有機合成工藝優(yōu)化以及單元操作教材

有機合成工藝優(yōu)化以及單元操作講授：李工醫(yī)藥化工的特點1、涉及學(xué)科較多：化學(xué)（有機化學(xué)、物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、分析化學(xué)、環(huán)境工程等等）、物理、工程機械以及相關(guān)輔助學(xué)科；2、高能耗、高污染、高風(fēng)險行業(yè)。生產(chǎn)型企業(yè)工人需具備的素質(zhì)1、具備最基本的化學(xué)以及物理知識，了解相關(guān)法律法規(guī)，如：環(huán)保、安全；2、具有過硬的操作技能；3、較強的安全環(huán)保意識。區(qū)分化學(xué)以及物理變化過程舉例說明過硬操作技能舉例：加熱、降溫、過濾、離心、干燥等藥廠生產(chǎn)技術(shù)定義1、技術(shù)進步：在現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，進行改進。提高產(chǎn)品收率以及質(zhì)量、提高設(shè)備利用率以及增加產(chǎn)能、縮短工序時間以及降低能耗、減輕環(huán)保壓力增強操作安全性等方面入手，達到降低生產(chǎn)成本、清潔生產(chǎn)的目的。2、技術(shù)支持：配合相關(guān)部門，及時有效的處理及時問題。3、技術(shù)管理：配合QA完成相關(guān)的文件性工作，如試產(chǎn)方案、工藝驗證方案、工藝規(guī)程以及批生產(chǎn)記錄的制定；及時對項目進行總結(jié)，完成小試總結(jié)報告以及工作總結(jié)。技術(shù)進步主要針對技術(shù)進步，而技術(shù)進步與有機合成工藝優(yōu)化息息相關(guān)。以下主要針對工藝優(yōu)化方法以及手段進行經(jīng)驗的總結(jié)。工藝分解所有化學(xué)合成藥品都由一個或者若干個工序組成，如地塞米松除精制過程由8個工序組成：消除、還原、環(huán)氧、格氏、上氟、上碘、置換、水解。藥品生產(chǎn)除精制之外，一個工序一般由一個或多個化學(xué)合成反應(yīng)組成，地米消除反應(yīng)僅僅為羥基脫水成雙鍵，而格氏由加成、氧化以及還原才生成目標(biāo)產(chǎn)物。一個工序主要組成為：反應(yīng)過程、后處理。后處理由一個或多個化工單元操作組成：蒸餾、萃取、結(jié)晶、分離、干燥等等。目前概況1、技術(shù)人員不懂得對工藝進行分解：作為生產(chǎn)技術(shù)人員拿到工藝或者是工作安排之后，首先應(yīng)該對工藝進行分解。是什么反應(yīng)？后處理過程涉及到多少化工單元操作，每個單元操作控制點是什么？要做一個初步的了解，之后才開始著手實驗。2、很多從事藥品生產(chǎn)技術(shù)工作的人喜歡做到最后產(chǎn)品，計算收率以及關(guān)注質(zhì)量。事實上在最初接觸某產(chǎn)品某工序的時候，我們都無法排除藥品在提純過程的物料走向。因此，作為生產(chǎn)技術(shù)人員，研究一個工序的時候，應(yīng)該首先明確反應(yīng)過程。反應(yīng)過程研究究1、明確反應(yīng)原原理以及機理理，明確原輔輔料性質(zhì)。2、反應(yīng)過程研研究：動力學(xué)學(xué)以及熱力學(xué)學(xué)用動力學(xué)方法法研究反應(yīng)過過程1、轉(zhuǎn)化率、選選擇性以及收收率的概念三者之間的關(guān)關(guān)系1、在一定轉(zhuǎn)化化率的基礎(chǔ)上上，選擇性即即副反應(yīng)越多多，說明選擇擇性越低。一一個好的合成成方法應(yīng)盡量量避免副反應(yīng)應(yīng)的生成。