多功能原料药中试车间的设计理念

2014-04-16陈力强

机电信息 2014年14期

陈力强

（上海中西三维药业有限公司，上海 200331）

0 引言

在我国经济高速发展的大背景下，制药行业的研发力度也在加大投入，各研发机构和制药公司在研发新药的同时，对专利即将到期的仿制药的研发竞争也相当激烈。面对原料药生产的发展趋势，传统单一的中试车间已不能满足需要，设计建造一个可以适合小批量、多品种生产的中试车间成为必然的发展趋势。

多功能中试车间是新产品、新技术的孵化器，是提高药物研发水平、使药物高新技术成果迅速转化为大生产的可靠保证。其目的是通过对生产过程中的工艺进行调整、优化，确保产品质量可控、稳定、可重复，这也是体现生产工艺“QBD（质量源于设计）”的一个重要部分。

1 设计理念

在当前多功能原料药中试车间的设计中，应引入模块化组合生产的理念。在原料药中试车间的组织实施过程中，考虑到小批量、多品种的生产要求，多功能原料药车间需按照不同的生产条件设置不同的独立的功能模块。通过不同功能模块之间的灵活组合、搭配，可以满足不同的品种同时生产，各模块独立、密闭操作，避免交叉污染。这样可以满足研发中试多样化的要求[1]。

2 模块设置

2.1 反应模块

根据原料药中试车间中常涉及的反应，在反应模块中分别考虑：常规反应模块（适合-20～150℃）；无水高温反应模块（适合常温～270℃）；深冷反应模块（适合-100～-40℃）；高压反应模块（适合类似氢化反应等）；特殊（异味、毒性、高腐蚀性）反应模块（适合-20～150℃，有异味或毒性较大的单元反应操作等工艺生产要求）。

2.2 分离模块

分离模块根据需要分别考虑离心和干燥等模块。

2.3 洁净区模块

兼顾部分产品的洁净要求，考虑设置洁净区模块，主要为精制结晶、离心、干燥、粉碎、混合、内包装等洁净工段。

2.4 辅助生产模块

考虑到多品种产品的频繁更换，应选择相应的清洗区和设备暂存区。

2.5“三废”处理模块

生产中产生的“三废”需进行收集或处理，以避免造成环境污染。

3 车间布置

3.1 车间竖向布置

从工艺流程的顺畅性和节能角度考虑，物流竖向流动，车间竖向布置按4层建筑物考虑，第4层布置小反应罐，第3层布置单元反应大罐，第2层布置分离设备、母液槽、精制、干燥、粉碎、混合、包装以及真空系统，第1层为空压、冷冻等公用工程区，室外布置废气处理装置、污水池、应急池等。

3.2 车间平面布置

车间的平面布置以常规反应模块为主，配备相应的特色反应模块，如深冷、高温等反应模块，辅助生产模块共用。同时，高压（氢化）反应模块设置在车间的端头，特殊（异味、毒性）反应模块设置在车间的下风向，洁净生产模块设置在车间的上风向。

3.3 布置要求

对车间的布置要求有：（1）应合理考虑吊装孔位置和安装路线，便于设备更换、检修等；（2）设备洞口均按最大反应釜荷载和开孔设计，便于生产线重组时的设备调整和移位；（3）各反应模块之间相互独立、密闭生产，避免交叉污染，同时合理布置以确保不同功能模块能相邻，方便连通搭配。

4 工艺设备和管道设计

4.1 工艺设备选型

多功能原料药中试车间的设备个数多、种类广，而设备选择的原则以通用性和易清洗为主。特殊反应的物料应考虑密闭状态中的转移，选择全密闭设备[2]。根据工艺流程中主要介质、质量控制和相应工艺要求，在保证设备安全运行的前提下，本着节约原则，合理用材，节省费用，采用成熟可靠的设计结构和制造工艺技术。其次，与物料直接接触的设备内壁，应光滑、平整，表面无凸起、裂缝、凹穴和其他表面缺陷，尽量避免或消除死角。

（1）反应釜：反应釜是每个反应系统的核心设备，以搪玻璃、不锈钢为主，特殊材质根据反应要求配置。每台反应釜均带有搅拌器、电机防爆变频。搅拌釜式反应设备应结构简单，操作条件可控范围较广，适应多样化的生产。

（2）容器：容器的材质以玻璃容器为主，配置适量的不锈钢或搪玻璃等，可以满足不同性质的物料储存要求。

（3）过滤器：过滤器的主要目的是去除或收集过程或产品中的颗粒状物质。过滤器外壳材料采用06Cr19Ni10（304）不锈钢衬HALAR涂层。

（4）换热器：换热设备除了满足工艺换热条件外，还要根据换热介质的性质选择材质，保证设备的耐腐蚀性和防泄漏。

（5）机泵：对于不同的介质，泵的材料选用有所不同，如选用06Cr19Ni10（304）、碳钢、PTFE。根据工艺要求选择机泵，在防爆环境使用的机泵均选择防爆型电机。

4.2 管道设计

管道布置应统筹规划，做到安全可靠、经济合理、整齐，并满足施工、操作、维修等方面的要求。管道布置不应妨碍设备、机泵及其内部构件的安装、检修。

不同反应模块之间设置带快速接头的管道连接，便于不同反应模块的组合。管道连接多采用卡箍，便于更换和拆卸重组。

物料管道以不锈钢为主，部分具有腐蚀性的物流管路可选用衬塑管。

5 自动控制水平

车间生产装置采用集散型控制系统（DCS）实现对过程的集中监视、控制和联锁保护，辅助设施采用单元就地控制的原则，必要的信号引到DCS系统。

（1）设置主控制器，将其布置在DCS控制室。不设置专用的操作室，在生产现场设置远程操作站实现对各自装置的控制操作、监视，远程站的PC和显示器、鼠标、键盘间采用KVM的方式连接；（2）根据相关规范和有毒气体、可燃气体的释放源位置，在相应的区域设置有毒气体检测器、可燃气体探测器，信号引入控制系统集中监视、报警、联锁；（3）联锁保护系统由DCS完成，特别重要的系统还应设置硬线联锁保护措施，以保证生产装置的安全、高效、长周期运行；（4）所有执行机构，如调节阀、开关阀的安全位置需符合工艺安全要求；（5）DCS控制系统应考虑一定的备用I/O接口模块，以适应今后的扩展。

6 净化空调系统

根据使用功能及室内要求不同，洁净空调区域相应地分为防爆与非防爆2个区域，为节约投资费用及运行成本，2个区域合用1台空调机组。（1）为确保安全，防爆区与非防爆区分别设置送风主管，并在防爆区送风主管穿出防爆墙处设置止回阀，防止含有溶媒的气体倒流；（2）防爆洁净区域采用全新风运行，排风风机采用防爆型，集中设置在屋顶指定区域，风机配置中效过滤器，防止气体倒灌；（3）送风设备采用组合式空调机组，布置在独立的空调机房内，风管穿入洁净防爆空调区域处设防火阀及止回阀，空调机组采用非防爆设备；（4）非防爆区域采用循环风，区域回风接入空调机组的二次回风段，可大大减少空气恒温恒湿处理过程中的冷热抵消引起的能量消耗。

洁净D级区域空调系统的新风经初效过滤、冷却后在二次回风段与室内回风混合，再经过蒸汽加热、蒸汽加湿、加压、中效过滤后送入各房间，末端采用高效过滤器，安装于各洁净室洁净空气入口处。为方便系统调节各房间送回风支管，均设置定风量调节阀。