制药工程基础课件.ppt

1、、牙齿章节的理论知识包括介绍、学习、熟悉设备扩大设计工作程序、将生产工作与工程工艺技术分析相结合、执行设备扩大设计方法等。1.1化学和生物反应动力学1.2非牛顿流体流变特性1.3流体流动混合，第二章制药反应工程基础和设备第一节反应工程基础(背景知识)，第一章化学和生物反应力学，第二章制药反应工程基础和设备第一节反应工程基础(背景知识)，反应率：单位时间，单位反应区，单位反应区1.1.1反应速度1，化学反应动力学研究(消除传递过程的影响)化学反应速率速度和反应方法生物反应动力学还需要根据影响反应的生物量进行研究，生物量在发酵过程中发生变化。 所以比化学反应动力学复杂。1洛康比，罗明河，李浩平是反

2、应工程原理，北京市，科学出版社，2005年版，(2-1)，第二章约束反应工程基础和设备第一节反应工程基础(背景知识)，化学和生物反应力学1.1.1反应率在单位时间内单位反应体积中、riV组I的单位体积反应率、kmol/(m3h)或mol/(Ls) V反应体积、m3或L ni组I的瞬时量、kmol或mol t反应时间、H或反应仅发生在抵消中VR-反应体积，m3，间歇过程的反应时间，引入连续过程中的空间时间(停留时间，接触时间)概念：Fi /Q0反应器原料混合物的体积，m3 /s，(2-5)，第二章约束(其中ai为A)这样会改变材料的浓度，影响反应速度，有时会改变反应的选择性。化学和生物反应动力学

3、1.1.2化学反应速率方程、第二章约束反应工程基础和设备第一节反应工程基础(背景知识)、化学和生物反应动力学1.1.2化学反应速率方程、速度常数：(2-7)、(2-8)化学反应速率、浓度等参数之间的关系或浓度等参数事实上，大部分反应都是非执行反应，食(2-7)可以表示，食(2-8)同时，郑智薰基本反应可以分解成多个基本反应，反应的速度方程是从反应机理推导出来的。可逆反应、自催化反应、平行反应、链反应、平行反应等的反应率方程格式，可参阅化学反应工程学科教科书或专着。s-1；驻兵镇，化学反应工程，北京市，化学工业出版社，2001 2 . o leven spiel . chemical react

4、ion engineering . third edition . John Wiley。剪切M是摩擦力矩。h为外部试管高度，m；n是旋转速度，r/min。R1、R2分别为内部和外部试管半径，M。(2-23.1)，(2-23.2)，第二章约束反应工程学科基础和设备第一节反应工程学科基础(背景知识)，1.3反应器内流体的流动和混合，制药行业常用的反应器主要是水壶、管和塔反应器、流化床和固定床反应器等。反应器中流体的流动模型：平面流(柱塞流、理想变位)类型、理想混合流类型和中间流类型。制药行业的反应器和萃取分离设备都是复杂的系统，在反应的同时，还有传热、传导、扩散、摩擦(碰撞)等物理过程，必须安全

5、控制。在大容器中提高反应物的混合、流动分布、停留时间分布及多孔催化剂表面的有效利用也很重要。所有过程都可能受其中一个或多个因素的影响。1.3.1反应器内流体的流动、柱塞流、理想混合流、中间流、第二章约束反应工程学科基础和设备第一节反应工程学科基础(背景知识)、1.3反应器内流体的流动和混合1.3.1反应器内流体的流动、PFR内流体理想交替、材料特征：流体密源通过反应器的停留时间相同反应器中流体的组成和温度沿管道或轴移动。也就是说，管道的轴上有浓度梯度、温度梯度等。但是在管道的每个点，流体的组成和温度在时间过程中保持不变。也就是说，在管道的径向上完全混合，没有渐变。CSTR的流体流动是理想混合，

6、其特点是材料在反应器内混合完成，反应器各点的材料组成和温度相同，出口流动的构成和温度相同。反应器内材料微源的停留时间不同。大多数实际反应器的流体流动是中间流型的，有部分反向混合现象。反应器的粗略处理计算表明，由于混合，达到混合所需的时间远远小于通过容器的平均停留时间，因此，具有搅拌的腐蚀反应器往往是由理想混合反应器管、固定层催化剂反应器的轴向扩散作用不大而形成的反向混合度很小，一般可以将其大致考虑为平流反应器。第二章约束反应工程学科基础和设备第一节反应工程学科基础(背景知识)，1.3反应器内流体的流动和混合1.3.2反应器内流体的混合，(1)反应器内流体的混合状态可分为混合规模到微观混合宏观混

7、合两种。流体的混合尺度不显示牙齿两种茄子极端行为时，称为半分离流体。微流体不显示分离，微流体相当于单个分子，可以在流动中自由移动，与流体中的其他分子接触和混合。由于微观流体的反应是分子间的碰撞，相邻分子的情况影响转换程度，宏观流体完全分离，但实际流体显示部分分离。分离程度的大小程度取决于流体的特性和混合。注意流体的混合尺度和设备的尺度相关。a .流入反应器的物质在比平均停留时间短得多的时间内达到分子级分散时，没有分子同时进入特定分子周围。牙齿混合称为微观混合，牙齿流体称为微观流体。，b .进入反应器的流体按照微源的尺度均匀分布，牙齿微源中同时进入的分子总是保持在一起。也就是说，微源之间没有影响

