7-制藥反應(yīng)設(shè)備.ppt

1、制藥反應(yīng)設(shè)備,第九章 P96,反應(yīng)、分離、制劑構(gòu)成了藥品生產(chǎn)的主要工藝過(guò)程。,藥廠(chǎng)所用設(shè)備,制藥專(zhuān)用設(shè)備,化工設(shè)備,機(jī)械設(shè)備,原料藥生產(chǎn),藥物制劑生產(chǎn),反應(yīng)器基礎(chǔ),補(bǔ)充內(nèi)容,釜式,流化床,1、按反應(yīng)器結(jié)構(gòu)分,管式,一、反應(yīng)器類(lèi)型,固定床,塔式,2、按相態(tài)分類(lèi),均相反應(yīng)器,液相反應(yīng)器,氣相反應(yīng)器,氣液相反應(yīng)器,非均相反應(yīng)器,氣固反應(yīng)器,液液反應(yīng)器,液固反應(yīng)器,氣液固三相反應(yīng)器,固固反應(yīng)器,反應(yīng)器,2、按操作方式分類(lèi),等溫反應(yīng)器,半連續(xù)式,間歇式,連續(xù)式,非等溫反應(yīng)器,理想反應(yīng)器,4、按流動(dòng)狀況分類(lèi),非理想反應(yīng)器,3、按操作溫度分類(lèi),二、反應(yīng)器操作方式,1、間歇操作,間歇操作的特點(diǎn)：將反應(yīng)所需的原

2、料一次加入反應(yīng)器，達(dá)到規(guī)定的反應(yīng)程度后即卸出全部物料。然后對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行清理，隨后進(jìn)入下一個(gè)操作循環(huán)。,半連續(xù)式,間歇式,連續(xù)式,間歇反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)典型的非穩(wěn)態(tài)過(guò)程。 基本特征：反應(yīng)器內(nèi)物料的組成隨時(shí)間而變化。,間歇操作通常采用釜式反應(yīng)器，且反應(yīng)過(guò)程中既無(wú)物料加入，又無(wú)物料輸出，因此，可視為恒容過(guò)程。,優(yōu)點(diǎn)：間歇反應(yīng)器具有裝置簡(jiǎn)單、操作方便、適應(yīng)性強(qiáng)等，在制藥工業(yè)中應(yīng)用廣泛。,2、連續(xù)操作 連續(xù)操作的特點(diǎn)：將反應(yīng)原料連續(xù)地輸入反應(yīng)器，反應(yīng)物料也從反應(yīng)器連續(xù)流出。 連續(xù)操作多屬于穩(wěn)態(tài)操作此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)任一位置上的反應(yīng)物濃度、溫度、壓力、反應(yīng)速度等參數(shù)均不隨時(shí)間而變化。,優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)操作具有生產(chǎn)能力大、

3、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化等，因此大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)器多采用連續(xù)操作。 缺點(diǎn)：連續(xù)操作適應(yīng)能力較差，系統(tǒng)一旦建成，要改變產(chǎn)品品種往往非常困難，有時(shí)甚至要較大幅度地改變產(chǎn)品的產(chǎn)量也不容易辦到。,一、離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理,3、半連續(xù)操作 原料或產(chǎn)物中有一種或一種以上的為連續(xù)輸入或輸出，而其余的（至少一種）為分批加入或卸出的操作，均屬半連續(xù)操作，相應(yīng)的反應(yīng)器為半連續(xù)反應(yīng)器。原料藥生產(chǎn)中氣液反應(yīng)常常采用半連續(xù)操作。例如，氯氣和對(duì)綠甲苯生產(chǎn)2,4-二氯甲苯。 半連續(xù)反應(yīng)器中的物料組成既隨著時(shí)間而變化，又隨位置而變化。釜式、管式、塔式以及固定床反應(yīng)器等都有采用半連續(xù)方式操作的。,三、反應(yīng)器計(jì)算

