制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備

第3章反應(yīng)設(shè)備3.1機械攪拌反應(yīng)器3.2發(fā)酵設(shè)備1制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第1頁3.1機械攪拌反應(yīng)器反應(yīng)設(shè)備定義、應(yīng)用攪拌反應(yīng)器結(jié)構(gòu)攪拌器攪拌器附件2制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第2頁反應(yīng)設(shè)備定義用來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)裝置，通常稱為反應(yīng)器。3制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第3頁反應(yīng)設(shè)備應(yīng)用經(jīng)過對參加反應(yīng)介質(zhì)充分?jǐn)嚢?，使物料混合均勻；強化傳熱效果和相間傳質(zhì)；使氣體在液相中作均勻分散；使固體顆粒在液相中均勻懸??；使不相容另一液相均勻懸浮或充分乳化。4制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第4頁按結(jié)構(gòu)型式分類，可分為：釜式反應(yīng)器管式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器

反應(yīng)設(shè)備類型5制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第5頁◆釜式反應(yīng)器

釜式反應(yīng)器也稱槽式、鍋式反應(yīng)器。參加反應(yīng)物料一次投入，反應(yīng)完成后，產(chǎn)物一次卸出反應(yīng)器。特點：裝置簡單、交換性大，投資低等?！艄苁椒磻?yīng)器

管式反應(yīng)器主要用于氣相、液相、氣—液相連續(xù)反應(yīng)過程。

反應(yīng)設(shè)備類型6制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第6頁管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

7制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第7頁

鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖1—分布格板；2—夾套；3—氣體分布器；4—塔體；5—擋板；6—塔外換熱器；7—液體捕集器；8—擴大段塔式反應(yīng)器8制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第8頁◆固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器是指流體經(jīng)過靜止不動固體物料所形成床層而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)設(shè)備。以氣-固反應(yīng)固定床反應(yīng)器最常見?！袅骰卜磻?yīng)器把反應(yīng)器和在其中呈流態(tài)化固體催化劑顆粒合在一起，成為流化床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器多用于氣-固反應(yīng)過程。

9制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第9頁機械攪拌反應(yīng)器用于溶解、稀釋等各種傳遞過程；化學(xué)反應(yīng)過程。10制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第10頁攪拌反應(yīng)器結(jié)構(gòu)三大部分組成：攪拌裝置軸封攪拌罐傳動裝置攪拌軸攪拌器軸封罐體夾套人孔壓出管11制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第11頁夾套反應(yīng)器罐體尺寸示意

罐體尺寸確定12制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第12頁罐體尺寸確定◆高徑比●確定罐體高徑比考慮原因

＊從降低攪拌功率角度考慮，高徑比可取得大一些。＊從傳熱角度看，希望高徑比可取得大一些；當(dāng)容積一定時，高徑比大、罐體就高，盛料部分表面積大、傳熱面積也就大。＊要考慮物料狀態(tài)，對發(fā)酵類物料，為了使通入罐內(nèi)空氣與發(fā)酵物料充分接觸，高徑比應(yīng)取得大一些。13制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第13頁◆直徑及高度確定

●

裝料系數(shù)

若物料在反應(yīng)過程中產(chǎn)生泡們沫或呈沸騰狀態(tài)，取裝料系數(shù)0.6～0.7；若物料反應(yīng)較平穩(wěn)，則取裝料系數(shù)0.8～0.85?！裰睆郊案叨却_定

1、在初步確定H/Di后，可先忽略封頭容積，近似計算出罐體容積。14制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第14頁

≈

得2、將上式計算結(jié)果圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，再代入下式中克計算出罐體高度V0:物料體積Vk:封頭體積15制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第15頁反應(yīng)釜高徑比液-固相、液－液相1～1.3普通攪拌罐氣－液相1～2發(fā)酵罐類發(fā)酵液1.7～2.5在確定反應(yīng)釜直徑及高度時還應(yīng)依據(jù)反應(yīng)釜操作時所允許裝料程度一裝料16制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第16頁傳熱裝置

◆夾套可拆卸夾套

不可拆卸夾套

17制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第17頁◆蛇管蛇管結(jié)構(gòu)

18制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第18頁工藝接管◆進(jìn)料管

進(jìn)料管結(jié)構(gòu)19制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第19頁◆出料管下部出料管

