制藥行業(yè)中溶劑回收技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用案例 南京工業(yè)大學(xué)【充實精制】

1、制藥行業(yè)中溶媒回收技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用案例,南京工業(yè)大學(xué) 化工過程強化技術(shù)研究所 管國鋒 E-mail: Tel2012-6-16,2012年精細(xì)化工精餾技術(shù)應(yīng)用論壇,南京工業(yè)大學(xué)簡介,南京工業(yè)大學(xué),南京建筑工程學(xué)院,南京化工大學(xué),同濟高專,南京工學(xué)院化工系 南京大學(xué)化工系,中央大學(xué)化工系,金陵大學(xué)化工系,百年辦學(xué)歷史 江蘇省重點建設(shè)的省屬高校,南京工業(yè)大學(xué)是一所教學(xué)與研究并重的工業(yè)大學(xué),自力更生，集約發(fā)展，產(chǎn)學(xué)研合作，大力開展工程研究及應(yīng)用研究。 學(xué)科特色：化工、材料、生物化工、建筑、過程機械,1996年,2012年,實力增加 學(xué)科推進 財政良好,化工過程強化技術(shù)研究所簡

2、介,研究所簡介,南京工業(yè)大學(xué)化工過程強化技術(shù)研究所成立于2002年10月，主要從事生產(chǎn)過程和設(shè)備強化等研究工作。研究所以 管國鋒教授為學(xué)術(shù)帶頭人，擁有一支較高水平的科研隊伍。 本所先后承擔(dān)了國家科技支撐計劃、國家自然科學(xué)基金、中石化總公司、江蘇省科技廳、江蘇省環(huán)保廳、江蘇省教育廳等項目二十多項，在Journal of Physical Chemistry C、 Industrial & Engineering Chemistry Research、 Journal of Molecular Catalysis A: Chemical、Catalysis Communications、 Flui

3、d Phase Equilibria、 化工學(xué)報、高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報、物理化學(xué)學(xué)報、高校化學(xué)工程學(xué)報等國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文一百余篇，申請專利三十多項，在化工過程的技術(shù)強化等領(lǐng)域的研究達到了較高水準(zhǔn)。,研究方向,研究方向,1、化工過程耦合強化技術(shù)開發(fā),2、基于離子液體的綠色化工技術(shù)開發(fā),3、基于多尺度方法的規(guī)整結(jié)構(gòu)催化劑制備與功能強化,化工過程耦合強化技術(shù)開發(fā),理 論,復(fù)雜體系的相平衡和動力學(xué) 耦合分離強化技術(shù)的工藝及機理 開發(fā)和優(yōu)化耦合分離強化過程 分離過程和設(shè)備優(yōu)化設(shè)計中的技術(shù)難點 非平衡級模型、計算機輔助過程設(shè)計,手 段,分子熱力學(xué),統(tǒng)計熱力學(xué),溶液理論,量子化學(xué),模擬優(yōu)化,分子

4、設(shè)計,研究方向,絡(luò)合萃取,化工過程耦合強化技術(shù)開發(fā),特殊精餾,結(jié)晶,集成分離技術(shù),熱力學(xué)平衡研究,過程模擬與優(yōu)化,計算機輔助分子設(shè)計,溶解度測定與研究,專利,管國鋒, 邢建良, 萬輝, 王振新, 周 杰, 李維新 . 一種回收芳香族羧酸生產(chǎn)過程中原料、溶劑和副產(chǎn)物的方法, 授權(quán)專利號：ZL200510038560.7 管國鋒, 萬輝.一種醋酸甲酯催化精餾水解工藝. 授權(quán)專利號： ZL200710191007.6 管國鋒, 王振新, 李維新, 萬輝, 王建平, 殷繼勇. 一種芳香羧酸生產(chǎn)中母固水的回收方法, 授權(quán)專利號：ZL200410041380.X 管國鋒, 萬輝, 潘遠(yuǎn)波, 韓明娟. 一種

5、精對苯二甲酸生產(chǎn)中副產(chǎn)物醋酸甲酯催化水解工藝.授權(quán)專利號： ZL201010503506.6 管國鋒, 萬輝, 陳越峰.一種芳香族羧酸生產(chǎn)廢水的回用工藝 .授權(quán)專利號： ZL201010132112.4 管國鋒, 萬輝, 付振武, 韓明娟. 一種甲酸甲酯水解制甲酸的工藝. 公開號：CN101481304 管國鋒, 萬輝, 白新偉.一種處理芳香羧酸生產(chǎn)中溶劑及副產(chǎn)物的方法. 公開號：CN101792386A,制藥行業(yè)中溶媒回收技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用案例,一. 溶媒回收的意義,當(dāng)前醫(yī)藥消費能力,巨大市場潛力 2010年中國醫(yī)藥市場總值245億美元 3年后預(yù)計可達到700億美元,一. 溶媒回收的意義,醫(yī)藥產(chǎn)

