《制药反应设备》PPT课件.ppt
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1、制药反应设备,第九章 P96,反应、分离、制剂构成了药品生产的主要工艺过程。,药厂所用设备,制药专用设备,化工设备,机械设备,原料药生产,药物制剂生产,反应器基础,补充内容,釜式,流化床,1、按反应器结构分,管式,一、反应器类型,固定床,塔式,2、按相态分类,均相反应器,液相反应器,气相反应器,气液相反应器,非均相反应器,气固反应器,液液反应器,液固反应器,气液固三相反应器,固固反应器,反应器,2、按操作方式分类,等温反应器,半连续式,间歇式,连续式,非等温反应器,理想反应器,4、按流动状况分类,非理想反应器,3、按操作温度分类,二、反应器操作方式,1、间歇操作,间歇操作的特点:将反应所需的原
2、料一次加入反应器,达到规定的反应程度后即卸出全部物料。然后对反应器进行清理,随后进入下一个操作循环。,半连续式,间歇式,连续式,间歇反应过程是一个典型的非稳态过程。基本特征:反应器内物料的组成随时间而变化。,间歇操作通常采用釜式反应器,且反应过程中既无物料加入,又无物料输出,因此,可视为恒容过程。,优点:间歇反应器具有装置简单、操作方便、适应性强等,在制药工业中应用广泛。,2、连续操作连续操作的特点:将反应原料连续地输入反应器,反应物料也从反应器连续流出。连续操作多属于稳态操作此时反应器内任一位置上的反应物浓度、温度、压力、反应速度等参数均不随时间而变化。,优点:连续操作具有生产能力大、产品质
3、量稳定、易实现机械化和自动化等,因此大规模工业生产的反应器多采用连续操作。缺点:连续操作适应能力较差,系统一旦建成,要改变产品品种往往非常困难,有时甚至要较大幅度地改变产品的产量也不容易办到。,一、离心泵的结构和工作原理,3、半连续操作 原料或产物中有一种或一种以上的为连续输入或输出,而其余的(至少一种)为分批加入或卸出的操作,均属半连续操作,相应的反应器为半连续反应器。原料药生产中气液反应常常采用半连续操作。例如,氯气和对绿甲苯生产2,4-二氯甲苯。半连续反应器中的物料组成既随着时间而变化,又随位置而变化。釜式、管式、塔式以及固定床反应器等都有采用半连续方式操作的。,三、反应器计算基本方程式
4、反应器计算所应用的基本方程式主要有反应动力学方程式、物料衡算式和热量衡算式。,1、反应动力学方程式对于均相反应,反应速度可用单位时间、单位体积的反应物料中某一组分摩尔数的变化量来表示,即,表示生成速度表示消耗速度,CA组分A的浓度,kmol.m-3用转化率来表示反应速度:反应物的转化率,对于等容过程:,对于等容过程:,如反应A R为n级不可逆反应,则反应动力学方程式可写成:,k反应速度常数,n反应级数,若反应为气相,则反应动力学方程式可以用组分的分压表示:,kp以反应物压力表示的反应速度常数,pA反应体系中反应物A的分压,Pa,R理想气体常数,8.314T体系温度,K,用不同组分表示化学反应速
5、度时数值也不一定相同,如反应,组分A、B的消耗速度与组分M、N生成速度关系式,如果反应为理想气体,则kp和k的关系,2、物料衡算式在微元时间 内,在微元体积 中,对反应物A进行物料衡算得A的输入量A的输出量A的消耗量A的积累量反应物的消耗量取决于化学反应速度,应为物料衡算式给出了反应器内反应物浓度或转化率随位置或时间的变化关系。,3、热量衡算式在微元时间 内对微元体积 进行热量衡算得物料带入的热量物料带出的热量过程热效应环境或载热体输入热量积累热量过程热效应由物理变化热效应和化学变化热效应组成。当物理变化热可以忽略时,上式可写成物料带入的热量物料带出的热量化学变化热环境或载热体输入热量积累热量
6、在微元时间 内,在微元体积 中因反应产生的化学变化热为,热量衡算式给出了反应器内温度随位置或时间的变化关系。,等温过程,反应器计算,热量衡算式,反应动力学方程式,联立求解,物料衡算式,反应动力学方程式,联立求解,物料的流动混合状况直接影响着反应器内浓度和温度的分布,联立解物料衡算式和热量衡算式时,必须知道反应器内物料的流动混合状况。,物料衡算式,四、理想反应器,理想反应器指流体的流动处于理想状况的反应器。对于流体的混合有两种理想极限,即理想混合和理想置换。,理想混合的特征是物料达到完全混合,浓度、温度和反应速度处处相等。,理想混合的釜式反应器可采用连续、半连续或间歇操作方式。,理想置换的特征是
7、在与流动方向垂直的截面上,各点的流速和流向完全相同,就像活塞平推一样,固又称“活塞流”或“平推流”。,理想反应器内反应物和产物的浓度变化情况:,釜式反应器及工艺计算,第一节,1、结构,轴封,搅拌装置,搅拌轴,搅拌器,工艺接管,搅拌罐和搅拌轴之间的动密封,罐体,传热装置,传动装置,搅拌罐,仪表及防爆装置等,一、釜式反应器的结构、特点及应用,主要部件,搅拌器(也称搅拌桨和叶轮),闭式,开式,轴向流,切向流,流型:搅拌器旋转时,在搅拌器产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动,这种循环流动的途经称为流型。,基本流型,径向流,根据釜盖和罐体连接方式不同釜式反应器分为两类,流体的流动方向垂直于搅拌轴
