《制药设备与工艺设计》第3章

第3章反应设备3.1机械搅拌反应器3.2发酵设备13.1机械搅拌反应器反应设备的定义、应用搅拌反应器的结构搅拌器搅拌器附件2反应设备的定义用来进行化学反应的装置，通常称为反应器。3反应设备的应用通过对参加反应的介质的充分搅拌，使物料混合均匀；强化传热效果和相间传质；使气体在液相中作均匀分散；使固体颗粒在液相中均匀悬浮；使不相容的另一液相均匀悬浮或充分乳化。4按结构型式分类，可分为：釜式反应器管式反应器塔式反应器固定床反应器流化床反应器

反应设备的类型5◆釜式反应器

釜式反应器也称槽式、锅式反应器。参与反应的物料一次投入，反应完成后，产物一次卸出的反应器。特点：装置简单、互换性大，投资低等。◆管式反应器

管式反应器主要用于气相、液相、气—液相连续反应过程。

反应设备的类型6管式反应器结构示意图

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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—扩大段塔式反应器8◆固定床反应器固定床反应器是指流体通过静止不动的固体物料所形成的床层而进行化学反应的设备。以气-固反应的固定床反应器最常见。◆流化床反应器把反应器和在其中呈流态化的固体催化剂颗粒合在一起，成为流化床反应器。流化床反应器多用于气-固反应过程。

9机械搅拌反应器用于溶解、稀释等多种传递过程；化学反应过程。10搅拌反应器的结构三大部分组成：搅拌装置轴封搅拌罐传动装置搅拌轴搅拌器轴封罐体夹套人孔压出管11夹套反应器罐体尺寸示意

罐体尺寸确定12罐体尺寸确定◆高径比●确定罐体高径比的考虑因素

＊从减少搅拌功率的角度考虑，高径比可取得大一些。＊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。＊要考虑物料的状态，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，高径比应取得大一些。13◆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，可先忽略封头的容积，近似计算出罐体的容积。14

≈

得2、将上式计算的结果圆整为标准直径，再代入下式中克计算出罐体的高度V0:物料体积Vk:封头体积15反应釜的高径比液-固相、液－液相1～1.3一般搅拌罐气－液相1～2发酵罐类发酵液1.7～2.5在确定反应釜直径及高度时还应根据反应釜操作时所允许的装料程度一装料16传热装置

◆夹套可拆卸的夹套

不可拆卸的夹套

17◆蛇管蛇管结构

18工艺接管◆进料管

进料管结构19◆出料管下部出料管

上部出料管

20搅拌器搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关键部件功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。21流型搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动这种循环流动的途径称为流型。流型的影响因素搅拌器的形式搅拌容器和内构件几何特征流体性质搅拌器转速22三种基本流型搅拌机顶插式中心安装的立式圆筒的 三种基本流型径向流轴向流切向流23径向流流体的流动方向垂直于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成两股流体分别向上、向下流动，再回到叶端，不穿过叶片，形成上、下两个循环24轴向流流体的流动方向平行于搅拌轴，流体由叶桨推动，使流体向下流动，遇到容器底面再翻上，形成上下循环流。25切向流无挡板的容器内，流体绕轴作旋转运动，流速高时的液体表面会形成漩涡，这种流型称为切向流混合效果很差26三种流型同时存在轴向流与径向流对混合起主要作用切向流应加以抑制挡板可削弱切向流,增强轴向流和径向流27搅拌器在容器内的安装方式除中心安装的立式圆筒不同方式安装的搅拌机产生的流型各不相同28按流体流动形态轴向流搅拌器径向流搅拌器混合流搅拌器按搅拌器结构按搅拌的用途搅拌器分类29按流体流动形态分类30常用搅拌器及流型示意

浆式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛，据统计约占搅拌器总数的75％～80％。31按搅拌器结构分类采用平叶和折叶的搅拌器桨式涡轮式框式锚式采用螺旋面叶的搅拌器推进式螺杆式螺带式32

TY120三窄螺旋叶搅拌器TY130推进式搅拌器TY140四宽螺旋叶搅拌器

TY210型平直叶桨式搅拌器TY220斜叶桨式搅拌器TY240双折叶桨式搅拌器型式33

TY250复合折叶桨式TY260椭圆叶桨式TY340三菱锥叶开启涡轮

TY410框式搅拌器特殊框式搅拌器TY520斜叶开启涡轮TY530平直叶开启涡轮34

TY610平直叶圆盘涡轮搅拌器TY640弧叶圆盘涡轮TY650箭叶式圆盘涡轮

TY660抛物线圆盘涡轮TY715螺带螺杆搅拌器衬ＰＥ的搅拌器35用于低黏流体的搅拌器推进式长薄叶螺旋桨式圆盘涡轮式用于高黏流体的搅拌器锚式框式螺旋桨式螺带式按搅拌用途分类36根据搅拌过程的特点和主要控制因素进行选型搅拌器选型37挡板导流筒搅拌附件的作用改善反应器内流体的流动状态改变径向流,提高混合效果保护搅拌器减少剧烈旋转的液体结合漩涡作用对搅拌轴产生冲击作用搅拌器附件38安装4块挡板，其宽度为容器直径的1/12~1/10。传热蛇管可代替挡板（垂直换热管时可不再安装挡板）挡板39避免旋涡现象，增大被搅拌液体的湍流程度切向流动变为轴向和径向流动，强化反应器内液体的对流和扩散，改善搅拌效果。

搅拌反应器的挡板结构挡板的作用40上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌混合中起导流作导流筒的直径约为容器直径的70%涡轮式或桨式搅拌器，导流筒置于桨叶的上方推进式搅拌器，导流筒套在桨叶外面导流筒41机械搅拌反应器的传动装置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；传动装置423.2发酵设备433.2发酵设备发酵的操作过程发酵罐的设计要求常用发酵罐机械搅拌式发酵罐自吸式发酵罐气升式发酵罐塔式发酵罐44什么是发酵生物化学中把酵母的无氧呼吸过程称作发酵微生物生理学：有机物被生物体氧化降解成氧化产物并释放能量的过程工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动而实现的工业生产均称为“发酵”发酵的菌种—微生物，包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物等在内的一大类生物群体45什么是酵母一种单细胞真菌,在有氧和无氧环境下都能生存,属于兼性厌氧菌有氧气的环境中，酵母菌将葡萄糖转化为水和二氧化碳无氧的条件下，将葡萄糖分解为二氧化碳和酒精C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+2ATP(放出能量:118kJ/mol)酿酒过程中，乙醇被保留下来烤面包或蒸馒头的过程中，二氧化碳将面团发起，而酒精则挥发46发酵罐的操作和设计要求气-液接触浓度的在线检测混合传热泡沫控制营养物或控制pH用的试剂的加入结构可靠良好的气液接触和液固混合性能减少机械搅拌和通气所消耗的动力良好的传热性能设置有效的消泡沫装置必要和可靠的监测及控制仪表47间歇发酵罐48发酵罐的设计要求49发酵罐型式按搅拌和通气的能量输入方式可分为机械搅拌式外部液体循环式空气喷射提升式50机械搅拌式51外部液体循环式52空气喷射提升式53常用发酵罐机械搅拌式发酵罐自吸式发酵罐气升式发酵罐塔式发酵罐54机械搅拌式发酵罐机械搅拌压缩空气通气装置55机械搅拌式发酵罐主要组成部件罐体-1搅拌装置-2传热装置-4通气装置-7传动机构-656罐体