4、基本方程式 反應(yīng)器計(jì)算所應(yīng)用的基本方程式主要有反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式、物料衡算式和熱量衡算式。,1、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式 對(duì)于均相反應(yīng)，反應(yīng)速度可用單位時(shí)間、單位體積的反應(yīng)物料中某一組分摩爾數(shù)的變化量來(lái)表示，即,表示生成速度 表示消耗速度,CA組分A的濃度，kmol.m-3 用轉(zhuǎn)化率來(lái)表示反應(yīng)速度： 反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率,對(duì)于等容過(guò)程:,對(duì)于等容過(guò)程：,如反應(yīng)A R為n級(jí)不可逆反應(yīng)，則反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式可寫(xiě)成：,k反應(yīng)速度常數(shù)， n反應(yīng)級(jí)數(shù),若反應(yīng)為氣相，則反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式可以用組分的分壓表示：,kp以反應(yīng)物壓力表示的反應(yīng)速度常數(shù)， pA反應(yīng)體系中反應(yīng)物A的分壓，Pa,R理想氣體常數(shù)，8.314 T體系溫度，K

5、,用不同組分表示化學(xué)反應(yīng)速度時(shí)數(shù)值也不一定相同，如反應(yīng),組分A、B的消耗速度與組分M、N生成速度關(guān)系式,如果反應(yīng)為理想氣體，則kp和k的關(guān)系,2、物料衡算式 在微元時(shí)間 內(nèi)，在微元體積 中，對(duì)反應(yīng)物A進(jìn)行物 料衡算得 A的輸入量A的輸出量A的消耗量A的積累量 反應(yīng)物的消耗量取決于化學(xué)反應(yīng)速度，應(yīng)為 物料衡算式給出了反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物濃度或轉(zhuǎn)化率隨位置或時(shí) 間的變化關(guān)系。,3、熱量衡算式 在微元時(shí)間 內(nèi)對(duì)微元體積 進(jìn)行熱量衡算得 物料帶入的熱量物料帶出的熱量過(guò)程熱效應(yīng)環(huán)境或載 熱體輸入熱量積累熱量 過(guò)程熱效應(yīng)由物理變化熱效應(yīng)和化學(xué)變化熱效應(yīng)組成。當(dāng)物 理變化熱可以忽略時(shí)，上式可寫(xiě)成 物料帶入的熱量物

6、料帶出的熱量化學(xué)變化熱環(huán)境或載 熱體輸入熱量積累熱量 在微元時(shí)間 內(nèi)，在微元體積 中因反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)變 化熱為,熱量衡算式給出了反應(yīng)器內(nèi)溫度隨位置或時(shí)間的變化關(guān)系。,等溫過(guò)程,反應(yīng)器計(jì)算,熱量衡算式,反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式,聯(lián)立求解,物料衡算式,反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式,聯(lián)立求解,物料的流動(dòng)混合狀況直接影響著反應(yīng)器內(nèi)濃度和溫度的分布，聯(lián)立解物料衡算式和熱量衡算式時(shí)，必須知道反應(yīng)器內(nèi)物料的流動(dòng)混合狀況。,物料衡算式,四、理想反應(yīng)器,理想反應(yīng)器指流體的流動(dòng)處于理想狀況的反應(yīng)器。 對(duì)于流體的混合有兩種理想極限，即理想混合和理想置換。,理想混合的特征是物料達(dá)到完全混合，濃度、溫度和反應(yīng)速度處處相等。,理想混合的釜式

7、反應(yīng)器可采用連續(xù)、半連續(xù)或間歇操作方式。,理想置換的特征是在與流動(dòng)方向垂直的截面上，各點(diǎn)的流速和流向完全相同，就像活塞平推一樣，固又稱(chēng)“活塞流”或 “平推流”。,理想反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物和產(chǎn)物的濃度變化情況：,釜式反應(yīng)器及工藝計(jì)算,第一節(jié),1、結(jié)構(gòu),軸封,攪拌裝置,攪拌軸,攪拌器,工藝接管,攪拌罐和攪拌軸之間的動(dòng)密封,罐體,傳熱裝置,傳動(dòng)裝置,攪拌罐,儀表及防爆裝置等,一、釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用,主 要 部 件,攪拌器（也稱(chēng)攪拌槳和葉輪）,閉式,開(kāi)式,軸向流,切向流,流型：攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)，在攪拌器產(chǎn)生一股高速射流推動(dòng)液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，這種循環(huán)流動(dòng)的途經(jīng)稱(chēng)為流型。,基本流型,徑向流,根據(jù)釜

