制药工程设备简介

制药工程设备讲述设备结构和原理、优点和缺点、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品质量和成本。教材结构：（一）、原理药生产设备（二）、药品制剂生产设备（三）、公用及辅助生产设备制药工程设备简介第1页第一章绪论制药工业普通过程：原料生物反应化学反应分离反应产物原料药各种剂型生物制药：经过生物反应和各种分离伎俩得到原料药制药过程。化学制药：经过化学反应和各种分离伎俩得到原料药制药过程。药品制剂：由原料药生产各种剂型过程。。制药工程设备简介第2页制药工业特点：⑴、产品质量、规格要求严格。⑵、设备要求严格⑶、生产规模改变范围大⑷、反应过程复杂，步数多⑸、制药过程包括多门学科制药工程设备简介第3页制药设备分类国家、行业标准按制药设备产品基本属性分8大类：⑴原料药机械及设备：实现生物、化学物质转化，利用动物、植物、矿物制取医药原料工艺设备及机械。⑵制剂机械：将药品制成各种剂型机械与设备。⑶药用粉碎机械：用于药品粉碎（含研磨）并符合药品生产要求机械。⑷饮片机械：对天然药用动物、植物、矿物进行选、洗、润、切、烘、炒、锻等方法制取中药饮片机械。⑸制药用水设备：采取各种方法制取制药用水设备。⑹药品包装机械：完成药品包装过程以及与包装过程相关机械与设备。⑺药用检测设备：检测各种药品制品或半制品质量仪器与设备。⑻其它制药机械及设备：执行非主要制药工序相关机械与设备。制药工程设备简介第4页其中制剂机械按剂型分14类：⑴片剂机械。将原料药与辅料经混合、造粒、压片、包衣等工序制成各种形状片剂机械与设备。⑵水针剂机械。将药液制作成安瓿针剂机械与设备。⑶抗生素粉、水针剂机械。将粉末药品或药液制作成玻璃瓶抗生素粉、水针剂机械与设备。⑷输液剂机械。将药液制作成大剂量注射剂机械与设备。⑸硬胶囊剂机械。将药品充填于空心胶囊内制作成硬胶囊剂机械与设备。⑹软胶囊（丸）剂机械。将药液先裹于明胶膜内制剂机械与设备。⑺丸剂机械。将药品细粉或浸膏与赋形剂混合，制成丸剂机械与设备。⑻软膏剂机械。将药品与基质混匀，配制成软膏，定量灌装于软管内制剂机械与设备。制药工程设备简介第5页⑼栓剂机械。将药品与基质混合，制成栓剂机械与设备。⑽口服液剂机械。将药液制成口服液剂机械与设备。⑾药膜剂机械。将药品浸透或分散于多聚物薄膜内制剂机械与设备。⑿气雾剂机械。将药液和抛射剂灌注于耐压容器中，制作成药品以雾状喷出制剂机械与设备。⒀滴眼剂机械。将药液制作成滴眼药剂机械与设备。⒁酊水、糖浆剂机械。将药液制作成酊水、糖浆剂机械与设备。制药工程设备简介第6页我国医药工业现实状况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.我国当前药厂生产工艺多为传统工艺，费时、费汽、污染严重，企业面临高尖人才、资金短缺情况。我国药机厂现实状况制造厂商多，传统制剂设备多，设备缺点是费时、费能源、粉尘飞扬严重，有严重污染产生。制作精良制剂设备少，符合GMP规范设备少，含有多功效制剂设备少。制药工程设备简介第7页GMP历史中国GMP于1999年正式颁布。国家药品监督管理局制订了分期、分批、按照剂型实施GMP认证工作规划。1999年底以前生物制品、血液制品必须到达GMP；底以前粉针制剂、大容量注射剂必须到达GMP；底以前小容量注射剂必须到达GMP；~，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。制药工程设备简介第8页制药设备GMP提出

1.《药品生产质量管理规范》简称GMP（goodmanufacturingpractice）。在国际上，GMP已成为药品生产和质量管理基本准则，它是一套系统、科学管理制度。实施GMP，是在药品生产全过程中实施科学全方面管理和严密监控，以取得预期质量，能够预防生产过程中药品污染、混药和错药，确保药品质量不停提升。

2.GMP控制范围，包含人事、厂房、设备、设施、生产工艺、传递、分析、验证和库管等很多方面，GMP是系统性很强规范，严格和严密是GMP突出特点。制药工程设备简介第9页