2、轉(zhuǎn)化率即在在一定的溫度度、時間、壓壓力等條件下下，原料的消消耗程度。3、實際工作中中，研究反應(yīng)應(yīng)過程盡量提提高轉(zhuǎn)化率以以及選擇性。。當(dāng)然選擇最最佳平衡點。副反應(yīng)副反應(yīng)分為平平行副反應(yīng)以以及連串副反反應(yīng)平行副反應(yīng)應(yīng)即伴隨主主反應(yīng)同時時進行，如如地米消除除反應(yīng)：主反應(yīng)副反應(yīng)連串副反應(yīng)應(yīng)：在一定定條件下，，反應(yīng)目的的產(chǎn)物繼續(xù)續(xù)與某組分分繼續(xù)反應(yīng)應(yīng)生成副產(chǎn)產(chǎn)物。如苯苯酚的鹵化化：動力學(xué)的研研究目的以以及方向：：就是提高高選擇性，，而提高選選擇性無非非就是降低低副產(chǎn)物的的生成。而高選擇性性的反應(yīng)影影響因素為為：溫度以以及濃度效效應(yīng)。如前前所述的地地米消除，，可以通過過降低投料料溫度以及及控制反應(yīng)應(yīng)溫度降低低副產(chǎn)物的的生成，或或者降低副副反應(yīng)的反反應(yīng)速率。。要抑制副反反應(yīng)的速度度，必須明明確副產(chǎn)物物結(jié)構(gòu)。定性反應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)物前面已經(jīng)提提到，提高高選擇性，，無非就是是盡量控制制副產(chǎn)物生生成。而控控制副產(chǎn)物物生成的首首要條件就就是定性副副產(chǎn)物。定性方法：：核磁、紅紅外光譜以以及質(zhì)譜，，條件不允允許可依據(jù)據(jù)氣相、液液相以及其其他分析手手段估計產(chǎn)產(chǎn)物以及副副產(chǎn)物結(jié)構(gòu)構(gòu)。當(dāng)然，，要求技術(shù)術(shù)員必須具具備一定的的分析以及及判斷能力力。定性的作用用：確定副副產(chǎn)物結(jié)構(gòu)構(gòu)后，才能能調(diào)整條件件抑制副反反應(yīng)，進而而提高主反反應(yīng)的選擇擇性。跟蹤定量反反應(yīng)產(chǎn)物1、在同一實實驗中考查查原料、中中間體、產(chǎn)產(chǎn)物、各副副產(chǎn)物的變變化趨勢。。2、盡量做到到目標(biāo)多元元化，主要要體現(xiàn)在后后處理過程程，反應(yīng)過過程完成后后，可將反反應(yīng)液分成成幾個部分分，進行后后續(xù)處理。。3、作為科技技工作者，，學(xué)會將反反應(yīng)過程不不同時刻、、不同組分分的相對含含量做成相相關(guān)的曲線線圖，為后后續(xù)研究掌掌握相關(guān)的的因素。分階階段段研研究究反反應(yīng)應(yīng)過過程程和和分分離離過過程程1、拿拿到到工工藝藝后后，，起起初初的的實實驗驗階階段段，，分分離離過過程程不不成成熟熟不不明明確確。。因因此此，，不不敢敢保保證證分分離離過過程程損損失失，，這這樣樣，，所所得得產(chǎn)產(chǎn)品品的的多多少少并并不不代代表表反反應(yīng)應(yīng)過過程程收收率率。。2、做做好好反反應(yīng)應(yīng)過過程程是是基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，副副產(chǎn)產(chǎn)物物越越少少，，分分離離純純化化過過程程越越容容易易。。但但是是并并不不是是所所有有副副產(chǎn)產(chǎn)物物都都可可以以在在反反應(yīng)應(yīng)過過程程得得到到控控制制，，因因此此，，除除了了研研究究反反應(yīng)應(yīng)過過程程之之外外，，后后處處理理也也應(yīng)應(yīng)該該考考慮慮進進去去。。