8、蓋和罐體連接方式不同釜式反應(yīng)器分為兩類(lèi),流體的流動(dòng)方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動(dòng)。,徑向流:,流體的流動(dòng)方向平行于攪拌軸。,軸向流：,切向流：,無(wú)擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流速高時(shí)液體表面會(huì)形成漩渦，這種流型稱(chēng)為切向流。,軸向流和徑向流對(duì)混合起主要作用,混合效果差,攪拌器安裝方式,槳式、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)用最廣。,攪拌器按流型分類(lèi),（1）小直徑高轉(zhuǎn)速攪拌器,常見(jiàn)的攪拌器,推進(jìn)式攪拌器,此類(lèi)攪拌器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無(wú)外殼的軸流泵，葉輪直徑一般為釜徑的0.20.5倍，常用轉(zhuǎn)速為100500r.min1。高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器使釜內(nèi)液體產(chǎn)生軸向和切向運(yùn)動(dòng)。液體的軸向分速度可以使液

9、體形成如圖的總體循環(huán)流動(dòng)，起到混合液體的作用；切向分速度使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，形成旋渦，不利于液體的混合且物料為多相體系時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生分層或分離現(xiàn)象。,常用于低粘度液體的傳熱、反應(yīng)以及固液比較小的懸浮、溶解過(guò)程。,渦輪式攪拌器,此類(lèi)攪拌器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)無(wú)泵殼的離心泵，葉輪直徑一般為釜徑的0.20.5倍，常用轉(zhuǎn)速為10500r.min1。高速旋轉(zhuǎn)的攪拌器使釜內(nèi)液體產(chǎn)生徑向和切向運(yùn)動(dòng)，并以很高的絕對(duì)速度沿葉輪半徑方向流出。液體的徑向分速度可以使液體形成如圖的總體循環(huán)流動(dòng)，起到混合液體的作用；切向分速度使釜內(nèi)液體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)，應(yīng)采取措施予以抑制。,與推進(jìn)式比渦輪式不僅產(chǎn)生較大的循環(huán)量，而且對(duì)槳葉外緣附

10、件的液體產(chǎn)生較強(qiáng)的剪切作用。常用于粘度小的液體傳熱、反應(yīng)以及固液懸浮、溶解和氣體分散等過(guò)程。,（2）大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器（用于中高粘度的液體）,槳式攪拌器,槳式攪拌器的旋轉(zhuǎn)直徑一般為釜徑的0.350.8倍，常用轉(zhuǎn)速為1100r.min1。平槳式攪拌器可使液體產(chǎn)生徑向和切向運(yùn)動(dòng)?？捎糜诤?jiǎn)單的固液懸浮、溶解和氣體分散等過(guò)程。即使斜槳式攪拌器，所造成的軸向流動(dòng)范圍也不大，故當(dāng)釜內(nèi)液位較高時(shí)，應(yīng)采用多斜式攪拌器或與螺旋槳配合使用。,（2）大直徑低轉(zhuǎn)速攪拌器（用于中高粘度的液體）,錨式和框式攪拌器,當(dāng)液體粘度更大時(shí)采用這種攪拌器。攪拌器的旋轉(zhuǎn)直徑一般為釜徑的0.90.98倍，常用轉(zhuǎn)速為1100r.min1