3.制药设备是主要生产伎俩，又是不可忽略污染原因之一。制药设备规格、结构、材料、性能对药品生产有着很大影响，证实了设备与GMP亲密联络。所以就产生了把制药设备GMP内容详细化议题。4.怎样设备才算落实了GMP?按照规范初步把设备GMP定义为：含有满足药品（药品）生产所需工艺功效和卫生、安全等配套功效，设备结构及其所用材料，不窝藏、滞留物料，不对加工物质形成污染、也不对生产以外环境产生污染或影响、且易于操作、维修、清洗设备。制药工程设备简介第10页GMP对制药设备有以下要求：①有与生产相适应设备能力和最经济、合理、安全生产运行；②有满足制药工艺完善功效及各种适用性；

③确保药品加工中品质一致性；④易于操作和维修；⑤易于设备内外清洗；⑥各种接口符合协调配套要求；⑦易安装、易移动，有利于组合可能；⑧进行设备验证（包含型式、结构、性能等）制药工程设备简介第11页设备净化功效：洁净是GMP关键点之一，对设备来讲包含两层意思——设备本身不对药品产生污染，也不会对环境形成污染。要到达这一标准就必须在药品加工中，凡有药品暴露、室区洁净度达不到要求或有些人机污染可能，标准上均应在设备上设计有净化功效。比如：热风循环干燥设备，气流污染是最主要，所以需考虑其循环空气净化；洗瓶、洗橡胶塞等应考虑工艺用水洁净度；粉碎、制粒、包衣压片等粉体机械，应考虑其散尘控制；灌装设备防尘需采取特殊净化方法和装置，并应尽可能考虑在密闭设备中生产。比如:一步制粒器：将原来多台设备、敞口生产多道工序合并在一个密闭内循环容器内完成，就是制药过程与净化需求相结合例子。制药工程设备简介第12页设备清洗功效：伴随药品纯度和有效性重视，GMP提倡设备就地清洗功效（CIP），将成为清洗技术发展方向。比如：冷冻冻干机在位清洗和消毒系统双锥干燥机真空排气管与罐体回转密封处设计自清洗装置

在生产中因物料变更、换批设备，需采取轻易清洗、拆装方便机构，所以GMP极其重视对制药系统中间设备、中间步骤清洗及监控，强调对设备清洁验证。例料液加热容器采取盘管机构：不易清洗染菌纯水输送系统中，其泵体内发觉粘附物。制药工程设备简介第13页第二章制药工程化学反应设备化学反应设备分类：按反应物系相态能够把反应器分为均相与非均相两种类型。按操作方式能够把反应器分为间歇式、半间歇式和连续式。按反应器结构能够把反应器分为釜式（槽式）、管式、塔式、固定床、流化床、移动床等各种反应器。制药工程设备简介第14页第一节搅拌罐式反应器（STRS)1—搅拌器2—罐体；3—夹套；4—搅拌轴；5—压出管；6—支座；7—人孔；8—轴封；9—传动装置制药工程设备简介第15页总体结构主要包含搅拌罐、搅拌装置、密封装置

搅拌罐—由罐体和传热装置组成。作用是提供反应空间和反应条件。

搅拌装置—由搅拌器、搅拌轴、传动装置组成。传动装置又由电动机、减速器、联轴器及机座等组成。

密封装置—预防罐内介质泄漏或外界空气进入罐内。

制药工程设备简介第16页搅拌目标使物料混和均匀,强化传热和传质。包含均相液体混合；液-液分散；气-液分散；固-液分散；结晶；固体溶解；强化传热等搅拌液体流动模型液体在设备范围内作循环流动路径称作液体“流动模型”，简称“流型”。(a)轴向流(b)径向流(c)切线流打漩现象制药工程设备简介第17页惯用搅拌器型式、结构和特点在化学工业中惯用搅拌装置是机械搅拌装置，经典机械搅拌装置包含1、搅拌器：包含旋转轴和装在轴上叶轮；2、辅助部件和附件：包含密封装置、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主要部件，其主要组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。制药工程设备简介第18页◆搅拌器

制药工程设备简介第19页惯用搅拌器及流型示意

制药工程设备简介第20页桨式搅拌器由桨叶、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。桨式搅拌器转速较低，普通为20～80r／min。桨式搅拌器直径取反应釜内径Di/3～2/3，桨叶不宜过长，当反应釜直径很大时采取两个或多个桨叶。桨式搅拌器适合用于流动性大、粘度小液体物料，也适合用于纤维状和结晶状溶解液，物料层很深时可在轴上装置数排桨叶。制药工程设备简介第21页涡轮式搅拌器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，300～600r／min。涡轮搅拌器主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强径向流。所以它适合用于乳浊液、悬浮液等。推进式搅拌器推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用以容积循环为主，剪切作用较小，上下翻腾效果良好。当需要有更大流速时，反应釜内设有导流筒。推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di1/4～1/3，300～600r／min，搅拌器材料惯用铸铁和铸钢。制药工程设备简介第22页框式和锚式搅拌器

