浅析化学原料药车间设计要点

张垚、徐哲、张瑞超 2023-08-14

结合化学原料药车间的生产特点及设计要点，分析了化学原料药车间的总体布局、平面布局和钢平台布局，归纳总结了化学原料药车间设计时需要注意的问题。

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原料药行业发展背景与现状

近年来，我国制药业发展迅猛，作为全球最大的原料药和医药中间体供应商，我国在国际市场上已占有举足轻重的地位。

2010年，我国医药工业总产值达12 560亿元，同比增长33%以上，并以化学原料药为主。从生产方面来看，我国可生产1 500多种化学原料药，产能达200多万吨，占全球产量的1/5以上。原料药行业一直维持了稳步的增长速度，产量年均增速在10%以上，已经成为我国医药工业的支柱。从出口方面来看，我国医药保健品出口60%以上为原料药。从2002年到2008年，我国原料药出口年均增长率都在24%以上，仅2009年受金融危机的影响，出口额有所下降。在经历了2009年的短暂低迷后，随着国际市场的逐渐恢复及其对中国原料药硬性需求的增长，2010年，我国原料药进出口总额达262.2亿美元，同比增长25.02%，占我国医药进出口总额的43.56%。其中，出口额为203亿美元，同比增长了26.19%；进口额为59.2亿美元，同比增长了21.18%。由此可见，我国原料药行业一直保持着较为优良的发展势头。

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原料药车间的生产特点及设计要点

在原料药车间设计过程中，需要集中设置易燃、易爆的区域，并将该区域与其他区域用防爆墙进行隔离，在该区域内设置良好的通/排风系统及电气报警系统；对于原料药生产车间内的反应釜，不论其反应本身是否需要回流，只要反应需要高温加热或反应时会大量放热的，在设计时都应该考虑设计冷凝回流系统；对于有高压安全隐患的反应釜或气体钢瓶，应采取安全阀超压泄放措施，以满足生产安全要求。此外，还应该考虑原料药合成反应区的GMP要求。例如：在原料药的合成反应区，应该设置相对独立的原辅料（或化工原料）存放区、反应中间体的干燥存放区等，避免物料的交叉污染。

总而言之，化学原料药既是药物，又是化工产品，需同时满足这两者的设计要求。不仅要保证人员和生产安全，降低环境污染风险，还要满足GMP要求，精烘包区域满足相应洁净级别要求，同时减少各区域交叉污染的风险。

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车间工艺布局

3.1

总体布局分析

一般而言，原料药车间的粗品合成区的生产步骤较多，工艺管线较为复杂，使用的有机溶媒种类和使用量较多，工作时间较长；而精制区一般只有一个工艺步骤——重结晶反应，使用的溶剂量较小，工作时间也较短，所以可以设计一个专门用于粗品合成的甲类厂房，并将用于溶剂回收的回收塔、真空泵设置在该甲类厂房中。精制区可以设计在一个丙类厂房的防爆区中，并将配电、制水、制冷、空压、空调等公用工程机房布置其中，通过管廊将管线引入到甲类厂房中，可有效解决公用工程设备的防爆问题，节约采购防爆电机的成本。同时，将丙类厂房的其他区域设计用于中试或原料药下游制剂的生产，充分利用厂房面积，减少原料药运输路线。需要注意的是，两个车间的间距不能少于12 m（建筑等级为二级以上），精制车间防爆区的面积不得超过防火分区的5%。

3.2

平面布局分析

原料药合成车间的布局一般都是车间两侧为辅助区，中间为防爆生产区，通过走廊和钢平台将生产线进行区域划分，一般将真空泵房和干燥区设置在两侧，这主要是因为一般这两个区域相对独立，可方便其他区域在一个相对较为规整的区域内进行布置，也有利于后续的安装施工和运行使用。

