李振宇

    (中石化上海工程有限公司，上海 200120)

    在以往的原料药工艺设计及工程优化中，生产排班、物料衡算、设备选型、公用工程计算等一般采用Excel 软件进行计算。在采用Excel 进行计算时，很多数据无法进行联动，若需要联动，需要编制很复杂的计算表。对于生产排班和公用工程计算，在Excel 中完成更是一项挑战，某些项目为计算公用工程耗量，往往采用每个设备消耗量简单加和后乘以经验的同时使用系数进行计算，并没有精确考虑设备随时间的使用情况即生产排班计划，计算结果与后续实际生产情况往往存在差异。因此在原料药工艺设计及工程优化中，对原料药的工艺流程进行模拟和分析，达到优化生产排班、设备选型、节约能源的目的是非常必要的。

    原料药的生产过程主要采用间歇生产方式，操作工序一般包括反应、浓缩、萃取、过滤、结晶、离心、干燥、粉碎等过程。目前市场上的化工流程模拟软件 如Aspen Plus，Aspen HYSYS，PRO/II，UniSim 等主要用于连续流程模拟，间歇流程模拟的难度较大。Aspen Batch Process Developer(以下简称ABPD)作为Aspen One 系列软件的组件，可用于制药、生物和化工过程的间歇流程模拟，其流程模拟可以覆盖小试、中试、生产等不同规模的全过程：在小试阶段可以快速评估实验室的工艺路线；在中试阶段，可以快速实现工艺过程的放大模拟和经济分析；在生产阶段，可以进行产能分析、排班计划、设备选型和经济评价等[1-4]。但目前国内在原料药工程设计上应用ABPD 的报道较少。本文利用ABPD 流程模拟软件对某原料药项目的工艺生产流程进行模拟和分析，以期为原料药工艺的工程设计提供一定的参考。

    1 项目背景

    某新建的原料药生产线，主要原料为上游的发酵液，经吸附、浓缩、萃取、脱水、浓缩结晶离心、重结晶离心、制粒、干燥、粉碎等工序后，最终得到原料药产品。

    其工艺过程涉及的设备主要有吸附柱、蒸馏釜、萃取釜、冷凝器、容器、过滤器、离心机、干燥机、制粒机、粉碎机和包装机等。工艺过程中涉及的公用工程主要有生产水、纯化水、热水、低温水和冷冻水。

    2 工艺过程的流程模拟

    2.1 定义物料和设备参数

    在采用ABPD 进行流程模拟前，需要对工艺过程中涉及的物料参数进行定义，主要包括原辅料和公用工程的物性参数。ABPD 的物性数据库中有七千多种化合物准确的物性参数[2]。

    本项目中，发酵液为成分复杂的混合物，发酵液在建模时选取水、有效成分和杂质(从糖类、脂类、蛋白质中各选一个化合物作代表)按一定比例组成混合物 ......