6、出量全球排位預(yù)測,七大新興市場（巴西、俄羅斯、印度、土耳其、墨西哥、韓國、中國） 2012年，新興市場產(chǎn)值將達1200億美元 2025年，中國和印度將占全球醫(yī)藥產(chǎn)品實際產(chǎn)出的50%,一. 溶媒回收的意義,溶媒殘液1、2,中間體/藥,生產(chǎn)車間,原料A、B,溶媒1、2,有大量的溶媒殘液需要回收！,一. 溶媒回收的意義,成分復(fù)雜，種類繁多 組分間形成恒沸物，不能用普通精餾分離 有些溶媒排放批量小,待處理溶媒的性質(zhì),不同的溶媒回收需開發(fā)針對性的工藝！,一. 溶媒回收的意義,強制執(zhí)行的制藥行業(yè)水污染排放標(biāo)準(zhǔn)要求，提高了生產(chǎn)企業(yè)的生存門檻,一. 溶媒回收的意義,生產(chǎn)成本,環(huán)保,工資,原料,優(yōu)化工藝過程，最

7、有效途徑是回收溶媒，循環(huán)使用,一. 溶媒回收的意義,降低成本，提高經(jīng)濟效益 減少環(huán)境污染 推動制藥行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，提高國際競 爭力,二. 溶媒回收技術(shù)的開發(fā),熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測定與關(guān)聯(lián) 溶媒回收技術(shù)的應(yīng)用案例,1. 熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測定與關(guān)聯(lián),直接測定分析法：流動法、蒸餾法、循環(huán)法、靜態(tài)法、擬靜態(tài)沸點計法 間接測定分析法：模型法、泡露點法,汽液平衡數(shù)據(jù)的測定方法,循環(huán)法可分為：汽相冷凝單循環(huán)法 常規(guī)汽相單循環(huán)法 汽、液相冷凝雙循環(huán)法 汽、液相雙循環(huán)法,優(yōu)點：平衡時間短，分離效果佳,改進型Rose釜,1. 熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測定與關(guān)聯(lián),Othmer釜,1.真空泵 2.干燥劑 3.水銀壓差計 4.

8、恒壓罐 5.電磁閥 6.鹽水壓差計 7.電磁繼電器 8.干燥劑,1. 熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測定與關(guān)聯(lián),恒壓裝置,汽液相平衡的判據(jù),熱力學(xué)第二定律為依據(jù)，,汽液相平衡的計算方法,狀態(tài)方程法,活度系數(shù)法,立方型狀態(tài)方程,多參數(shù)狀態(tài)方程,Wohl型方程,局部組成型方程,基團貢獻型方程,可用二元參數(shù)推算多元數(shù)據(jù),汽液相平衡的計算方法,包括：Wilson模型、NRTL模型、 UNIQUAC模型等,1. 熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測定與關(guān)聯(lián),1. 熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的測定與關(guān)聯(lián),實測T、P、x、y,編程思路(以NRTL模型為例):,精餾模擬計算所需重要參數(shù),數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián),飽和蒸汽壓,相平衡方程,目標(biāo)函數(shù),多組分體系NRTL模

9、型,發(fā)表文章,發(fā)表文章,發(fā)表文章,發(fā)表文章,發(fā)表文章,發(fā)表文章,發(fā)表文章,2. 溶媒回收技術(shù)的開發(fā),根據(jù)不同性質(zhì)的溶媒回收，本研究所開發(fā)了不同的回收工藝： 間歇精餾工藝 連續(xù)精餾工藝 萃取精餾工藝 共沸精餾工藝 萃取-精餾耦合工藝,(1) 間歇精餾工藝,某公司在生產(chǎn)某藥物中間體過程中，會產(chǎn)生醋酸-醋酐、氯化亞砜-二氯甲烷、二氯甲烷-正庚烷、甲醇-水廢液。 排放量較小，約為100-200kg/h，且時有間斷 體系沸點相差較大，且不形成共沸物 采用間歇普通精餾工藝！,(1) 間歇精餾工藝,塔頂甲醇質(zhì)量濃度隨時間的變化,甲醇、水沿塔液相濃度分布,根據(jù)模擬優(yōu)化計算結(jié)果和實驗研究相結(jié)合來進行塔的設(shè)計,(

