车间设计流程——物料衡算在线视频

在药物生产的过程中 我们往往面临许多计算问题

例如药品的年产量 产品的纯度

原辅料的配料比 设备的利用率等等

诸如此类关于“量” “度”

“比” “率”等数量和质量的指标

通常都涉及制药工艺计算

今天 我们就来一起学习一下

制药工艺计算中的物料衡算

我是本节课的主讲老师 周渭

制药工艺计算是现代药品生产过程中非常关键的一环

主要涉及制药工艺设计与优化 制药车间规划与设计

药品实际生产

制药工艺经济性评价等环节

制药工艺计算的核心包括物料衡算

能量衡算和制药工艺经济性评价等部分

我们可以通过制药工艺计算来指导

工艺参数和流程的优化

明确原辅料和公用工程

如传热介质 压缩空气 制药用水的消耗

以及产品和三废

废气 废液和废渣等的产出

通过定量计算 评价生产工艺的优劣

并指导生产工艺的优化

物料衡算对生产过程中的工艺流程

单元操作或基本步骤的物料进出进行定量计算

物料衡算在控制工艺流程

尤其在控制产品产量方面尤为重要

通常 在生产工艺探索阶段 优化参数的中试阶段

生产试运行阶段 以及改进实际投产阶段

都需要开展物料衡算

通过物料衡算 我们可以明确每一步单元操作

或单个设备进出的每一种物料的组分和数量

明确生产工艺流程中原辅料消耗

副产品的产生和三废的排放量

以及目标产品的数量和质量

从而实现各单元操作或生产设备的产能平衡

仓储和物料的合理调度

指导生产工艺的改进和优化

不断提高生产效率和质量

同时 物料平衡的结果也是后续的能量衡算

设备设计或选型 车间和管道布置设计的重要依据

药品生产的单元操作 可以分为物理过程和化学过程

物理过程中 物料在生产系统内

只发生了相变和浓度的变化

没有发生化学反应

如混合 粉碎 萃取 干燥等操作

化学过程包含了物料的消耗和新物料的生成

无论是物理过程 还是化学过程

无论是间歇式生产 还是连续式生产

物料都严格满足守恒

物料衡算的核心理论是质量守恒定律

以及衍生出来的元素守恒或物料守恒

即在特定的体系内

进入体系的全部物料和生成的物料的质量之和

等于离开系统的物料 消耗的物料

与累计的物料质量之和

这是物料衡算的基础公式

若系统内发生的是物理过程

则表明没有物质的消耗或生成

则基础物料守恒公式可以简化这两项

若系统内没有物料累计

如间歇式操作中 设备内的物料全部排出

或者连续式操作中 物料的进出为稳态过程

则公式可以进一步这样简化

我们首先需要明确 衡算的目的和对象

是为了进行能量衡算 还是便于设备选型

或者为了优化物料调度 提高生产效率

根据衡算的目的

我们可以将衡算对象界定在某一步单元操作

或更小的基本步骤

如配料或者分离

也可以限定在一台设备 或一个工段

明确衡算对象之后 我们将视之为一个独立的系统

进而考察进入和输出的物料 组分或元素

第二步是明确衡算基准

以时间为基准

可以计算出单位时间内投入和产出的物料

对照设备的加工效率 方便选择设备的型号和数量

规划每日的投料量和产量

综合考虑年工作日 得出年产量

此外 还可以以批次为基准

因为按照GMP的要求

药品的生产 以批次为单位实施质量管理

还可以以质量为基准

每投入1kg的原料 可以获得多少kg的产物

这样能够更好反映工艺的效率和性能

更好地明确原辅料和公用工程的消耗定额

第三步是画出物料平衡流程简图

列出衡算的范围

画出原辅料 产品 副产品和三废的流向

标注物料的数量和组成

第四步是列出物料衡算方程和约束等式

根据物料衡算的基本理论 考虑是否为稳流过程

是否发生了化学反应等等

选择合适的物料衡算方程

对于化学反应 需要写出主副反应的化学方程式

物料及化学计量数

计算各组分的物质的量 列出相应的约束等式

接下来 就需要收集基本数据

如密度 摩尔质量 配料比

转化率 物料基本参数等

收集基本数据 首先考虑生产工艺说明

如设计任务书 或小试中试的试验记录

常规物料的理化参数

可以参考《化学化工物性数据手册》等书籍

还可以通过实验进行测定

或通过合适的方法进行类比估算

接下来 根据衡算方程 约束等式和基本数据

计算每个衡算范围内投入和产出的物料的质量和组成

在计算过程中需要注意单位的一致性

根据计算结果 整理出物料衡算表

包括输入和输出的物料衡算表

三废排放表和原材料消耗表等

最后一步则是编制物料流程框图

物料流程框图能够清晰的展现

工艺流程的各个环节的物料的投入与产出

这样 我们掌握了物料衡算的基本理论

以及一般步骤后

可以尝试对课后练习中的例子进行计算

那么 我们本节课的内容就到此为止

我们下节课再见