《制药工程反应设备》ppt课件

1、制药工程设备制药工程设备 讲述 设备构造和原理、优点和缺陷、适用场所、选型及操作。课程内容： 在制药工业中，制药设备直接影响产质量量和本钱。教材构造： 一、原理药消费设备 二、药物制剂消费设备 三、公用及辅助消费设备第一章第一章 绪论绪论制药工业的普经过程：原料生物反响化学反响分别反响产物原料药各种剂型 生物制药：经过生物反响和各种分别手段得到原料药的制药过程。 化学制药：经过化学反响和各种分别手段得到原料药的制药过程。 药物制剂：由原料药消费各种剂型的过程。制药工业特点：、产质量量、规格要求严厉。、设备要求严厉、消费规模变化范围大、反响过程复杂，步数多、制药过程涉及多门学科制药设备的分类国家

2、、行业规范按制药设备产品根本属性分8大类： 原料药机械及设备： 实现生物、化学物质转化，利用动物、植物、矿物制取医药原料的工艺设备及机械。 制剂机械： 将药物制成各种剂型的机械与设备。 药用粉碎机械：用于药物粉碎含研磨并符合药品消费要求的机械。 饮片机械：对天然药用动物、植物、矿物进展选、洗、润、切、烘、炒、锻等方法制取中药饮片的机械。 制药用水设备：采用各种方法制取制药用水的设备。 药品包装机械：完成药品包装过程以及与包装过程相关的机械与设备。 药用检测设备：检测各种药物制品或半制质量量的仪器与设备。 其他制药机械及设备：执行非主要制药工序的有关机械与设备。其中制剂机械按剂型分14类：片剂机

3、械。将原料药与辅料经混合、造粒、压片、包衣等工序制成各种外形片剂的机械与设备。水针剂机械。将药液制形成安瓿针剂的机械与设备。抗生素粉、水针剂机械。将粉末药物或药液制形成玻璃瓶抗生素粉、水针剂的机械与设备。输液剂机械。将药液制形成大剂量注射剂的机械与设备。硬胶囊剂机械。将药物充填于空心胶囊内制形成硬胶囊剂的机械与设备。软胶囊丸剂机械。将药液先裹于明胶膜内的制剂机械与设备。丸剂机械。将药物细粉或浸膏与赋形剂混合，制成丸剂的机械与设备。软膏剂机械。将药物与基质混匀，配制成软膏，定量灌装于软管内的制剂机械与设备。栓剂机械。将药物与基质混合，制成栓剂的机械与设备。口服液剂机械。将药液制成口服液剂的机械与

4、设备。药膜剂机械。将药物浸透或分散于多聚物薄膜内的制剂机械与设备。气雾剂机械。将药液和抛射剂灌注于耐压容器中，制形成药物以雾状喷出的制剂机械与设备。滴眼剂机械。将药液制形成滴眼药剂的机械与设备。酊水、糖浆剂机械。将药液制形成酊水、糖浆剂的机械与设备。我国医药工业现状 1. 我国药厂多，仿制品多、普药多，高新技术药品少，生物制品少。 2. 我国目前药厂消费工艺多为传统工艺，费时、费汽、污染严重，企业面临高尖人才、资金短缺的情况。 我国药机厂现状 制造厂商多，传统制剂设备多，设备缺陷是费时、费能源、粉尘飞扬严重，有严重污染产生。制造精良的制剂设备少，符合GMP规范的设备少，具有多功能的制剂设备少。

5、 GMP历史中国的GMP于1999年正式公布。国家药品监视管理局制定了分期、分批、按照剂型实施GMP认证任务的规划。 1999年底以前生物制品、血液制品必需到达GMP； 2000年底以前粉针制剂、大容量注射剂必需到达GMP； 2002年底以前小容量注射剂必需到达GMP； 20032005年，口服液制剂、固体制剂、中成药制剂、滴眼剂、滴鼻剂、外用擦剂、喷雾剂等剂型将在十五期间全部到达GMP要求。制药设备GMP的提出 1.简称GMPgood manufacturing practice。在国际上， GMP已成为药品消费和质量管理的根本准那么，它是一套系统的、科学的管理制度。实施GMP ，是在药品消

