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氨力农车间工艺设计


浙江工业大学课程设计说明书

课程设计





45 T/a 氨力农车间工艺设计





制药工程





学生姓名

指导教师

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第一部分综述部分.......................................................................................................1 一、设计前言...............................................................................................................1 1.1 产品介绍.................................................................................................................1 1.2 药品性状................................................................................................................1 1.3 药理学性质............................................................................................................1 1.4 药物制剂................................................................................................................1 二、工艺路线的确定....................................................................................................2 2.1 合成工艺路线总述................................................................................................2 2.2 合成路线的选择....................................................................................................2 2.3 氨力农的制备……..................................................................................................2 2.4 反应的条件优化....................................................................................................2 三、本设计的工作意义................................................................................................2 四、 原料、 中间体及化学试剂的性质...........................................................................2 4.1 原料的性质............................................................................................................3 4.2 中间体的性质......................................................................................................10 4.3 辅助试剂的性质..................................................................................................16 第二部分 设计部分...................................................................................................18 五、设计任务..............................................................................................................19 六、工艺流程简图......................................................................................................20 七、物料衡算.............................................................................................................22 7.1 年生产批次计算...................................................................................................23 7.2 各反应步骤实际工艺设计投料摩尔比................................................................24 7.3 首步反应物料衡算...............................................................................................24 7.4 第二个反应物料衡算...........................................................................................29 7.5 产物的精制.................................................... .....................................................32 八、 设备体积初步计算...............................................................................................33 8.1 反应釜体积计算与选型.......................................................................................33 8.2 计量罐和储罐体积计算....................................................................................... 36
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九、泵的选型.............................................................................................................44 9.1 二氯甲烷..............................................................................................................44 9.3 THF.........................................................................................................................44 9.4 乙腈......................................................................................................................45 9.5 二氧己烷..............................................................................................................45 9.6 产品输出..............................................................................................................46 9.7 滤液输出..............................................................................................................46 9.8 油层输出..............................................................................................................47 十、人员配置和车间制度..........................................................................................47 10.1 人员配置.............................................................................................................48 10.2 安全生产制度............................................................................................ ........48

参考文献 附录

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第一部分
一、设计前言
1.1 产品介绍
[1]

综述部分

产品名称: 氨力农 药物别称: 氨基双吡酮,氨吡酮,安联酮、安诺可、强心隆、乳酸氨利酮 中文名称: 氨联吡啶酮 英文名称: Amrinone
NH2 o

N

结构式: CAS No: 60719-84-8 分子式: C10H9N3O 分子量: 187.198 密度:1.277 g/cm3 熔点:187.2 ℃

N

沸点:451.5 +-45.0 ℃ at 760 mmHg

1.2 药品性状
氨力农常用于制剂,为淡黄或黄色澄清液体。

1.3 药理学性质[1]
【药理毒理】其确切作用机制尚未完全阐明,实验证明该药通过选择性抑制心肌细胞内磷酸二酯酶, 增加细胞内环磷腺苷(cAMP),改变细胞膜内外钙的转运,从而产生正性肌力作用 ,对血管平滑肌有直 接松驰作用,可降低心脏前、后负荷。 【适用范围】适用于各种类型的充血性心力衰竭,尤其对洋地黄、利尿剂、血管扩张剂治疗无效的心 衰患者。

1.4 药物制剂
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【制剂与规格】液体注射剂,10ml:50mg 【用法及用量】每日口服 400~800mg。 【不良反应】主要表现为胃肠反应、血色素、血小板减少、室性心律失常、低血压及肝肾功能损害。 【贮存】遮光,密闭保存。

二、工艺路线的确定 2.1 合成工艺路线总述
查阅文献,以不同的原料合成氨基双吡酮,由于可以获得的文献资料有限,基本的原理路线由下 图所示。
O

NH

HNO3
O

O 2N NH

N

OH

CH3I
O

Mathanol,1,1,1-trichloro-,1,1’ -carbonate
OH O

Cl

NH2 I

bis (hexylene glycolato) diboron
O

o

N N N O O

4-bromo-pyridine
N

基本原理图[2-5]

2.2 路线的优化
但是由于整个反应耗时过长,决定原料直接购买氯甲酸苄酯和2-羟基-3-硝基吡啶(直接买中间体I 和中间体II)。 本法以氯甲酸苄酯和2-羟基-3-硝基吡啶为原料,经硝化、酯化、还原、碘代和氧化等反应制得氨基双 吡酮。
OH O2N N O2N NH O Cl O O O I

Iodosuccinimide

N N O O

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NH2

CH3I

bis (hexylene glycolato) diboron

o

N

4-bromo-pyridine
N

该路线的特点是:氨力农的合成线路比较单一,第一步反应的产率为 87%,第二大步产率为 46% (分步的产率乘积)

2.3 氨力农的制备(工艺资料)
2.3.1 中间化合物 I (2-羟基-3-硝基吡啶)的合成 (购买)[2]

在反应瓶中依次加入原料(加原料时冰浴添加)摩尔投料比(小试)为 1:1.2 的 2-吡啶酮和 67% 硝酸,于室温搅拌反应 20-30 min, 反应液加调节 pH 至中性,后处理得产物 2-羟基-3 硝基吡啶。 2.3.2 中间化合物 II (氯甲酸苄酯)的合成 (购买)[3]

在250ml 反应瓶中依次加入三光气(29.8g,0.1mol)、50ml 四氯化碳,冰浴降温至5℃以下, 搅拌下慢慢添加苯甲醇(10.8g,0.1mol)和20ml 四氯化碳溶液,滴加完毕撤去冰浴,室温反应5h, TLC检测反应完毕。减压脱去溶剂,加入乙酸乙酯,并用水洗涤,干燥有机层,脱溶得16.31g无色油 状物,收率95.6%。 2.3.3 中间化合物 a [N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯 的合成 ][4]

在盛有反应器中加入原料(加原料时冰浴条件)摩尔投料比(小试)为1:1.2:1.35 的2-羟基-3-硝 基吡啶、N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯和碳酸钠,低温0℃反应30min,再室温过夜 反应,氯仿萃取产物,将油层与水层分离开来,加入碘代丁二酰亚胺室温过夜反应后,脱去溶剂。 2.3.4 反应终产物(氨联吡啶酮)的合成[5] 在反应器中加入0.36mol 中间体 a(溶于1.45LCHCl3),避光加入0.48mol Ag2CO3和3.6mol CH3I 反 应24h, 向反应器中继续加入双戊酰二硼0.38mol 和乙酸钾1.08mol 反应回流2.5h,冷却反应物, 脱溶剂 后干燥油层。得到的中间产物b 后,再加入双联(2-甲基-2, 4-戊二醇)硼酸酯、4-溴吡啶、Pd催化剂
和溶剂1,4-二氧己环,搅拌反应2.5h得到中间体c,析出固体并离心,用乙腈再溶滤饼,加入10%碳酸钠溶液, 油水分离得油层。蒸馏去溶剂后,在Pd催化下,进行氢气还原。

三、本设计工作的意义
我国目前生产氨力农的路线比较少, 生产合成本身就不方便。对生产线路的研究也会促进对反应 步骤的优化,日后会有更多的反应线路可以选择。假如对氨力农的生产方式多加探讨和试验,生产形
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式会更丰富,效率也会更高。同时,本设计也对选择的线路进行了设备的设计。由于氨力农本身作为 药物起到了有利的社会价值,所以本设计工作十分地有意义。

四、原料、中间体及化学试剂的性质[1, 7]
4.1 原料的性质
4.1.1 2-羟基-3 硝基吡啶

英文名称:2(1H)-Pyridione, 3-nitro

O O2N NH

结构式: 分子式:C5H4N2O3 相对分子质量:140.10 g/mol CAS No: 6332-56-5 熔点:224℃ 沸点:368.8℃+/-35℃(760Torr) 密度:1.44g/cm3 (20℃,760Torr) pKa: 4.1.2 8.37(most acid, 25℃) 氯甲酸苄酯 carbonochloridic acic, phenylmethyl ester
O

英文名称:

O

Cl

结构式: 分子式:C8H7ClO2 CAS No: 6332-56-5 分子质量:170.59 g/mol 密度:1.22 g/cm3 沸点:152℃ 4.1.3 双联(2-甲基-2, 4-戊二醇)硼酸酯
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英文名称:bis (hexylene glycolato) diboron CAS No.: 230299-21-5
O B O B O O

结构式: 分子式:C12H24B2O4 分子量: 253.94 熔点:115-117 ℃ 沸点:222.6℃ (760 Torr)

相对密度(101℃):0.97 g/cm3 闪点:145℃ pKa: 12.05 (25℃)

