咖啡因工艺规程.docx

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咖啡因工艺规程

一、产品概述………………………………………………………………………….1

二、原辅材料、包装材料规格及标准……………………………………………….3

三、化学反应过程及生产流程图…………………………………………………….4

四、工艺过程………………………………………………………………………….9

五、生产工艺和质量控制检查、中间体和成品质量标准………………………….18

六、技术安全与防火………………………………………………………………….20

七、综合利用与“三废”治理……………………………………………………….32

八、操作工时与生产周期…………………………………………………………….34

九、劳动组织与岗位定员…………………………………………………………….35

十、设备一览表及主要设备生产能力……………………………………………….36

十一、原材料、动力消耗定额和技术经济指标……………………………………..43

十二、物料平衡………………………………………………………………………..45

十三、附录……………………………………………………………………………..48

十四、附页……………………………………………………………………………..50

咖啡因工艺规程

一、产品名称及概述

（一）产品名称

[通用名称]咖啡因，亦称咖啡碱

[化学名称]1，3，7-一三甲基-3,7-二氢-1H-嘌呤-2，6-二酮。

[英文名称]Caffeine

（二）化学结构式

·H2O

无水咖啡因含水咖啡因

（三）分子式与分子量

无水咖啡因C8H10N4O2194.19

含水咖啡因C8H10N4O2·H2O212.21

（四）理化性质

[外观]含水咖啡因为白色或带极微黄绿色有丝光的针状结晶或粉末，无水咖啡因为白色或带极微黄色的结晶或粉末。

[味道]无臭，味苦。

[溶解度]在热水或氯仿中易溶，在水、乙醇或丙酮中略溶，在乙醚中微溶。

水20℃（1：

60），80℃（1：

6）。

乙醇（1：

26），60℃（1：

25）。

丙酮（1：

80）。

乙醚（1：

60）。

氯仿（1：

6）。

[风化性与升华性现象]本品在热水中重结晶为含1分子水的结晶。

露置于干燥空气中能失去部分结晶水，受热后（常压下100℃）可完全失去结晶水而成无水咖啡因，具风化性；本品在100℃时即有升华现象，一般在130℃-200℃范围内升华，180℃升华最快，384℃部分分解。

[熔点]234-239℃。

[酸碱性]本品1%水溶液pH=5.5-6.9。

咖啡因的碱性依次大于可可豆碱（3，7-二甲基黄嘌呤）和茶碱，但其碱性仍极弱，不易和酸结合成盐，即使成盐（例如它的盐酸盐）也极不稳定，

溶于水或醇中立即分解又转变为游离咖啡因和酸。

但它和有机酸及其盐类生成复盐很稳定，易溶于水，从而用于医药，如苯甲酸钠咖啡因、水杨酸钠咖啡因等。

咖啡因与稀氢氧化钠溶液温热，与石灰或浓氢氧化钡共煮时都可分解成为咖啡亭。

[鉴别反应]