6、费的全过程中实施科学的全面管理和严密的监控，以获得预期的质量，可以防止消费过程中药品的污染、混药和错药，保证药质量量的不断提高。 2. GMP的控制范围，包括人事、厂房、设备、设备、消费工艺、传送、分析、验证和库管等诸多方面，GMP是系统性很强的规范，严厉和严密是GMP的突出特点。 3. 制药设备是重要的消费手段，又是不可忽略的污染要素之一。制药设备的规格、构造、资料、性能对药品消费有着很大的影响，证明了设备与GMP亲密联络。因此就产生了把制药设备GMP内容详细化的议题。 4. 怎样的设备才算贯彻了GMP? 按照规范初步把设备GMP定义为：具有满足药物药品消费所需的工艺功能和卫生、平安等配套功

7、能，设备构造及其所用资料，不窝藏、滞留物料，不对加工的物质构成污染、也不对消费以外的环境产生污染或影响、且易于操作、维修、清洗的设备。GMP对制药设备有如下要求：有与消费相顺应的设备才干和最经济、合理、平安的消费运转；有满足制药工艺的完善功能及多种适用性 ； 保证药品加工中质量的一致性；易于操作和维修；易于设备内外的清洗；各种接口符合协调配套要求；易安装、易挪动，有利于组合的能够 ；进展设备验证包括型式、构造、性能等设备的净化功能：干净是GMP的要点之一，对设备来讲包含两层意思设备本身不对药物产生污染，也不会对环境构成污染。要到达这一规范就必需在药品加工中，凡有药物暴露的、室区干净度达不到要求

8、或有人机污染能够的，原那么上均应在设备上设计有净化功能。例如：热风循环枯燥设备，气流污染是最主要的，因此需思索其循环空气的净化； 洗瓶、洗橡胶塞等应思索工艺用水的干净度； 粉碎、制粒、包衣压片等粉体机械，应思索其散尘的控制； 灌装设备的防尘需采取特殊的净化方法和安装，并应尽能够思索在密闭的设备中消费。例如:一步制粒器：将原来多台设备、敞口消费的多道工序合并在一个密闭的内循环的容器内完成，就是制药过程与净化需求相结合的例子。 设备的清洗功能： 随着药品纯度和有效性的注重，GMP提倡的设备就地清洗功能CIP，将成为清洗技术的开展方向。 例如：冷冻冻干机的在位清洗和消毒系统 双锥枯燥机的真空排气管与

9、罐体回转密封处 设计的自清洗安装 在消费中因物料变卦、换批的设备，需采取容易清洗、拆装方便的机构，所以GMP 极其注重对制药系统的中间设备、中间环节的清洗及监控，强调对设备清洁的验证。 例料液加热容器采用盘管机构： 不易清洗 染菌 纯水保送系统中，其泵体内发现的粘附物。 第二章第二章 制药工程化学反响设备制药工程化学反响设备化学反响设备分类： 按反响物系相态可以把反响器分为均相与非均相两种类型。 按操作方式可以把反响器分为间歇式、半间歇式和延续式。 按反响器构造可以把反响器分为釜式槽式、管式、塔式、固定床、流化床、挪动床等各种反响器。第一节第一节 搅拌罐式反响器搅拌罐式反响器STRS)1搅拌器

10、2罐体；3夹套； 4搅拌轴；5压出管；6支座；7人孔； 8轴封；9传动安装总体构造总体构造主要包括搅拌罐、搅拌安装、密封安装主要包括搅拌罐、搅拌安装、密封安装 搅拌罐搅拌罐由罐体和传热安装组成。作用是提供反响空间由罐体和传热安装组成。作用是提供反响空间和反响条件。和反响条件。 搅拌安装搅拌安装由搅拌器、搅拌轴、传动安装组成。传动安由搅拌器、搅拌轴、传动安装组成。传动安装又由电动机、减速器、联轴器及机座等组成。装又由电动机、减速器、联轴器及机座等组成。 密封安装密封安装防止罐内介质走漏或外界空气进入罐内。防止罐内介质走漏或外界空气进入罐内。 搅拌目的搅拌目的 使物料混和均匀使物料混和均匀, ,强

