第2章制藥反應(yīng)工程基礎(chǔ)

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Phoneorkroom:第九教學(xué)樓310制藥工程原理與設(shè)備PrincipleandEquipmentofPharmaceuticalEngineering第二章制藥反應(yīng)工程基礎(chǔ)與設(shè)備第一節(jié)藥物化學(xué)合成反應(yīng)工程基礎(chǔ)1第二節(jié)生物反應(yīng)工程基礎(chǔ)2第三節(jié)生物反應(yīng)設(shè)備3第四節(jié)生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與放大4Doyouknow?藥物的原藥是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)合成、生物（轉(zhuǎn)化）合成或從動(dòng)植物組織器官中提取分離過(guò)程獲得的。原料藥的工業(yè)化生產(chǎn)需要借助化學(xué)與生物合成反應(yīng)以及實(shí)現(xiàn)合成反應(yīng)的設(shè)備（反應(yīng)器和與之配套的設(shè)備）和保證反應(yīng)向目標(biāo)合成物及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)接近所需控制操作該設(shè)備的參數(shù)和方法。一臺(tái)攪拌釜，所用攪拌尺寸、功率都已給定，你會(huì)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明或書(shū)本知識(shí)知道為什么？如何進(jìn)行工程技術(shù)放大和車(chē)間工程工藝設(shè)計(jì)。

最重要的是進(jìn)行反應(yīng)及提取設(shè)備的放大設(shè)計(jì)與選型。Canyoutellme?對(duì)非均相反應(yīng)合成過(guò)程所用設(shè)備，（1）你認(rèn)為應(yīng)該是什么樣的？（2）你想知道是什么樣的嗎？（3）你知道為什么是這樣的嗎？憑經(jīng)驗(yàn)和掌握的知識(shí)判斷；學(xué)習(xí)、進(jìn)行測(cè)試；設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)、對(duì)比，分析研究。2.1藥物化學(xué)合成反應(yīng)工程基礎(chǔ)2.1.1藥物化學(xué)合成工業(yè)的特點(diǎn)（1）藥物品種多，更新速度快；（2）生產(chǎn)技術(shù)復(fù)雜，工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高；（3）原輔材料多；（4）質(zhì)量要求嚴(yán)格；（5）產(chǎn)量不斷擴(kuò)大，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。藥物化學(xué)合成反應(yīng)工程的研究?jī)?nèi)容：反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)、放大反應(yīng)器優(yōu)化結(jié)構(gòu)功能與GMP要求一致ReviewofBasicknowledge一、基本概念（一）化學(xué)計(jì)量方程表示各反應(yīng)物和生成物在反應(yīng)過(guò)程中量的變化關(guān)系的方程。

或

2-12-22.1.2均相化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)（二）化學(xué)反應(yīng)速率1、間歇系統(tǒng)：（1）均相反應(yīng)，常用單位時(shí)間、單位反應(yīng)容積內(nèi)物質(zhì)量的變化來(lái)定義該物質(zhì)的反應(yīng)速率各物質(zhì)的反應(yīng)速率：2-32-4（二）化學(xué)反應(yīng)速率（2）非均相反應(yīng)：兩相流體系統(tǒng)：采用單位相界面面積S固-液系統(tǒng)：采用單位固相表面積或催化劑內(nèi)表面S，或單位固體質(zhì)量或催化劑質(zhì)量W（二）化學(xué)反應(yīng)速率2、連續(xù)系統(tǒng)：可表示為單位體積、單位反應(yīng)面積或單位質(zhì)量固體某一反應(yīng)物或產(chǎn)物的摩爾流率變化。（三）反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)程度轉(zhuǎn)化率：反應(yīng)程度：2-52-6（四）反應(yīng)速率方程

表示反應(yīng)速率與濃度等參數(shù)之間的關(guān)系，或表示濃度等參數(shù)與時(shí)間關(guān)系的方程成為化學(xué)反應(yīng)的速率方程（rateequation）。速率常數(shù)：2-72-8二、單一反應(yīng)不可逆反應(yīng)：反應(yīng)速率式:對(duì)于等溫恒容均相反應(yīng):其積分式為：2-92-102-11可逆反應(yīng)：均相催化反應(yīng)：2-122-13三、復(fù)合反應(yīng)收率φp：生成的目的產(chǎn)物P的摩爾數(shù)與反應(yīng)掉的反應(yīng)組份Ａ的摩爾數(shù)之比得率Xp：生成的目標(biāo)產(chǎn)物P的摩爾數(shù)與反應(yīng)物的起始摩爾數(shù)之比選擇性Sp：目的產(chǎn)物P所生成的摩爾數(shù)與某副產(chǎn)物S生成的摩爾數(shù)之比2-142-152-16由A和B進(jìn)行均相二級(jí)不可逆反應(yīng)A+B=S，速率方程為：求：（1）當(dāng)時(shí)的積分式（2）當(dāng)時(shí)的積分式（1）CA與CB之比保持恒定所以