11、。此類(lèi)攪拌器一般在層流狀態(tài)下操作，主要使液體產(chǎn)生水平環(huán)向流動(dòng)，基本不產(chǎn)生軸向流動(dòng)，故難以保證軸向混合均勻。但此類(lèi)攪拌器攪拌范圍大，且可根據(jù)需要在槳上增加橫梁和豎梁，以進(jìn)一步增大攪拌范圍，所以一般不會(huì)產(chǎn)生死區(qū)。此外，由于攪拌器與釜內(nèi)壁間隙很小，可防止固體顆粒在釜內(nèi)壁上的沉積現(xiàn)象。,常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應(yīng)等過(guò)程。,螺旋式攪拌器,可以提高軸向混合效果。攪拌器的旋轉(zhuǎn)直徑一般為釜徑的0.90.98倍，常用轉(zhuǎn)速為0.550r.min1。此類(lèi)攪拌器也在層流狀態(tài)下操作，但在螺帶的作用下，液體沿著螺旋面上升或下降形成軸向循環(huán)流動(dòng)，故混合效果比錨式和框式好。,常用于中、高粘度液體的混合、傳熱及反應(yīng)

12、等過(guò)程。,攪拌器選型,攪拌器附件,打旋現(xiàn)象：當(dāng)攪拌器置于容器中心攪拌低粘度液體時(shí)，若葉輪轉(zhuǎn)速足夠高，液體就會(huì)在離心力的作用下涌向釜壁，使釜壁處的液面上升，而中心處的液面下降，結(jié)果形成了一個(gè)大漩渦，這種現(xiàn)象叫打旋。,打旋現(xiàn)象危害：葉輪的轉(zhuǎn)速越大，形成的漩渦就越深，但各層液體之間幾乎不發(fā)生軸向混合，且當(dāng)物料為多相體系時(shí)，還會(huì)發(fā)生分層或分離現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的是，當(dāng)液面下凹至一定深度后，葉輪中心部位將暴露于空氣中，并吸入空氣，使被攪拌液體的表觀(guān)密度和攪拌效率下降。此外，打旋還會(huì)引起功率波動(dòng)和異常作用力，加劇攪拌器的震動(dòng)，甚至無(wú)法工作。,（1）擋板,既能提高液體的湍動(dòng)程度，又能使切向流動(dòng)變?yōu)檩S向和徑向流動(dòng)

13、，制止打旋現(xiàn)象的發(fā)生。從而使攪拌效果顯著提高。,對(duì)于高粘度的液體，應(yīng)使擋板離開(kāi)釜壁并與壁面傾斜。,擋板的安裝方式與液體的粘度有關(guān)。,對(duì)于低粘度液體，可將擋板垂直縱向地安裝在釜內(nèi)壁上，上部伸出液面，下部到達(dá)釜底。,對(duì)于中等粘度液體或固液體系，應(yīng)使擋板離開(kāi)釜壁，以防液體在擋板后形成較大的流動(dòng)死區(qū)或固體在擋板后積聚。,導(dǎo)流筒為一圓筒體，其作用是使槳葉排出的液體在導(dǎo)流筒內(nèi)部和外部形成軸向循環(huán)流動(dòng)。導(dǎo)流筒可限定釜內(nèi)液體的流動(dòng)路線(xiàn)，迫使釜內(nèi)液體通過(guò)導(dǎo)流筒內(nèi)的強(qiáng)烈混合區(qū)，既能提了循環(huán)流量和混合效果，又有助于消除短路與流動(dòng)死區(qū)。,（2）導(dǎo)流筒,傳動(dòng)裝置及攪拌軸,（1）電機(jī),（2）減速裝置,（3）攪拌軸,兩級(jí)齒

14、輪減速機(jī),三角皮帶減速機(jī),擺線(xiàn)針尺行星減速機(jī),諧波減速機(jī),2、釜式反應(yīng)器特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便；釜內(nèi)設(shè)有攪拌裝置，釜外常設(shè)傳熱夾套，傳質(zhì)和傳熱效率均較高；在攪拌良好的情況下，釜式反應(yīng)器可近似看成理想混合反應(yīng)器，釜內(nèi)濃度、溫度均一，化學(xué)反應(yīng)速度處處相等；釜式反應(yīng)器操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，便于控制和改變反應(yīng)條件，尤其適用于小批量、多品種生產(chǎn)。,二、間歇釜式反應(yīng)器的工藝計(jì)算,間歇操作屬于非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，釜內(nèi)物料的組成、溫度及反應(yīng)速度等均隨時(shí)間而變化。,1、反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算,攪拌良好的間歇釜式反應(yīng)器可視為理想混合反應(yīng)器，其物料衡算具有以下特點(diǎn)： （1）由于反應(yīng)器內(nèi)溫度、濃度均一，不隨位置而變，

