摘 要

L-2-氨基丁酰胺盐酸盐是合成左乙拉西坦的中间体，而左乙拉西坦是可以预防癫痫的抗癫痫药物，癫痫是神经系统疾病，发病率高，所以L-2-氨基丁酰胺盐酸盐的生产决定着癫痫的治疗状况。

本设计主要针对L-2-氨基丁酰胺盐酸盐的合成方法、工艺路线、工业生产的流程以及所需的设备进行设计。结合我国的行业发展情况和工业生产需求，设计了L-2-氨基丁酰胺盐酸盐生产工艺流程，通过酯化、真空浓缩、干燥、氨解、真空浓缩、干燥等步骤最终生产出目标产品L-2-氨基丁酰胺盐酸盐，并且产率较高，解决了其在工业生产中纯度低，产率低等不利因素，为大规模生产提供了参考。

本文的特色在于完全以实验室的小试实验数据为基础，通过文献查阅，工艺计算等方法确定了L-2-氨基丁酰胺盐酸盐的工艺路线，设计出了主要设备并对辅助设备进行选型。绘制了带控制点的工艺流程图，主要设备的装配图以及车间布置图。

关键词：抗癫痫；L-2-氨基丁酰胺盐酸盐；工艺设计

Abstract

L-2-aminobutylamide hydrochloride is a synthetic intermediate of l-ethiracetam, and l-ethiracetam is an antiepileptic drug that can prevent epilepsy. Epilepsy is a neurological disease with a high incidence, so the production of L-2-aminobutylamide hydrochloride determines the treatment status of epilepsy.

This design mainly needle L-2-ding amide hydrochloride synthesis method, technological route, industrial production process and equipment needed for the design. According to the industry development and industrial production demand in China, the production process of L-2-aminobutylamine hydrochloride is designed, and the target product L-2-aminobutylamine hydrochloride is finally produced through esterification, vacuum concentration, drying, ammonolysis, vacuum concentration, drying and other steps, with a high yield, which solves the disadvantages such as low purity and low yield in industrial production and provides a reference for large-scale production.

The characteristic of this paper is that based on the experimental data of the laboratory, through literature review, process calculation and other methods, I determined the process route of L-2-aminobutylamide hydrochloride and designed the main equipment and selected the auxiliary equipment. And I drew the process flow chart with control points, assembly drawing of main equipment and workshop layout.

Keywords: Antiepileptic; L-2-aminobutylam ide hydrochloride; Process design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 已知工艺路线 1