過程程動動力力學(xué)學(xué)兩兩個個主主要要方方法法1、程程序序升升溫溫法法：：抑抑制制副副反反應(yīng)應(yīng)以以及及提提高高主主反反應(yīng)應(yīng)選選擇擇性性，，程程序序升升溫溫法法尤尤為為重重要要。。在在地地米米消消除除、、上上氟氟過過程程得得到到驗驗證證，，都都是是低低溫溫投投料料，，緩緩慢慢升升溫溫的的過過程程反反應(yīng)應(yīng)。。2、調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)加加料料法法：：如如反反應(yīng)應(yīng)劇劇烈烈的的反反應(yīng)應(yīng)，，一一般般為為滴滴加加原原料料。。在在這這里里涉涉及及到到原原料料用用量量等等因因素素。。技技術(shù)術(shù)員員在在工工作作中中積積累累經(jīng)經(jīng)驗驗，，在在前前人人的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)上上應(yīng)應(yīng)該該得得到到進進步步。。物料料衡衡算算任何產(chǎn)品品任何工工序要想想提高收收率，必必須明確確反應(yīng)過過程選擇擇性，以以及分離離提純方方法是否否得當(dāng)。。那么物物料衡算算是一種種手段。。物料衡算算式①反應(yīng)過程程損失=理論產(chǎn)量量（100%收率）-主產(chǎn)物量量，以此此判斷反反應(yīng)過程程方法以以及條件件是否得得當(dāng)。②后處理理過程損損失=主產(chǎn)物-最終產(chǎn)品品，以此此判斷后后處理過過程是否否最佳。。③只有物物料衡算算后才能能做到有有的放矢矢，達到到事倍功功半的目目④物料很很酸涉及及到標(biāo)準準品的制制備。后處理后處理由由不同單單元操作作組成：：精餾、、萃取、、結(jié)晶、、分離、、干燥等等等?；卧僮饕粋€化工工產(chǎn)品的的生產(chǎn)是是通過若若干個物物理操作作與若干干個化學(xué)學(xué)反應(yīng)實實現(xiàn)的。。盡管化化工產(chǎn)品品千差萬萬別，生生產(chǎn)工藝藝多種多多樣，但但這些產(chǎn)產(chǎn)品的生生產(chǎn)過程程所包含含的物理理過程并并不是很很多，而而且是相相似的。。比如，，流體輸輸送不論論用來輸輸送何種種物料，，其目的的都是將將流體從從一個設(shè)設(shè)備輸送送至另一一個設(shè)備備；加熱熱與冷卻卻的目的的都是得得到需要要的操作作溫度；；分離提提純的目目的都是是得到指指定濃度度的混合合物等。。因此把把這些包包含在不不同化工工產(chǎn)品生生產(chǎn)過程程中，發(fā)發(fā)生同樣樣物理變變化，遵遵循共同同的物理理學(xué)規(guī)律律，使用用相似設(shè)設(shè)備，具具有相同同功能的的基本物物理操作作，稱為為單元操操作。單元操操作單元操操作按按其遵遵循的的基本本規(guī)律律分類類：（1）遵循循流體動動力學(xué)學(xué)基本規(guī)規(guī)律的的單元元操作作：包包括流流體輸輸送、、沉降降、過過濾、、固體體流態(tài)態(tài)化等等；（2）遵循循熱量量傳遞遞基本本規(guī)律律的單單元操操作：：包括括加熱熱、冷冷卻、、冷凝凝、蒸蒸發(fā)等等；（3）遵循循質(zhì)量量傳遞遞基本本規(guī)律律的單單元操操作：：包括括蒸餾餾、吸吸收、、萃取取、結(jié)結(jié)晶、、干燥燥、膜膜分離離等；；化工生生產(chǎn)過過程主主體設(shè)設(shè)備反應(yīng)釜釜反應(yīng)釜釜的廣廣義理理解即即有物物理或或化學(xué)反反應(yīng)的容器器，通通過對對容器器的結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計與與參數(shù)數(shù)配置置，實實現(xiàn)工工藝要要求的的加熱熱、蒸蒸發(fā)、、冷卻卻及低低高速速的混混配功功能。。