淺析化學(xué)原料藥車間設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張 垚 徐 哲 張瑞超

（中國(guó)航空規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院有限公司，北京100120）

1 原料藥行業(yè)發(fā)展背景與現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)制藥業(yè)發(fā)展迅猛，作為全球最大的原料藥和醫(yī)藥中間體供應(yīng)商，我國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上已占有舉足輕重的地位。

2010年，我國(guó)醫(yī)藥工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)12560億元，同比增長(zhǎng)33%以上，并以化學(xué)原料藥為主。從生產(chǎn)方面來(lái)看，我國(guó)可生產(chǎn)1500多種化學(xué)原料藥，產(chǎn)能達(dá)200多萬(wàn)噸，占全球產(chǎn)量的1/5以上。原料藥行業(yè)一直維持了穩(wěn)步的增長(zhǎng)速度，產(chǎn)量年均增速在10%以上，已經(jīng)成為我國(guó)醫(yī)藥工業(yè)的支柱。從出口方面來(lái)看，我國(guó)醫(yī)藥保健品出口60%以上為原料藥。從2002年到2008年，我國(guó)原料藥出口年均增長(zhǎng)率都在24%以上，僅2009年受金融危機(jī)的影響，出口額有所下降。在經(jīng)歷了2009年的短暫低迷后，隨著國(guó)際市場(chǎng)的逐漸恢復(fù)及其對(duì)中國(guó)原料藥硬性需求的增長(zhǎng)，2010年，我國(guó)原料藥進(jìn)出口總額達(dá)262.2億美元，同比增長(zhǎng)25.02%，占我國(guó)醫(yī)藥進(jìn)出口總額的43.56%。其中，出口額為203億美元，同比增長(zhǎng)了26.19%；進(jìn)口額為59.2億美元，同比增長(zhǎng)了21.18%。由此可見，我國(guó)原料藥行業(yè)一直保持著較為優(yōu)良的發(fā)展勢(shì)頭。

2 原料藥車間的生產(chǎn)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在原料藥車間設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要集中設(shè)置易燃、易爆的區(qū)域，并將該區(qū)域與其他區(qū)域用防爆墻進(jìn)行隔離，在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置良好的通/排風(fēng)系統(tǒng)及電氣報(bào)警系統(tǒng)；對(duì)于原料藥生產(chǎn)車間內(nèi)的反應(yīng)釜，不論其反應(yīng)本身是否需要回流，只要反應(yīng)需要高溫加熱或反應(yīng)時(shí)會(huì)大量放熱的，在設(shè)計(jì)時(shí)都應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)冷凝回流系統(tǒng)；對(duì)于有高壓安全隱患的反應(yīng)釜或氣體鋼瓶，應(yīng)采取安全閥超壓泄放措施，以滿足生產(chǎn)安全要求。此外，還應(yīng)該考慮原料藥合成反應(yīng)區(qū)的GMP要求。例如：在原料藥的合成反應(yīng)區(qū)，應(yīng)該設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的原輔料（或化工原料）存放區(qū)、反應(yīng)中間體的干燥存放區(qū)等，避免物料的交叉污染。

總而言之，化學(xué)原料藥既是藥物，又是化工產(chǎn)品，需同時(shí)滿足這兩者的設(shè)計(jì)要求。不僅要保證人員和生產(chǎn)安全，降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，還要滿足GMP要求，精烘包區(qū)域滿足相應(yīng)潔凈級(jí)別要求，同時(shí)減少各區(qū)域交叉污染的風(fēng)險(xiǎn)。

3 車間工藝布局

3.1 總體布局分析

一般而言，原料藥車間的粗品合成區(qū)的生產(chǎn)步驟較多，工藝管線較為復(fù)雜，使用的有機(jī)溶媒種類和使用量較多，工作時(shí)間較長(zhǎng)；而精制區(qū)一般只有一個(gè)工藝步驟——重結(jié)晶反應(yīng)，使用的溶劑量較小，工作時(shí)間也較短，所以可以設(shè)計(jì)一個(gè)專門用于粗品合成的甲類廠房，并將用于溶劑回收的回收塔、真空泵設(shè)置在該甲類廠房中。精制區(qū)可以設(shè)計(jì)在一個(gè)丙類廠房的防爆區(qū)中，并將配電、制水、制冷、空壓、空調(diào)等公用工程機(jī)房布置其中，通過(guò)管廊將管線引入到甲類廠房中，可有效解決公用工程設(shè)備的防爆問(wèn)題，節(jié)約采購(gòu)防爆電機(jī)的成本。同時(shí)，將丙類廠房的其他區(qū)域設(shè)計(jì)用于中試或原料藥下游制劑的生產(chǎn)，充分利用廠房面積，減少原料藥運(yùn)輸路線。需要注意的是，兩個(gè)車間的間距不能少于12m（建筑等級(jí)為二級(jí)以上），精制車間防爆區(qū)的面積不得超過(guò)防火分區(qū)的5%。

3.2 平面布局分析

原料藥合成車間的布局一般都是車間兩側(cè)為輔助區(qū)，中間為防爆生產(chǎn)區(qū)，通過(guò)走廊和鋼平臺(tái)將生產(chǎn)線進(jìn)行區(qū)域劃分，一般將真空泵房和干燥區(qū)設(shè)置在兩側(cè)，這主要是因?yàn)橐话氵@兩個(gè)區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，可方便其他區(qū)域在一個(gè)相對(duì)較為規(guī)整的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布置，也有利于后續(xù)的安裝施工和運(yùn)行使用。