溶解性:不易溶于水;易溶于苯,极微溶于石油醚。 用途:医药中间体 4.1.4 4-溴吡啶

英文名:4-bromo-pyridine
N

结构式:Br 分子式: C5H4BrN 分子量: 158.00 CAS NO: 1120-87-2 性状:无色至浅黄色液体 熔点:0.5℃ 沸点:28-30℃ 折射率:1.5694 相对密度(水=1):1.598 饱和蒸气压(kPa):3.35(25℃) 溶解性:微溶于水,溶于乙醇、乙醚 4.1.5 氢氧化钠 简介:氢氧化钠(NaOH),俗称烧碱、火碱、苛性钠,常温下是一种白色晶体,具有强腐蚀性。易溶于
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水,其水溶液呈强碱性,能使酚酞变红。氢氧化钠是一种极常用的碱,是化学实验室的必备药 品之一。氢氧化钠在空气中易吸收水蒸气,对其必须密封保存,且要用橡胶瓶塞。它的溶液可 以用作洗涤液。 性状: 熔融白色颗粒或条状, 现常制成小片状。 易吸收空气中的水分和二氧化碳。 1g 溶于 0.9ml 冷水、 0.3ml 沸水、7.2ml 无水乙醇、4.2ml 甲醇,溶于甘油。溶于水、乙醇时或溶液与酸混合时产生 剧热。溶液呈强碱性。相对密度 2.13。 4.1.6 水 分子式: H2O 结构式:H—O—H(两氢氧键夹角 104.5°) 相对分子质量: 18.016 密度:1000kg/m3 (4℃时) CAS: 7732-18-5 性状: 纯净的水是无色、无味、无固定形状的透明液体。水在 1 个大气压(atm,1atmosphere)时 (101.325 千帕斯卡(kPa))。纯水在 0℃时密度为 999.87 千克/立方米,在沸点时水的密度 为 958.38 千克/立方米。水的比热容为 4.2*10^3J/(kg℃)。 4.1.7 硝酸

英文名称:Nitric acid CAS No:7697-37-2 分子式:HNO3 分子量: 63.02 性状:纯硝酸为无色透明液体,浓硝酸为淡黄色液体(溶有二氧化氮) 熔点:-42℃ 沸点:78℃ 相对密度(水=1):1.41 闪点:120.5℃ 溶解性:溶于水,可溶于醇,微溶于醚、氯仿 用途:供制氮肥、王水、硝酸盐、硝化甘油 4.1.8 碳酸氢钠

英文名 Sodium Bicarbonate 别称 小苏打,重碳酸钠,酸式碳酸钠,重曹,Baking Soda 化学式 NaHCO?
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分子量 84.01 CAS No. 144-55-8 熔点 270℃(分解) 水溶性 7.8g/100ml(18℃) 密度 2.159 g/c ? (固体) 外观 白色粉末或单斜晶结晶性粉末 属性 化学试剂 毒性 无毒 4.1.9 N-碘代丁二酰亚胺

中文别名: N-碘代琥珀酰亚胺;N-碘丁二酰亚胺;N-碘琥珀酰亚胺;N-碘丁二酸亚胺;N-碘化丁二酰胺;丁二 酰亚胺 英文名称: N-Iodosuccinimide 英 文 别 名 : 1-IODO-2,5-PYRROLIDINEDIONE ; NIS ; 1-iodo-5-pyrrolidinedione ; n-iodo-succinimid ; Succinimide,N-iodo- ; succiniodimide ; 1-iodopyrrolidine-2,5-dione ; Iodosuccinimide ; 2,5-Pyrrolidinedione, 1-iodo- ; CAS No.: 516-12-1 EINECS: 208-221-6 分子式: C4H4INO2 分子量: 224.98

4.2 中间体的性质 4.2.1 中间体 a N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯

英文名称:carbamic acid, N-(1,2-hydro-5-iodo-2-oxo-3-pyridinyl)-, phenylmethyl ester
I

O N N O

结构式:

O

分子式:C13H11IN2O3 CAS No: 147269-68-9 分子质量:370.14 g/mol 密度:1.77 g/cm3
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沸点:459.0+- 45℃

4.3 辅助试剂的性质 4.3.1 甲苯 英文名称: methylbenzene 分子式:C7H8

结构式: 熔点:-95 °C 沸点:111 °C 密度:0.866 g/cm3 蒸气密度:3.2 (vs air) 蒸气压:22 mm Hg ( 20 °C) 折射率:n/D 1.496(lit.) 闪点:40 °F 储存条件:0-6°C 水溶解性:0.5 g/L (20 ?C) CAS NO: 108-88-3 4.3.2 乙醇 英文别名:Ethanol,Alcohol,Grain alcohol 化学式: C2H5OH 相对分子质量: 46.07 性状:无色透明液体;有愉快的气味和灼烧味;易挥发;能与水、氯仿、乙醚、甲醇、丙酮 和其他 多数有机溶剂混溶;相对密度(d15.56)0.816;易燃;蒸气能与空气形成爆炸性混合物。 用途:溶剂;有机合成;各种化合物的结晶;洗涤剂;萃取剂;75%(体积分数)的乙醇溶液常用于 医疗消毒。 4.3.3 甲醇 英文名 methanol 别称 羟基甲烷、木醇、木精 化学式 CH3OH 分子量 32.04186
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CAS No. 67-56-1 EINECS 登录号 200-659-6 熔点 -97℃ 沸点 64.7℃ 水溶性 与水完全互溶 密度 0.7918 g/cm? 外观 无色液体 闪点 11℃ 应用 工业酒精 安全性描述 S:1/2-7-16-36/37-45 危险性符号 R:11-39/23/24/25 危险性描述 与空气混合能形成爆炸性混合物。遇热源和明火有燃烧爆炸的危险。 危险品运输编号 1230 SMILES CO RTECS PC1400000 摩尔质量 32.04 g· mol?1 黏度 0.59 mPa· s,20 °C 偶极矩 1.69 D(气态) 主要危害 含有甲醇的酒可引致失明、肝病 4.3.4 氯仿 英文名:Trichloromethane 化学式:CHCl3 CAS: 67-66-3 分子量:119.39 外观与性状:无色透明重质液体,极易挥发,有特殊气味。 熔点:-63.5℃ 相对密度(水=1):1.50 沸点:61.3℃ 相对蒸气密度(空气=1):4.12 饱和蒸气压:13.33kPa (10.4℃) 溶解度(水):0.8 g/100 ml, 20 °C 溶解性:不溶于水,溶于醇、醚、苯 主要危害:作用于中枢神经系统,具有麻醉作用
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4.3.5 冰乙酸 英文名称:Acetic acid 化学式:CH3COOH 分子式:C2H4O2 相对分子质量:60.05 CAS 号:64-19-7 密度:1.0492 g/ml 沸点:117.9℃ 性状:无色液体,有刺鼻的醋酸味。 溶解性:能溶于水、乙醇、乙醚、四氯化碳及甘油等有机溶剂。 4.3.6 吡啶 英文名 pyridine 别称 氮(杂)苯 化学式 C5H5N

结构式 分子量 79.10 CAS No. 110-86-1 熔点 ?41.6 ℃ 沸点 115.2 ℃ 密度 0.9819 g/cm? 外观 无色液体 危险性描述 易燃, 有害, 对男性生殖系统损害较大 4.3.7 四氯化碳 英文名 carbon tetrachloride 别称 四氯甲烷 化学式 CCl4 分子量 153.84 CAS No. 56-23-5 熔点 -22.92 ℃
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沸点 水溶性

76.8 ℃ 0.8g/L (20℃)

密度 1.595g/cm? (20℃) 外观 无色液体 应用 萃取剂 危险性描述 有毒,可造成化学性器官损伤 化学品类别 有机物--氯化物 管制类型 不管制 储存方式 密封或水封保存 4.3.8 三甲基氯硅烷 英文名 trimethyl chlorosilane 化学式 C3H9ClSi

结构式: 分子量 108.64 CAS 登录号 75-77-4 熔点 -40℃ 沸点 57.3℃ 密度 0.857g/cm3 外观 无色溶液 闪点 -18℃ 4.3.9 碘化钠 化学式 NaI 相对分子质量 149.89 管制信息 本品不受管制 用途 微量测定铯、铂和铊等 制造无机碘化物和有机碘化物 医药中用作甲状腺肿瘤防治剂、祛痰剂 和利尿剂,食品添加剂、感光剂 分析试剂 4.3.10 乙腈 外文名 acetonitrile 别名 甲基氰
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分子式 C2H3N 结构式: 相对分子质量 41.05 化学品类别 有机物 管制类型 管制 储存 密封保存 CAS No. 75-05-8 4.3.11 四氢呋喃 英文名 tetrahydrofuran 别称 1,4-环氧丁烷;氧杂环戊烷;THF 化学式 C4H8O 分子量 72.11

