原料藥合成工藝設(shè)計(jì)方面的安全分析探討

劉士晶

摘要：對(duì)于現(xiàn)代化工醫(yī)藥生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，原料藥的合成工藝設(shè)計(jì)，需要重點(diǎn)關(guān)注到后續(xù)操作環(huán)節(jié)的危險(xiǎn)要素和安全控制。本文首先對(duì)原料藥合成制備過(guò)程中，可能存在的危險(xiǎn)性因素，進(jìn)行了分析與論述，包括了常見(jiàn)的輔料、溶劑、操作、反應(yīng)、化工和蒸餾等多個(gè)方面；其次，提出了原料藥合成工藝的安全設(shè)計(jì)方法，希望能為該領(lǐng)域關(guān)注者提供有益參考。

關(guān)鍵詞：原料藥；合成工藝；安全分析；工藝設(shè)計(jì)

引言：

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的提升，國(guó)內(nèi)化工醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)，特別是原料藥合成工藝設(shè)計(jì)方面的安全性和有效性等，得到了社會(huì)各界的高度重視。在我國(guó)現(xiàn)代化工產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的過(guò)程中，安全性與穩(wěn)定性要素，成為了影響行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵性要素。因此，如何這一背景下，制定出更加有效的安全設(shè)計(jì)方案，提升原料藥合成工藝設(shè)計(jì)的安全性，成為了相關(guān)領(lǐng)域工作人員的工作重點(diǎn)之一。

一、原料藥合成制備過(guò)程中存在的危險(xiǎn)性因素

（一）輔料與溶劑

與傳統(tǒng)的化工原料藥生產(chǎn)工藝相比，新型的化工原料藥生產(chǎn)工藝中，不僅包括了傳統(tǒng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的各項(xiàng)要素，同時(shí)也是多個(gè)反應(yīng)釜可以同時(shí)進(jìn)行操作的一種反應(yīng)。將多個(gè)反應(yīng)釜的產(chǎn)物，匯合進(jìn)入到下一個(gè)程序中，很少會(huì)采用塔設(shè)備進(jìn)行反應(yīng)合成。在原料藥合成工藝設(shè)計(jì)中，主要的化工原料為化學(xué)藥品。其中很大一部分，都被列入到了重點(diǎn)監(jiān)管危險(xiǎn)化學(xué)品名錄當(dāng)中。一般來(lái)說(shuō)，堿類、無(wú)機(jī)鹽和無(wú)機(jī)酸等無(wú)機(jī)化合物之外，還有有機(jī)酸、苯、酚和酯類有機(jī)化合物。化工原料當(dāng)中，酸性和堿性材料，都會(huì)在不同程度上，對(duì)設(shè)備與管道等造成腐蝕。部分具有揮發(fā)性質(zhì)的氫氟酸和鹽酸等，會(huì)對(duì)人體造成危害[1]。火災(zāi)類別為甲類和乙類的有機(jī)化工原料與有機(jī)溶劑，特別是其中的低沸點(diǎn)和低閃點(diǎn)類物料，具有易揮發(fā)以燃燒爆炸的危害。

（二）操作與反應(yīng)

原料藥合成的實(shí)際操作過(guò)程中，還會(huì)因?yàn)榄h(huán)境要素以及操作人員的行為要素等方面因素的影響，而導(dǎo)致出現(xiàn)化工原料藥合成的部分化學(xué)反應(yīng)，比如氯化反應(yīng)或者硝化反應(yīng)等，出現(xiàn)不可控的危害。比如，部分化工原料藥合成反應(yīng)中，會(huì)生成大量的氣體或者釋放出大量的熱量。如果不能夠?qū)Υ朔N類型反應(yīng)的速率與反應(yīng)量進(jìn)行控制，在反應(yīng)之后不能都對(duì)產(chǎn)生的熱量或者氣體進(jìn)行及時(shí)地轉(zhuǎn)移，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備超壓，出現(xiàn)嚴(yán)重的沖料甚至是爆炸事故。再比如，在生產(chǎn)操作中，從儲(chǔ)油罐當(dāng)中進(jìn)行有機(jī)物料的抽取時(shí)，速度不宜過(guò)快。如果速度過(guò)快可能會(huì)導(dǎo)致靜電的產(chǎn)生，在遇到明火時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的爆炸事故。

（三）化工蒸餾

化工原料藥合成中，化工蒸餾的安全性問(wèn)題，主要體現(xiàn)在有機(jī)溶劑的蒸餾環(huán)節(jié)。比如，在對(duì)醇類、烷類、醚類、苯類和酯類等有機(jī)溶劑進(jìn)行蒸餾萃取時(shí)，生產(chǎn)過(guò)程中不參與化學(xué)反應(yīng)。化工蒸餾主要是根據(jù)液體混合物在不同溫度下的揮發(fā)速度不同，使其各部分的組成，在不同階段進(jìn)行揮發(fā)。此種方式在化工原料藥合成中的應(yīng)用效率較高，并且因其具有較好的適應(yīng)性，可以廣泛地應(yīng)用到各種不同類型產(chǎn)品的提純與溶劑回收工作中。但是在實(shí)際的操作中，工作人員需要注意到，有機(jī)溶劑本身具有較為明顯的易燃易爆炸的特征，特別是在密閉和高溫的蒸餾環(huán)境中，如果排氣不及時(shí)或者不通暢，都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)壓力過(guò)大，而造成嚴(yán)重的損害。

二、原料藥合成制備工藝安全設(shè)計(jì)方法

根據(jù)前文的分析和論述可以基本上了解到，化工原料藥合成中，會(huì)因?yàn)槎喾N不同的因素，而在生產(chǎn)制備中出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況，對(duì)此，要采取有效的措施，全面地控制生產(chǎn)技術(shù)安全，減少意外事故的發(fā)生。