10、2) 連續(xù)精餾工藝,某制藥企業(yè)在生產(chǎn)過程中, 排放出丙酮廢水約 3000 kg/h, 丙酮質(zhì)量濃度在80%，其余主要是水。 回收精制后的丙酮質(zhì)量濃度99.5 %，塔釜排放殘液丙酮質(zhì)量濃度0.05 %。 丙酮與水不形成共沸物，且處理量較大。,(2) 連續(xù)精餾工藝,丙酮、水沿塔液相濃度分布,溫度沿塔分布,(3) 萃取精餾工藝,在溶媒回收過程中，經(jīng)常會有近沸程或共沸體系分離，如丙酮-甲醇、乙醇-乙酸乙酯、醋酸-水體系，萃取精餾是分離近沸程或共沸體系的有效方法。 萃取精餾的首要環(huán)節(jié)是萃取劑的選擇，萃取劑篩選主要有三大類方法：性質(zhì)約束方法，實驗方法和計算機輔助分子設(shè)計(CAMD)。性質(zhì)約束方法和實驗方法

11、均存在一定的局限性； CAMD是通過計算機技術(shù)來確定滿足對于給定問題所需分子結(jié)構(gòu)，大大減少了實驗工作。,(3) 萃取精餾工藝,萃取劑設(shè)計方法 分子設(shè)計采用改進的遺傳算法進行，以Mod. UNIFAC基團貢獻法模型為基礎(chǔ)，采用一種簡單易行的新編碼方案，使合成的分子形式簡單，便于鏈接數(shù)據(jù)庫計算各種性質(zhì)。 提出跨代精英選擇策略、錯位交叉算子、突變算子和插入算子，使設(shè)計出的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且形式多樣，有效地避免遺傳算法不易得到全局最優(yōu)解和容易提前收斂的問題。,(3) 萃取精餾工藝,萃取劑優(yōu)化篩選方法 對改進的遺傳算法設(shè)計出的萃取劑進行模糊綜合評價篩選排序。采用模糊數(shù)學(xué)方法建立考慮選擇性、溶解性、粘度、比熱

12、、相對分子量、毒性、腐蝕性和沸點八個性質(zhì)的因素集，選用自適應(yīng)的權(quán)重分配方法，使評價結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。 同時將研究得到的無限稀釋活度系數(shù)的預(yù)測值與實驗值進行對比，以驗證基于計算機優(yōu)化設(shè)計方法所編程序的準(zhǔn)確性。,(3) 萃取精餾工藝,丙酮-甲醇、乙醇-乙酸乙酯體系的萃取劑設(shè)計結(jié)果、評價結(jié)果與文獻報道一致。,(3) 萃取精餾工藝,F1醋酸水溶液；F2水；F3萃取劑與醋酸溶液；F4醋酸；F5回收的萃取劑,萃取精餾塔回流比與理論板數(shù)的關(guān)系曲線,溶媒回收塔回流比與理論板數(shù)的關(guān)系曲線,萃取精餾塔,萃取劑回收塔,(3) 萃取精餾工藝,萃取精餾工藝現(xiàn)場裝置圖,(4) 萃取-精餾耦合工藝,某公司在生產(chǎn)某藥物中間體

13、過程中，使用醋酸作為原料，排放的廢液中含有中間體、醋酸等，經(jīng)蒸發(fā)處理后得到10%左右的稀醋酸溶液，再用此稀醋酸生產(chǎn)醋酸鈉，因醋酸濃度較低，生產(chǎn)醋酸鈉過程中需消耗大量蒸汽，處理成本高。 采用萃取-精餾耦合工藝得到醋酸！,(4) 萃取-精餾耦合工藝,萃取-精餾耦合工藝的優(yōu)點 采用萃取工藝將稀醋酸溶液提濃，由于水在萃取塔中以萃取的方式，而非精餾的方式去除掉，去除這部分水不需消耗蒸汽，因此蒸汽消耗量會顯著降低。 萃取過程與共沸精餾過程采用的溶劑相同，共沸精餾塔塔頂產(chǎn)物可返回萃取塔循環(huán)利用，在此過程中溶劑不需提純，縮短了溶劑回收流程，降低了分離難度。 溶劑采用的是低沸點溶劑，溶解在水中的溶劑可采用蒸汽氣提方式回收，從而減少了溶劑損耗和溶劑的二次污染。,(4) 萃取-精餾耦合工藝,三元液液平衡相圖,(4) 萃取-精餾耦合工藝,達到相同分離要求所需要的萃取平衡級數(shù),(4) 萃取-精餾耦合工藝,精餾塔中沿塔液相濃度分布,精餾塔中沿塔汽相濃度分布,(4) 萃取-精餾耦合工藝,萃取-精餾耦合工藝現(xiàn)場裝置圖,(4) 萃取-精餾耦合工藝,經(jīng)濟效益 稀醋酸處理量為