CAS No. 109-99-9 EINECS No. 203-726-8 熔点 -108.4℃ 沸点 65-66℃ 密度 0.8892(20℃) 外观 无色透明液体 闪点 -20℃ 应用 有机合成中常用的溶剂,合成医药的原料。高能燃料等方面。 折射率 1.4050 自燃点 610 ℃ 相对蒸汽密度 2.5 饱和蒸汽压 15.20kPa(15℃) 临界压力 5.19MPa 临界温度 268℃ 4.3.12 乙酸乙酯 英文名:ethyl acetate 化学式:CH3COOC2H5 别名:醋酸乙酯;变性酒精;变性乙醇;乙酸乙醚;甲基化乙醇;甜菜糖蜜滓。 CAS 号:141-78-6
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SMILES:CC(=O)OCC RTECS:AH5425000 摩尔质量:88.11 g· mol?1 外观:无色液体 熔点:-84℃ 沸点:77℃ 临界点:250.11 溶解度(水):8.3 g/100 mL,20℃ 黏度:0.426,25 ℃ 偶极矩:1.78 警示术语:R:11-36-66-67 安全术语:S:16-26-33 主要危害:易燃,有刺激性 闪点:-4℃ 4.3.13 碳酸钠 外文名 Sodium Carbonate 俗名 苏打、纯碱、洗涤碱 化学式 Na2CO3 密度 2.532g/cm? 熔点 851℃ 分解温度 744℃ 分子量 105.99 CAS 号 497-19-8 EINECS 号 207-838-8;231-867-5 沸点 1600℃ 4.3.14 二氧己环 英文名称 1,4-dioxane 中文别名 1,4-二氧己环,1,4-二氧杂环己烷,二噁烷,乙二醇二醚,环氧二乙烷 英文别名 Diox; Diethylene dioxide CAS No. 123-91-1 MDL 号 MFCD00006571 EINECS 号 204-661-8
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4.3.15 二氯甲烷 英文名 dichloromethane 别称 DCM 化学式 CH2Cl2 分子量 84.93 CAS No. 75-09-2 EINECS 登录号 200-838-9 熔点 -97 ℃ 沸点 39.8℃ 水溶性 20g /L (20 ℃) 密度 1.325 g/mL at 25 °C (lit.) 外观 无色透明易挥发液体 闪点 无(不燃物) 安全性描述 微毒 危险品运输编号 UN 1593 6.1/PG 3 安全说明 S23-S24/25-S36/37-S45-S16-S7 4.3.16 碳酸银 英文名 Silver carbonate 化学式 Ag?CO? 分子量 275.7453 CAS No. 534-16-7

EINECS 登录号 208-590-3 熔点 210℃ 沸点 333.6℃ 水溶性 3.489×10-3/20℃ 密度 6.08 g/mL 外观 浅黄色粉末 闪点 169.8℃ 应用 用作分析试剂 安全性描述 穿戴适当的防护服和保护眼睛/面 危险性符号 Xn,Xi 危险性描述 刺激眼睛、呼吸系统和皮肤。
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4.3.17 乙酸钾 外文名 Potassium Acetate 中文别名 醋酸钾 化学式 CH3COOK 分子式 C2H3KO2 分子量 98.14 熔点 292℃ 密度 1.57 闪点 40℃ 折射率 n20/D 1.370 4.3.18 碳酸钾 英文名 Potassium carbonate 别称 钾碱 化学式 K2CO3 分子量 138.21 CAS No. 584-08-7 熔点 891 ℃ 沸点 333.6 ℃ 水溶性 易溶于水 密度 2.43g/cm3 外观 白色粉末或颗粒 应用 面食制品 危险性符号 Xn: Harmful 危险性描述 ADI 不作特殊规定 危险品运输编号 3262 4.3.19 双三苯基磷二氯化钯 化学式:PdCl2(PPh3) 分子式:C36H30Cl2P2Pd 英文名称:Trans-Dichlorobis(triphenyl-phosphine)Palladium(II) 英文别名:Palladium(II)bis(triphenylphosphine) dichloride 线性分子式:[(C6H5)3P]2PdCl2
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纯度:Pd≥15.1% CAS No. 13965-03-2 分子量:701.90 4.3.20 碘化钠 英文别名:Sodiumiodide,dihydrate,Sodiumiodide 化学式 NaI CAS No. 7681-82-5 相对分子质量 149.89 管制信息 本品不受管制 4.3.21 碘甲烷 外文名 iodomethane 分子式 CH3I 外观与性状 无色液体,有特臭 分子量 141.95 CAS No. 74-88-4 EINECS 号 200-819-5 4.3.22 氢 英文名 Hydrogen 化学式 H 分子量 1.00794 CAS No. 133-74-0 EINECS 登录号 215-605-7 熔点 -259℃ 沸点 -253℃ 水溶性 0.00017G/100Ml 密度 0.08342kg/m3 液体密度 70.78kg/m3(-252.9℃,101.3kPa) 外观 无色、无臭、可燃气体。它是已知的最轻气体。 应用 用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料,冶金用还原剂等 安全性描述 S16/33:远离火源,采取防护措施防止静电发生。 危险性符号 F+:很易燃物质
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危险性描述 R12:极端易燃。 危险品运输编号 UN1049/1966/2034/2600 4.3.23 钯 英文名 Palladium 化学式 Pd 分子量 106.42 CAS No. 7440-05-3 EINECS 登录号 231-115-6 熔点 1554 °C(lit.) 沸点 2970 °C(lit.) 密度 12.023 g· cm?3 外观 为银白色金属(面心立方结晶) 应用 合金材料、催化剂、珠宝首饰 危险品运输编号 UN 3089 4.1/PG 2 4.3.24 硫酸镁 英文名 magnesium sulphate 别称 泻盐,硫苦、苦盐、泻利盐 化学式 MgSO4 分子量 120.3687 CAS 登录号 7487-88-9 EINECS 登录号 231-298-2 熔点 1124℃ 水溶性 25.5 g/100 ml (20 °C) 密度 2.66 g/mL 外观 白色结晶状固体 闪点 1124 摩尔质量 120.415 g· mol?1 MSDS External MSDS 吸水量 1.05(以 MgSO4· 7H2O 计) 4.3.25 庚烷 英文名 heptane
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别称 庚烷 化学式 C7H16 分子量 100.2 CAS No.142-82-5 熔点 ?90.61℃ 沸点 98.42℃ 水溶性 不溶 密度 0.684 g/mL 外观 无色液体 闪点 -4℃ 安全性描述 健康危害:本品有麻醉作用和刺激性。

第二部分 设计部分
五、设计任务
(1) 设计项目名称:45 T/a 氨力农车间工艺设计 (2) 生产方法:以2-吡啶酮和苯甲醇为原料,经硝化、酰氯化、还原、碘代等反应制得氨基双吡酮 (3)生产时间:车间每年生产天数为 300d (4) 工段产品:为乳白色油状物 (5) 产品质量规格和包装方式:含量为 99%的氨基双吡酮,25kg/桶

六、工艺流程简图

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七、物料衡算 7.1 年生产批次计算
(1)中间体 a 合成(还原、多种卤代)工段(22.5h) 加料 1h,调节反应温度 0.5h,0℃反应 3h,室温反应 6h,氯仿萃取 1h, 油水分离 1h, 加入碘代丁二 酰亚胺 0.5h, 室温反应 8h,脱溶剂 1h,出料 0.5h (2)终产物(46h) 加料 0.5h,反应 24h,萃取并油水分离 2h, 加料 0.5h,反应并回流 2.5h,冷却 1h,干燥 1h, 脱溶剂 1h, 出料 0.5h, 加料 0.5h, 搅拌反应 2.5h, 过滤 0.5h, 再溶 1h, 搅拌反应 5h, 油水分离 1h, 氢化还原 2h,出料 0.5h.

所以设定每 3 天生产一批,年产量为 45 吨,一年按照 300 个工作日计算,3 天 1 批,一年一共生 产 100 批 产 品 。 氨 力 农 ( 氨 联 吡 啶 酮 , 分 子 量 为 187.198), 则 45×1000/100=450kg/3 天 = 450/187.198=2.403 kmol/3 天。则根据反应可知反应第四步(99%的氨力农)收率为 46%,那么所需中间 体 III(分子量 370.14)的投入量=2.403*0.99/0.46=5.16 kmol/3 天=1909.92 kg/3 天, 中间体 II(氯甲酸卞 酯,分子量 170.59)需量 5.94*1.2=7.13Kmol/3 天=1218.0Kg/3 天, 中间体 I(2-羟基-3 硝基吡啶,分子量 140.10) 需 量 =5.16/0.87=5.94Kmol/3 天 =832.2Kg/3 天 , 苯 甲 醇 ( 原 料 2 分 子 量 108.14) 投 入 量 =7.13/0.956=7.46Kmol/3 天=806.5Kg/3 天, 2-吡啶酮(原料 1 分子量 95.10)投入量 5.94/0.7=8.48Kmol/3 天 =807.0Kg/3 天。

7.2 各反应步骤实际工艺设计投料摩尔比
7.2.1 根据文献第一步反应 [N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯的制备]