8、,沿径向流动。,径向流:,流体的流动方向平行于搅拌轴。,轴向流:,切向流:,无挡板的容器内,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。,轴向流和径向流对混合起主要作用,混合效果差,搅拌器安装方式,桨式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在搅拌反应设备中应用最广。,搅拌器按流型分类,(1)小直径高转速搅拌器,常见的搅拌器,推进式搅拌器,此类搅拌器实质上是一个无外壳的轴流泵,叶轮直径一般为釜径的0.20.5倍,常用转速为100500r.min1。高速旋转的搅拌器使釜内液体产生轴向和切向运动。液体的轴向分速度可以使液体形成如图的总体循环流动,起到混合液体的作用;切向分速度使釜内液体
9、产生圆周运动,形成旋涡,不利于液体的混合且物料为多相体系时,还会产生分层或分离现象。,常用于低粘度液体的传热、反应以及固液比较小的悬浮、溶解过程。,涡轮式搅拌器,此类搅拌器实质上是一个无泵壳的离心泵,叶轮直径一般为釜径的0.20.5倍,常用转速为10500r.min1。高速旋转的搅拌器使釜内液体产生径向和切向运动,并以很高的绝对速度沿叶轮半径方向流出。液体的径向分速度可以使液体形成如图的总体循环流动,起到混合液体的作用;切向分速度使釜内液体产生圆周运动,应采取措施予以抑制。,与推进式比涡轮式不仅产生较大的循环量,而且对桨叶外缘附件的液体产生较强的剪切作用。常用于粘度小的液体传热、反应以及固液悬
10、浮、溶解和气体分散等过程。,(2)大直径低转速搅拌器(用于中高粘度的液体),桨式搅拌器,桨式搅拌器的旋转直径一般为釜径的0.350.8倍,常用转速为1100r.min1。平桨式搅拌器可使液体产生径向和切向运动。可用于简单的固液悬浮、溶解和气体分散等过程。即使斜桨式搅拌器,所造成的轴向流动范围也不大,故当釜内液位较高时,应采用多斜式搅拌器或与螺旋桨配合使用。,(2)大直径低转速搅拌器(用于中高粘度的液体),锚式和框式搅拌器,当液体粘度更大时采用这种搅拌器。搅拌器的旋转直径一般为釜径的0.90.98倍,常用转速为1100r.min1。此类搅拌器一般在层流状态下操作,主要使液体产生水平环向流动,基本
11、不产生轴向流动,故难以保证轴向混合均匀。但此类搅拌器搅拌范围大,且可根据需要在桨上增加横梁和竖梁,以进一步增大搅拌范围,所以一般不会产生死区。此外,由于搅拌器与釜内壁间隙很小,可防止固体颗粒在釜内壁上的沉积现象。,常用于中、高粘度液体的混合、传热及反应等过程。,螺旋式搅拌器,可以提高轴向混合效果。搅拌器的旋转直径一般为釜径的0.90.98倍,常用转速为0.550r.min1。此类搅拌器也在层流状态下操作,但在螺带的作用下,液体沿着螺旋面上升或下降形成轴向循环流动,故混合效果比锚式和框式好。,常用于中、高粘度液体的混合、传热及反应等过程。,搅拌器选型,搅拌器附件,打旋现象:当搅拌器置于容器中心搅
12、拌低粘度液体时,若叶轮转速足够高,液体就会在离心力的作用下涌向釜壁,使釜壁处的液面上升,而中心处的液面下降,结果形成了一个大漩涡,这种现象叫打旋。,打旋现象危害:叶轮的转速越大,形成的漩涡就越深,但各层液体之间几乎不发生轴向混合,且当物料为多相体系时,还会发生分层或分离现象。更为严重的是,当液面下凹至一定深度后,叶轮中心部位将暴露于空气中,并吸入空气,使被搅拌液体的表观密度和搅拌效率下降。此外,打旋还会引起功率波动和异常作用力,加剧搅拌器的震动,甚至无法工作。,(1)挡板,既能提高液体的湍动程度,又能使切向流动变为轴向和径向流动,制止打旋现象的发生。从而使搅拌效果显著提高。,对于高粘度的液体,
13、应使挡板离开釜壁并与壁面倾斜。,挡板的安装方式与液体的粘度有关。,对于低粘度液体,可将挡板垂直纵向地安装在釜内壁上,上部伸出液面,下部到达釜底。,对于中等粘度液体或固液体系,应使挡板离开釜壁,以防液体在挡板后形成较大的流动死区或固体在挡板后积聚。,导流筒为一圆筒体,其作用是使桨叶排出的液体在导流筒内部和外部形成轴向循环流动。导流筒可限定釜内液体的流动路线,迫使釜内液体通过导流筒内的强烈混合区,既能提了循环流量和混合效果,又有助于消除短路与流动死区。,(2)导流筒,传动装置及搅拌轴,(1)电机,(2)减速装置,(3)搅拌轴,两级齿轮减速机,三角皮带减速机,摆线针尺行星减速机,谐波减速机,2、釜式
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