積分得寫(xiě)成轉(zhuǎn)化率時(shí)（2）

式中：積分得設(shè)某反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程為，當(dāng)A的濃度為時(shí)，達(dá)到A的殘余濃度，需多少時(shí)間？解：2.1.3分批操作與釜式反應(yīng)器反應(yīng)器是生產(chǎn)工藝過(guò)程與設(shè)計(jì)的起始中心，是化學(xué)合成、生物發(fā)酵與轉(zhuǎn)化及反應(yīng)分離提取的關(guān)鍵設(shè)備。反應(yīng)器不僅關(guān)系設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性，而且影響環(huán)境。制藥工業(yè)的反應(yīng)器及提取分離設(shè)備均是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，這就要求設(shè)備安全、可控。在大的容器中，存在多種過(guò)程，任一過(guò)程可以受這些因素中的某一或多種因素的作用。反應(yīng)器的類(lèi)型很多。一、反應(yīng)器種類(lèi)按物料相態(tài)分類(lèi)(1)均相反應(yīng)器（反應(yīng)物與生成物均屬同一相）：氣相、液相(2)非均相反應(yīng)器（反應(yīng)體系多于一相）：氣液、液液、氣固、液固、氣液固按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)釜式反應(yīng)器、管式反應(yīng)器、塔式反應(yīng)器、流化床式反應(yīng)器、固定式反應(yīng)器等按操作方式分（1）分批（或稱間歇）操作反應(yīng)器（2）連續(xù)操作反應(yīng)器（3）半連續(xù)操作反應(yīng)器按流體流動(dòng)及混合形式分（1）平推流（活塞流、柱塞流、理想置換）（2）理想混合流（3）中間流型實(shí)際反應(yīng)器攪拌釜式反應(yīng)器管式反應(yīng)器（填料）塔式反應(yīng)器固定床催化反應(yīng)器固定床非催化反應(yīng)器流化床催化反應(yīng)器流化床催化反應(yīng)器帶夾套的開(kāi)式攪拌釜結(jié)構(gòu)示意圖

CatalyticdistillationforMTBEproduction

J.N.Armor，AppliedCatalysisA:General222(2001)91–99

Schematicdiagramofareactivedistillationcolumn

B.Sahaetal.，CatalysisToday60(2000)147–157

填料（散堆、規(guī)整）催化劑（包裹均散、固著在填料表面或共燒結(jié)）固定床反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)形式釜式反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及應(yīng)用釜體一般是由鋼板卷焊而成的圓筒體，再焊上鋼制標(biāo)準(zhǔn)釜底，配上封頭、攪拌器等零部件而制成。標(biāo)準(zhǔn)釜底一般為橢圓形，可用平底、半球底或錐形底等按釜蓋與釜體連接方式的不同，攪拌釜式反應(yīng)器可分為開(kāi)式（法蘭連接）和閉式（焊接）兩大類(lèi)罐體的內(nèi)壁可內(nèi)襯耐腐蝕材料，外壁常設(shè)有傳熱夾套，或內(nèi)部安裝傳熱蛇管在攪拌良好的下，可視為理想混合反應(yīng)器，操作靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，便于控制和改變反應(yīng)條件，尤其適用于制藥工業(yè)的小批量、多品種生產(chǎn)特點(diǎn)。間歇攪拌釜式反應(yīng)器間歇攪拌釜式反應(yīng)器內(nèi)任一點(diǎn)的濃度或溫度隨反應(yīng)時(shí)間而變，所以是不穩(wěn)定操作的反應(yīng)器（BatchTankReactorBTR）攪拌裝置軸封罐體附件理想反應(yīng)器特點(diǎn)：1、空間完全混合，各點(diǎn)濃度、溫度均一。2、各組分濃度隨時(shí)間而變，反應(yīng)速率也隨之而變。3、所有流體質(zhì)點(diǎn)在反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間相等。（具有相同的歷程）1.反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本原理根據(jù)給定的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使反應(yīng)器的容積、類(lèi)型和操作方法最佳。通常是在反應(yīng)器的類(lèi)型和操作方法（或/和條件）已經(jīng)確定的前提下，進(jìn)行反應(yīng)體積(volumeofreactingfluid)的計(jì)算；然后，結(jié)合反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物系的組成與操作條件，確定反應(yīng)器的容積(internalvolumeofreactor)。三、反應(yīng)器的設(shè)計(jì)與選擇基礎(chǔ)反應(yīng)體積的計(jì)算取決于反應(yīng)速率以及組分的轉(zhuǎn)化率。