1.3 工艺路线选择 2

第2章 物料衡算 3

2.1 总的物料衡算 3

2.2 一工段搅拌反应釜物料衡算 8

2.3 二工段搅拌反应釜物料衡算 9

第3章 热量衡算 11

3.1 物质比热容 11

3.1.1 直接查询物质比热容 11

3.1.2 用基团贡献法估算物质比热容 11

3.1.3 用元素原子比热容估算物质比热容 12

3.2 一工段热量衡算 13

3.2.1 Q₁、Q₄的确定 13

3.2.2 反应热的计算 13

3.3 二工段热量衡算 15

3.3.1 Q₁、Q₄的确定 15

3.3.2 反应热的计算 16

第4章 一工段搅拌釜设计 17

4.1 反应釜几何尺寸确定 17

4.2 夹套几何尺寸确定 18

4.3 反应釜釜体壁厚计算 19

4.3.1 设计压力计算 19

4.3.2 设计温度计算 20

4.3.3 反应釜筒体壁厚计算 21

4.3.4 反应釜封头厚度计算 22

4.4 夹套壁厚计算 22

4.4.1 夹套筒体壁厚计算 22

4.4.2 夹套封头厚度计算 23

4.5 水压试验应力校核 23

4.5.1 反应釜筒体水压试验 23

4.5.2 夹套水压试验 23

4.6反应釜支座设计 24

4.6.1反应釜重量计算 24

4.6.2支座选型 24

4.7 搅拌装置设计 25

4.7.1搅拌器型式及转速 25

4.7.2搅拌器轴功率计算 26

4.7.3搅拌轴的设计 26

4.8传动装置设计 27

4.8.1电机的选型 27

4.8.2减速机的选型 27

4.8.3联轴器的选型 27

4.8.4轴封装置的选型 27

4.8.5凸缘法兰的选型 27

4.8.6安装底盖的选型 28

4.8.7机架的选型 28

4.9接口管选型 29

4.9.1 甲醇进料管 29

4.9.2 二氯亚砜进料管 29

4.9.3 热水进口管 30

4.9.4 热水出口管 30

4.9.5 排气管 30

4.9.6 L-2-氨基丁酸加料口 31

4.9.7 L-2-氨基丁酸甲酯盐酸盐出料口 31

4.9.8 温度计接口管 31

4.9.9 抽真空管 31

4.9.10 手孔 31

4.9.11 视镜 31

4.9.12 容器连接法兰 31

4.10 反应釜设计结果一览表 32

4.10.1 反应釜尺寸设计结果 32

4.10.2 反应釜附属设备选型结果 32

4.10.3 接口管设计结果 33

第5章 二工段搅拌釜设计 34

5.1 反应釜几何尺寸确定 34

5.2 夹套几何尺寸确定 35

5.3 反应釜釜体壁厚计算 36

5.3.1 设计压力计算 36

5.3.2 设计温度计算 37

5.3.3 反应釜筒体壁厚计算 37

5.3.4 反应釜封头厚度计算 39

5.4 夹套壁厚计算 40

5.4.1 夹套筒体壁厚计算 40

5.4.2夹套封头厚度计算 40

5.5水压试验应力校核 40

5.5.1 反应釜筒体水压试验 40

5.5.2 夹套水压试验 41

5.6反应釜支座设计 41

5.6.1反应釜重量计算 41

5.6.2 支座选型 42

5.7 搅拌装置设计 43

5.7.1 搅拌器型式及转速 43

5.7.2 搅拌器轴功率计算 43

5.7.3 搅拌轴的设计 44

5.8 传动装置设计 44

5.8.1 电机的选型 44

5.8.2 减速机的选型 45

5.8.3 联轴器的选型 45

5.8.4 轴封装置的选型 45

5.8.5 凸缘法兰的选型 45

5.8.6 安装底盖的选型 46

5.8.7 机架的选型 46

5.9 接口管选型 46

5.9.1 饱和氨水进料管 46

5.9.2 冷水进口管 47

5.9.3 冷水出口管 47

5.9.4 排气管 47

5.9.5 L-2-氨基丁酸甲酯盐酸盐加料口 48

5.9.6 L-2-氨基丁酰胺盐酸盐出料口 48

5.9.7 温度计接口管 48

5.9.8抽真空管 48

5.9.9 手孔 49

5.9.10视镜 49

5.9.11 容器连接法兰 49

5.10反应釜设计结果一览表 49

5.10.1 反应釜尺寸设计结果 49

5.10.2 反应釜附属设备选型结果 50

5.10.3 接口管设计结果 50

第6章 其他设备选型 51

6.1喷雾干燥器 51

6.2 储罐 53

6.2.1 甲醇储罐 53

6.2.2 二氯亚砜储罐 53

6.2.3 氨水储罐 54

参考文献 55

致谢 57

第1章 绪论

1.1 研究背景

癫痫是一种神经系统疾病，是可以通过药物治疗的，且可控率高达70%，经过长期治疗，也有近一半人可痊愈。根据已有研究表明，世界上大约有5000万癫痫患者，而且每年大约有200万新增癫痫患者。左乙拉西坦是一种最新研发的抗癫痫药物，其相对于其他同类药物，具有更少不良反应，而且耐受性好，同时只有其可以预防癫痫，所以其具有不可替代的作用。而L-2-氨基丁酰胺盐酸盐作为合成左乙拉西坦的中间体，其的生产直接影响着左乙拉西坦的产量，所以一个高效、稳定的L-2-氨基丁酰胺盐酸盐的生产工艺显得尤为重要。

1.2 已知工艺路线

生产L-2-氨基丁酰胺盐酸盐的工艺方法，可将其分类：1.按原料分，其原料主要有2-溴丁酸， 2-溴丁酸乙酯，正丙醛，DL-氨基丁酰胺，L-苏氨酸和L-2-氨基丁酰胺L-酒石酸盐。其中2-溴丁酸、和2-溴丁酸乙酯价格比较贵，成本高；而以正丙醛为原料的工艺，多用到了氰化钠、氰化钾、氢氰酸等剧毒物，操作风险很大。2.按工艺过程分，其中最主要的工艺过程是将原料通过化学反应合成2-氨基丁酰胺，然后通过拆分、成盐得到L-2-氨基丁酰胺盐酸盐；还有通过生物转化的方法制得中间产物，再将中间产物通过化学方应制得目标产物；以及避免拆分过程，直接将原料合成目标产物的。

