制药设备与工艺设计反应设备

第3章反应设备3.1机械搅拌反应器3.2发酵设备1制药设备与工艺设计反应设备第1页3.1机械搅拌反应器反应设备定义、应用搅拌反应器结构搅拌器搅拌器附件2制药设备与工艺设计反应设备第2页反应设备定义用来进行化学反应装置，通常称为反应器。3制药设备与工艺设计反应设备第3页反应设备应用经过对参加反应介质充分搅拌，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；使不相容另一液相均匀悬浮或充分乳化。4制药设备与工艺设计反应设备第4页按结构型式分类，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

反应设备类型5制药设备与工艺设计反应设备第5页◆釜式反应器

釜式反应器也称槽式、锅式反应器。参加反应物料一次投入，反应完成后，产物一次卸出反应器。特点：装置简单、交换性大，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。

反应设备类型6制药设备与工艺设计反应设备第6页管式反应器结构示意图

7制药设备与工艺设计反应设备第7页

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制药设备与工艺设计反应设备第8页◆固定床反应器固定床反应器是指流体经过静止不动固体物料所形成床层而进行化学反应设备。以气-固反应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制药设备与工艺设计反应设备第9页机械搅拌反应器用于溶解、稀释等各种传递过程；化学反应过程。10制药设备与工艺设计反应设备第10页搅拌反应器结构三大部分组成：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制药设备与工艺设计反应设备第11页夹套反应器罐体尺寸示意

罐体尺寸确定12制药设备与工艺设计反应设备第12页罐体尺寸确定◆高径比●确定罐体高径比考虑原因

＊从降低搅拌功率角度考虑，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。13制药设备与工艺设计反应设备第13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。14制药设备与工艺设计反应设备第14页

≈

得2、将上式计算结果圆整为标准直径，再代入下式中克计算出罐体高度V0:物料体积Vk:封头体积15制药设备与工艺设计反应设备第15页反应釜高径比液-固相、液－液相1～1.3普通搅拌罐气－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依据反应釜操作时所允许装料程度一装料16制药设备与工艺设计反应设备第16页传热装置

◆夹套可拆卸夹套

不可拆卸夹套

17制药设备与工艺设计反应设备第17页◆蛇管蛇管结构

18制药设备与工艺设计反应设备第18页工艺接管◆进料管

进料管结构19制药设备与工艺设计反应设备第19页◆出料管下部出料管

上部出料管

20制药设备与工艺设计反应设备第20页搅拌器搅拌器又称搅拌桨或搅拌叶轮，是搅拌反应器关键部件功效是提供过程所需要能量和适宜流动状态。21制药设备与工艺设计反应设备第21页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充分混合区，并产生一股高速射流推进液体在搅拌容器内循环流动这种循环流动路径称为流型。流型影响原因搅拌器形式搅拌容器和内构件几何特征流体性质搅拌器转速22制药设备与工艺设计反应设备第22页三种基本流型搅拌机顶插式中心安装立式圆筒 三种基本流型径向流轴向流切向流23制药设备与工艺设计反应设备第23页径向流流体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制药设备与工艺设计反应设备第24页轴向流流体流动方向平行于搅拌轴，流体由叶桨推进，使流体向下流动，碰到容器底面再翻上，形成上下循环流。25制药设备与工艺设计反应设备第25页切向流无挡板容器内，流体绕轴作旋转运动，流速高时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制药设备与工艺设计反应设备第26页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减弱切向流,增强轴向流和径向流27制药设备与工艺设计反应设备第27页搅拌器在容器内安装方式除中心安装立式圆筒不一样方式安装搅拌机产生流型各不相同28制药设备与工艺设计反应设备第28页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用途搅拌器分类29制药设备与工艺设计反应设备第29页按流体流动形态分类30制药设备与工艺设计反应设备第30页惯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75％～80％。31制药设备与工艺设计反应设备第31页按搅拌器结构分类采取平叶和折叶搅拌器桨式涡轮式框式锚式采取螺旋面叶搅拌器推进式螺杆式螺带式32制药设备与工艺设计反应设备第32页

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制药设备与工艺设计反应设备第33页

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制药设备与工艺设计反应设备第34页

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搅拌器35制药设备与工艺设计反应设备第35页用于低黏流体搅拌器推进式长薄叶螺旋桨式圆盘涡轮式用于高黏流体搅拌器锚式框式螺旋桨式螺带式按搅拌用途分类36制药设备与工艺设计反应设备第36页依据搅拌过程特点和主要控制原因进行选型搅拌器选型37制药设备与工艺设计反应设备第37页挡板导流筒搅拌附件作用改进反应器内流体流动状态改变径向流,提升混合效果保护搅拌器降低猛烈旋转液体结合漩涡作用对搅拌轴产生冲击作用搅拌器附件38制药设备与工艺设计反应设备第38页安装4块挡板，其宽度为容器直径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制药设备与工艺设计反应设备第39页防止旋涡现象，增大被搅拌液体湍流程度切向流动变为轴向和径向流动，强化反应器内液体对流和扩散，改进搅拌效果。