11、化传热和传质。强化传热和传质。 包括均相液体混合；液包括均相液体混合；液- -液分散；气液分散；气- -液分散；固液分散；固- -液分散；结晶；液分散；结晶；固体溶解；强化传热等固体溶解；强化传热等搅拌液体的流动模型搅拌液体的流动模型 液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的“流动模型，简流动模型，简称称“流型。流型。 (a) (a)轴向流轴向流 (b) (b)径向流径向流 (c) (c)切线流切线流 打漩景象打漩景象 常用搅拌器的型式、构造和特点 在化学工业中常用的搅拌安装是机械搅拌安装，典型的机械搅拌安装包括1、搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶

12、轮；2、辅助部件和附件：包括密封安装、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。 搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。 搅拌器 常用搅拌器及流型表示常用搅拌器及流型表示 桨式搅拌器 由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。桨叶普通用扁钢或不锈钢或有色金属制造。桨式搅拌器的转速较低，普通为2080rmin。桨式搅拌器直径取反响釜内径Di/32/3，桨叶不宜过长，当反响釜直径很大时采用两个或多个桨叶。 桨式搅拌器适用于流动性大、粘度小的液体物料，也适用于纤维状和结晶状的溶解液，物料层很深时可在轴上安装数排桨叶。涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器 涡轮

13、式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮又可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，轮又可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300300600r600rminmin。涡轮搅拌器的主要优点是当能量耗费不大时，搅拌效率较高，搅涡轮搅拌器的主要优点是当能量耗费不大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。拌产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。推进式搅拌器推进式搅拌器 推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反响釜内循环流动，所起作推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反响釜内循环流动，所起作用以容积循环为主

14、，剪切作用较小，上下翻腾效果良好。当需求有用以容积循环为主，剪切作用较小，上下翻腾效果良好。当需求有更大的流速时，反响釜内设有导流筒。更大的流速时，反响釜内设有导流筒。 推进式搅拌器直径约取反响釜内径推进式搅拌器直径约取反响釜内径DiDi的的1/41/41/31/3，300300600r600rminmin，搅拌器的资料常用铸铁和铸钢。，搅拌器的资料常用铸铁和铸钢。框式和锚式搅拌器框式和锚式搅拌器 框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其构造比框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其构造比较巩固，搅动物料量大。假设这类搅拌器底部外形较巩固，搅动物料量大。假设这类搅拌器底部外形和反响釜下封头外形类似时，

15、通常称为锚式搅拌器。和反响釜下封头外形类似时，通常称为锚式搅拌器。 框式搅拌器直径较大，普通取反响器内径的框式搅拌器直径较大，普通取反响器内径的2/32/39/109/10，505070r70rminmin。框式搅拌器与釜壁间隙。框式搅拌器与釜壁间隙较小，有利于传热过程的进展，快速旋转时，搅拌较小，有利于传热过程的进展，快速旋转时，搅拌器叶片所带动的液体把静止层从反响釜壁上带下来；器叶片所带动的液体把静止层从反响釜壁上带下来；慢速旋转时，有刮板的搅拌器能产生良好的热传导。慢速旋转时，有刮板的搅拌器能产生良好的热传导。这类搅拌器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、这类搅拌器常用于传热、晶析操作和高

16、粘度液体、高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器 螺带式搅拌器，常用扁钢按螺旋形绕成，直径螺带式搅拌器，常用扁钢按螺旋形绕成，直径较大，常做成几条紧贴釜内壁，与釜壁的间隙很较大，常做成几条紧贴釜内壁，与釜壁的间隙很小，所以搅拌时能不断地将粘于釜壁的堆积物刮小，所以搅拌时能不断地将粘于釜壁的堆积物刮下来。螺带的高度通常取罐底至液面的高度。下来。螺带的高度通常取罐底至液面的高度。 螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器的转速都较低，螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器的转速都较低，通常不超越通常不超越50r/min50r/min，产生以上下循环流

