能量衡算与制药经济性评价

能量衡算; 物料衡算的内容和方法; 制药工艺经济性评价; 小组成员:小华小邰小滕 1能量衡算的概述: 当物料经物理或化学变化时,如果其动能,位能或对外界所做之功,对于总能量的变化影响甚小可以忽略时,能量衡算可以简化为热量衡算。它是建立过程数学模型的一个重要手段,是制药工艺计算的重要组成部分。药物生产所经过的单元反应和单元操作都必须满足一定的工艺要求,如严格控制温度,压力等条件。因此,如何利用能量的传递和转化规律,以保证适宜的工艺条件,是工业生产中一个重要的问题。 2能量衡算的目的和意义: (1)在过程中,进行能量衡算,可以决定过程所需要的能量,从而计算生产出过程能量指标,以便对工艺设计的多种进行比较,以选定先进的工艺技术。 (2)能量衡算的数据是设备选择与计算的依据。 (3)能量衡算是组织,管理,生产经济核算和最优化的基础。 3能量衡算的依据与必要条件; 能量衡算的主要依据是能量守恒定律。 进行能量衡算工作,必须具有物料衡算的数据以及所涉及到物料的热力学物性数据,如反应热,溶解热,比热容,相变热等。 4能量守恒的基本方程 能量守恒定律的一般方程式可写为: 输出能量=输入能量+生成能量-消耗能量-积累能量 能量存在的形式有多种,如势能,动能,电能,热能机械能和化学能等,各种形式的能量在一定的条件下可以互相转化,但其总的能量是守恒的。系统与环境之间是通过物质传递,做功和通过传热三种方式进行能量传递的。 热量衡算的主要依据是能量守恒定律,其表达式为: Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式中,Q1为物料进入设备带到设备中的热量;Q2为加热剂传给设备和物料的热量;Q3为过程的热效应;Q4为物料从设备离开所带走的热量;Q5为消耗与加热设备和各个部件上的热量;Q6为设备向四周散失的热量。 考虑插入例题书335 物料衡算概念 工艺设计中,物料衡算是在工艺流程确定后进行的。目的是根据原料与产品之间的定量转化关系,计算原料的消耗量,各种中间产品、产品和副产品的产量,生产过程中各阶段的消耗量以及组成,进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。 物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算。物料平衡是指“在单位时间内进入系统(体系)的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积累起来的物科质量”。 物料衡算的基础物质是物质的质量守恒定律,即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量,再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。 ∑G1=∑G2+∑G3+∑G4 式中∑G1为输入物料量总和;∑G2为输出物料量总和;∑G3为物料损失量总和;∑G4为物料积累量总和。 当系统内物料积累量为零时,上式可以写成 ∑G1=∑G2+∑G3 根据上述定义可得到化学过程的物料衡算的基本关系式为: 进入反应器的物料量一流出反应器的物料量—反应器中的转化量=反应器中的积累量 在化学反应系统中,物料的转化服从化学反应规律,可以根据化学反应方程式求出物质转化的定量关系。 物料衡算的基准 (1)以每批操作为基准,适用于简写操作设备,标准或定型设备的物料衡算,合成药物的生产以间歇操作居多 (2)以单位时间为基准,适用于连续操作设备的物料衡算。 (3)以每千克产品为基准,以确定原材料的消耗定额。 连续生产的原料药,在一定时间间隔内成产的在规定限度内的均质产品为一批;间歇生产的原料药,可由一定数量的产品经最后混合所得的规定时间内均质产为一批。 设备操作时间 车间设备每年正常开工生产的天数,一般以330d计算,余下的36d作为车间检修时间。对于工艺技术尚未成熟或腐蚀性大的车间一般以300d或更少一些时间计算。 (1)相关计算数据为了进行物料衡算,应该根据中试放大数据或生产操作,收集 下列各项数据:反应物的配料比,原辅材料、半成品、成品及副产品等的名称、浓度或组成,转化率,阶段产率,车间总产率等。 (2)转化率对某一组分A来说,生成产物所消耗掉的物料量与投入反应物料量之比简 称组分的转化率,一般以百主要产物实际产分率表示。若用符号X A表示组分的转化率,则得: X A=A组分消耗量/A组分投入量×100% (3)收率收率或产率是某量与投入原料计算的理论产量之比值,也以百分率表示。用符号Y表示,则得: Y=实际产量/理论产量×100%;或Y=产物量折算成原料量/投入原料量×100% 收率一般要说明是按哪一种主要原料计算得到的。 (4)选择性选择性即各种主、副产物中,主产物所占比率或百分率,可用符号表示,则得:=主产物折算成原料量/反应消耗原料量×100% Y=X收集相关计算数据 实际测得的转化率、收率和选择性等数据将作为设计工业反应器的依据,同时这些数据是评价该套生产装置效果优劣的重要指标。 (5)车间总收率一个化学合成药物的生产过程由若干物理及化学工序组成,车间总收率与各工序收率的关系为:Y=Y1×Y2×Y3×Y.4×… 在计算收率时,必须注意质量监控,即对各工序中间体和药物纯度要有质量数据。 物料衡算基本方法和步骤 (1)收集和计算所需要的基本数据 (2)列出化学反应方程式,包括主反应和副反应 (3)根据给出条件画出物料平衡流程简图 (4)选择物料计算基准:(1)时间基准(2)质量基准(3)体积基准(4)干湿基准 (5)列出物料平衡表 (6)绘制物料流程框图 制药工艺经济性评价; 所谓工艺经济性评价是指在工艺方案实施过程中,考虑各种生产要素的投入和产出的对比结 果,即劳动消耗与有用成果的对比结果。在技术方案实施过程中讲究经济效益,也就是要用尽可能少的投资及生产费用,生产出尽可能多的,符合社会需要的产品,其中包括劳动消耗的节约及有用成果的增多两方面的内容,以实现技术方案的经济目的。 产品成本的经济分析: 产品成本是由可变的费用与不变的费用来构成的。前者通称为变动成本,后者通称为固定成本。其表达式为:产品成本=变动成本+固定成本 其中,变动成本指项目费用因素中的原料,辅料,燃料及动力消耗等,随企业连产量增加或降低而有增减变化;而工人工资及附加费、车间经费、企业管理费等项目却变化不大,为固定成本 基本投资费用的经济分析: 产品成本的经济分析,能反映某一在 基本投资费用有投资总额,也有投资单位费用。后者是投资总额分摊到单位产品的投资费用。工艺经济效果综合分析基本方法: 一是确定方案的绝对经济效益,即通过方案本身的效益与费用的计算,比较,评价,选择方案;二是确定方案的相对经济效益,即仅就方案的不同部分进行比较,计算经济效益确定方案。前者是筛选方案,后者是优选方案。在技术经济评价中,这两种方法是相辅相成的。绝对经济效益评价指标: (1)投资回收期 (2)投资收益率 (3)净现值 (4)净现值率 (5)内部收益率 相对经济效益评价指标: (1)费用现值 (2)差额净现值 (3)差额投资回收期 (4)差额投资收益率 (5)差额投资内部收益率 例甲氧苄氨嘧啶(通用名甲氧苄啶)生产中由没食子酸经甲基化反应制备三甲氧苯甲酸工序,测得投料没食子酸25.0kg,未反应的没食子酸2.0kg,生成三甲氧苯甲酸24.0kg,求选择性和收率。