《制药工程原理与设备》课程设计作业100t/a偕二亚膦酸二乙酯的合成工艺设计目录1前言1.1偕二亚膦酸二乙酯结构简介 (1)1.2偕二亚膦酸二乙酯药学和技术文献总结 (1)2工艺设计 (6)3物料衡算 (7)3.1甘特图 (7)3.2物料衡算 (7)4物料平衡图 (12)5设备选型 (13)5.1反应釜选型 (13)5.2减压蒸馏设备的选型 (15)5.3降膜蒸发设备选型 (16)5.4精馏设备选型 (17)5.5设备一览表 (18)6工艺流程图 (19)7工艺流程简介 (19)8三废排放与防止方案 (20)9过程技术与GMP规范响应性描述 (24)10设计小感 (26)11附录--放大设计 (30)12参考文献 (31)13小组成员信息表 (32)偕二亚膦酸二乙酯合成工艺设计说明书1前言1.1偕二亚膦酸二乙酯的简介中文名称：偕二亚膦酸二乙酯即亚甲基二膦酸四乙酯英文名称：Tetraethyl methylenediphosphonate分子式：C9H22O6P2分子量：288.2149密度：1.148g/cm3沸点：168℃化学结构式：1.2偕二亚膦酸二乙酯药学和技术文献1.2.1偕二亚膦酸二乙酯药学文献本篇文章主要是对100t/a维生素A的合成中间体偕二亚膦酸二乙酯的工艺合成路线的研究。
维生素A又称视黄醇，是最早被发现的维生素，在结构上与胡萝卜素相关，是由P一白芷酮环和两分子的2一甲基丁二烯构成的不饱和一元醇。
维生素A的化学结构式为：维生素A药理作用维生素A是有机体内所必需的一种营养元素，对于人体的生长、代谢和发育起着非常重要的作用。
其主要生理功能包括:（1）维持正常视觉；（2）促进机体的生长与发育；（3）维持上皮组织的完整与健全；（4）加强机体免疫力；（5）抑制癌细胞。
另外，维生素A还有一定的抗氧化作用，可以中和有害的自由基。
偕二亚膦酸二乙酯药理作用偕二亚膦酸二乙酯是稳定的，不会发生危险聚合反应，但要避免其与氧化剂反应。
偕二亚膦酸二乙酯具有毒性和刺激性，接触材料后会产生哮喘样症状可能持续数月甚至数年。
这可能是由于暴露于高浓度和高度刺激性化合物被称为反应性气道功能障碍综合征（RADS）。
偕二亚膦酸二乙酯刺激眼睛，呼吸系统和皮肤，可引起呼吸道刺激等一系列身体的反应，并引起进一步的肺损伤。
蒸气吸入可能引起困倦和眩晕，伴有嗜睡，警觉性降低，反射消失和缺乏协调。
在较高温度下吸入会增加危险。
高浓度气体/蒸气吸入肺部造成刺激与咳嗽和恶心，中枢神经抑郁症伴有头痛和头晕，反射，疲劳。
1.2.2偕二亚膦酸二乙酯技术文献二亚膦酸二乙酯即亚甲基二磷酸四乙酯是功能化偕二亚磷酸酯合成时的中间体。
而关于偕二亚磷酸酯的合成方法通常是利用亚膦酸的a-碳负离子的亲核性与烷化试剂直接反应而制得,该方法除需要无水和强碱等苛刻条件外,还要求烷化试剂中不能含有像羟基这样的活性基团,因此,该方法不适用于合成含有活性基团的偕二膦酸。
亚磷酸三烷基酯与二溴甲烷在较高温度下反应，合成M D P四烷基酯是常用的方法。
收率可达90%以上，缺点是原料成本较高，且反应温度较高.同亚磷酸三烷基酯相比，亚磷酸二烷基酯廉价、合成方便，可用亚磷酸二乙酯钠盐与二溴甲烷反应制备M D P四乙酯，但收率不高。
亚甲基二磷酸四乙酯也是功能化偕二磷酸酯合成时的中间体。
1990年Horim等报道了用亚磷酸二乙酯钠盐和二氯甲烷制备M D P四乙酯的方法，二氯甲烷比二溴甲烷廉价易得，但反应时间过长(14天)。