查阅相关领域的文献和专利，已知的工艺路线繁多，现将一些主要工艺路线列于下文，分析它们的特性，便于选择更优的工艺路线。

CN101130504 A公开了以2-溴丁酸为原料，经过酯化、氨解反应和半量拆分的方法制得L-2-氨基丁酰胺盐酸盐^[1]。但其实际生产过程中得到的混旋的2-氨基丁酰胺粗品含有许多未知杂质，不利于后面的拆分和纯化过程，导致所得产品不纯。

CN101928229 A公开了以正丙醛为原料，经过反应、水解和拆分得到目标产物^[2]。但反应过程中加入了氰化钠，其有剧毒，在操作过程中使用不当会致使工人中毒甚至死亡，而且，反应过程中有大量含有氰化钠的工业废水排出，废水处理成本高且不利于环保。

CN102020584 A公开了以2-溴丁酸为原料，经过酰胺化反应，然后经过进一步反应和拆分制得目标产物^[3]。本方法的优点是收率高、安全性高、操作简单，但2-溴丁酸价格较高。

CN102584622 A公开了以DL-2-氨基丁酰胺粗品为原料，经过拆分、游离和成盐得到目标产物^[4]。本方法产品质量差、收率低。

CN102898324 A公开了2-溴丁酸甲酯为原料，经过氨化、拆分、成盐得到目标产物L-2-氨基丁酰胺盐酸盐^[5]。本方法的优点是生产操作风险小，无空气污染。但原材料2-溴丁酸甲酯价格较高。

CN103045667 A公开了以L-苏氨酸为原料，经过生物转化、酯化和氨解制得目标产物^[6]。本方法的优点是利用生物转化和化学合成相结合，反应条件温和，原材料成本低。但反应时间较长。

CN103193671 A公开了以L-2-氨基丁酰胺L-酒石酸盐为原料，经过溶剂处理和过滤得到目标产物^[7]。

CN103626672 A公开了以正丙醛为原料，经过反应、水解与氢化制得目标产物^[8]。本方法使用的氰化钾有剧毒，在操作过程中使用不当会致使工人中毒甚至死亡，而且，反应过程中有大量含有氰化钾的工业废水排出，废水处理成本高且不利于环保。

1.3 工艺路线选择

以L-2-氨基丁酸为原料，经过酯化和氨解反应制得目标产物，实验室制备流程如下：

（1）酯化反应

将85.3 g L-2-氨基丁酸和380 mL甲醇加入到1000 mL带搅拌的烧瓶中，控制搅拌速率在200~250 rpm，控制温度为4 C缓慢均匀滴加82 mL二氯亚砜,控制滴加时间在3 h左右，滴加完毕后控制反应温度为 20 C，反应15 h后，L-2-氨基丁酸的转化率大于99%，然后减压浓缩除去甲醇，最后烘干得到白色固体（S）-( )-2-氨基丁酸甲酯盐酸盐127.2 g。

（2）氨解反应

将提前制备并预冷到4 C的450 mL饱和氨水和127.2 g酯化反应得到的白色固体加入到1000 mL带搅拌的烧瓶中，控制搅拌转速在200~250 rpm，维持反应温度04 C，反应16 h后，（S）-( )-2-氨基丁酸甲酯盐酸盐的转化率大于99%，然后减压浓缩除去溶剂，真空干燥后得到白色固体（S）-( )-2-氨基丁酰胺盐酸盐94.3 g，收率为82.6%，纯度为99.3%。

第2章 物料衡算

物料衡算是确定化工生产过程中物料比例和物料转变的定量关系的过程，便于确定设备的输入与输出，进而确定设备的尺寸大小 。

物料平衡方程

（式2.1）

式中Fo为输入体系物料质量

D为离开体系物料质量

A为体系内积累的物料质量

B为过程中损失的物料质量

2.1 总的物料衡算

表2.1 物料性质

由于

而过程为间歇过程，故没有累积量，过程物料损失量忽略不计，则

（式2.2）

生产L-2-氨基丁酰胺盐酸盐的总量为

由于酯化反应C₄H₉NO₂ CH₃OH SOCl₂→C₅H₁₂ClNO₂ SO₂ HCl，即消耗1 molL-2-氨基丁酸，就要消耗1 mol甲醇和1 mol二氯亚砜，同时生成1 mol的L-2-氨基丁酸甲酯盐酸、二氧化硫和盐酸。而且酯化反应转化率大于99%，故认为L-2-氨基丁酸完全转化。

而氨解反应C₅H₁₂ClNO₂ NH₃·H₂O→C₄H₁₁ClN₂O CH₃OH H₂O，C₄H₁₁ClN₂O的收率为82%。