邻羟基苯甲酸
C7H6O3分子量:
138.12
物化性质:
白色针状结晶或单斜棱晶。
有辛辣味。
易燃。
低毒。
在空气中稳定,但遇光渐渐改变颜色。
熔点159℃,相对密度1.443,沸点211℃(2.66kPa)。
在76℃时升华,微溶于水,溶于丙酮、松节油、乙醇、乙醚、苯和氯仿,其水溶液呈酸性反应。
用途:
水杨酸是医药、香料、染料、橡胶助剂等精细化学品的重要原料。
在医药工业中,水杨酸本身用作消毒防腐药,用于局部角质增生及皮肤霉菌感染。
在染料工业中,用于生产GR、直接耐晒棕RT、酸性媒介棕G、酸性媒介黄gG等染料。
水杨酸的各种酯类可用作香料。
在橡胶工业中用于生产防焦剂、紫外线吸收剂和发泡助剂等。
水杨酸还可用作酚醛树脂固化剂、纺织印染的浆料防腐剂、合成纤维染色时的膨化剂(促染剂)等。
刺激皮肤、粘膜,因能与机体组织中的蛋白质发生反应,所以有腐蚀作用,能使眼角膜增殖后剥离。
其毒性比苯酚弱,但大量服用能引起呕吐、腹泻、头痛等症状,严重时呼吸困难、虚脱,终致心脏麻痹而死。
由于水杨酸从肾脏排出常引起急性肾炎。
3.三氯化铝
分子式:
AlCl3相对分子量:
133.35
白色颗粒或粉末,有强盐酸气味。
工业品呈淡黄色,熔点190℃(253kPa),升华温度177.8℃。
易溶于水、醇、氯仿、四氯化碳,微溶于苯。
吸水性强,极易潮解。
露置空气中易吸收水分并水解生成氯化烃遇水后会发热引起爆炸,有强腐蚀性
用作有机合成的催化剂,如石油裂解、合成染料、合成橡胶、合成洗涤剂、医药、香料。
用于制造农药、有机铝化合物等有机染料用催化剂、乙基苯制造用催化剂。
也用于金属冶炼、润滑油合成,食品级产品用作膨化剂及果胶的絮凝剂。
毒性与防护措施:
本品溅在皮肤上时,应先干拭除掉,然后用水冲洗,否则,会因接触水而剧烈灼烧皮肤,如不慎入眼睛里,应立即用水清洗15分钟,送往医院治疗。
4.乙醇
C2H6O分子量:
46
无色透明易燃挥发性液体。
有酒的气味和刺激性辛辣味。
溶于水、甲醇、乙醚和氯仿。
能溶解许多有机化合物和若干有机化合物。
具有吸湿性。
能与水形成共沸化合物,蒸汽与水形成爆炸性混合物。
无水乙醇相对密度0.7893.熔点-117.3、沸点78.5℃。
重要的基础化工原料之一,广泛用于基本有机原料、农药、医药、橡胶、塑料、人造纤维、洗涤剂等有机化工产品的生产。
有毒。
蒸汽很容易经粘膜吸收,可经口腔、胃壁粘膜、肠吸收而迅速呈现出醇的作用。
大量饮用烈性酒能引起胃炎,使中枢神经麻痹,醉酒后可出现蹒跚,神志不清,甚至引起肝病及肝硬变,直至引起胰腺疾病。
乙醇中毒症状因人而异,差别很大。
5.醋酸
C2H4O2分子量:
60
在常温下是一种有强烈刺激性酸味的无色液体。
相对密度(水为1):
1.050;
乙酸的熔点为16.6℃(289.6K)。
沸点117.9℃(391.2K)。
相对密度1.05,闪点39℃,爆炸极限4%~17%(体积)。
纯的乙酸在低于熔点时会冻结成冰状晶体,所以无水乙酸又称为冰醋酸。
乙酸易溶于水和乙醇,其水溶液呈弱酸性。
乙酸盐也易溶于水。
能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。
醋酸是重要的有机酸之一,主要用于合成醋酸乙烯、醋酸纤维、醋酸酐、醋酸酯、金属醋酸盐及卤代醋酸等。
也是制药、染料、农药及其他有机合成的重要原料。
此外,在醋酸纤维素、织物印染以及橡胶工业等方面也有广泛的用途。
低浓度的一酸无毒,但当水溶液在溶剂中的浓度超过50%时,对皮肤就有强烈的腐蚀性,对眼呼吸道、食道及胃有强烈的刺激作用,能引起呕吐、腹泻、神经麻痹和尿中毒,甚至死亡。
工作场所乙酸的最高允许浓度为10ppm,吸入乙酸中毒者应立即离开现场,呼吸新鲜空气。
当乙酸触及皮肤时,应立即用大量清水或2%的碳酸氢钠溶液冲洗。
六、物料衡算
按年工作日300天算
阿司匹林的日生产量为100000÷
300=333.3kg/d
各工段的收率:
酰化反应收率Y1=72.6%
结晶的收率Y2=90%
重蒸的收率Y3=95%
重结晶的收率Y4=90%
总产品的收率为Y=Y1×
Y2×
Y3×
Y4=72.6%×
90%×
95%×
90%=55.87%
乙酸酐与水杨酸摩尔比2:
1,三氯化铝用量为水杨酸质量的2%,则酰化釜中需投入量为:
水杨酸投料量为1.8502kmol/d÷
55.87%=3.3116kmol/d=457.40kg/d
乙酸酐投料量为1.8502×
2÷
55.87%=6.6232kmol/d=676.43kg/d
三氯化铝投料量为457.40×
2%=9.418kg/d
该反应釜收率为72.6%,则反应器出口物料流量为:
3.3116×
72.6%=2.4042kmol/d=433.14kg/d
七、主要工艺设备选型
酰化釜的物料体积为投入的物料体积之和,则
V=457.40/1.443+676.43/1.082+9.148/2.44=945.89L
取装料系数0.5,则V`=945.89÷
0.5=1891.78L
选HG5-251-79搪玻璃K型反应罐,容积为2000L,直径为1300mm,高为4010mm,夹套换热面积为7.02m2,采用叶轮式搅拌,电动机J02-41-472,功率为4.0kw,介质温度100℃,容器材质:
搪玻璃。
实际装料余数q=945.89÷
2000=0.47
八、三废处理及综合利用
本次设计所采用的路线中三废主要是废水。
由于反应中乙酸酐所产生的副产品醋酸及反应中生成的醋酸使该工艺工程中生产部分含醋酸的母液,该母液可用氨水中和以得到工业级醋酸铵副产品,提高经济效益,又能防止资源浪费和环境污染。
九、存在问题和建议
本设计所采用的生产路线短、方法简单、催化效果好、不污染环境、产品质量好,但是生产中所用的原料辅料有毒或易腐蚀设备,因此,生产过程中要求高技术防护。
本设计所采用的催化剂吸水性强,极易潮解,露置在空气中易
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- 年产 100 阿司匹林 车间 工艺 设计