框式搅拌器可视为桨式搅拌器变形，其结构比较坚固，搅动物料量大。假如这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相同时，通常称为锚式搅拌器。框式搅拌器直径较大，普通取反应器内径2/3～9/10，50～70r／min。框式搅拌器与釜壁间隙较小，有利于传热过程进行，快速旋转时，搅拌器叶片所带动液体把静止层从反应釜壁上带下来；慢速旋转时，有刮板搅拌器能产生良好热传导。这类搅拌器惯用于传热、晶析操作和高粘度液体、高浓度淤浆和沉降性淤浆搅拌。制药工程设备简介第23页螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器螺带式搅拌器，惯用扁钢按螺旋形绕成，直径较大，常做成几条紧贴釜内壁，与釜壁间隙很小，所以搅拌时能不停地将粘于釜壁沉积物刮下来。螺带高度通常取罐底至液面高度。螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器转速都较低，通常不超出50r/min，产生以上下循环流为主流动，主要用于高粘度液体搅拌。制药工程设备简介第24页其它搅拌方法

绝大部分搅拌与混合，是采取叶轮搅拌。另外工业上较常见或有发展前景搅拌，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装置主要是鼓泡器。它是利用气泡在上升过程中所造成液体湍动，产生良好搅拌作用。它所产生能量和效率低于机械搅拌，但可用于处理腐蚀性料液和泥浆等，或用于浅槽搅拌，并可利用工厂多出气源。用于搅拌气体主要是压缩空气和水蒸气。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。制药工程设备简介第25页射流混合射流是在流体经一小孔、喷嘴或管道，流人较大容器时产生，射流直径伴随离开出口距离增加而增大，并在扩展过程中使周围流体被夹带进来而产生混合。射流能够是层流，也能够是湍流，这取决于雷诺数大小。当喷嘴或孔出口处Re<300时，为层流射流，Re>2100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，但因为黏性液体中分子扩散速率低，喷出液体与反应器内液体不会在分子尺寸上混合。化学工业上惯用文丘里管就是射流混合应用实例。制药工程设备简介第26页管道混合管道混合是使待混合物料经过在管道内流动而混合均匀。在混合过程中，经过平行地控制全部组分流量，确定混合物组成，并使它保持在预定值上。对于气体或低黏度液体混合，可利用湍流态下湍流混合作用，到达均匀混合。普通混合段管长为管径50～100倍。在管内可安装促进物料混合元件，以使物料在静压力推进下经过混合元件时改进混合质量或缩短混合段管长。工业上混合元件多为一些不动装置，如三通混合、内部构件混合器和静力混合器等。制药工程设备简介第27页三通混合元件制药工程设备简介第28页搅拌附件◆

挡板挡板作用是防止旋涡现象，增大被搅拌液体湍流程度，将切向流动变为轴向和径向流动，强化反应器内液体对流和扩散，改进搅拌效果。

搅拌反应器挡板结构制药工程设备简介第29页可有效地预防粘滞液体在挡板处形成死角，以预防固体颗粒堆积。

在高粘度物料中使用桨式搅拌器时，可安装横挡板以增加掺合作用，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离开槽壁（或固—液相操作时）

对于高粘度液体挡板离开槽壁并与槽壁成一定角度。竖向挡板安装方式。

制药工程设备简介第30页◆导流筒

●导流筒作用导流筒作用---提升混合效率

首先提升了对液体搅拌程度，加强了搅拌器对液体直接机械剪切作用；另首先因为限定了液体循环路径，确立了充分循环流型，使器内全部物料均能经过导流筒内强烈混合区，降低了走短路机会。

●导流筒组成导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器外面。惯用于推进式和涡轮式搅拌器。制药工程设备简介第31页导流筒示意图

制药工程设备简介第32页传动装置

搅拌反应器传动装置

1—电动机；2—减速器；3—联轴器；4—机座；5—轴封装置；6—底座；7—封头；8—搅拌轴；制药工程设备简介第33页填料密封1、原理

填料中含有润滑剂，在对搅拌轴产生径向压紧力同时，形成极薄液膜，首先使搅拌轴受到润滑，另首先阻止设备内流体逸出或外部流体渗透，到达密封目标。2、特点应允许填料密封有一定泄漏量。使用过程中需要经常调整填料压盖压紧力。轴封制药工程设备简介第34页制药工程设备简介第35页机械密封1、原理