1．取本品约10mg,加盐酸1ml与氯酸钾0.1g，置于水浴上蒸干，残渣遇氨气即显紫色；再

加氢氧化钠试液数滴，紫色即消失。

2.取本品的饱和水溶液5ml，加碘试液5滴，不生成沉淀;再加稀盐酸3滴，即生成红棕色沉淀，并能在稍过量的氢氧化钠试液中溶解。

3.本品的红外吸收光谱应与对照的图谱（光谱集250图）一致。

（五）药理作用和临床用途

本品为中枢兴奋药，兴奋呼吸中枢及血管运动中枢，用于中枢性呼吸循环功能不全。

本品在医疗上除单独作中枢兴奋药外，与多种解热药合用，作成复方制剂供临床使用。

国外还大量用于作饮料添加剂，如可口可乐等。

近年来，咖啡因也应用于其它新领域里，如用作食品添加剂、粘合剂添加剂、腐蚀抑制剂、饲料添加剂、复印感光剂及用于电镀印刷电路等。

（六）质量标准

内销咖啡因：

按中国药典2005年版（ChP2005）。

外销咖啡因：

按英国药典2005年版（BP2005）、欧洲药典第5版（EP5）、美国药典第30版（USP30）和日本药局方第14版（JP14）。

（七）包装要求

1.出厂咖啡因分出口BP2005、USP30、JP14及内销ChP2005等几种质量标准。

2.出口咖啡因：

外用胶纸桶（每桶装25kg、50kg），内衬2层聚乙烯塑料袋。

封盖并加塑料销封桶。

桶外标识有2种。

1）粘贴标签。

标签内容一种全部使用英文，内容：

CaffeineAnhydrous,Specifications:

BatchNo.:

Netweight:

Grossweight:

ManufacturingDate:

Validuntil:

Storage:

keptinawell-closedcontainerTIANJINZHONGANPHARMACEUTICALCO.,LTD.,MadeinChina。

另一种标签内容根据客户要求制定。

2）桶面直接印刷内容：

中英文对照（或客户要求的它国文字）产品名称（无水咖啡因）、质量标准（符合药典版本）、“中国制造”字样、毛重、净重、出厂批号，以及联合国危险货物

运输委员会危险物质编号标志（un，UnitedNations）、包装材料生产商编号。

桶上需填写的数

字一律用油漆及阿拉伯数字书写。

按客户要求用瓦楞纸箱（每箱装25kg），内衬2层聚乙烯塑料袋。

箱外粘贴标识内容同胶纸桶。

纸箱扣盖，外加六道白色打包带紧固（上、下、侧三面各两道）。

按客户要求用加密塑料编织袋（每袋500kg），连体塑料绳上下系口。

袋外根据客户要求印有产品名称（咖啡因）、批号、生产日期、净重、毛重、天津中安药业有限公司及对应条形码。

两袋上下堆码，外扎一层聚乙烯塑料袋，下置木质托盘。

按客户要求，外用一层塑料纺织袋复合牛皮纸袋（每袋25kg），内衬一层聚乙烯塑料袋。

聚乙烯袋用尼龙带锁扣扎口，复合袋用手持式缝纫机缝合，封口外贴牛皮纸胶带。

外贴标识内容同胶纸桶。

3.内销咖啡因：

胶纸桶装，每桶25kg，内衬2层聚乙烯塑料袋，桶内放合格证，桶外标签需印填如下项目：

1）桶外标签：

产品名称（咖啡因）（中英文对照）、批准文号、执行标准、产品批号、包装规格、毛重、生产日期、有效期：

至、贮藏：

遮光，密封保存、天津中安药业有限公司、天津市西青区复康路188号。

左上角和右上角分别为精神药品标志及注册商标。

2）合格证：

天津中安药业有限公司合格证，内容包括日期（年月日）、产品名称、产品批号、包装规格、质量标准、包装人和检验人。

（八）批量1000kg/批；根据客户要求制定批量。

（九）贮藏密封保存。

二、原辅料、包装材料规格及质量标准

序号

名称

规格及质量标准

1

尿素

白色颗粒，总氮量46.0%以上，缩二脲1.50以下，水分1.0%以下

2

一甲胺

无色澄明液体，一甲胺含量在40.0%以上

3

氯乙酸

白色或微黄色结晶，含量96.5%以上，二氯乙酸2.0%以下

4

碳酸钠

白色结晶性粉末，含量98.1%以上（以湿基计）

5

液体氰化钠

无色或浅黄色透明液体，氰化钠含量30.0%以上，氢氧化钠含量0.20%以下，碳酸钠含量0.40%以下

6

盐酸

浅黄色发烟的澄明液体，含量31.0%以上

7

乙酸酐

无色液体，含量98.0%以上

8

液体氢氧化钠

类白色半透明稠状液体，含量30.0%以上

9

亚硝酸钠

白色或微带淡黄色结晶性粉末，含量98.0%以上

10

硫酸

无色油状液体，含量92.5%以上；98.0％以上

11

铁粉

灰色微有光泽的重质粉末，表面无铁锈、油泥，放氢量135ml/g，细度85%以上过80目筛，含量80.0%以上

12

氯化钠

无色透明结晶，含量95.0%以上

13

甲酸

无色透明液体，含量85.0%以上

14

硫酸二甲酯

无色透明液体，含量98.0%以上，酸度1.0%以下

15

高锰酸钾

黑紫色细长有金属光泽的棱形结晶，含量99.0%以上

16

活性炭

黑色细微粉末。

湿品：

氯化物0.1%以下，水份60.0%以下。

对1‰亚甲蓝溶液吸附力19.0ml/0.1g以上（湿品）、18.5ml/0.1g以上（干品）。

17

氯仿

无色澄明液体，相对密度1.473-1.490g/ml（20℃），含量97.0%以上

18

260号溶剂油

无色透明液体，相对密度0.810g/ml（20℃），初馏点不低于195℃，干点260℃。

19

硫酸亚铁

工业用

20

喹啉、异喹啉

透明液体，沸程220-240℃

21

饮用水

符合GB5749-85、ChP2005标准规定

22

纯化水

符合ChP2005、EP5标准规定

23

胶纸桶

25kg，Ф343×500（角粒）；Ф383×480（无水）；Ф383×530（有水）

50kg，Ф433×730；Ф460×670；Ф373×715（颗粒）

24

瓦楞纸箱

25kg

25

塑料编织袋

25kg复合塑料编织袋；500kg复合塑料纺织袋

26

低密度聚乙烯塑料袋

25kg胶纸桶；50kg胶纸桶；25kg瓦楞纸箱

25kg复合塑料编织袋；500kg集装袋

三、化学反应过程及生产流程图

（一）化学反应过程

1.二甲脲

H2NCONH2+2CH3－NH2[CH3NH]2CO+2NH3↑

尿素一甲胺二甲脲氨

60.0631.0688.1117.03

2.中和

2ClCH2COOH+Na2CO32ClCH2COONa+H2O+CO2↑

氯乙酸碳酸钠氯乙酸钠水二氧化碳

94.50105.99116.4818.0144.01