上部出料管

20制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第20頁攪拌器攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反應(yīng)器關(guān)鍵部件功效是提供過程所需要能量和適宜流動狀態(tài)。21制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第21頁流型攪拌器旋轉(zhuǎn)時把機械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流推進(jìn)液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動這種循環(huán)流動路徑稱為流型。流型影響原因攪拌器形式攪拌容器和內(nèi)構(gòu)件幾何特征流體性質(zhì)攪拌器轉(zhuǎn)速22制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第22頁三種基本流型攪拌機頂插式中心安裝立式圓筒 三種基本流型徑向流軸向流切向流23制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第23頁徑向流流體流動方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動，碰到容器壁面分成兩股流體分別向上、向下流動，再回到葉端，不穿過葉片，形成上、下兩個循環(huán)24制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第24頁軸向流流體流動方向平行于攪拌軸，流體由葉槳推進(jìn)，使流體向下流動，碰到容器底面再翻上，形成上下循環(huán)流。25制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第25頁切向流無擋板容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運動，流速高時液體表面會形成漩渦，這種流型稱為切向流混合效果很差26制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第26頁三種流型同時存在軸向流與徑向流對混合起主要作用切向流應(yīng)加以抑制擋板可減弱切向流,增強軸向流和徑向流27制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第27頁攪拌器在容器內(nèi)安裝方式除中心安裝立式圓筒不一樣方式安裝攪拌機產(chǎn)生流型各不相同28制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第28頁按流體流動形態(tài)軸向流攪拌器徑向流攪拌器混合流攪拌器按攪拌器結(jié)構(gòu)按攪拌用途攪拌器分類29制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第29頁按流體流動形態(tài)分類30制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第30頁慣用攪拌器及流型示意

漿式、推進(jìn)式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計約占攪拌器總數(shù)75％～80％。31制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第31頁按攪拌器結(jié)構(gòu)分類采取平葉和折葉攪拌器槳式渦輪式框式錨式采取螺旋面葉攪拌器推進(jìn)式螺桿式螺帶式32制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第32頁

TY120三窄螺旋葉攪拌器TY130推進(jìn)式攪拌器TY140四寬螺旋葉攪拌器

TY210型平直葉槳式攪拌器TY220斜葉槳式攪拌器TY240雙折葉槳式攪拌器型式33制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第33頁

TY250復(fù)合折葉槳式TY260橢圓葉槳式TY340三菱錐葉開啟渦輪

TY410框式攪拌器特殊框式攪拌器TY520斜葉開啟渦輪TY530平直葉開啟渦輪34制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第34頁

TY610平直葉圓盤渦輪攪拌器TY640弧葉圓盤渦輪TY650箭葉式圓盤渦輪

TY660拋物線圓盤渦輪TY715螺帶螺桿攪拌器襯ＰＥ攪拌器35制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第35頁用于低黏流體攪拌器推進(jìn)式長薄葉螺旋槳式圓盤渦輪式用于高黏流體攪拌器錨式框式螺旋槳式螺帶式按攪拌用途分類36制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第36頁依據(jù)攪拌過程特點和主要控制原因進(jìn)行選型攪拌器選型37制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第37頁擋板導(dǎo)流筒攪拌附件作用改進(jìn)反應(yīng)器內(nèi)流體流動狀態(tài)改變徑向流,提升混合效果保護(hù)攪拌器降低猛烈旋轉(zhuǎn)液體結(jié)合漩渦作用對攪拌軸產(chǎn)生沖擊作用攪拌器附件38制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第38頁安裝4塊擋板，其寬度為容器直徑1/12~1/10。傳熱蛇管可代替擋板（垂直換熱管時可不再安裝擋板）擋板39制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第39頁防止旋渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體湍流程度切向流動變?yōu)檩S向和徑向流動，強化反應(yīng)器內(nèi)液體對流和擴散，改進(jìn)攪拌效果。

攪拌反應(yīng)器擋板結(jié)構(gòu)擋板作用40制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第40頁上下開口圓筒，安裝于容器內(nèi)，在攪拌混合中起導(dǎo)流作導(dǎo)流筒直徑約為容器直徑70%渦輪式或槳式攪拌器，導(dǎo)流筒置于槳葉上方推進(jìn)式攪拌器，導(dǎo)流筒套在槳葉外面導(dǎo)流筒41制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第41頁機械攪拌反應(yīng)器傳動裝置1—電動機；2—減速器；3—聯(lián)軸器；4—機座；5—軸封裝置；6—底座；7—封頭；8—攪拌軸；傳動裝置42制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第42頁3.2發(fā)酵設(shè)備43制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第43頁3.2發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵操作過程發(fā)酵罐設(shè)計要求慣用發(fā)酵罐機械攪拌式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐44制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第44頁什么是發(fā)酵生物化學(xué)中把酵母無氧呼吸過程稱作發(fā)酵微生物生理學(xué)：有機物被生物體氧化降解成氧化產(chǎn)物并釋放能量過程工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物生命活動而實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)均稱為“發(fā)酵”發(fā)酵菌種—微生物，包含細(xì)菌、病毒、真菌以及一些小型原生動物等在內(nèi)一大類生物群體45制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第45頁什么是酵母一個單細(xì)胞真菌,在有氧和無氧環(huán)境下都能生存,屬于兼性厭氧菌有氧氣環(huán)境中，酵母菌將葡萄糖轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳無氧條件下，將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+2ATP(放出能量:118kJ/mol)釀酒過程中，乙醇被保留下來烤面包或蒸饅頭過程中，二氧化碳將面團(tuán)發(fā)起，而酒精則揮發(fā)46制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第46頁發(fā)酵罐操作和設(shè)計要求氣-液接觸濃度在線檢測混合傳熱泡沫控制營養(yǎng)物或控制pH用試劑加入結(jié)構(gòu)可靠良好氣液接觸和液固混合性能降低機械攪拌和通氣所消耗動力良好傳熱性能設(shè)置有效消泡沫裝置必要和可靠監(jiān)測及控制儀表47制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第47頁間歇發(fā)酵罐48制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第48頁發(fā)酵罐設(shè)計要求49制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第49頁發(fā)酵罐型式按攪拌和通氣能量輸入方式可分為機械攪拌式外部液體循環(huán)式空氣噴射提升式50制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第50頁機械攪拌式51制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第51頁外部液體循環(huán)式52制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第52頁空氣噴射提升式53制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第53頁慣用發(fā)酵罐機械攪拌式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐54制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第54頁機械攪拌式發(fā)酵罐機械攪拌壓縮空氣通氣裝置55制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第55頁機械攪拌式發(fā)酵罐主要組成部件罐體-1攪拌裝置-2傳熱裝置-4通氣裝置-7傳動機構(gòu)-656制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第56頁罐體組成