重复Horim等的实验，发现在乙醇中制备的亚磷酸二乙酯钠盐呈乳白色块状。
反应面积小、乙醇不能完全除去可能是反应慢的原因。
亚甲基二膦酸四乙酯的合成方法一将17.25g(0.75mol)金属钠溶于225mL无水乙醇中,室温搅拌lh 后,减压蒸去乙醇,残余物中加入170mL无水二氯甲烷和103g(0.75mol)亚膦酸二乙酯（实验室由三氯化磷与乙醇和氨气制得）,加热至35-40℃,搅拌4d,冷至室温,加入200mL水,分出有机层,水洗(100mL)2次,无水硫酸钠干燥,减压分馏,收集167-170℃/0.8kPa的馏分,得无色油状物67.2g收率为62.5%。
过程如下：（）+2方法二亚甲基二磷酸四乙酯的合成，也可以采用先合成亚甲基二磷酸（MDP），后酯化的方式，不过工业生产中工业酯化工序较多且造价高，对此次工艺设计要求不适用。
结合以上路线的描述与分析，我们选取的是方法一，但工业生产与实验室合成有所不同，需要更多的是考虑安全和经济因素。
因此，直接购买投加乙醇钠乙醇溶液和亚磷酸二乙酯作为原料进行工业化生产。
流程如下：+2其中亚膦酸二乙酯钠盐到亚甲基二膦酸四乙酯分两步进行：1.2.2工艺流程图设计减压蒸馏保温反应降膜蒸发精馏偕二膦酸酯二氯甲烷固废盐和聚合物回收注意控制二氯甲烷的量，若加太多会使反应停留在第一步，优点：不水洗，操作方便缺点：分离不够彻底亚磷酸二乙酯亚磷酸二乙酯钠盐合成乙醇钠乙醇溶液若用乙醇钠直接混合极易爆炸回收乙醇3物料衡算3.1甘特图批次第一批第二次第三批开始时间04488钠盐合成666保温反应1383838保温反应2484848降膜蒸发121212精馏666(详见工艺时间安排)3.2物料衡算本次设计的生产任务为：100t/a偕二亚膦酸二乙酯。
根据偕二亚膦酸二乙酯合成反应实验室实例及工业化的具体要求得知，反应不采用连续操作，需分批操作。
该生产过程可以分为五步，第一步是钠盐反应，由乙醇钠和亚磷酸二乙酯合成亚磷酸二乙酯钠盐，减压蒸馏回收副产物乙醇；第二步为保温反应，第三步是亚磷酸二乙酯钠盐和二氯甲烷反应生成偕二磷酸酯；第四步为降膜蒸发操作，去除杂质；第五步为精馏。
每步的工艺时间安排为：钠盐合成（6h）保温反应1（38h）保温反应2（48h）降膜蒸发（12h）精馏（6h）。
每天安排三班工人，24小时生产，偕二亚膦酸二乙酯的批产量为：0.625t/批。
查资料可知，降膜蒸发的损耗约为4%，精馏损耗为0.543%，所以每批次反应制得的偕二磷酸酯应为0.625÷95.5%=0.654t。
工艺中涉及的批次物料参数物质分子量密度（水=1kg/m 3）质量（t）体积（m 3）乙醇钠乙醇溶液680.868 2.47 2.51亚磷酸二乙酯138.1 1.072 1.0040.94二氯甲烷85 1.330.3120.245乙醇460.789 1.976 2.51氯化钠58.5 2.165（1）第一步钠盐反应：P O H C 3114＋Na O H C 52→Na P O H C 3104＋OH C 62138.168160.146由于需要1.164t 的亚磷酸二乙酯钠盐，所以可以算出乙醇钠和亚磷酸二乙酯乙醇钠需求量为：68÷160.1×1.164=0.494t乙醇钠一般可用乙醇钠乙醇溶液，一般质量分数为20%，计算出乙醇质量为1.976t,体积为2.51m3亚磷酸二乙酯需求量：138.1÷160.1×1.164=1.004t 