17、为主的流，产生以上下循环流为主的流动，主要用于高粘度液体的搅拌。动，主要用于高粘度液体的搅拌。其他搅拌方法其他搅拌方法 绝大部分的搅拌与混合，是采用叶轮搅拌。此外工业上较常见的或有开展前景的搅拌，主要还有气流搅拌、射流混合和管道混合 气流搅拌 气流搅拌安装主要是鼓泡器。它是利用气泡在上升过程中所呵斥的液体湍动，产生良好的搅拌作用。它所产生的能量和效率低于机械搅拌，但可用于处置腐蚀性料液和泥浆等，或用于浅槽搅拌，并可利用工厂多余的气源。 用于搅拌的气体主要是紧缩空气和水蒸气。用水蒸气搅拌时可防止物料被氧化，并可对被搅拌物料直接加热，但物料会被稀释。 射流混合 射流是在流体经一小孔、喷嘴或管道，流

18、人较大的容器时产生的，射流的直径随着分开出口的间隔添加而增大，并在扩展的过程中使周围的流体被夹带进来而产生混合。射流可以是层流，也可以是湍流，这取决于雷诺数的大小。当喷嘴或孔出口处的Re2100时为湍流射流。对于黏性液体，层流射流可推进器内液体运动，但由于黏性液体中分子分散速率低，喷出的液体与反响器内液体不会在分子尺寸上混合。 化学工业上常用的文丘里管就是射流混合的运用实例。 管道混合 管道混合是使待混合的物料经过在管道内流动而混合均匀。在混合过程中，经过平行地控制一切组分的流量，确定混合物的组成，并使它坚持在预定值上。 对于气体或低黏度液体的混合，可利用湍流态下湍流混协作用，到达均匀的混合。

19、普通混合段的管长为管径的50100倍。在管内可安装促进物料混合的元件，以使物料在静压力的推进下经过混合元件时改善混合质量或缩短混合段的管长。工业上混合元件多为一些不动安装，如三通混合、内部构件混合器和静力混合器等。 三通混合元件三通混合元件搅拌附件搅拌附件 挡板挡板 挡板的作用是防止旋挡板的作用是防止旋 涡景象，增大被搅拌液体涡景象，增大被搅拌液体 的湍流程度，将切向流动的湍流程度，将切向流动 变为轴向和径向流动，强变为轴向和径向流动，强 化反响器内液体的对流和化反响器内液体的对流和 分散，改善搅拌效果。分散，改善搅拌效果。 搅拌反响器的挡板构造搅拌反响器的挡板构造可有效地防止粘滞液体在挡板处

20、构成死角，以防止固体颗粒的堆积。 在高粘度物料中运用桨式搅拌器时，可安装横挡板以添加掺协作用，挡板宽度可与搅拌叶同宽。对于低粘度液体挡板装在壁上。 对于中等粘度液体挡板分开槽壁或固液相操作时 对于高粘度液体挡板分开槽壁并与槽壁成一定角度。竖向挡板安装方式。 导流筒 导流筒的作用 导流筒作用-提高混合效率 一方面提高了对液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液体的直接机械剪切作用；另一方面由于限定了液体的循环途径，确立了充分循环的流型，使器内一切物料均能经过导流筒内的剧烈混合区，减少了走短路的时机。 导流筒的组成 导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器的外面。常用于推进式和涡轮式搅拌器。导流筒表示图导流筒表示图

21、 传动安装传动安装 搅拌反响器传动安搅拌反响器传动安装装 1 1电动机；电动机； 2 2减速器；减速器； 3 3联轴器；联轴器； 4 4机座；机座； 5 5轴封安装；轴封安装； 6 6底座；底座； 7 7封头；封头； 8 8搅拌轴；搅拌轴；填料密封1、原理 填料中含有光滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力的同时，构成极薄的液膜，一方面使搅拌轴遭到光滑，另一方面阻止设备内流体的逸出或外部流体的渗入，到达密封目的。2、特点 应允许填料密封有一定的走漏量。运用过程中需求经常调整填料压盖的压紧力。轴封轴封机械密封1、原理 机械密封是依托垂直于轴的两个密封元件的平面相互贴合(依托介质压力或弹簧力)，并作相对运

22、动到达密封的安装。又称端面密封。 四个密封点：A动环和轴之间的密封(静密封)，B动环和静环作相对旋转运动时的端面密封(动密封) ，C 静环与静环座之间的密封 (静密封)， D 静环座与设备之间的密封(静密封)。 机械密封中，动环与静环的接触面是走漏通道之外，还有动环与轴之间、静环与支座之间的间隙也是走漏通道。机械密封机械密封 2、特点 功耗小、走漏量低、密封性能可靠、运用寿命长的转轴密封。必需使冷却光滑液在密封腔中不断循环。罐体尺寸确定罐体尺寸确定 高径比高径比 确定罐体高径比的思索要素确定罐体高径比的思索要素 由于搅拌功率在一定条件下与搅拌器直径由于搅拌功率在一定条件下与搅拌器直径的的5次方