3.氰化

ClCH2COONa+NaCNCNCH2COONa+NaCl

氯乙酸钠氰化钠氰乙酸钠氯化钠

116.4849.01107.0458.44

4.酸化

CNCH2COONa+HClCNCH2COOH+NaCl

氰乙酸钠盐酸氰乙酸氯化钠

107.0436.4685.0658.44

5.缩合

　　CNCH2COOH+（CH3NH）2CO+（CH3CO）2OCNCH2CONCH3CONHCH3+2CH3COOH

氰乙酸二甲脲乙酸酐二甲基氰乙酰脲醋酸

85.0688.11102.09155.1560.05

6.环合

CNCH2CONCH3CONHCH3

二甲基氰乙酰脲　　　　1,3-二甲基-4-氨基尿嘧啶（DM.4AU）

155.15　　　　　155.15

7.亚硝化

+NaNO2+H2SO4+Na2SO4　+H2O

1,3-二甲基-4-氨基尿嘧啶亚硝酸钠硫酸1,3-二甲基-4-氨基-硫酸钠水

（DM.4AU）5-亚硝基尿嘧啶（DM.NAU）

155.1569.0098.09185.16142.0418.02

8.还原

2+3Fe+2H2O2+Fe3O4

1,3-二甲基-4-氨基-铁水1,3-二甲基-4，5-四氧化三铁

5-亚硝基尿嘧啶（DM.NAU）二氨基尿嘧啶（DM.DAU）

185.1655.8518.02170.17231.53

9.酰化

+HCOOH+H2O

1,3-二甲基-4，5-甲酸1，3-二甲基-4-氨基-5-水

二氨基尿嘧啶（DM.DAU）甲酰氨基尿嘧啶（DM.FAU）

170.1746.03198.1818.02

10.闭环

+NaOH+H2O

1，3-二甲基-4-氨基-5-氢氧化钠茶碱钠盐水

甲酰氨基尿嘧啶（DM.FAU）

198.1840.00202.1518.0

11.甲化

+[CH3]2SO4+CH3NaSO4

茶碱钠盐硫酸二甲酯咖啡因甲基硫酸钠

202.15126.56194.19134.09

（二）工艺流程图

四、工艺过程

（一）二甲脲

1投料量及投料配比

序号

原料名称

分子量

投料量

含量％

摩尔数

kmol

摩尔比

相对密度

备注

1

尿素

60.06

650±50kg

总氮46.0

10.6710

1

——

尿素含量98.60％

2

一甲胺

31.06

2000±155L

40.0

23.0779

2.1627

0.896

投量由二甲脲凝固点决定

3

饮用水

18.02

80±10L

——

——

0.4159

——

初始开车时

4

底料

——

500±50L

——

——

——

——

正常生产时

2工艺过程

2.1将650±50㎏尿素抽入D（H）号罐中，升温使其熔（溶）化。

正常生产时罐内底留有500±50L

底料。

初始开车时如果没有底料，则各罐加入80±10L饮用水。

如遇清罐大修情况，则大修前备留足量二甲脲成品，开车时作为底料。

2.2在接近全熔时，开A（E）号罐喹啉加热器和各管路的保温蒸汽。

开一甲胺蒸发塔上部冷凝器冷却水，开始蒸一甲胺溶液。

控制罐内压力0.05-0.10MPa、温度105-115℃，塔顶温度20-35℃，最高不得超过40℃。

2.3待D（H）号罐物料全熔后，开启尾气吸收罐水喷射泵，开始通胺。

各罐反应温度控制范围：

D（H）号罐95-160℃，C（G）号罐120-180℃，B（F）号罐150-195℃，A（E）号罐160-210℃。

罐内温度在通胺初期可偏低限，中后期逐渐提高。

注意，D（H）号罐初期通胺温度不得偏高，最高不得超过130℃，以免尿素分解。

A（E）号罐终点温度允许突破200℃。

2.4正常通胺时保持一甲胺水溶液流速150-400L/ｈ，初、末期慢，中期快，约6-7小时通完。

一甲胺加完后，对一甲胺蒸发罐蒸胺半小时左右，待罐内温度115-125℃、压力0.02-0.06MPa时停止蒸胺，得二甲脲成品。

2.5开尾气吸收系统放空阀，防止氨水倒流。

开A（E）号罐排气阀取样，检验合格后放料。

各反应罐料液由D（H）号罐向A（E）号罐方向依次倒料。

2.6一甲胺蒸发罐内残液的一甲胺含量达0.5%以下时，将残液放掉。

2.7停产时放尽氨水，停止反应罐夹层的加热蒸汽和异喹啉电加热，打开罐上排气口，保持

二甲脲贮罐放空口畅通，保证安全。

附：

喹啉、异喹啉加热罐本岗位A（E）号、B（F）号罐附加以喹啉、异喹啉混合液做热载

体的电加热装置。

加热罐容量500L，装载喹啉、异喹啉400kg左右，分组安装电热棒，每罐4KW*3根*3组，共36KW。

三组均为手动控制。

自控电热棒与电源接通后在罐夹层温度达到指定值或罐夹层压力达到最高值（定为0.08MPa）或加热罐内喹啉、异喹啉混合液面低于额定值（定为高于最高位置电热棒上方5-6cm）时自动停止加热，反之，能自动再次接通。