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OH O2N N O2N NH O Cl O O O I

Iodosuccinimide

N N O O

第一步反应的收率为 87%,每批生成 N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯(分子量 370.14)的量为 1909.92 kg/3 天(5.16 kmol/3 天) 主要反应原料投料比为: 2-羟基-3 硝基吡啶:氯甲酸苄酯:碳酸钠: N-碘代丁二酰亚胺=1:1.2:1.35:1.2 7.2.2 根据文献第二步反应(氨联吡啶酮的制备)
NH2 I

CH3I
O N N O O

bis (hexylene glycolato) diboron

o

N

4-bromo-pyridine
N

第四步反应的收率为 46%,每批生成 99%氨联吡啶酮(分子量 187.198)的量为 450 kg/3 天 (2.379kmol/3 天, 99%) 主要反应原料投料比: N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯: 双联 (2-甲基-2, 4-戊二醇) 硼酸酯: 4-溴吡啶: 碘甲烷: 碳酸银: 乙酸钾: 三苯基磷二氯化钯: 四 (三苯基膦) 钯: 碳酸钾: TMS-Cl : NaI=1:1.05:1.35:10:1.35:3:0.03:0.1:2:5。 7.3 首步反应物料衡算[8] 7.3.1 搅拌反应釜 1

(1) 反应釜 1 进口各组分的流量 ①2-羟基-3 硝基吡啶(M=140.1 Kg/Kmol) ②氯甲酸苄酯(M=170.59 Kg/Kmol) 5.94 kmol/批=832.2 kg/批

5.94 kmol/批×1.2 =7.13 kmol/批=1218.0 kg/批

③碳酸钠(M=105.99 Kg/kmol) 5.94 kmol/批*1.35=8.02 kmol/批=850 kg/批
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④THF/H2O( V% 1:1) 由于实验数据没有具体值 设定需要 5000L 混合液 m=ρ*V= (0.88+1.0)/2 g/cm3*5000 L/批=0.94 g/cm3*10-3 kg/g*5000 L/批=4700 kg/批
0.88*0.5 ? 46.8% 0.88*0.5 ? 1*0.5

因为 THF 体积分数为 50%,所以质量分数 w ?

摩尔量为:4700*0.468/72.11+4700*0.532/18.02=169.3 kmol/批 (2) 反应釜 1 出口各组分的流量 得到第一步产物中间体 a 产量为:832.2+1218=2050.2 kg/批 废液质量为:4700+850=5550 kg/批

进料 反应 1 进料液体 组分 2-羟基-3 硝基吡啶 氯甲酸卞酯 THF/H2O 1:1 混合液 合计 kmol/ 批 5.94 kg/批 832.2

7.13 1218.0 169.30 4700.0 182.37 6750.2 反应 1 进料固体

组分 碳酸钠

kmol/ 批 8.02

kg/批 850.0

出料油水混合物: 反应 1 出料液体 组分 中间体 a 混合 液 废液 合计 kmol/批 / / / kg/批 2050.2 5550.0 7600.2

7.3.2 油水分离器 1
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因为有机层在下边,水层在上边,所以油水分离操作后,需要有一个容器来接收有机层,考虑到有机 层还进行下一步反应,所以该容器可以是一个反应釜。 (1)油水分离器 1 进口各组分的流量 ①上步产物中间体 a 产量为:832.2+1218=2050.2 kg/批 ②氯仿需量设定为 3000 L(M=119.38 kg/kmol): m=ρ*V=1.5 g/cm3*2000 L/批=3*103*103 g=3000 kg ③还有上步未分离的废液 5550 kg/批

(2)油水分离器 1 出口各组分的流量 出料~有机层 中间体 a 混合物:832.2+1218=2050.2 kg/批 出料~水层(含有碳酸钠的 THF/水混合液) 废液 进料 油水分离器 1 进料 组分 氯仿 中间体 a 废液 合计 kmol/批 2 / / / kL kg/批 3000.0 2050.2 5550.0 10600.2 5550.0kg/批

出料~有机层 油水分离器 1 出料油层 组分 氯仿 中间体 a kmol/批 2 kL / kg/批 3000.0 2050.2

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合计

/

5050.2

出料~水层 油水分离器 1 出料水层 组分 废液 合计 kmol/批 / / kg/批 5550.0 5550.0

7.3.3 搅拌反应釜 2

(1)搅拌反应釜 2 进口各组分的流量 ①N-碘代丁二酰亚胺: 5.94*1.2=7.13 kmol/批=1604.1 kg/批 ②中间体 a:上步获得 2050.2 kg/批 ③1,2-二氯乙烷 用量设定 2000L m=ρ*V=1.33 g/cm3*2000 L/批=2660 kg/批 ④氯仿 上步剩余:3000.0 kg/批

(2)反应釜 2 出口各组分的流量 N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯 溶剂合计(二氯甲烷+氯仿): 5660 kg/批 剩余废液:9314.3-1914.6-5660=1739.7 kg/批 5.94*0.87= 5.17 kmol/批=1914.6 kg/批

进料 搅拌反应釜 2 进料 组分 N-碘代丁二酰亚胺 中间体 a 二氯甲烷 氯仿(上步剩余) kmol/ 批 kg/批

7.13 1604.1 / 2 kL 2 kL 2050.2 2660.0 3000.0
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合计

/

9314.3

出料 搅拌反应釜 2 出料 组分 N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸 酯苄酯 溶剂 废液 合计 kmol/ 批 5.17 4 kL / / kg/批

1914.6 5660.0 1739.7 9314.3

7.3.4 蒸馏釜 1

进料 蒸馏釜 1 进料 组分 N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯 苄酯 溶剂 废液 合计 kmol/批 5.17 4 kL / / kg/批 1914.6 5660.0 1739.7 9314.3

出料~液体形式 未蒸出液体为产物,蒸馏完后可用一反应釜收集,用于下一步反应。 蒸馏釜 1 出料 组分 溶剂(第一批) 废料(第二批) kmol/批 4 kL / kg/批 5660.0 1739.7
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合计

/

7399.7

7.4 第二步反应物料衡算
7.4.1 搅拌反应釜 3

(1)碘代反应 搅拌反应釜 3 进口各组分的流量 ①N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄酯: 5.17 Kmol/批 ②碘甲烷(M=141.95 Kg/Kmol)5.17kmol/批×10=51.7 kmol/批=7338.8 kg/批 ③碳酸银(M=275.74 Kg/Kmol) 5.17 kmol/批×1.35=6.98 kmol/批=1924.4 kg/批

④氯仿 (M=119.39 Kg/Kmol)按照设定需要 4000L m=ρ*V=1.5*103 Kg/m3*4000*10-3m3/批=6000 kg/批 反应釜 3 出口各组分的流量 ① 目标中间体 按照文献可知产率 87% 产量:5.17 kmol/批*0.87=4.5 kmol/批 ② 废液 进料 搅拌反应釜 3 进料 组分 N-(2 -水- 5-碘-2-氧代-3-吡啶基)氨基甲酸酯苄 酯 碘甲烷 碳酸银 合计 kmol/批 5.17 51.7 6.98 kg/批 1914.6 7338.8 1924.4 剩余

63.85 11177.8

出料 搅拌反应釜 3 进料 组分 目标中间体 b kmol/批 4.5 kg/批 ~1700
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废液

-

~15477.8

7.4.2 蒸馏釜 2

进料 蒸馏釜 2 进料 组分 目标中间体 b 废液 kmol/批 4.5 kg/批 ~1700 ~15477.8

出料~以液体形式 蒸馏釜 2 出料 组分 溶剂(第一批) 中间体 b 混合液(第二 批) 合计 kmol/ 批 4 kL / / kg/批 6000.0 11177.8 17177.8

7.4.3 搅拌反应釜 4

反应釜进料: ①目标中间体 b 为上步反应的产物: 4.5 kmol/批 ②乙酸钾(M=98.14 g/mol)所需量为中间体 b 的 3 倍: 13.4 kmol/批*98.14 g/mol=1324.9 kg/批 ③双联 (2-甲基-2, 4-戊二醇) 硼酸酯 所需量为中间体 b 的 1.05 倍: 4.725 kmol/批*253.94 g/mol=1199.9 kg/批 ④Pd 催化剂(双三苯基磷二氯化钯,M=701.90 g/mol)所需为中间体 b 0.03 倍:
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0.135 kmol/批*701.90 g/mol=94.8 kg/批 ⑤4-溴吡啶(M=158.00 g/mol)所需量为中间体 b 1.35 倍:6.075 kmol/批*158 g/mol=959.9 Kg/批 ⑥溶剂 1,4-二氧己环(M=88.11 g/mol)设定所需量为 4kL: m=ρ*V=1.0329*103 Kg/m3*4000*10-3m3/批 =6000 kg/批