15、故可對(duì)整個(gè)反應(yīng)器有效容積（反應(yīng)體積）進(jìn)行物料衡算； （2）由于間歇操作，物料衡算式 “A的輸入量A的輸出量A的消耗量A的積累量”中的輸入、輸出量均為零。間歇釜式反應(yīng)器的物料衡算式為,-A的消耗量A的積累量,等容過(guò)程,對(duì)于零級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為,對(duì)于等溫過(guò)程，k為常數(shù)，故,對(duì)于一級(jí)反應(yīng)，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式為,對(duì)于等容過(guò)程，故,類(lèi)似地，將二級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式,代入得,2、反應(yīng)器總?cè)莘e的計(jì)算,釜式反應(yīng)器間歇操作時(shí)，每處理一批物料都需要一定的出料、清洗、加料等輔助操作時(shí)間，故處理一定量物料所需要的有效體積不僅與反應(yīng)時(shí)間有關(guān)，而且與輔助操作時(shí)間有關(guān)。,VR反應(yīng)器的有效容積或反應(yīng)體積，即物料所占有的體

16、積，m3,Vh每小時(shí)所需處理的物料體積，m3.h-1,達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)化率所需要的反應(yīng)時(shí)間，h,輔助操作時(shí)間，h,注：輔助操作時(shí)間一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。為了提高間歇釜式反應(yīng)器的生產(chǎn)能力，應(yīng)設(shè)法減少輔助操作時(shí)間。,決定反應(yīng)器的總?cè)莘eVT，還需考慮裝料系數(shù),裝料系數(shù)一般為0.40.85。對(duì)于不起泡、不沸騰的物料， 可取0.70.85；對(duì)于起泡或沸騰的物料，可取0.40.6。此外裝料系數(shù)的選擇還應(yīng)該考慮攪拌器和換熱器的體積。,3、釜式反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)及單釜容積的確定,對(duì)于給定的生產(chǎn)任務(wù)，在求得所需反應(yīng)器的容積VT后，再根據(jù)工藝要求和反應(yīng)器系列標(biāo)準(zhǔn)，即可確定所需釜式反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)N及單釜容積VTS。生產(chǎn)中有以下幾種可

17、能情況。 （1）已知VTS，求N 這種情況在產(chǎn)品擴(kuò)產(chǎn)或更新時(shí)比較常見(jiàn)。此時(shí)，工廠(chǎng)已有若干臺(tái)反應(yīng)器，需通過(guò)計(jì)算確定擴(kuò)產(chǎn)或更新后所需要的反應(yīng)器臺(tái)數(shù)。 對(duì)于給定的處理量，每天需操作的總批數(shù)為,式中,每天需處理的物料體積，m3.d-1,單臺(tái)反應(yīng)器的有效容積，即裝料容積，m3,每天每臺(tái)反應(yīng)器可操作的批數(shù)為,完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的反應(yīng)器臺(tái)數(shù),若 不是整數(shù)，則應(yīng)圓整成整數(shù)N。這樣反應(yīng)器的實(shí)際生產(chǎn)能力較設(shè)計(jì)要求提高了，其提高程度可用生產(chǎn)能力后備系數(shù) 表示，即,一般情況下， 的值在1.11.15之間較為合適。,（2）已知N，求VTS,先確定了反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)，這種情況在廠(chǎng)房面積受到限制時(shí)比較常見(jiàn)。,（3）N及VTS