搅拌反应器挡板结构挡板作用40制药设备与工艺设计反应设备第40页上下开口圆筒，安装于容器内，在搅拌混合中起导流作导流筒直径约为容器直径70%涡轮式或桨式搅拌器，导流筒置于桨叶上方推进式搅拌器，导流筒套在桨叶外面导流筒41制药设备与工艺设计反应设备第41页机械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；传动装置42制药设备与工艺设计反应设备第42页3.2发酵设备43制药设备与工艺设计反应设备第43页3.2发酵设备发酵操作过程发酵罐设计要求惯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制药设备与工艺设计反应设备第44页什么是发酵生物化学中把酵母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过程工业生产上笼统地把一切依靠微生物生命活动而实现工业生产均称为“发酵”发酵菌种—微生物，包含细菌、病毒、真菌以及一些小型原生动物等在内一大类生物群体45制药设备与工艺设计反应设备第45页什么是酵母一个单细胞真菌,在有氧和无氧环境下都能生存,属于兼性厌氧菌有氧气环境中，酵母菌将葡萄糖转化为水和二氧化碳无氧条件下，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过程中，二氧化碳将面团发起，而酒精则挥发46制药设备与工艺设计反应设备第46页发酵罐操作和设计要求气-液接触浓度在线检测混合传热泡沫控制营养物或控制pH用试剂加入结构可靠良好气液接触和液固混合性能降低机械搅拌和通气所消耗动力良好传热性能设置有效消泡沫装置必要和可靠监测及控制仪表47制药设备与工艺设计反应设备第47页间歇发酵罐48制药设备与工艺设计反应设备第48页发酵罐设计要求49制药设备与工艺设计反应设备第49页发酵罐型式按搅拌和通气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制药设备与工艺设计反应设备第50页机械搅拌式51制药设备与工艺设计反应设备第51页外部液体循环式52制药设备与工艺设计反应设备第52页空气喷射提升式53制药设备与工艺设计反应设备第53页惯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制药设备与工艺设计反应设备第54页机械搅拌式发酵罐机械搅拌压缩空气通气装置55制药设备与工艺设计反应设备第55页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制药设备与工艺设计反应设备第56页罐体组成

圆筒形筒身上下两个椭圆形封头几何尺寸百分比H/D=1.7~3；d/D=1/2~1/3W/D=1/8~1/12；B/D=0.8~1s/d=1.5~2.5(2);s/d=1~2(3)发酵罐公称容积V0为筒身部分容积Vc和底封头容积Vb之和，即V0=Vc+Vb实际装料量

V=η0V0;η0是装料系数，0.7~0.8V=（0.7~0.8）V057制药设备与工艺设计反应设备第57页罐体接管和接口

冷却水、给排气、取样、放料、接种、消泡剂、酸、碱等工艺接管视镜、仪表等接口材料

不锈钢钢板或复合不锈钢板以确保罐内培养液清洁和壁面光滑压力容器用钢强度

能承受灭菌蒸汽压力和温度58制药设备与工艺设计反应设备第58页搅拌装置采取圆盘涡轮式搅拌器配置2-3个搅拌器有利于液体本身混合及气液和液固之间混合改进传质和传热有利于氧溶解59制药设备与工艺设计反应设备第59页通气装置将无菌空气导入罐内装置单孔管单孔管出口位置正下方开口向下60制药设备与工艺设计反应设备第60页传热装置发酵过程中发酵液产生热量最适宜培养温度冷却水导出部分热量发酵罐传热装置有夹套和蛇管61制药设备与工艺设计反应设备第61页机械消末装置发酵过程中，因为发酵液中含有大量蛋白质等发泡物质，在强烈通气搅拌下将产生大量泡沫消除发酵液泡沫消泡剂(天然油脂、聚醚类、硅类、高碳醇)机械消泡装置62制药设备与工艺设计反应设备第62页耙式消泡桨消泡桨安装于搅拌轴上，与轴同转，齿面略高于液面，消泡桨直径约为罐径0.8~0.9当少许泡沫上升时，假如泡沫机械强度较小，耙齿可把泡沫打坏。63制药设备与工艺设计反应设备第63页封闭式涡轮消泡桨尺寸消沫器直径约为罐径1/2安装涡轮消沫器直接安装于搅拌轴上，因为搅拌轴转速太低效果不佳下伸轴发酵罐，罐顶安装，涡轮轴高速旋转工作过程泡沫直接被涡轮打坏，或被涡轮抛出撞击到罐壁而破碎64制药设备与工艺设计反应设备第64页自吸式发酵罐不需空气压缩机自吸入空气生物反应器65制药设备与工艺设计反应设备第65页自吸式发酵罐形式形式叶轮和导轮自吸入式发酵罐喷射自吸式反应器文丘里管反应器共同特点:利用特殊转子或喷射器或文丘里管所形成负压，将空气从外界吸入66制药设备与工艺设计反应设备第66页文氏管原理文氏管原理把气流由粗变细，以加紧气体流速，使气体在文氏管出口后侧形成一个“真空”区。当这个真空区靠近工件时会对工件产生一定吸附作用67制药设备与工艺设计反应设备第67页自吸式发酵罐优点节约了空气净化系统中空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐等设备，降低占地面积可降低发酵设备投资约30%左右发酵总动力消耗比通用式低68