反应釜出料(反应完后冷却 1h): ①目标中间体 c: 根据文献产率为 56%: 4.5 kmol/批*0.56=2.52 kmol/批 ②化剂含量: 94.8 kg/批 ③废料中含有 41320 kg/批的 1,4-二氧己环 溶剂: 8136.6 kg/mol

进料 搅拌反应釜 4 进料 组分 目标中间体 b AcOK 双联(2-甲基-2, 4-戊二醇)硼 酸酯 Pd 催化剂 4-溴吡啶 1,4-二氧己环 合计 kmol/批 4.5 13.5 4.725 0.135 6.075 4 kL / kg/批 ~1700 1324.9 1199.9 94.8 959.9 4132.0 9411.4

出料 搅拌反应釜 4 进料 组分 目标中间体 c Pd 催化剂 废液 合计 kmol/批 2.52 0.135 / kg/批 ~1000 94.8 8316.6 9411.4

7.4.4 蒸馏釜 3
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用反应釜 5 收集 400℃(标准大气压) 以上的馏分 目标中间体 c

蒸馏釜 3 进料 组分 目标中间体 c Pd 催化剂 溶剂 1,4-二氧己环 废液 合计 kmol/批 2.52 0.135 4kL / kg/批 ~1000 94.8 4132.0 4184.6 9411.4

蒸馏釜 3 出料 组分 目标中间体 c(收集) Pd 催化剂 溶剂 1,4-二氧己环 废液 合计 kmol/ 批 2.52 0.135 4kL / kg/批 ~1000 94.8 4132.0 4184.6 9411.4

由于实验数据中没有一些溶剂等的确切值,故假设:加入干燥剂的质量一般为液体质量或体积的 3%~8%(W/V),通常为 5%。所以预计干燥所用无水硫酸镁量为:1000*0.05 kg/批= 50 kg/批。

7.4.5 搅拌反应釜 5

反应釜 5 进料: ①上步获得目标中间体 c:2.52 kmol/批
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②TMS-Cl(M=108.64 g/mol)所需量为 2 倍摩尔量的中间体 c:5.04 kmol/批*108.64 g/mol=547.5 kg/ 批 ③碘化钠(M=149.89 g/mol)所需量为 5 倍摩尔量的中间体 c: 12.6 kmol/批*149.89 g/mol=1888.6 kg/ 批 ④乙腈(M=41.05 g/mol)所需量设定为 1.5Kl m=ρ*V=0.49 g/cm3*1500L=735 Kg/批

反应釜 5 出料: ①获得氢化前的中间体 d:根据文献产率在 97%,2.52*0.97 kmol/批=2.44 kmol/批 ②留有溶剂:735 kg/批 ③废液: ~9411.4-456.8-735=8219.6 kg/批

搅拌反应釜 5 进料 组分 目标中间体 c TMS-Cl NaI 乙腈 合计 kmol/批 2.52 5.04 12.6 1.5 kL / kg/批 ~1000 547.5 1888.6 735.0 9411.4

搅拌反应釜 5 出料 组分 目标中间体 d(晶体析 出) 废液 溶剂乙腈 合计 2.44 1.5 kL / ~456.8 ~8219.6 735.0 9411.4 kmol/批 kg/批

7.4.6

离心机 1

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离心得到的固体沉淀用 MeCN/H2O(1:1,摩尔比),10%Na2CO3(aq)溶解用于油水分离(取油水分离 器盛放)。

离心机 1 进料 组分 目标中间体 d 废液 溶剂乙腈 合计 kmol/批 2.44 1.5 kL / kg/批 ~456.8 8219.6 735.0 9411.4

离心机 1 出料固体 组分 目标中间体 d 合计 kmol/批 2.44 2.44 kg/批 ~456.8 ~456.8

离心机 1 出料液体 组分 废液 溶剂乙腈 合计 kmol/批 1.5 kL / kg/批 8219.6 735.0 8954.6

7.4.7 油水分离器 2

(1)油水分离 ①乙腈与水等摩尔,设定两者和体积为 1.5kL。 乙腈 m=ρ*V=0.49 g/mol*0.75kL/批=367.5 kg/批 水 m=ρ*V=1 g/mol*0.75 kL/批=750 kg/批 ②由 10%的碳酸钠(反应物质量占比)计算得:174.9 kg/批 /(106 g/mol)=1.65 kmol/批 ③目标中间体 d(由上步):~456.8 kg 批
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进料 油水分离器 1 进料 组分 乙腈 水 碳酸钠 目标中间体 d 合计 kmol/批 0.75kL 0.75kL 1.65 2.44 / kg/批 367.5 750.0 174.9 456.8 1686.1

出料~油层 油水分离器 1 出料油层 组分 目标中间体 d kmol/批 2.44 kg/批 456.8

因为乙腈与水混溶,所以油层中的乙腈可视为无。 出料~水层 油水分离器 1 出料水层 组分 乙腈 水 碳酸钠 合计 kmol/批 0.75kL 0.75kL 1.65 / kg/批 367.5 750.0 174.9 1292.4

水洗油层 干燥剂无水硫酸镁需量(质量占比约 5%,M=120.4 g/mol): 水洗进料 组分 水 目标中间体 d 无水硫酸镁 kmol/批 200L 2.44 0.3 kg/批 200 456.8 32.84
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合计

-

689.64

水洗出料液体 组分 目标中间体 d kmol/批 2.44 kg/批 456.8

水洗出料固体 组分 硫酸镁水合物 kmol/批 kg/批 232.84

7.4.8 氢化反应釜 进料时,通入氢气量未知,催化剂设定摩尔量为目标中间体的 0.03 eq,助溶剂甲醇设定所需 200L。 ①Pd: 2.44*0.03 kmol/批=0.073 kmol/批 ②甲醇:m=ρ*V= 0.79 g/cm3*200L/批= 158 kg/批 ③目标中间体 d: 456.8 kg/批

出料时, 按预计所需氨力农产量为 2.403 kmol/批,其余假定为反应残留液。 ①产物氨力农: 2.4 kmol/批*187.2 g/mol =449.3 kg/批 ②甲醇:同上,158 kg/批 ③废液:622.2-449.3-158=14.9 kg/批

氢化反应釜进料 组分 Pd 甲醇 目标中间体 d 合计 氢气氛围 kmol/批 0.07 200L 2.44 kg/批 7.4 158 456.8 622.2 -

氢化反应釜出料 组分 kmol/批 kg/批
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Pd 与废液 助溶剂甲醇 氨力农 合计

200L 2.4 -

14.9 158 449.3 622.2

7.5 产物的精制 7.5.1 离心机 2

进料 组分 Pd 与废液 助溶剂甲醇 氨力农 合计 出料 固体 组分 Pd 与废液 出料 液体 组分 废液 助溶剂甲醇 氨力农 合计 kmol/批 200L 2.4 kg/批 7.5 158 449.3 622.2 kmol/批 0.07 kg/批 7.4 kmol/批 200L 2.4 kg/批 14.9 158 449.3 622.2

7.5.2 蒸馏釜 4

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蒸馏完的目标产物氨力农用储存罐保存

蒸馏釜 4 进料 组分 废液 助溶剂甲醇 氨力农 合计 kmol/批 200L 2.4 kg/批 14.9 158 449.3 622.2

蒸馏釜 4 出料 组分 废液 助溶剂甲醇 合计 kmol/批 200L kg/批 14.9 158 172.9

八、设备体积初步计算[9] 8.1 反应釜体积计算与选型
8.1.1 搅拌反应釜 1 所含组分:2-羟基-3 硝基吡啶 832.2 kg/批,氯甲酸卞酯 1218.0 kg/批,碳酸钠 850.0 kg/批,THF/H2O 1:1 混合液 4700.0 kg/批 各组分密度:2-羟基-3 硝基吡啶 1.44g/cm3,氯甲酸卞酯 1.22 g/cm3,碳酸钠 2.159 g/cm3,THF/H2O 1:1 混合液 5000L 总 体 积 : V=832.2kg/ 批 ÷ ( 1.44×10^3kg/m3 ) +1218.0kg/ 批 ÷ ( 1.22×10^3kg/ m3 ) +850.0kg/ 批 ÷ (2.159×10^3kg/m3)+5000L =6.97m3/批=6970L/批 取装料系数取为 0.8 则 VT =6970L/批÷0.8=8712 L/批
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故可选择 HG/T 2371-2003, 容积 8000L 搪玻璃开式搅拌容器,开式搅拌,参考质量 G=6280kg,锚式 搅拌器 反应釜型号 HG/T 2371-2003 公称容积 VN(L) 8000 公称直径 (mm) 2000 夹套换热面 积(m3) 18.38 计算容积 VJ(L) 9060 电动机功率 (kw) 11