18、均為未知 ，求N和VTS 這種情況在新建制藥工程項(xiàng)目中較為常見(jiàn)。計(jì)算時(shí)，可結(jié)合工藝要求及廠(chǎng)房等具體情況，先假設(shè)反應(yīng)器的單釜容積VTS或所需反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)N，然后按上述方法計(jì)算出N或VTS值。由于臺(tái)數(shù)一般不會(huì)很多，因此常先假設(shè)幾個(gè)不同的N值求出相應(yīng)的反應(yīng)釜容積VTS ，然后再根據(jù)工藝要求及廠(chǎng)房等具體情況，確定一組適宜的N和VTS值作為設(shè)計(jì)值。,4、釜式反應(yīng)器主要工藝尺寸的確定,一般情況下，釜式反應(yīng)器的高度H為直徑D的1.2倍左右，釜蓋和釜底均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭高度H1（不含直邊）為直徑D的0.25倍，則釜式反應(yīng)器的圓筒體高度H2（含封頭直邊）為,反應(yīng)器的容積可按下式計(jì)算,工藝計(jì)算求出,之后，

19、檢驗(yàn)裝料系數(shù)是否合適,釜式反應(yīng)器主要工藝尺寸確定后，其壁厚可通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算確定，法蘭、手孔、視鏡等附件可根據(jù)工藝條件從相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中選取。,發(fā)酵設(shè)備,第二節(jié),生化反應(yīng)過(guò)程主要特點(diǎn)： 以可再生的資源為主要原料，過(guò)程中所產(chǎn)生的廢物危害性較小，但是難以控制原料組成，不易保證產(chǎn)品質(zhì)量。 生化反應(yīng)過(guò)程通常在常溫、常壓下進(jìn)行。但是生物催化劑受環(huán)境影響和雜菌污染、易失活、很難長(zhǎng)期使用。 與一般化工產(chǎn)品的生產(chǎn)相比，生產(chǎn)設(shè)備較為簡(jiǎn)單、能耗較低。但某些生化反應(yīng)由于特殊性而使得反應(yīng)基質(zhì)和產(chǎn)物濃度均不能太高，因而反應(yīng)器的生產(chǎn)效率較低。 生化反應(yīng)過(guò)程機(jī)理較為復(fù)雜，難以控制與檢測(cè)；反應(yīng)液中雜質(zhì)含量較多，給分離提純帶來(lái)了一定困

20、難。,制藥工業(yè)主要包含以下兩種生化反應(yīng)： （1）酶催化反應(yīng) 以游離酶或固定化酶為催化劑的反應(yīng)過(guò)程稱(chēng)為酶催化反應(yīng)過(guò)程。生物體中所進(jìn)行的反應(yīng)幾乎都是在酶的催化下進(jìn)行的。 （2）微生物反應(yīng)過(guò)程 即采用活細(xì)胞作催化劑的反應(yīng)過(guò)程。包括一般的微生物發(fā)酵反應(yīng)過(guò)程和固定化細(xì)胞反應(yīng)過(guò)程以及動(dòng)植物細(xì)胞的培養(yǎng)過(guò)程等。,58,下游過(guò)程,生物反應(yīng)過(guò)程(中游過(guò)程),上游過(guò)程,生化反應(yīng)器分類(lèi)： 按使用生物催化劑不同分為酶催化反應(yīng)器和細(xì)胞生化反應(yīng)器。 按操作方式分間歇式、連續(xù)式和半間歇式。 按反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特征分釜式、管式、塔式、膜式等。,原料的預(yù)處理,菌種制備和擴(kuò)大培養(yǎng),無(wú)菌空氣,培養(yǎng)基配制,滅菌,發(fā)酵,產(chǎn)品分離純化,微生物制

21、藥過(guò)程,發(fā)酵罐：通常把深層培養(yǎng)微生物的反應(yīng)器稱(chēng)為發(fā)酵罐。,發(fā)酵罐設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足如下要求： 結(jié)構(gòu)可靠。 有良好的氣液接觸和液固混合性能，以便有效進(jìn)行物質(zhì)傳遞及空氣溶入。 在保證發(fā)酵要求的前提下，盡量減少機(jī)械攪拌和通氣所消耗的動(dòng)力。 有良好的傳熱性能，以適應(yīng)發(fā)酵在最適宜溫度和滅菌操作條件下進(jìn)行。 減少泡沫的產(chǎn)生，設(shè)置有效的消泡沫裝置，以提高發(fā)酵的裝料系數(shù)。 附有必要和可靠的檢測(cè)及控制儀表。,發(fā)酵罐按照攪拌和通氣的能量輸入方式分,機(jī)械攪拌式,外部液體循環(huán)式,空氣噴射提升式,由于大多數(shù)微生物都需要氧，因此發(fā)酵罐通常采用通氣和攪拌的方法來(lái)增加氧的溶解，以滿(mǎn)足微生物反應(yīng)的需要。既具有機(jī)械攪拌又具有壓縮空氣分布