反應(yīng)釜釜類型型（1）按材材質(zhì)：：搪玻玻璃、、不銹銹鋼、、碳鋼鋼等（2）按操操作壓壓力：：低壓壓、高高壓反反應(yīng)釜釜反應(yīng)釜釜由什什么組組成釜體、、夾套套、減減速機機攪拌類類型傳熱以以及傳傳質(zhì)設(shè)設(shè)備傳質(zhì)輸送設(shè)設(shè)備結(jié)結(jié)晶晶設(shè)備備混混合設(shè)設(shè)備干干燥燥設(shè)備備粉粉碎設(shè)設(shè)備分分離離設(shè)備備反反應(yīng)設(shè)設(shè)備傳熱冷凝器器：搪玻璃璃碟片片式冷冷凝器器、冷凝器器-列管式式冷凝凝器、、不銹銹鋼304盤管冷冷凝器器精餾精餾簡單精餾：即蒸餾，將溶液加熱部分汽化，蒸汽引出加以冷卻得到產(chǎn)品精餾：將溶液經(jīng)過多次部分汽化和部分冷凝使溶液分離成較純部分。特殊精餾按照操操作分分精餾常壓：一般甾體激素精餾操作體現(xiàn)在溶劑回收，常壓主要為沸點溶劑的回收負壓：對高沸點產(chǎn)品的回收（產(chǎn)品為液態(tài)），熱敏性高的產(chǎn)品的溶劑回收加壓按照操操作壓壓力分分精餾設(shè)設(shè)備1、精餾餾設(shè)備備主要要由精精餾塔塔以及及換熱熱器組組成2、由于于目前前我們們接觸觸到的的為簡簡單精精餾，，即蒸蒸餾。。主要要介紹紹換熱熱器，，即冷冷凝器器：板板式以以及列列管式式最常常用。。3、蒸餾餾速度度，與與壓力力，溫溫度以以及冷冷凝器器面積積有較較大的的關(guān)系系。如如涉及及到熱熱敏性性過高高（上上碘物物），，應(yīng)該該選擇擇真空空度大大，冷冷凝面面積大大且效效果好好的冷冷凝器器。萃取萃取在在化工工產(chǎn)品品生產(chǎn)產(chǎn)中的的作用用為：：提取取產(chǎn)品品以及及洗滌滌雜質(zhì)質(zhì)。一一般開開始從從事化化工技技術(shù)工工作科科技人人員對對萃取取的理理解都都停留留在提提取產(chǎn)產(chǎn)品上上面。。洗滌雜雜質(zhì)的的運用用：首首先明明確產(chǎn)產(chǎn)品以以及雜雜質(zhì)的的溶解解性以以及相相關(guān)的的性質(zhì)質(zhì)。以下為為目前前公司司產(chǎn)品品運用用萃取取去除除雜質(zhì)質(zhì)的例例子為為：1、地塞米松松水解上氟氟物去除，，2、異維A酸縮合雜質(zhì)質(zhì)的去除，，3、地磷酯酯合成雜雜質(zhì)的去去除。1、地塞米松松水解上上氟物雜雜質(zhì)的去去除說明：1、上碘過過程未轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化完全全的上氟氟物雜質(zhì)質(zhì)將一直直帶入到到地米產(chǎn)產(chǎn)品中，，2、利用其其溶解性性不同，，地米成成品精制制過程采采用混合合溶劑去去除上氟氟物雜質(zhì)質(zhì)。3、利用水水解物在在三氯中中不溶，，而上氟氟物溶解解度較大大去除。。2、異維A酸以及地地磷酯異維A酸縮合液（（異維A酸成羧酸酸鹽）地磷酯石油醚異維A酸以及維維A酸羧酸鹽鹽地磷酯反反應(yīng)液（（水、地地磷酯一一鈉鹽、、不成鹽鹽雜質(zhì)））乙酸乙酯酯水、地磷磷酯一鈉鈉鹽萃取的影影響因素素1、溶劑選選擇：是是萃取效效果好差差的直接接影響因因素，主主要考慮慮不互溶溶，以及及溶解度度大的溶溶劑，同同時考慮慮比重的的差距。。2、酸堿度度：酸堿堿度直接接影響溶溶劑的溶溶解性，，以及兩兩相分離離因子。。