（一）合成節(jié)點(diǎn)科學(xué)劃分

對(duì)于化工原料藥合成操作來(lái)說(shuō)，合成節(jié)點(diǎn)的劃分，也可以被稱為間歇操作。此種操作模式，具有較為明顯的時(shí)間性特征。通常情況下，化工原料藥合成過(guò)程中，人為操作環(huán)節(jié)較多，并且各個(gè)操作步驟之間，會(huì)存在著頻繁切換的特征。化工原料藥合成節(jié)點(diǎn)的劃分，需要按照主要物料的走向以及既定的流程進(jìn)行劃分。此種間歇性操作模式，會(huì)使化工原料藥合成節(jié)點(diǎn)的選取更加合理。例如，在操作中，將物料混合、化學(xué)反應(yīng)、原料過(guò)濾、冷卻分離、精制包裝等多個(gè)環(huán)節(jié)的連接點(diǎn)，作為化工原料藥合成的節(jié)點(diǎn)。但是因?yàn)椴糠植襟E，對(duì)應(yīng)的P&ID;的范圍較小，在節(jié)點(diǎn)選取上，可能會(huì)出現(xiàn)參數(shù)重復(fù)的情況，進(jìn)而導(dǎo)致最終混合和均質(zhì)劃分作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，過(guò)濾與包裝作為另一個(gè)節(jié)點(diǎn)。在此環(huán)節(jié)需要注意的是，同一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以包含一張或者多張P&ID;，但是對(duì)于化工原料藥合成設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，仍需要確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立性與完整性[2]。

（二）節(jié)點(diǎn)偏離參數(shù)確定

化工原料藥合成中，節(jié)點(diǎn)偏離參數(shù)確定主要是根據(jù)正常工藝參數(shù)值的實(shí)際情況，進(jìn)而引出出現(xiàn)此種情況的主要原因，分析可能導(dǎo)致的后果。在實(shí)際的操作中，對(duì)化工原料藥合成的節(jié)點(diǎn)偏離參數(shù)確定時(shí)，最常見(jiàn)的方法是引導(dǎo)詞法，即“參數(shù)+引導(dǎo)詞=偏離”。當(dāng)相關(guān)負(fù)責(zé)人員提出，在某一節(jié)點(diǎn)使用的引導(dǎo)詞初始清單之后，可以看出引導(dǎo)詞與工藝參數(shù)一一對(duì)應(yīng)，二者對(duì)應(yīng)的單元即為偏離。但是，工作人員還需要明確，并非所有的組合，均可以給出有意義的偏離。在實(shí)際操作中，要根據(jù)具體的情況進(jìn)行分析。

（三）風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)有效評(píng)估

除了設(shè)計(jì)方案之外，在化工原料藥合成中的安全設(shè)計(jì)中，最為重要的一環(huán)，是對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)性因素進(jìn)行科學(xué)有效的等級(jí)劃分。一般來(lái)說(shuō)，化工原料藥合成中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估，是應(yīng)用到危險(xiǎn)工況現(xiàn)有安全設(shè)施是否充分的重要方法。通過(guò)此種方式，可以有效地判斷出，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工作人員，是否已經(jīng)將危險(xiǎn)性因素控制到了能夠接受的范圍之內(nèi)。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估，應(yīng)該包括全部節(jié)點(diǎn)偏離可能導(dǎo)致的工況后果。最常用的方法為二維平面矩陣評(píng)估方法。此種方法在實(shí)際的應(yīng)用中，可以對(duì)出現(xiàn)高風(fēng)險(xiǎn)的工況進(jìn)行預(yù)判，根據(jù)評(píng)估得到的結(jié)果，采用相應(yīng)的保護(hù)層分析方法，完成后續(xù)操作。例如，在利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，對(duì)化工原料藥合成中的風(fēng)險(xiǎn)性要素進(jìn)行評(píng)估與分析，就應(yīng)用了二維平面分析的風(fēng)險(xiǎn)矩陣分析方法。該風(fēng)險(xiǎn)矩陣在應(yīng)用中，主要是通過(guò)將某一工況出現(xiàn)的頻率P，與其對(duì)應(yīng)結(jié)果的嚴(yán)重性S相互聯(lián)系，最終得出風(fēng)險(xiǎn)R=F（P，S），其中，P和S分別是二維坐標(biāo)軸中點(diǎn)F的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，在排除保護(hù)措施的條件下，可以對(duì)工況的嚴(yán)重程度進(jìn)行直接判斷。

總結(jié)：

綜上所述，原料藥合成環(huán)節(jié)中，會(huì)受到環(huán)境當(dāng)中多種不同因素的影響。環(huán)境中的影響因素相對(duì)復(fù)雜，會(huì)使原料藥合成工藝設(shè)計(jì)的安全性變得不穩(wěn)定。對(duì)此，相關(guān)領(lǐng)域的工作人員，要對(duì)可能導(dǎo)致原料藥合成工藝設(shè)計(jì)安全性喪失的因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，在對(duì)生產(chǎn)和制備方案進(jìn)行設(shè)計(jì)中，要對(duì)合成節(jié)點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)劃分，確定節(jié)點(diǎn)偏離的參數(shù)，同時(shí)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行有效地評(píng)估，以此推動(dòng)化工醫(yī)藥行業(yè)的整體發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜爽，梁毅.化學(xué)合成原料藥申報(bào)過(guò)程中起始物料的選擇與控制[J].中國(guó)醫(yī)藥工業(yè)雜志，2018，49（08）：1172-1176.

[2]孫越.化工原料藥項(xiàng)目安全設(shè)計(jì)要點(diǎn)的探討[J].化工與醫(yī)藥工程，2017，38（06）：27-30.