精制车间一般分为前处理区和精制区，其中的前处理区应位于两个精制区中间，两个精制区共用一个前处理区，这样便于人员管理，同时减少防爆区的使用面积，减少管路设计的长度，可有效节约人员成本和能耗成本。以右侧精制区为例，物料在前处理区溶解后，经过管路打入到精制区的钢平台上进行重结晶，经结晶、过滤、干燥后，产品经防爆缓冲运至称量区进行称量，产品经包装后通过传递窗运出精制区。设计的两个精制间，可有效实现不同种类产品的错时生产，提高车间的使用效率。

3.3

钢平台布局分析

最上层的钢平台上主要布置计量罐，通过垂直重力将溶剂加入到下层的反应釜中，中间层的钢平台上主要布置反应釜，这些反应釜平行放置。为方便检修，现在一般两个反应釜之间的距离都不应小于0.8 m，考虑到人物流通过方便以及反应釜间可能设置一些小的卫生泵或冷凝器这种情况，在设计时将反应釜横向距离增加至不小于1.5 m，预留出放置小设备的位置；纵向距离增加至2.5 m，以方便人物流通过，保证有足够的人员操作空间。

一般在反应釜容积不超过100 L的情况下，第一层钢平台宜设置为3 m，第二层钢平台设置为6 m的高度可满足要求；若反应釜容积超过500 L，第一层钢平台宜设置在5 m左右高度，在一层钢平台上设置局部钢平台用来保证计量罐出料口与反应釜进料口有至少30 cm高差即可。综上所述，原料药合成车间的厂房高度一般宜设置为9～10 m。

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结语

笔者总结了多年的原料药厂房设计经验，对设计中遇到的主要问题进行了分析，归纳出了以下几个要点：

（1）厂房布局应安全合理，符合GMP要求。原料药生产的安全隐患主要存在于防爆泄爆以及有毒物质的泄漏和扩散，在安全生产前提下，应使厂房各个生产单元的布局满足2010版GMP和《医药工业洁净厂房设计规范》的要求。

由于现有规范较为严格，对甲类车间中生产区的非防爆区与防爆区人员与物料进出的要求限制较高，使得车间的人物流设置非常混乱，因此，可按照本文中所提供的布局思路，将精制区移到丙类厂房，使得该车间只进行物料的合成工艺，生产区全部为防爆区，这种布局方式可较好地满足《建筑设计防火规范》、2010版GMP和《医药工业洁净厂房设计规范》的相关要求。

（2）厂房布局需要考虑安全问题，工艺设备布置同样也需要考虑生产安全性。化学原料药的生产设备很多都是非标设备，首先需要进行物料衡算和工艺流程的确定，得出哪些设备需要高温高压，哪些设备的原辅料、产物或副产物存在有毒物质或腐蚀性物质。然后，在设计时需要对这些设备的选型和材质按照相关要求与设备厂家进行沟通。同时，一些公用工程设备需要做防爆、防腐蚀处理，工艺设计人员应及时与公用工程设计人员及设备厂家人员讨论工艺流程，并确定公用工程设备是否选用防爆或耐酸碱型设备，提高生产安全性。

由于防爆设备较贵，所以在厂区面积足够的情况下，尽可能将不与物料直接接触的设备放置在丙类车间中，可极大地减少设备成本。

（3）合理布置工艺设备和管线。原料药车间由于工艺流程长，且一些工艺设备在一条工艺流程上需要重复使用，所以工艺设备的排布极为重要，合理布置工艺设备能使工艺管线达到方便操作、单独清洁、路线合理且最短的目的。在设计时，需要充分考虑工艺设备的排布问题，通过平行敷设、走直线少拐弯、少交叉的设计原则，使得工艺管线排布最优。

参考文献

[1] 药品生产质量管理规范（2010年修订）：卫生部令第79号[A].

[2] 建筑设计防火规范：GB 50016—2006[S].

[3] 李忠德，郭建华.合成药厂房平立面布局设计[J].2004，25（1）：31-35.