加热系统必须保持严密无泄漏点，要求在常温下真空度不低于0.76MPa）。

加热罐温度以不超过250℃为宜（加热罐压力不得超过0.10MPa）。

加热罐温度、反应罐夹层温度与真空度之间有一定的对应关系，如出现不协调，应立即检查：

（1）载体中是否混有水份或低沸物。

（2）是否有泄漏之处。

（3）仪表是否失灵。

查出问题应及时采取措施，避免出现事故。

（二）中和氰化酸化缩合（二甲基氰乙酰脲）

1.投料量及投料配比

序号

原料名称

分子量

投料量

含量

％

摩尔数

kmol

摩尔比

相对密度

控制

指标

1

氯乙酸

94.50

230kg

96.5

2.3487

1

——

——

2

饮用水

（溶氯乙酸）

18.02

50L

——

——

----

——

——

3

碳酸钠

105.99

140±10kg

98.1

1.2958

0.5517

——

反应终点pH值

4

饮用水

（溶碳酸钠）

18.02

320±25L

——

——

----

——

——

5

液体氰化钠

49.01

390±10kg

30.0

2.3873

1.0164

1.18

——

6

盐酸

36.46

260±10L

31.0

2.5590

1.0895

1.1576

游离

盐酸

7

二甲脲

88.11

219±10kg

96.0

2.3861

1.0159

0.972

（130℃）

剩余

二甲脲

8

乙酸酐

102.09

280±10kg

98.0

2.9082

1.2382

1.0820

回收酸含酐量

9

缩合回收酸

60.05

280±30L

3-8

——

----

——

含酐量

2.工艺过程

2.1向碳酸钠溶解罐中加入7袋碳酸钠（每袋40kg，计280kg），加入640±50L饮用水，搅拌加热成浆状液，温度60-80℃。

静置后，抽取上清液进中转罐，供两批中和反应使用。

将准确称取的230kg氯乙酸投入中和罐，加水50L，开动搅拌混匀。

2.2将碳酸钠溶液加入中和罐，中和反应温度控制在35-40℃，反应终点pH7.2-7.5（偏7.2），得中和液（氯乙酸钠）。

搅拌3-5分钟复测pH值不变后转料。

准确计量中和液体积应在500-570L。

中和液不宜放置时间过长，应控制在2小时之内进行氰化反应。

2.3向氰化罐内投入390±10kg液体氰化钠，开动搅拌，预热至35-40℃。

2.4将中和液压入氰化罐内，视料液升温状况，提前打开冷却水，控制突沸反应最高温度在110-130℃之间，罐内压力不超过0.15MPa，得氰化液（氰乙酸钠）。

继续降温至15-40℃，将氰化液转入酸化罐。

氰化液应在4小时之内进行酸化反应。

2.5在酸化罐内0.053MPa以上真空条件下开动搅拌，控速加入260±10L盐酸（具体投量视当

期酸化液游离盐酸数值而定），酸化过程温度控制在15-40℃，加酸时间5-15分钟，不宜过快，谨防冲料。

如果泡沫过大，可暂停加料，待泡沫下落后再加。

加酸完毕，搅拌10分钟，得酸化液（氰乙酸）。

2.6酸化结束后取样，化验酸化液的氰乙酸含量和游离盐酸含量。

游离盐酸应在0-1.8％之间，若出现0％以下（含0％）数值，应根据数值大小适当补加盐酸。

氰乙酸预期收率范围为95.00%-105.00%。

2.7将化验合格的酸化液转入蒸水罐，开搅拌和真空，保证真空度0.080MPa以上,夹层蒸汽压力不超过0.15MPa，前期蒸水温度控制在75℃以下。

蒸出水量至550L左右时，停蒸汽。

2.8将经过前期蒸水的氰乙酸溶液用真空抽到缩合罐，开搅拌和真空，开蒸汽进行后期蒸水。

蒸水终点时，温度80-90℃，真空度0.092MPa以上，蒸出水量300L左右。

关闭蒸汽，加入上批化验合格的280±30L缩合酸进行酸带水操作。

带水终点真空度0.092MPa以上，温度80-90℃，蒸出稀醋酸240±30L（缩合酸加入量减去40L）。

关闭夹层蒸汽，开夹层冷却水降温。

如无缩合酸，则据当期设备、物料状况，直接加入50-70kg乙酸酐，搅拌10分钟后降温。

2.9在氰乙酸料液降温至38-45℃时，加入219±10kg二甲脲。

控制温度70-80℃，加入280±10kg乙酸酐。

放热升温至90-100℃，保温30分钟。

2.10反应结束，开冷却水降温至80±5℃，开真空和罐夹层蒸汽，开始蒸缩合酸，终点温度控制在98-100℃，真空度0.092MPa以上，蒸出缩合酸量280±30L。