圓筒形筒身上下兩個橢圓形封頭幾何尺寸百分比H/D=1.7~3；d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12；B/D=0.8~1s/d=1.5~2.5(2);s/d=1~2(3)發(fā)酵罐公稱容積V0為筒身部分容積Vc和底封頭容積Vb之和，即V0=Vc+Vb實際裝料量

V=η0V0;η0是裝料系數(shù)，0.7~0.8V=（0.7~0.8）V057制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第57頁罐體接管和接口

冷卻水、給排氣、取樣、放料、接種、消泡劑、酸、堿等工藝接管視鏡、儀表等接口材料

不銹鋼鋼板或復(fù)合不銹鋼板以確保罐內(nèi)培養(yǎng)液清潔和壁面光滑壓力容器用鋼強度

能承受滅菌蒸汽壓力和溫度58制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第58頁攪拌裝置采取圓盤渦輪式攪拌器配置2-3個攪拌器有利于液體本身混合及氣液和液固之間混合改進(jìn)傳質(zhì)和傳熱有利于氧溶解59制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第59頁通氣裝置將無菌空氣導(dǎo)入罐內(nèi)裝置單孔管單孔管出口位置正下方開口向下60制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第60頁傳熱裝置發(fā)酵過程中發(fā)酵液產(chǎn)生熱量最適宜培養(yǎng)溫度冷卻水導(dǎo)出部分熱量發(fā)酵罐傳熱裝置有夾套和蛇管61制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第61頁機械消末裝置發(fā)酵過程中，因為發(fā)酵液中含有大量蛋白質(zhì)等發(fā)泡物質(zhì)，在強烈通氣攪拌下將產(chǎn)生大量泡沫消除發(fā)酵液泡沫消泡劑(天然油脂、聚醚類、硅類、高碳醇)機械消泡裝置62制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第62頁耙式消泡槳消泡槳安裝于攪拌軸上，與軸同轉(zhuǎn)，齒面略高于液面，消泡槳直徑約為罐徑0.8~0.9當(dāng)少許泡沫上升時，假如泡沫機械強度較小，耙齒可把泡沫打壞。63制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第63頁封閉式渦輪消泡槳尺寸消沫器直徑約為罐徑1/2安裝渦輪消沫器直接安裝于攪拌軸上，因為攪拌軸轉(zhuǎn)速太低效果不佳下伸軸發(fā)酵罐，罐頂安裝，渦輪軸高速旋轉(zhuǎn)工作過程泡沫直接被渦輪打壞，或被渦輪拋出撞擊到罐壁而破碎64制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第64頁自吸式發(fā)酵罐不需空氣壓縮機自吸入空氣生物反應(yīng)器65制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第65頁自吸式發(fā)酵罐形式形式葉輪和導(dǎo)輪自吸入式發(fā)酵罐噴射自吸式反應(yīng)器文丘里管反應(yīng)器共同特點:利用特殊轉(zhuǎn)子或噴射器或文丘里管所形成負(fù)壓，將空氣從外界吸入66制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第66頁文氏管原理文氏管原理把氣流由粗變細(xì)，以加緊氣體流速，使氣體在文氏管出口后側(cè)形成一個“真空”區(qū)。當(dāng)這個真空區(qū)靠近工件時會對工件產(chǎn)生一定吸附作用67制藥設(shè)備與工藝設(shè)計反應(yīng)設(shè)備第67頁自吸式發(fā)酵罐優(yōu)點節(jié)約了空氣凈化系統(tǒng)中空氣壓縮機、冷卻器、油水分離器、空氣貯罐等設(shè)備，降低占地面積可降低發(fā)酵設(shè)備投資約30%左右發(fā)酵總動力消耗比通用式低68