精制車間一般分為前處理區(qū)和精制區(qū)，其中的前處理區(qū)應(yīng)位于兩個(gè)精制區(qū)中間，兩個(gè)精制區(qū)共用一個(gè)前處理區(qū)，這樣便于人員管理，同時(shí)減少防爆區(qū)的使用面積，減少管路設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度，可有效節(jié)約人員成本和能耗成本。以右側(cè)精制區(qū)為例，物料在前處理區(qū)溶解后，經(jīng)過(guò)管路打入到精制區(qū)的鋼平臺(tái)上進(jìn)行重結(jié)晶，經(jīng)結(jié)晶、過(guò)濾、干燥后，產(chǎn)品經(jīng)防爆緩沖運(yùn)至稱量區(qū)進(jìn)行稱量，產(chǎn)品經(jīng)包裝后通過(guò)傳遞窗運(yùn)出精制區(qū)。設(shè)計(jì)的兩個(gè)精制間，可有效實(shí)現(xiàn)不同種類產(chǎn)品的錯(cuò)時(shí)生產(chǎn)，提高車間的使用效率。

3.3 鋼平臺(tái)布局分析

最上層的鋼平臺(tái)上主要布置計(jì)量罐，通過(guò)垂直重力將溶劑加入到下層的反應(yīng)釜中，中間層的鋼平臺(tái)上主要布置反應(yīng)釜，這些反應(yīng)釜平行放置。為方便檢修，現(xiàn)在一般兩個(gè)反應(yīng)釜之間的距離都不應(yīng)小于0.8m，考慮到人物流通過(guò)方便以及反應(yīng)釜間可能設(shè)置一些小的衛(wèi)生泵或冷凝器這種情況，在設(shè)計(jì)時(shí)將反應(yīng)釜橫向距離增加至不小于1.5m，預(yù)留出放置小設(shè)備的位置；縱向距離增加至2.5m，以方便人物流通過(guò)，保證有足夠的人員操作空間。

一般在反應(yīng)釜容積不超過(guò)100L的情況下，第一層鋼平臺(tái)宜設(shè)置為3m，第二層鋼平臺(tái)設(shè)置為6m的高度可滿足要求；若反應(yīng)釜容積超過(guò)500L，第一層鋼平臺(tái)宜設(shè)置在5m左右高度，在一層鋼平臺(tái)上設(shè)置局部鋼平臺(tái)用來(lái)保證計(jì)量罐出料口與反應(yīng)釜進(jìn)料口有至少30cm高差即可。綜上所述，原料藥合成車間的廠房高度一般宜設(shè)置為9～10m。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者總結(jié)了多年的原料藥廠房設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析，歸納出了以下幾個(gè)要點(diǎn)：

（1）廠房布局應(yīng)安全合理，符合GMP要求。原料藥生產(chǎn)的安全隱患主要存在于防爆泄爆以及有毒物質(zhì)的泄漏和擴(kuò)散，在安全生產(chǎn)前提下，應(yīng)使廠房各個(gè)生產(chǎn)單元的布局滿足2010版GMP和《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

由于現(xiàn)有規(guī)范較為嚴(yán)格，對(duì)甲類車間中生產(chǎn)區(qū)的非防爆區(qū)與防爆區(qū)人員與物料進(jìn)出的要求限制較高，使得車間的人物流設(shè)置非常混亂，因此，可按照本文中所提供的布局思路，將精制區(qū)移到丙類廠房，使得該車間只進(jìn)行物料的合成工藝，生產(chǎn)區(qū)全部為防爆區(qū)，這種布局方式可較好地滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、2010版GMP和《醫(yī)藥工業(yè)潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求。

（2）廠房布局需要考慮安全問(wèn)題，工藝設(shè)備布置同樣也需要考慮生產(chǎn)安全性。化學(xué)原料藥的生產(chǎn)設(shè)備很多都是非標(biāo)設(shè)備，首先需要進(jìn)行物料衡算和工藝流程的確定，得出哪些設(shè)備需要高溫高壓，哪些設(shè)備的原輔料、產(chǎn)物或副產(chǎn)物存在有毒物質(zhì)或腐蝕性物質(zhì)。然后，在設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)這些設(shè)備的選型和材質(zhì)按照相關(guān)要求與設(shè)備廠家進(jìn)行溝通。同時(shí)，一些公用工程設(shè)備需要做防爆、防腐蝕處理，工藝設(shè)計(jì)人員應(yīng)及時(shí)與公用工程設(shè)計(jì)人員及設(shè)備廠家人員討論工藝流程，并確定公用工程設(shè)備是否選用防爆或耐酸堿型設(shè)備，提高生產(chǎn)安全性。

由于防爆設(shè)備較貴，所以在廠區(qū)面積足夠的情況下，盡可能將不與物料直接接觸的設(shè)備放置在丙類車間中，可極大地減少設(shè)備成本。

（3）合理布置工藝設(shè)備和管線。原料藥車間由于工藝流程長(zhǎng)，且一些工藝設(shè)備在一條工藝流程上需要重復(fù)使用，所以工藝設(shè)備的排布極為重要，合理布置工藝設(shè)備能使工藝管線達(dá)到方便操作、單獨(dú)清潔、路線合理且最短的目的。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮工藝設(shè)備的排布問(wèn)題，通過(guò)平行敷設(shè)、走直線少拐彎、少交叉的設(shè)計(jì)原則，使得工藝管線排布最優(yōu)。