制药反应工程基础

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1、姚日生、王淮、邓胜松制药工程原理与设备PrincipleandEquipmentofPharmaceuticalEngineering国家级精品课程第二章制药反应工程基础与设备本章重点在于让学生掌握理想反应器计算的基本原理和设计方法，难点是搅拌器功率的计算和生化反应器的放大设计。教学内容教学提示化学以及生物反应动力学、理想反应器的流体流动模型、非牛顿流体流变特性，化学与生物反应设备的结构与性能，搅拌釜式反应器以及发酵罐的反应体积计算与操作方式的关系，搅拌器功率的计算；生化反应器的放大设计第二章制药反应工程基础反应器的功能结构物料衡算式热量衡算式化学以及生物反应动力学流体流

2、动与混合非牛顿流体的流变特性搅拌的功能作用与结构基于微元分析和无因次分析的搅拌轴功率计算式设备放大设计本章理论知识涉及介绍学习熟悉设备放大设计工作程序，掌握结合生产任务和工程工艺技术分析、开展设备的放大设计方法。反应器大小的计算设备选型搅拌轴功率大小计算搅拌结构选型1.1化学以及生物反应动力学1.2非牛顿流体的流变特性1.3流体流动与混合第二章制药反应工程基础与设备第一节反应工程基础（背景知识）1.1化学以及生物反应动力学第二章制药反应工程基础与设备第一节反应工程基础（背景知识）反应速率：单位时间、单位反应区中物质量的变化（反应量或产物的生成量）。反应体积：固相、液相或催

3、化剂的堆体积反应表面积：气固相催化反应中催化剂的内表面积或非均相反应中的相界面积反应系统的质量：固体或催化剂的质量反应区1.1.1反应速率[1]化学反应动力学研究（排除传递过程影响的）化学反应速率的快慢和反应进行的方式，讨论反应本身的速率变化规律和反应机理。生物反应动力学还要基于影响反应的生物量进行研究，生物量在发酵过程中是变化的。因此，比化学反应动力学要复杂。[1]罗康碧、罗明河、李沪萍编著反应工程原理，北京，科学出版社，2005年版（2-1）第二章制药反应工程基础与设备第一节反应工程基础（背景知识）化学以及生物反应动力学1.1.1反应速率(1)间歇过程反应期间没有物料

4、进出反应速率以单位时间内单位反应体积中组分i的物质量的变化量来表示：riV组分i的单位体积反应速率，kmol/(m3·h)或mol/(L·s)V反应体积，m3或Lni组分i的瞬间量，kmol或molt反应时间，h或s（2-2）对间歇均相恒容反应有对间歇多相反应体系，反应仅在相界面上发生，有对间歇流固相反应体系，反应区可用单位质量固体（催化剂）表示，有（2-3.1）（2-3.2）（2-3.3）第二章制药反应工程基础与设备第一节反应工程基础（背景知识）化学以及生物反应动力学1.1.1反应速率（2）连续过程反应期间物料同时连续进出，稳态下物料在反应器内没有积累，反应体系中某一微

5、元内的温度、浓度等参数不随时间而变。反应速率以单位反应体积中（或单位反应面积及单位质量固体或催化剂上）某一反应组分的摩尔流量的变化来表示：(2-4.2)(2-4.1)(2-4.3)式中，Fi-组分i的摩尔流量，mol/s或mol/h；VR-反应体积，m3与间歇过程的反应时间不同，在连续过程引入空间时间（停留时间、接触时间）概念：τ＝Fi/Q0Q0–进入反应器原料混和物的体积，m3/s(2-5)第二章制药反应工程基础与设备第一节反应工程基础（背景知识）依化学计量式（2-6），可用不同组分表示反应速率(其中的ai是A、B或S、R的计量系数)（2-6）化学计量方程仅表示由于反应

6、而引起的各个参与反应的物质之间量的变化关系，方程本身与反应的实际历程无关，同时规定各计量数之间不应含有除1以外的任何公因子。实际反应投料比经常不是按计量式确定的！这样会改变物料的浓度，会影响反应速度，有时会改变反应的选择性。化学以及生物反应动力学1.1.2化学反应速率方程第二章制药反应工程基础与设备第一节反应工程基础（背景知识）化学以及生物反应动力学1.1.2化学反应速率方程速率常数：（2-7）（2-8）对于不可逆的基元反应，化学反应速率与浓度等参数之间的关系或浓度等参数与时间关系-化学反应的速率方程（rateequation）可直接由质量作用定律表示：事实上，绝大多数反

7、应都是非基元反应，式（2-7）可表示为：式（2-8）中的产物级数是负值。同时，非基元反应可分解为若干个基元反应，由反应机理导出该反应的速率方程。关于可逆反应、自催化反应以及平行反应、连串反应和并列反应等的反应速率方程式形式可参见有关化学反应工程教科书或专著。1.朱炳辰，化学反应工程，北京，化学工业出版社，20012.OLevenspiel.ChemicalReactionEngineering.ThirdEdition.JohnWiley&Sons,Inc,化学工业出版社，2002，影印版第二章制药反应工程基础与设备第一节反应