8.1.2

油水分离器 1

所含组分:氯仿 2000L/批;中间体 a 2050.2 kg/批;废液 5550.0 kg/批 各组分密度:氯仿 1.5 g/ml;中间体 a 1.77g/ml;废液约 1 g/ml 总体积: V=2000L/批+2050.2kg/批÷ (1.77×10^3kg/m3) +5550.0 kg/批÷ (1×10^3kg/m3) =0.870m3/批=870 L/批 取装料系数为 0.8,则 VT =870L/批÷0.8=1007.5 L/批 故可选择 HG/T 2371-2003, 容积 1000L 搪玻璃开式搅拌容器,开式搅拌,参考质量 G=8100kg,锚式搅 拌器 反应釜型号 HG/T 2371-2003 公称容积 VN(L) 10000 公称直径 (mm) 2200 夹套换热面 积(m3) 21.35 计算容积 VJ(L) 11674 电动机功率 (kw) 11

8.1.3 搅拌反应釜 2 所含组分:2-羟基-3 硝基吡啶 832.2 kg/批,氯甲酸卞酯 1218.0 kg/批,碳酸钠 850.0 kg/批,THF/H2O 1:1 混合液 4700.0 kg/批 各组分密度:2-羟基-3 硝基吡啶 1.44g/cm3,氯甲酸卞酯 1.22 g/cm3,碳酸钠 2.159 g/cm3,THF/H2O 1:1 混合液 5000L 总 体 积 : V=832.2kg/ 批 ÷ ( 1.44×10^3kg/m3 ) +1218.0kg/ 批 ÷ ( 1.22×10^3kg/ m3 ) +850.0kg/ 批 ÷ (2.159×10^3kg/m3)+5000L =6.97m3/批=6970L/批 取装料系数取为 0.8 则 VT =6970L/批÷0.8=8712 L/批 故可选择 HG/T 2371-2003, 容积 10000L 搪玻璃开式搅拌容器,开式搅拌,参考质量 G=8100kg,锚 式搅拌器
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反应釜型号 HG/T 2371-2003

公称容积 VN(L) 8000

公称直径 (mm) 2000

夹套换热面 积(m3) 18.38

计算容积 VJ(L) 9060

电动机功率 (kw) 11

8.1.4 蒸馏釜 1 所含组分:氯仿 2000L/批,二氯甲烷 2000L/批,废液 1739.7kg/批(预估密度约 1.2g/ml),中间体 a 1914.6kg/批 (密度 1.771.2g/ml) 总体积: V=1739.7kg/批÷ (1.2×10^3kg/m3) +4000L+1914.6kg/批÷ (1.77×10^3kg/m3) =5.45 m3/批=5450L/ 批 取装料系数为 0.8 则 VT =5450L/批÷0.8=6812L/批 故可选择容积为 8000L 的搪玻璃蒸馏釜,型号标记:K-6300 HG/T 3126-1998 反应釜型号 K-8000 HG/T3126—1998 公称容积 VN(L) 6300 公称直径(mm) 1750 计算容积 VJ(L) 6866

8.1.5 搅拌反应釜 3 所含组分:中间体 a 1914.6kg/批(密度 1.77 g/cm3),碘甲烷 7338.8kg/批(密度 2.28 g/cm3),碳 酸银 1924.4kg/批(密度 6.08 g/cm3),氯仿 4000L/批 总 体 积 : V=1914.6kg/ 批 ÷ ( 1.77×10^3kg/m3 ) +7338.8kg/ 批 ÷ ( 2.28×10^3kg/ m3 ) +1924.4kg/ 批 ÷ (6.08×10^3kg/m3)+4000L =8.616m3/批=8616 L/批 取装料系数取为 0.8 则 VT =8616 L/批÷0.8=10770L/批 故可选择 HG/T 2371-2003, 容积 10000L 搪玻璃开式搅拌容器,开式搅拌,参考质量 G=8100kg,锚 式搅拌器 反应釜型号 HG/T 2371-2003 公称容积 VN(L) 10000 公称直径 (mm) 2200 夹套换热面 积(m3) 21.35 计算容积 VJ(L) 11674 电动机功率 (kw) 11

36

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8.1.6 蒸馏釜 2 所含组分:溶剂氯仿 4000 L/批,中间体 b 混合液 9253 kg/批(密度约 2 kg/ml) 总体积:V=9253 kg/批÷(2 ×10^3kg/m3)+4000L=0.8626 m3/批=8626L/批 取装料系数为 0.8 则 VT =8626 L/批÷0.8=10782 L/批 故可选择容积为 500L 的搪玻璃蒸馏釜,型号标记:K-10000 HG/T 3126-1998 反应釜型号 K-10000 HG/T3126—1998 公称容积 VN(L) 10000 公称直径(mm) 2200 计算容积 VJ(L) 11674

8.1.7 搅拌反应釜 4 所含组分: 目标中间体 b 1700 kg/批(密度预估 2 g/ml),AcOK 1324.89 kg/批(1.57 g/ml),双联 (2-甲基-2, 4-戊二醇)硼酸酯 1199.9 kg/批(0.97 g/ml),Pd 催化剂 94.8 kg/批(估计密度 12 g/ml), 4-溴吡啶 959.85 kg/批(1.57 g/ml),1,4-二氧己环 4000L kg/批 总 体 积 : V=1700kg/ 批 ÷ ( 2 ×10^3kg/m3 ) + 1324.89kg/ 批 ÷ ( 1.57×10^3kg/ m3 ) +1199.9 kg/ 批 ÷ (0.97×10^3kg/m3)+4000L+959.85 kg/批÷(2 ×10^3kg/m3)=8.616m3/批=7410 L/批 取装料系数取为 0.8 则 VT =7410 L/批÷0.8=9263 L/批 故可选择 HG/T 2371-2003, 容积 8000L 搪玻璃开式搅拌容器,开式搅拌,参考质量 G=8100kg,锚式 搅拌器 反应釜型号 HG/T 2371-2003 公称容积 VN(L) 8000 公称直径 (mm) 2000 夹套换热面 积(m3,) 18.38 计算容积 VJ(L) 9060 电动机功率 (kw) 11

8.1.8 蒸馏釜 3 所含组分: 目标中间体 c 1000 kg/批 (密度预估 1.5 g/ml) , Pd 催化剂 94.8 kg/批 (估计密度 12 g/ml) , 溶剂 1,4-二氧己环 4000L/批,废液 4184.6 kg/批(密度预估 1.5 g/ml )

总体积: V=1000kg/ 批 ÷ ( 1.5 ×10^3kg/m3 ) +94.8 kg/ 批 ÷ ( 12×10^3kg/m3 ) +4000L+4184.6 kg/ 批 ÷ (1.5×10^3kg/m3)=0.7519 m3/批=7519 L/批 取装料系数为 0.8 则 VT =8626 L/批÷0.8=9399 L/批 故可选择容积为 8000L 的搪玻璃蒸馏釜,型号标记:K-8000 HG/T 3126-1998
37

浙江工业大学课程设计说明书

反应釜型号 K-8000 HG/T3126—1998

公称容积 VN(L) 6300

公称直径(mm) 1750

计算容积 VJ(L) 6866

8.1.9 搅拌反应釜 5 所含组分: 目标中间体 c 1000 kg/批(密度预估 1.5 g/ml),TMS-Cl 547.5 kg/批(密度 0.857 g/ml), NaI 1888.6 kg/批(3.66 g/ml), 乙腈 1500L/批 总 体 积 : V=1000kg/ 批 ÷ ( 2 ×10^3kg/m3 ) + 547.5kg/ 批 ÷ ( 0.857×10^3kg/ m3 ) +1888.6 kg/ 批 ÷ (3.66×10^3kg/m3)+4000L=8.616m3/批=5641 L/批 取装料系数取为 0.8 则 VT =5641 L/批÷0.8=7051 L/批 故可选择 HG/T 2371-2003, 容积 8000L 搪玻璃开式搅拌容器,开式搅拌,参考质量 G=8100kg,锚式 搅拌器 反应釜型号 HG/T 2371-2003 公称容积 VN(L) 6300 公称直径 (mm) 1750 夹套换热面 积(m3,) 19.89 计算容积 VJ(L) 6866 电动机功率 (kw) 7.5

8.1.10 离心机 1 所含组分:目标中间体 d 456.8 kg/批(密度预估 1.5 g/ml),废液 8219.6 kg/批(密度预估 1.5 g/ml), 乙腈 735 kg/批(1500L)。 投料量:m=456.8 kg/批+8219.6 kg/批+735 kg/批=9411.4 kg/批 其中固体物料:456.8 kg/批 故可选 SS 2000 三足式上步卸料离心机, 最大装料量 600kg, 选取防爆式电动机, 电动机功率 37kW, 重 量 5000kg,转鼓材料为不锈钢。

8.1.11

油水分离器 2

所含组分: 乙腈 750L/批 (0.79g/ml) ; 水 750L/批, 中间体 d 456.8 kg/批 (密度约 1.27) ; 碳酸钠 174.9 kg/批(2.53g/ml) 总体积:V=1500L/批+456.8kg/批÷(1.27×10^3kg/m3)+174.9 kg/批÷(2.53×10^3kg/m3)=1.928 m3/批 =1928 L/批
38