22、裝置的發(fā)酵罐用途較廣，可稱(chēng)為通用式發(fā)酵罐。,發(fā)酵過(guò)程中生化反應(yīng)和機(jī)械攪拌所產(chǎn)生的熱量必須及時(shí)移除以保證發(fā)酵在恒溫下進(jìn)行。換熱裝置有夾套和蛇管兩種，一般容積小于5m3的發(fā)酵罐采用夾套換熱，而大于5m3的發(fā)酵罐則采用蛇管換熱。,一、機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐,注意：避免使用銅或青銅裝置。,罐體、攪拌裝置、換熱裝置、擋板、消泡器、電動(dòng)機(jī)與變速裝置、壓縮空氣分布裝置等，并在殼體適當(dāng)部位設(shè)置排氣、取樣、放料、接種、酸堿等管道接口以及人孔、視鏡等部件。,（1）罐體,幾何尺寸,罐體材料以不銹鋼或復(fù)合不銹鋼為好，以保證罐內(nèi)培養(yǎng)液清潔和壁面光滑，也可用壓力容器用鋼制作。罐體應(yīng)承受滅菌蒸汽的壓力和溫度。,（2）攪拌裝置,機(jī)

23、械攪拌的作用是為了有利于液體本身的混合及氣液和液固之間的混合，以改善傳質(zhì)和傳熱過(guò)程，特別是有助于氧的溶解。,發(fā)酵罐中廣泛采用圓盤(pán)渦輪式攪拌器。為了提高混合效果，通常在一根攪拌軸上配置2個(gè)或3個(gè)攪拌器，個(gè)別的也有4個(gè)攪拌器。,（3）通氣裝置,發(fā)酵罐將無(wú)菌空氣導(dǎo)入到發(fā)酵液中的裝置，為了防止培養(yǎng)液中固體物料堵塞，空氣分布管通常采用單孔管并且開(kāi)口向下。也可以采用帶小孔的環(huán)狀空氣分布管。,（4）傳熱裝置,發(fā)酵過(guò)程中發(fā)酵液產(chǎn)生的凈熱量稱(chēng)為發(fā)酵熱，發(fā)酵熱隨發(fā)酵時(shí)間而改變，發(fā)酵最旺盛時(shí)，發(fā)酵熱量最大。為了維持一定最適宜培養(yǎng)液溫度，須冷卻導(dǎo)出部分熱量。,（5）機(jī)械消泡裝置,發(fā)酵液中含有蛋白質(zhì)等發(fā)泡物質(zhì)，在強(qiáng)烈的通氣攪拌下會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫易使發(fā)酵液外溢，且造成染菌。消除發(fā)酵液泡沫，除了采用加入消泡劑之外，在泡沫量較小和機(jī)械強(qiáng)度較差時(shí)，還可以采用機(jī)械消泡裝置來(lái)消泡。,二、自吸式發(fā)酵罐,自吸式發(fā)酵罐是一種不需要空氣壓縮機(jī)，而在機(jī)械攪拌過(guò)程中自吸入空氣的生物反應(yīng)器。,自吸式發(fā)酵罐的形式,文丘里管反應(yīng)器,噴射自吸式反應(yīng)器,葉輪和導(dǎo)輪的自吸式發(fā)酵罐,帶有中央吸氣口攪拌器的自吸式發(fā)酵罐,最關(guān)鍵的部件：帶有中央吸氣口攪拌器的。,工作過(guò)程