3、溫度：：溫度是是影響萃萃取效果果的重要要因素。。4、萃取原原則：少少量多次次。5、出現(xiàn)較較多絮狀狀物，分分層不明明顯的處處理方法法：①延延長靜置置時間；；②條件件pH值；③過過濾除去去絮狀物物；④提提高溫度度；⑤增增加溶劑劑用量。結(jié)晶1、使溶液液中的溶溶質(zhì)呈晶晶體狀態(tài)態(tài)析出的的過程叫叫做結(jié)晶晶。晶體體為化學(xué)學(xué)的均一一固體。。不同條條件下結(jié)結(jié)晶時，，同一物物質(zhì)所生生成的晶晶體形狀狀、大小小和顏色色是不同同的。2、同一物物質(zhì)的不不同晶型型之間的的轉(zhuǎn)化，，受溫度度和壓強強的控制制，晶型型轉(zhuǎn)化時時，伴隨隨熱效應(yīng)應(yīng)。3、晶形從溶液液中分離出來來，剩余的溶溶液叫母液。。4、物質(zhì)從水溶溶液中結(jié)晶出出來，有時以以晶體水合物物的形式析出出。結(jié)晶水合合物有一定的的蒸汽壓。結(jié)晶的條件首要條件：使溶液中溶質(zhì)質(zhì)達到過飽和和度。溶解度：是指指固體與其溶溶液達到平衡衡時，100g溶劑中含的固固體的量。溶溶解度與溶劑劑的種類，溫溫度有關(guān)。做做結(jié)晶，必須須進行固體物物質(zhì)在常規(guī)溶溶劑中的溶解解度實驗。使溶液達到過過飽和度的方方法：1、降低溫度2、除去部分溶溶劑3、鹽析法。結(jié)晶方法1、冷卻法:最常用方法，，主要使溶液液冷卻二變得得過飽和，此此方法適用于于溶解度隨溫溫度的降低而而顯著下降的的物質(zhì)2、溶劑氣化法法：除去部分分溶劑，使溶溶液達到過飽飽和狀態(tài)。一一般適用于溶溶解度隨溫度度變化不大的的物質(zhì)結(jié)晶。。3、鹽析法：向向溶液中加入入某種物質(zhì)以以降低原溶質(zhì)質(zhì)在溶劑中的的溶解度的辦辦法來產(chǎn)生飽飽和，以達到到結(jié)晶的目的的。晶核的形成以以及影響因素素晶體的產(chǎn)生分分兩個階段，，先是形成及及其細微的晶晶核，然后這這些晶核再成成長為一定大大小、形狀的的晶體。這兩兩個過程又幾幾乎是同時進進行的。1、冷卻速度快快，溶液過飽飽和度高，攪攪拌強度大，，則晶核形成成快，得到的的結(jié)晶細小。。2、冷卻速度慢慢，溶液過飽飽和度低，溶溶液無攪拌，，則晶核形成成慢，可得到到較大的結(jié)晶晶。3、在過飽和溶溶液中加入晶晶種，可使晶晶核的形成加加快。干燥1、干燥是利用用熱能除去固固體物料中濕濕分（水分和和其他液體））的化工單元元操作。2、干燥是利用用熱能去濕的的操作，能量量消耗大，所所以工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)中濕物料一一般都采用先先沉降、過濾濾、離心等機機械去濕（化化工單元操作作交叉進行，，以上機械去去濕也屬于分分離過程），，然后再利用用干燥法去濕濕而制定合格格的產(chǎn)品。固體物料去濕辦法機械去濕法（過濾、離心）物理去濕法（使用干燥劑）熱能去濕法干燥分類操作壓力（常壓、負壓）操作方法（連續(xù)以及間歇）傳熱1、操作壓力分分為常壓和負負壓：常壓設(shè)設(shè)備主要有熱熱風(fēng)循環(huán)烘箱箱，由于此設(shè)設(shè)備能耗大，，污染大，被被列為淘汰設(shè)設(shè)備；熱敏性性過高的物料料基本上用負負壓干燥，好好處可降低烘烘料溫度，主主要設(shè)備有平平板式真空烘烘箱以及轉(zhuǎn)筒筒式真空烘箱箱，平板式真真空烘箱熱能能利用率低。。2、按操作方式式分有連續(xù)和和間歇：目前前我們屬于精精細化工類，，一般的干燥燥方式為間歇歇式干燥。傳熱干燥分類類1、對流：干燥燥介質(zhì)直接與與濕物料接觸觸，熱能以對對流方式傳遞遞給物料，產(chǎn)產(chǎn)生蒸汽被干干燥介質(zhì)帶走走。