关蒸汽和真空，加水稀释至1350-1450L，升温至55-60℃，搅拌溶解10-20分钟，得二甲基氰乙酰脲水溶液。

取样，化验二甲基氰乙酰脲含量。

记录缩合酸体积，取样，化验缩合酸含乙酸酐量，备下批使用。

二甲基氰乙酰脲预期收率范围为94.00%±4%。

（三）环合亚硝化洗涤（二甲基紫脲酸）

1.投料量及投料配比

序号

名称

分子量

投料量

含量

％

摩尔数

kmol

摩尔比

相对氯乙酸

控制

指标

1

二甲基氰乙酰脲

155.15

1400±50L

——

——

----

——

2

液碱

40.00

140±60L

30.0

——

----

以pH值计

3

亚硝酸钠

69.00

175-185kg

98.0

2.4855

1.0582

NaNO2175kg

碘化钾淀粉指示液显蓝

4

饮用水

（溶亚硝酸钠）

18.02

250±50L

——

——

----

来料体积

5

稀硫酸

98.08

170±20L

66

——

----

以pH值计

6

饮用水

（稀释硫酸）

18.02

700±50L

——

——

----

来料体积

2.工艺过程

2.1将二甲基氰乙酰脲水溶液转入环合罐，在搅拌下于40-60℃开始控速加入30％（w/w）液碱，当温度升至90℃、pH9.3-9.5时，停止加碱。

控制温度在90-95℃，保温20-30分钟，得二甲基4AU悬浊液。

2.2保温结束，降温至40-50℃，加入已备好的亚硝酸钠溶液（亚硝酸钠175kg，水250±50L），搅拌10分钟。

2.3向亚硝化罐内加入700±50L饮用水，开搅拌，加入66％（w/w）稀硫酸170±20L，降温至15-30℃。

2.4将二甲基4AU和亚硝酸钠混合液降温至30-40℃，在搅拌下压入亚硝化罐内，用稀硫酸调pH3.1-3.5，加料结束温度最高不超过56℃。

以碘化钾淀粉指示液测试料液显蓝色为反应终点。

如不显蓝，补加亚硝酸钠（约1-10kg）和稀硫酸，直至终点显蓝。

2.5到终点后，在40-56℃温度条件下继续搅拌10-15分钟，降温至35-40℃，转入紫脲酸洗涤罐（槽），用15-40℃水进行洗涤，洗至洗出液pH5.0-6.5，停止洗涤，加水打成浆状，体积控制在1300±200L，得二甲基紫脲酸悬浊液。

经还原工序复核体积和pH值合格后，转入中转罐或直接压入还原反应罐。

（四）还原酰化（二甲基FAU）

1.投料量及配比

序号

名称

分子量

投料量

含量

％

摩尔数

kmol

摩尔比相对氯乙酸

控制指标

1

二甲基紫脲酸

184.15

1300±200L

——

——

——

——

2

铁粉

55.85

360±40kg

80.0

5.1567

2.1956

浸圈变白

3

氯化钠

58.44

50±5kg

95.0

0.8128

0.3461

浸圈变白

4

饮用水

18.02

600±200L

——

——

----

来料体积

5

甲酸

46.03

137.5±10kg

85.0

2.5391

1.0811

终点pH值

2.工艺过程

2.1还原

2.1.1向还原罐内加入600±200L饮用水或上批洗水，加入氯化钠50±5kg、铁粉280kg，搅拌

10分钟。

2.1.2升温至50-60℃，压入二甲基紫脲酸悬浊