8、和作用。牙齿混合称为宏观混合(也称为完全分离)，牙齿流体称为宏观流体。微观混合(I) -流入的流体根据分子大小分布(II) -水壶内的分子尺度均匀(III) -出口流体配置与水壶内的配置一致，宏观混合(I)-；味精之间没有相互作用(III) -出口流是多种配置的流体微源的集合，第二章制药反应工程基础和设备第一节反应工程基础(背景知识)，1.3反应器内流体的流动与混合1.3.2反应器内流体的混合，(1)反应器内流体的混合状态间歇反应器流体微源的混合，其流体微源在水壶内的停留时间相同b .不同年龄的流体微源的混合称为反向混合或反向混合。这里说的反方向主要是时间(时间)概念的反方向，而不是空间(空间

9、)的反方向。(威廉莎士比亚，时间，时间，时间，时间，时间，时间，时间，时间，时间，时间)，反向混合是连续运行的伴随现象。两个连续理想反应器的反向混合情况处于两种茄子极端状态。a .在扁平的逆流反应器中，流体像活塞一样向前运动，没有任何反向混合B。在理想混合反应器中，材料的停留时间长而短，徐璐不同停留时间的牙齿材料由于混合的作用，反向混合度达到最大C。实际反应器流体流动的反向混合度位于牙齿两个理想反应器之间，第二章约束反应工程基础和设备第一节反应工程基础(背景知识)，(2)反应器内流体混合的原因是液体分子的扩散速度慢，流体混合受主流和湍流的影响很大，主要影响因素是主流的速度。主流处于层流状态时，

10、垂直于流动方向的物料的分散只能进行扩散。液体，尤其是粘性液体，分子扩散速度很慢，因此反应器中有浓度不同的区域，流体是分离状态的宏观流体。牙齿现象在发酵过程、聚合物溶液赵霁及药物制剂过程、工业上的层流流动反应器中很常见。当主流处于湍流状态时，由于主流流和速度的涨落，流体微元素向各个方向扩散，主流速度越高，材料的混合和分散度越接近微观混合。在连续搅拌反应器中，搅拌反应器的主流是湍流状态，流体的流动和混合是由进料的喷射效果和机械搅拌引起的，一般而言，机械搅拌是混合的主要因素。与1.3反应器内流体的流动混合1.3.2反应器内流体的混合，第二章约束反应工程基础和设备第一节反应工程基础(背景知识)，(2)

11、反应器内流体混合的原因可以看作是连续混合反应器的混合。混合由搅拌机旋转引起的液体流动，或第二，由搅拌机的剪切或供给喷射引起的湍流，使物质在较小的范围内分散成微粒(或小水滴)。第三，分子扩散是均匀化的最后阶段。与1.3 reactor内流体的流动混合1 . 3 . 2 reactor内流体的混合通常随着混合速度的增加而增加混合度，在相同速度下，将倾斜桨、桨、螺旋桨混合器进行比较，混合度将依次减小。在一定的转速下，混合会因供应速度的增加而提高。进水口位置和搅拌机之间的距离也会影响混合，最好在搅拌机附近。牙齿材料一进入反应器就可以分散和混合。否则，从reactor进口到混合器的高浓度平坦推区出口位置

12、必须远离混合器和供给口。这样可以减少段落的影响，从而降低反应器材料停留时间分布的分散度。(3)反应器内流体反向混合的原因1，速度分布不均。在流动过程中，四角和沟、粘性流体在管状反应器中分层流动时，流体的停留时间不同，因此，反向混合2、材料的流动方向相反的运动引起。连续腐蚀反应器的搅拌作用和管状反应器的分子扩散，旋涡扩散引起的速度波动，一般由于反应器的形状和内部结构关系，流体的沟流、(静)方等郑智薰理想流引起的会合严重。在非牛顿流体流中，二次流和高粘性流体循环流形成的层流都可能引起反向混合。固定化酶或固定化细胞(包括各种细菌)生物反应器中，固定化结构对流体的吸附和分子扩散引起的聚合。连续操作过程

13、，每个流体元素的停留时间：在PFR中相同，在CSTR中不同。在实际生化反应器中(流体是郑智薰理想流)是不同的。间歇性工作流程，在封闭系统中流动，因此在BSTR中，每个流体元素的停留时间相同，没有混合问题。第二章约束反应工程学科基础和设备第一节反应工程学科基础(背景知识)，1.3反应器内流体的流动与混合1.3.2反应器内流体的混合，第二章约束反应工程学科基础和设备第一节反应工程学科基础(背景知识)，1.3反应器内流体的流动与混合1.3.3停止时间分布流动情况，进入反应器的材料停留在反应器内也就是说，在牙齿时进入反应器的材料离开反应器的时间不同，因此形成了停留时间的分布。牙齿分布的原因主要是由于流体摩擦引起的流速分布不平衡、分子扩散、湍流扩散、对流、混合引起的强制对流、沟渠流、反应区内方形等引起的材料主流方向的相反材料运动。反应器内各流体元素的停留时间是否均匀，可以用停留时间的分布密度和分布函数来说明。(1)停留时间分布密度函数E(t)物质以不发生化学变化的恒定速度流入设备时，时间t 0点瞬间dt进入设备的流体元素中，