体积为1.004×103÷1.072÷1000=0.94m3亚膦酸二乙酯钠盐合成基准：每批单位：t钠盐反应物料表输入输出原料质量（t)体积（m 3）比例（%）产物质量（t）体积（m 3）比例（%）乙醇钠乙醇溶液2.472.5171.1亚磷酸二乙酯钠盐 1.16433.5亚磷酸二乙酯 1.0040.9428.9乙醇2.3102.92866.5合计3.4743.45100合计3.474100（2）第二步保温反应：a N P O H C 23104＋ClH C 22→P O H C 26229＋ClNa 22×160.185288.258.5保温反应1：a N P O H C 3104+ClH C 22→Cl P O 3125H C +ClNa保温反应2：a N P O H C 3104+Cl P O 3125H C →PO H C 26229+ClNa 第二步保温反应实际上是分两步进行，其中对二氯甲烷加入量有限制，若是加入量过大，则反应会停在第一阶段，故对二氯甲烷加入量进行控制。
由偕二磷酸酯为0.654t，以及62.5%产率，可以计算出所需二氯甲烷为85÷288.2÷62.5%×0.654=0.309t二氯甲烷纯度为99%，所以需要0.312t ，体积为312÷1330=0.235m3亚磷酸二乙酯钠盐所需2×160.1÷288.2×0.655÷62.5%=1.164t保温反应基准:批次单位：t保温反应反应物料表输入输出原料质量（t）体积（m 3）比例（%）产物质量（t）体积（m 3）比例（%）亚磷酸二乙酯钠盐 1.16478.73偕二磷酸酯0.65548.61二氯甲烷0.3120.23521.27氯化钠0.13710.140.43832.5亚磷酸二乙酯钠盐0.1180.0898.75二氯甲烷合计 1.476100 1.23100（3）第四步降膜蒸发输入输出投入质量（t）比例（%）馏出质量（t）比例（%）偕二磷酸酯0.65558.90偕二磷酸酯0.65158.75杂质0.45741.10固废0.45741.25合计 1.112100 1.108100（4）第三步精馏基准：批次单位：t精馏输入输出物料表输入输出投入质量（t）比例（%）馏出质量（t）比例（%）偕二磷酸酯0.651100偕二磷酸酯0.62596.01固废0.026 3.99合计0.6511000.6511004物料平衡图亚磷酸二乙酯输入：乙醇钠的乙醇溶液反应1输出：减馏蒸馏（2.310t ）亚磷酸二乙酯钠盐（1.16t ）二氯甲烷（0.312t ）保温反应1反应后组分（0.235m 3）保温反应2（0.194t ）降膜蒸发组分质量（t ）亚磷酸二乙酯 1.004乙醇钠0.494组分质量（t ）亚磷酸二乙酯钠盐 1.164乙醇2.310组分质量（t ）亚磷酸二乙酯钠盐0.438氯化钠0.137二氯甲烷0.118偕二磷酸酯0.655回收乙醇和多余的亚膦酸二乙酯精馏亚磷酸二乙酯钠盐：0.438t氯化钠：0.137t偕二磷酸酯（0.651t)5设备选型5.1反应釜设备1.乙醇钠在对光敏感，露置于空气中分解，久储色变深，且易燃。
2.不锈钢反应釜内表面采用镜面抛光，全封闭的设计确保物料始终处于无菌状态，外表面可选喷砂、磨砂、冷轧原色亚光处理，符合此生产设计要求。
3.不锈钢电加热反应釜性能特点：①不锈钢材质具有优良的机械性能，可以承受较高的工作压力，也可以承受块状固体物料加料时的冲击。
②耐热性能好，工作温度范围很广，（-196至600度）。