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取装料系数为 0.8,则 VT =1928L/批÷0.8=2410 L/批 故可选择 HG/T 2371-2003, 容积 1000L 搪玻璃开式搅拌容器,开式搅拌,参考质量 G=8100kg,锚式搅 拌器 反应釜型号 HG/T 2371-2003 公称容积 VN(L) 2500 公称直径 (mm) 1600 夹套换热面 积(m3) 8.68 计算容积 VJ(L) 3385 电动机功率 (kw) 4

8.1.12 氢化反应釜 1 所含组分:Pd 7.4kg/批(12 g/ml),中间体 d 456.8 kg/批(密度约 1.27 g/ml);甲醇 158 kg/批(0.79 g/ml) 总体积: V=7.4 kg/批÷ (12×10^3kg/m3) +158 kg/批÷ (0.79×10^3kg/m3) +456.8 kg/批÷ (1.27×10^3kg/m3) =0.56 m3/批=560 L/批 取装料系数为 0.8,则 VT =560 L/批÷0.8=700 L/批 故可选择 HG/T 2371-2003, 容积 800L 搪玻璃开式搅拌容器,开式搅拌,参考质量 G=8100kg,锚式搅 拌器 反应釜型号 HG/T 2371-2003 公称容积 VN(L) 800 公称直径 (mm) 1000 夹套换热面 积(m3) 3.7 计算容积 VJ(L) 878 电动机功率 (kw) 2.2

8.1.13 离心机 2 所含组分:液体【氨力农 449.3kg/批(密度 1.27g/ml),溶剂甲醇 158 kg/批(密度 0.79g/ml)及废 液 7.5 kg/批】,固体催化剂 Pd 7.4 kg/mol. 投料量:m=449.3kg/批+158kg/批+14.9kg/批=622.2kg/批 故可选 SXZ 1200—N 三足式下部自动卸料离心机,最大装料量 900 kg,选取防爆式电动机,电动机功 率 22kW,重量 4400kg,转鼓材料为不锈钢。

8.1.14 蒸馏釜 4 所含组分:目标产物氨力农 449.3 kg/批(密度 1.27 g/ml),溶剂甲醇 158 kg/批(密度 0.79g/ml) 及废液 7.5 kg/批(密度约 1 g/ml)
39

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总体积: V=449.3kg/批÷ (1.27 ×10^3kg/m3) +158 kg/批÷ (0.79×10^3kg/m3) +7.5 kg/批÷ (1×10^3kg/m3) =0.561 m3/批=561 L/批 取装料系数为 0.8 则 VT =561 L/批÷0.8=701 L/批 故可选择容积为 800L 的搪玻璃蒸馏釜,型号标记:K-800 HG/T 3126-1998 反应釜型号 K-800 HG/T3126—1998 公称容积 VN(L) 800 公称直径(mm) 1100 计算容积 VJ(L) 958

8.1.15 回收罐 1 所含组分:二氯甲烷 2000L 取装料系数为 0.8 则 VT =2000L/批÷0.8=2500L/批 故可选择容积为 3000L 搪玻璃开式贮存容器, 型号标记: K3000 HG/T 2373—2004, 参考质量 G=1970kg 反应釜型号 K3000 HG/T2373—2004 公称容积 VN(L) 3000 公称直径(mm) 1450 计算容积 VJ(L) 3336

8.1.16 回收罐 2 所含组分:THF 2500L/批 取装料系数为 0.8 则 VT =2500L/批÷0.8=3215L/批 故可选择容积为 3000L 搪玻璃开式贮存容器, 型号标记: K3000 HG/T 2373—2004, 参考质量 G=1970kg 反应釜型号 K3000HG/T2373—2 004 公称容积 VN(L) 3000 公称直径(mm) 1450 计算容积 VJ(L) 3336

8.1.17 回收罐 3 所含组分:甲醇 200L/批 取装料系数为 0.8 则 VT =200L/批÷0.8=250L/批 故可选择容积为 300L 搪玻璃开式贮存容器, 型号标记:K300 HG/T 2373—2004,参考质量 G=380kg

反应釜型号 K300

公称容积 VN(L) 300

公称直径(mm) 1450
40

计算容积 VJ(L) 363

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HG/T2373—2004

8.1.18 回收罐 4 所含成分:氯仿 4000L 取装料系数为 0.8 则 VT =4000L/批÷0.8=5000L/批 故可选择容积为 4000L 搪玻璃开式贮存容器, 型号标记: K4000 HG/T 2373—2004, 参考质量 G=2560kg 反应釜型号 K4000HG/T2373—2 004 公称容积 VN(L) 公称直径(mm) 4000 1600 计算容积 VJ(L) 4450

8.1.19 回收罐 5 所含成分:乙腈 1500L 取装料系数为 0.8 则 VT =1500L/批÷0.8=1875L/批 故可选择容积为 2000L 搪玻璃开式贮存容器, 型号标记: K2000 HG/T 2373—2004, 参考质量 G=1470kg 反应釜型号 K2000HG/T2373—2 004 公称容积 VN(L) 2000 公称直径(mm) 1300 计算容积 VJ(L) 2219

8.1.20 回收罐 6 所含成分:二氧己烷 4000L 取装料系数为 0.8 则 VT =4000L/批÷0.8=5000L/批 故可选择容积为 2000L 搪玻璃开式贮存容器, 型号标记: K2000 HG/T 2373—2004, 参考质量 G=2560kg 反应釜型号 K4000HG/T2373—2 004 公称容积 VN(L) 4000 公称直径(mm) 1600 计算容积 VJ(L) 4450

8.2 计量罐和储罐体积计算[9] 8.2.1 二氯甲烷计量罐储槽体积

二氯甲烷投料量体积为 V=2000L/批,量大,储罐装料量为一个月 24 天的用量,并取装料系数 φ 为 0.7 则 VR=2000L/批×24/3/0.7=22857L=22.86m3。选用 HG21504.1-1992-12 玻璃钢 25m3 卧式椭圆封头 储罐。
41

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计量罐为一天的量, 取装料系数 φ 为 0.7, VR=2000/3/0.7=952L, 选用 HG/T2373-2004 搪玻璃 1000L 开式储存容器。 公称容积 VN HG21504.1-199212 计量罐 HG/T2373-2004 25 m3 1000L 实际容积 V 25.65m3 1112L 公称直径 D mm 2200 900 1330 H0,mm

名称

型号

储罐

1100

8.2.2

氯仿计量罐和储槽体积

氯仿料量体积为 V=2000 L/批,量大,储罐装料量为一个月 24 天的用量,并取装料系数 φ 为 0.7 则 VR=2000 L/批×8/0.7=22857L=22.86m3。选用 HG21504.1-1992-04 玻璃钢 25m3 卧式椭圆储罐。 计量罐为一天的量, 取装料系数 φ 为 0.7, VR=2000/3/0.7=952L, 选用 HG/T2373-2004 搪玻璃 1000L 开式储存容器。 公称容积 VN HG21504.1-199202 计量罐 HG/T2373-2004 25 m3 1000L 实际容积 V 25.65 m3 1112L 公称直径 D mm 2200 900 1330 H0,mm

名称

型号

储罐

1100

8.2.3 二氧己烷计量罐和储槽体积 氯仿料量体积为 V=2000 L/批,量大,储罐装料量为一个月 24 天的用量,并取装料系数 φ 为 0.7 则 VR=4000 L/批×8/0.7=45714L=45.71m3。选用 HG21504.1-1992-04 玻璃钢 50m3 卧式椭圆储罐。 计量罐为一天的量, 取装料系数 φ 为 0.7,VR=4000/3/0.7=1904L, 选用 HG/T2373-2004 搪玻璃 2000L 开式储存容器。 公称容积 VN HG21504.1-199202 50 m3 实际容积 V 49.72m3 公称直径 D mm 2600 1000 H0,mm

名称

型号

储罐

42

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计量罐

HG/T2373-2004

2000L

2219L

1300

2603

8.2.3 甲醇计量罐和储槽体积 甲醇投料量体积为 V=200L/批,量较小,储罐装料量为一个月 24 天的用量,并取装料系数 φ 为 0.7 则 VR=200/批×8/0.7=2286L=2.29 m3。选用 HG21504.1-1992-04 玻璃钢 3m3 平底平盖储罐。 计量罐为一天的量, 取装料系数 φ 为 0.7, VR=200/0.7=285.7L, 选用 HG/T2373-2004 搪玻璃 200L 开式储存容器。 公称容积 VN HG21504.1-199202 计量罐 HG/T2373-2004 3 m3 300L 实际容积 V 5.09 m3 363L 公称直径 D mm 1800 2256 1661 H0,mm