机械密封是依靠垂直于轴两个密封元件平面相互贴合(依靠介质压力或弹簧力)，并作相对运动到达密封装置。又称端面密封。四个密封点：A动环和轴之间密封(静密封)，B动环和静环作相对旋转运动时端面密封(动密封)，C静环与静环座之间密封(静密封)，D静环座与设备之间密封(静密封)。机械密封中，动环与静环接触面是泄漏通道之外，还有动环与轴之间、静环与支座之间间隙也是泄漏通道。制药工程设备简介第36页机械密封

2、特点

功耗小、泄漏量低、密封性能可靠、使用寿命长转轴密封。必须使冷却润滑液在密封腔中不停循环。制药工程设备简介第37页罐体尺寸确定◆高径比

●确定罐体高径比考虑原因

＊因为搅拌功率在一定条件下与搅拌器直径5次方成正比，所以从降低搅拌功率角度考虑，高径比可取得大一些。＊若采取夹套传热结构，从传热角度看，希望高径比可取得大一些；当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部分表面积大、传热面积也就大。＊要考虑物料状态，对发酵类物料，为了使通入罐内空气与发酵物料充分接触，高径比应取得大一些。制药工程设备简介第38页夹套反应器罐体尺寸示意

制药工程设备简介第39页◆直径及高度确定

●

装料系数

若物料在反应过程中产生泡们沫或呈沸腾状态，取装料系数0.6～0.7；若物料反应较平稳，则取装料系数0.8～0.85。●直径及高度确定

1、在初步确定H/Di后，可先忽略封头容积，近似计算出罐体容积。制药工程设备简介第40页

≈

得2、将上式计算结果圆整为标准直径，再代入下式中可计算出罐体高度制药工程设备简介第41页传热装置

◆夹套可拆卸夹套

不可拆卸夹套

制药工程设备简介第42页◆蛇管蛇管结构

制药工程设备简介第43页蛇管固定结构

制药工程设备简介第44页工艺接管◆进料管

进料管结构制药工程设备简介第45页◆出料管下部出料管

上部出料管

制药工程设备简介第46页

◆

塔式反应器

鼓泡塔反应器结构示意图1—分布格板；2—夹套；3—气体分布器；4—塔体；5—挡板；6—塔外换热器；7—液体捕集器；8—扩大段制药工程设备简介第47页第三章生物反应器发酵罐是工业发酵惯用设备中最主要、应用最广泛设备，是连接原料和产物桥梁，也是各种学科交叉点。在发酵罐中，经过产物合成，廉价原料升了值，所以能够说发酵罐是发酵工业心脏。发酵罐定义是，为一个特定生物化学反应操作提供良好而满意环境容器发酵罐伴伴随微生物发酵工业发展已历经3。早在17世纪，人们已用带有温度计和热交换器1500L木制容器来制备乙醇和酒。1900—1940年出现了200m3钢质发酵罐，在面包酵母发酵中开始使用空气分布器和机械搅拌装置。1940—1960年，第一个大规模工业生产青霉素工厂于1944年1月30日在美国TerrHaute投资，其发酵罐体积是54m3；抗生素工业兴起引发发酵工业一场变革，机械搅拌、通风、无菌操作、纯种培养等一系列技术开始完善起来，并出现耐高温在线连续测定pH电极和溶氧电极，开始利用计算机进行发酵过程控制。1960—1979年机械搅拌通风发酵罐容积增大到80～150m3，因为大规模生产单细胞蛋白需要而出现了压力循环和压力喷射型发酵罐，计算机开始在发酵工业上得到广泛应用制药工程设备简介第48页1979年以后，伴随生物工程和技术迅猛发展，大规模细胞培养发酵罐应运而生，胰岛素、干扰素等基因工程产品走上商品化。对发酵罐严密性、运行可靠性要求越来越高，发酵计算机控制和自动化实际利用已相当普遍。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。同时当代发酵工业为了获取更大经济利益，发酵罐愈加趋于大型化：废水处理2700m3，单细胞蛋白1500m3，啤酒320m3，柠檬酸200m3，面包酵母20m3，抗生素200m3，干酪20m3，酸乳10m3。制药工程设备简介第49页(一)发酵罐类型各种不一样类型发酵罐都可用于大规模生化反应过程，它们在设