制药反应设备.ppt

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1、第六章制药反应设备6.1.反应器基础6.2.釜式反应器的工艺计算6.3.管式反应器的工艺计算6.4.反应器形式和操作方式选择6.5.搅拌器6.6.气－固相催化反应器6.7.反应器中的混合及对反应的影响反应器的工作原理、工艺计算和选型6.1反应器基础v反应是整个生产工艺过程的核心，反应器是反应过程的核心设备。制药工程设计从反应器开始，Smith等人提出设计的洋葱模型。v反应器使原料转化为产品；v分离循环分离原料产品和副产品组成的混合物；v上两步设计决定设计过程的冷、热负荷。故进而作换热网络设计v过程热量回收不能满

2、足的冷、热负荷决定公用工程用量，因而第四步是公用工程设计。v上循环对制药过程设计也适用，但产品精制、烘干和包装过程必须满足GMP,故换热网络设计同时，必须设计形成环境净化的空调系统。v设计遵循洋葱模型，但极少有一次全过程设计即得成功的全过程设计的。多数情况下设计顺序是双向的，因为做出内层设计决策的依据是不完整的，当把较多的细节考虑至设计中时，外层会出现一个比较完整的设计轮廓，此时设计决策可能需要改变，因此必须返回内层，如此反复进行。v6.1.1反应器类型v反应器的类型很多，特点不一，可按不同的方式进行分类。1、

3、按结构分类进料进料出料(a)釜式(b)管式气体气体出料液体液体气体气体液体液体(c)板式塔(d)填料塔气体气体或液体气体气体或液体液体液体气体气体液体液体气体或液体气体或液体(f)鼓泡塔(g)喷雾塔(h)固定床(i)流化床2、反应器按相态分类气相反应器均相反应器液相反应器气液相反应器液液相反应器反应器气固相反应器非均相反应器液固相反应器固固相反应器气液固三相反应器3.按操作方式分类：v间歇式v半间歇式v连续式反应器v4.按操作温度分类v等温和非

4、等温反应器v5.按流动状况分类v理想流动反应器和非理想流动反应器6.1.2反应器操作方式v1、间歇操作v间歇操作的特点是将原料一次加入反应器，达到规定的反应程度后卸出全部物料。然后进入下一个操作循环。v间歇反应过程是非稳态过程，反应器内物料的组成随时间而变化。CARA0v器内反应物和产物CRCRf浓的浓度随时间的变度CA化关系如图所示。CAf0时间间歇釜式反应器及其浓度变化v对不可逆反应，随着τ的增加，反应物A的浓度将由开始时的C逐渐降至零;A0v对可逆反应随τ的增加而降至其平衡浓度；v对单一反应AR(产

5、物)，R的浓度随反应时间的增加而增大；v连串反应AR(产物)S，产物R的浓度先随τ的增加而增大，达一极大值后又随τ的增加而减小。釜式反应器v间歇操作常用釜式反应器,可视为恒容过程。气相反应，VR为整个反应器容积；液相反应，VR为液体所占据的空间。v间歇反应器具有装置简单、操作方便、适应性强等优点，在制药工业中有着广泛的应用。2、连续操作v反应原料连续地输入反应器，反应产物也从反CCRf应器连续流出。CA0v连续操作多属于稳态操作，器内任一位置上的反应物浓度、温度、压CAfCR0力、反应速度等参数均LC*不随

6、时间而变化。Rv（1）管式反应器CA0CRfv多个化学反应，产物R的CAfCR0C*浓度变化同间歇反应器。AL（2）全混流釜式反应器(CSTR)v器内各处浓度相同且等于出口浓度，且不随时间而变，连续操作具有生产能力大、产品质量稳定、易实现机械化和自动化等优点，大规模工业生产的反应器多采用连续操作v3、半连续操作v原料或产物中有一种或一种以上的为连续输入或输出，而其余的(至少一种)为分批加入或卸出的操作。v器内的物料组成既随时间而变化,又随位置而变化。v釜式、管式、塔式以及固定床反应器等都有采用半连续方式操作的。

7、6.1.3反应器计算基本方程式v反应器计算所应用的基本方程式:v反应动力学方程式v物料衡算式v热量衡算式。v过程△P较大，并影响到rA时，还要用动量衡算式。1、反应动力学方程式v对于均相反应反应速度可用单位时间、单位体积的反应物料中某一组分摩尔数的变化量来表示，1dnArAVdR反应物取“-”,产物取“+”。等容过程1dndCAArAVddRnnA0A对反应物AxAnA0nn(1x)AA0AdnndxAA0A1dn1ndxAA0ArAVdVdRRvA为反应物，取负号。等容

8、过程nnCCA0AA0AxAnCA0A0CC(1x)AA0AdCCdxAA0AdCCdxAA0ArAdd反应AR为n级不可逆反应，则反应动力学方程式为1dnAnrkCAAVdR式中k——反应速度常数，kmol1-nm3(n-1)h-1；n——反应级数。气相反应1dnAnrkpApAVdRv如果反应气体可视为理想气体，则kp和k的关系为kk