名称

型号

储罐

700

8.2.4

THF 计量罐和储槽体积

THF 投料量体积为 V=2500L/批,量较小,储罐装料量为一个月 24 天的用量,并取装料系数 φ 为 0.7 则 VR=2500L/批×8/0.7=28571L=28.6 m3。选用 HG21504.1-1992-02 玻璃钢 5m3 卧式椭圆储罐。 计量罐为一天的量,取装料系数 φ 为 0.7,VR=2500/3L/批÷0.7=1190.7L,选用 HG/T2373-2004 搪 玻璃 1500L 开式储存容器。 公称容积 VN HG21504.1-199202 计量罐 HG/T2373-2004 5 m3 1250L 实际容积 V 5.09 m3 1391L 公称直径 D mm 1800 2256 2128 H0,mm

名称

型号

储罐

1200

8.2.6

乙腈计量罐和储槽体积

乙腈投料量体积为 V=1500 L/批,量大,储罐装料量为一个月 24 天的用量,并取装料系数 φ 为 0.7 则 VR=1500L/批×8/0.7=17142L=17.14 m3。选用 HG21504.1-1992-12 玻璃钢 20m3 卧式椭圆封头储罐。 计量罐为一天的量,取装料系数 φ 为 0.7, VR=500/0.7=714.3L,选用 HG/T2373-2004 搪玻璃 800L 开式储存容器。

43

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名称

型号

公称容积 VN

实际容积 V 20.62 m3 884L

公称直径 D mm 2000 500 1956 H0,mm

储罐 计量罐

HG21504.1-199212 HG/T2373-2004

20 m3 800L

700

九、泵的选型[6]
9.1 二氯甲烷 假设泵一批(3 天)的运行时间为 60 min,即 1 h,那么 流量 Q=2000L/d=2000/1000/1m3/h=2 m3/h 选用单级单吸离心泵(下同),泵的规格为: 型号 IS50-32-125 流量 m3/h 3.75 扬程 m 5.4 转速 r/min 1450 效率(%) 43 功率 kw 0.55

假设 u=0.8m/s,那么 d=(4×2/3600/0.8/3.14)0.5m=0.0297m 选用 Φ32×1.2mm 冷拔无缝钢管 9.2 氯仿 假设泵一批(3 天)的运行时间为 60 min,即 1 h,那么 流量 Q=4000L/d=4000/1000/1m3/h=4 m3/h 选用泵的规格为: 型号 IS50-32-125 流量 m3/h 6.3 扬程 m 5 转速 r/min 1450 效率(%) 54 功率 kw 0.55

假设 u=0.8m/s,那么 d=(4×4/3600/0.8/3.14)0.5m=0.042m 选用 Φ45×1.0m 冷拔无缝钢管 9.3 THF 假设泵一批(3 天)的运行时间为 60 min,即 1 h,那么 流量 Q=2500L/d=2500/1000/1m3/h=2.5 m3/h 选用泵的规格为: 型号 流量 m3/h 扬程 m 转速 r/min
44

效率(%)

功率 kw

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IS50-32-125

3.75

5.4

1450

43

0.55

假设 u=0.8m/s,那么 d=(4×2.5/3600/0.8/3.14)0.5m=0.0332m 选用 Φ36×1.2mm 冷拔无缝钢管 9.4 乙腈 假设泵一批(3 天)的运行时间为 60 min,即 1 h,那么 流量 Q=1500L/d=1500/1000/1m3/h=1.5 m3/h 选用泵的规格为: 型号 IS50-32-125 流量 m3/h 3.75 扬程 m 5.4 转速 r/min 1450 效率(%) 43 功率 kw 0.55

假设 u=0.8 m/s,那么 d=(4×1.5/3600/0.8/3.14)0.5m=0.0257 m 选用 Φ27×1.2 mm 冷拔无缝钢管 9.5 二氧己烷 假设泵一批(3 天)的运行时间为 60 min,即 1 h,那么 流量 Q=1500L/d=1500/1000/1m3/h=1.5 m3/h 选用泵的规格为: 型号 IS50-32-125 流量 m3/h 3.75 扬程 m 5.4 转速 r/min 1450 效率(%) 43 功率 kw 0.55

假设 u=0.8 m/s,那么 d=(4×15/3600/0.8/3.14)0.5m=0.0257m 选用 Φ27×1.2 mm 冷拔无缝钢管 9.6 产品出送泵 假设泵一天的运行时间为 6min,即 0.1h,那么 流量 Q=352.4 L/d=352.4/1000/0.1m3/h=3.524m3/h 选用泵的规格为: 型号 IS50-32-125 流量 m3/h 3.75 扬程 m 5.4 转速 r/min 1450 效率(%) 43 功率 kw 0.55

假设 u=0.8m/s,那么 d=(4×3.524/3600/0.8/3.14)0.5m=0.0394 m 选用 Φ40×0.6mm 冷拔无缝钢管 9.8 滤液输送泵 假设此泵一天的运行时间为 60 min,即 1 h,那么 流量 Q=6980 L/d=6980/1000/1m3/h=6.98 m3/h (离心机 1) 选用泵的规格为:
45

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型号 IS50-32-125

流量 m3/h 7.5

扬程 m 4.6

转速 r/min 1450

效率(%) 43

功率 kw 0.55

假设 u=0.8m/s,那么 d=(4×2.1044/3600/0.8/3.14)0.5m=0.055m 选用 Φ56×1.2mm 冷拔无缝钢管 9.9 油层输送泵 假设泵一批(3 天)的运行时间为 36 min,即 0.6 h,那么 流量 Q=1928L/d=1928/1000/0.6m3/h=3.213m3/h 选用泵的规格为: 型号 IS50-32-125 流量 m3/h 7.5 扬程 m 4.6 转速 r/min 1450 效率(%) 43 功率 kw 0.55

假设 u=0.8m/s,那么 d=(4×3.213/3600/0.8/3.14)0.5m=0.0376m 选用 Φ40×1.0mm 冷拔无缝钢管

十、人员配置和车间制度
10.1 人员配置 车间主任 组长 班长 工段长 现场设备员 工艺技术员 质量检测员 巡检员 水电工 操作工 人员总数:70 名 10.2 安全生产制度[10] 为了加强对车间重大危险源的安全管理,维护公司正常的生产经营,保障装置生产安全,员工生 命、财产安全,保护环境,针对本车间实际情况,特制定本车间重大危险源检查管理制度: (1)反应装置区和产品精制区是重大危险源生产场所,岗位操作员工进入现场必须详细检查,严格
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1名 2名 4名 4名 6 名 6 名 6 名 6名 10 名 25 名

浙江工业大学课程设计说明书

按操作规程搞好本岗位的操作; (2)岗位操作人员需取得上岗资格证后才能单独上岗操作; (3)进入生产区域一律严禁吸烟。 (4)生产人员进行除制剂车间以外的所有生产活动一律严禁穿拖鞋。 (5)在生产操作前需按照相关标准操作规程要求,对相应设施、设备等生产条件进行检查,确认完 好、无误后方可进行生产操作。 (6)凡进行生产活动时,生产人员一律要坚守岗位,严禁擅自离岗。如遇特殊情况确需离岗时必须 上报车间负责人,车间负责人在确保现场有符合岗位要求的替岗人员到岗后方可获准离开。 (7)对进入装置的各单位施工人员,岗位操作工和班长予以监督检查其施工作业过程,对于违规行 为当场予以纠正和制止; (8)反应岗位操作工在配制碱液时或取样时必须佩戴应急处理器材和防护用品; (9)发生事故时,按照本岗位应急救援预案组织救援,并立即将情况报安环部,减少事故损失,防 止事故蔓延、扩大,并按事故管理规定对事故责任人进行处罚。

参考文献:
[1] 百度百科 http://baike.baidu.com [2] 陈雪平.一种 2-羟基-3-硝基吡啶的制备方法.中国专利, 103664757 [P].2014-03-26. [3] 刘长令 , 柴宝山 , 李志念 , 等 . 取代嘧啶氨类化合物及其应用 . 中国专利 , 102464622[P]. 2012. 05.23. [4] CHARRIER Jean-Damien, RAMAYA Sharm, DURRANT Steven, et al. EP 1919905B1 [P]. 2011. 02.23. [5] Steven J. Durrant, Joanne L. Pinder, Jean-Damien Charrier, et al. Synthesis of a stable pyridyl boronate and its reaction with aryl and heteroaryl halides [J]. HETEROCYCLES, 2006, 70: 509-517. [6] 何潮洪, 冯霄. 化工原理(上,下册)[M]. 北京:科学出版社, 2007. [7] 中国化工网. www. china.chemnet.com [8] 张珩, 罗晓燕. 制药工程工艺设计[M]. 北京:化学工业出版社, 2005.8. [9] 中国石化集团上海工程有限公司. 化工工艺设计手册第四版[M]. 北京:化学工业出版.2009 [10] 赵临襄.化学制药工艺学[M]. 北京:中国医药科技出版社.2010

附录:
附录一:工艺流程简图
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附录二:设备一览表

附录一:工艺流程简图

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