23、成正比，所以从减少搅拌功率的角度思次方成正比，所以从减少搅拌功率的角度思索，高径比可获得大一些。索，高径比可获得大一些。 假设采用夹套传热构造，从传热角度看，假设采用夹套传热构造，从传热角度看，希望高径比可获得大一些；当容积一定时，高希望高径比可获得大一些；当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部分外表积大、传热径比大、罐体就高，盛料部分外表积大、传热面积也就大。面积也就大。 要思索物料的形状，对发酵类物料，为要思索物料的形状，对发酵类物料，为了使通入罐内的空气与发酵物料充分接触，高了使通入罐内的空气与发酵物料充分接触，高径比应获得大一些。径比应获得大一些。夹套反响器罐体尺寸表示夹套反响器罐体

24、尺寸表示 直径及高度确定 装料系数 假设物料在反响过程中产生泡们沫或呈沸腾形状，取装料系数0.60.7； 假设物料反响较平稳，那么取装料系数0.80.85。 直径及高度确定 1、在初步确定H/Di后，可先忽略封头的容积，近似计算出罐体的容积。 得2、将上式计算的结果圆整为规范直径，再代入下式中可计算出罐体的高度 V)(4432iiiDHDHD30)(4iDHiVD 20244ikikDVVDVVH传热安装传热安装 夹套夹套 可装配的夹套可装配的夹套 不可装配的夹套不可装配的夹套 蛇管蛇管构造蛇管构造 蛇管的固定构造蛇管的固定构造 工艺接纳工艺接纳 进料管进料管 进料管构造进料管构造 出料管下部

25、出料管下部出料管 上部出料管上部出料管 塔式反响器 鼓泡塔反响器构造表示图鼓泡塔反响器构造表示图11分布格板；分布格板；22夹套；夹套；33气体分布器；气体分布器；44塔体；塔体；55挡板；挡板；66塔外换热器；塔外换热器；77液体捕集器；液体捕集器；88扩展段扩展段第三章第三章 生物反响器生物反响器 发酵罐是工业发酵常用设备中最重要、运用最广泛的设备，是衔接原料和产物的桥梁，也是多种学科的交叉点。在发酵罐中，经过产物的合成，廉价的原料升了值，因此可以说发酵罐是发酵工业的心脏。发酵罐的定义是，为一个特定生物化学反响的操作提供良好而称心环境的容器 发酵罐伴随着微生物发酵工业的开展已历经300年。

26、早在17世纪，人们已用带有温度计和热交换器的1500L的木制容器来制备乙醇和酒。19001940年出现了200m3的钢质发酵罐，在面包酵母发酵中开场运用空气分布器和机械搅拌安装。19401960年，第一个大规模工业消费青霉素的工厂于1944年1月30日在美国的Terr Haute投资，其发酵罐的体积是54m3；抗生素工业的兴起引起发酵工业一场变革，机械搅拌、通风、无菌操作、纯种培育等一系列技术开场完善起来，并出现耐高温在线延续测定的pH电极和溶氧电极，开场利用计算机进展发酵过程控制。19601979年机械搅拌通风发酵罐容积增大到80150m3，由于大规模消费单细胞蛋白的需求而出现了压力循环和压力放射型发酵罐，计算机开场在发酵工业上得到广泛运用 1979年以后，随着生物工程和技术的迅猛开展，大规模细胞培育发酵罐应运而生，胰岛素、干扰素等基因工程的产品走上商品化。对发酵罐的严密性、运转可靠性的要求越来越高，发酵的计算机控制和自动化的实践运用已相当普遍。pH电极、溶氧电极、溶解二氧化碳电极等在线检测在国外已相当成熟。同时现代发酵工业为了获取更大的经济利益，发酵罐更加趋于大型化：废水处置2700m3，单细胞蛋白1500m3，啤酒320m3，柠檬酸200m3，面包酵母20m3，抗生素200m3，干