2、傳導(dǎo)：熱能能通過傳熱壁壁面以傳導(dǎo)方方式加熱物料料，產(chǎn)生的蒸蒸汽被干燥介介質(zhì)帶走。3、輻射：熱能能以電磁波的的形式由輻射射器發(fā)射到濕濕物料表面，，被物料吸收收轉(zhuǎn)化為熱能能，使?jié)穹制?、微波爐：將將需要干燥的的物料放在高高頻電場內(nèi)，，利用高頻電電場的交變作作用，將濕物物料加熱，并并汽化濕分（（地磷鈉）。。5、凍干：是將將含水物料降降到冰點以上上，然后再高高真空下是水水直接升華，，達到干燥的的目的。（西西司他汀酸、、亞胺培南））。干燥器種類以以及分類主要干燥設(shè)備備有熱風(fēng)以及真真空兩種，熱熱能利用率低低，基本上處處于被淘汰階階段。目前地地米車間所有有干燥烘箱為為盤架式干燥燥器1、低溫2、通過氣流使使物料顆粒在在熱氣中上下下翻滾、相互互混合以及碰碰撞，達到干干燥效果3、主要運用于于的殘留溶劑劑難以合格的的產(chǎn)品上。目前藥廠最常常用設(shè)備，效效率高，自動動化程度高。。轉(zhuǎn)筒式真空烘烘箱（雙錐））謝謝!9、靜夜四無鄰鄰，荒居舊業(yè)業(yè)貧。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黃葉葉樹，燈下下白頭人。。。14:11:1214:11:1214:1112/29/20222:11:12PM11、以我獨沈久久，愧君相見見頻。。12月-2214:11:1214:11Dec-2229-Dec-2212、故人江海海別，幾度度隔山川。。。14:11:1214:11:1214:11Thursday,December29,202213、乍見見翻疑疑夢，，相悲悲各問問年。。。12月月-2212月月-2214:11:1214:11:12December29,202214、他鄉(xiāng)生生白發(fā)，，舊國見見青山。。。29十十二月20222:11:12下午午14:11:1212月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月222:11下下午午12月月-2214:11December29,202216、行行動動出出成成果果，，工工作作出出財財富富。。。。2022/12/2914:11:1214:11:1229December202217、做前，能夠夠環(huán)視四周；；做時，你只只能或者最好好沿著以腳為為起點的射線線向前。。2:11:12下午2:11下下午14:11:1212月-229、沒沒有有失失敗敗，，只只有有暫暫時時停停止止成成功功??！。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事事情努力力了未必必有結(jié)果果，但是是不努力力卻什么么改變也也沒有。。。14:11:1214:11:1214:1112/29/20222:11:12PM11、成功就就是日復(fù)復(fù)一日那那一點點點小小努努力的積積累。。。12月-2214:11:1214:11Dec-2229-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。14:11:1214:11:1214:11Thursday,December29,202213、不知香香積寺，，數(shù)里入入云峰。。。12月-2212月-2214:11:1214:11:12December29,202214、意志堅強強的人能把把世界放在在手中像泥泥塊一樣任任意揉捏。。29十二二月20222:11:12下下午14:11:1212月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荊門門九派派通。。。。十二月月222:11下下午午12月月-2214:11Decemb