反應(yīng)器設(shè)計(jì)通常要借助一定的數(shù)學(xué)模型，即反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)速率及組分轉(zhuǎn)化率等的變化關(guān)系式，即反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程。包括：物料衡算式、熱量衡算式以及動(dòng)量衡算式（對(duì)有大的壓力降過(guò)程）以及相關(guān)的反應(yīng)（生長(zhǎng)）動(dòng)力學(xué)方程、熱力學(xué)計(jì)算式和各種傳遞參數(shù)計(jì)算式等2.反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)于均相反應(yīng)(single-phasereaction)，反應(yīng)速度可用單位時(shí)間、單位體積的反應(yīng)物料中某一組分摩爾數(shù)的變量來(lái)表示，即

當(dāng)A為生成物時(shí)，式取+號(hào)，表示生成速度；當(dāng)A為反應(yīng)物時(shí)，取–表示消耗速度。對(duì)于等容過(guò)程2-172-182-192-202-213物料平衡方程式對(duì)于簡(jiǎn)單的反應(yīng)，如

aA+bBmM+nN在dτ內(nèi)，在dVR中，對(duì)反應(yīng)物A進(jìn)行物料衡算得：

A輸入量＝A輸出量+A消耗量+A積累量A的消耗量取決于反應(yīng)速度。在dτ內(nèi)，在dVR中因反應(yīng)而消耗的反應(yīng)物A的量為AdVRdτ。物料衡算式給出了反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物濃度或轉(zhuǎn)化率隨位置或時(shí)間的變化關(guān)系。反應(yīng)體積微元物料平衡圖4熱量平衡方程式分別選取微元體積dVR和微元時(shí)間dτ作為熱量衡算的空間基準(zhǔn)和時(shí)間基準(zhǔn)，在dτ內(nèi)對(duì)dVR進(jìn)行熱量衡算得：

物料帶入－物料帶出+過(guò)程熱效應(yīng)+外界輸入＝積累熱量過(guò)程熱效應(yīng)由物理變化熱和化學(xué)變化熱組成，當(dāng)物理變化熱可以忽略時(shí)，上式可改寫(xiě)為：

物料帶入-物料帶出+化學(xué)變化熱+外界輸入＝積累熱量熱量衡算式給出了反應(yīng)器內(nèi)溫度隨位置或時(shí)間的變化關(guān)系。反應(yīng)器的計(jì)算過(guò)程方法反應(yīng)器計(jì)算實(shí)際上就是聯(lián)立求解物料衡算式、熱量衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式．對(duì)于等量過(guò)程，由于溫度不隨時(shí)間和空間而改變，因此僅需聯(lián)立求解物料衡算式和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式．由于物料的流動(dòng)混合狀況直接影響著反應(yīng)器內(nèi)的濃度和溫度分布，因此，在聯(lián)立求解物料衡算式和熱量衡算式時(shí)，必須知道反應(yīng)器內(nèi)物料的流動(dòng)混合狀況。四、反應(yīng)器的工藝計(jì)算間歇釜式反應(yīng)器的工藝計(jì)算間歇釜式反應(yīng)器物料衡算具有的特點(diǎn)：由于反應(yīng)器內(nèi)濃度、溫度均一，不隨位置而變，故可對(duì)整個(gè)反應(yīng)器有效容積(反應(yīng)體積)進(jìn)行物料衡算。由于間歇操作，物料的輸入量和輸出量均為零，因而物料衡算式為：

A的消耗量+A的積累量＝0由于A的消耗量+A的積累量＝0，則：xAf--反應(yīng)終止時(shí)反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率公式對(duì)等溫、非等溫、等容和變?nèi)葸^(guò)程均適用反應(yīng)時(shí)間的計(jì)算在等容情況下，VR保持不變，則：2-22上式表明，達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需要的反應(yīng)時(shí)間僅與反應(yīng)物的初始濃度和化學(xué)反應(yīng)速度有關(guān)，而與物料的處理量無(wú)關(guān)。因此，若能保證放大后的裝置在攪拌和傳熱兩方面均與提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)的裝置完全相同，就可以簡(jiǎn)單地計(jì)算出大生產(chǎn)裝置的尺寸，實(shí)現(xiàn)高倍數(shù)的放大。要對(duì)上式進(jìn)行積分，尚需知道反應(yīng)速度與轉(zhuǎn)化率之間的函數(shù)關(guān)系，即反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程式。2-22得2-232-242-252-26等溫等溫總?cè)莘e的計(jì)算釜式反應(yīng)器間歇操作時(shí)，處理一定量物料所需要的有效體積VR不僅與反應(yīng)時(shí)間τ有關(guān)，而且與輔助操作時(shí)間τ’有關(guān)：

VR=Vh(τ+τ')

(2-27)VR反應(yīng)器的有效容積或反應(yīng)體積，m3；Vh每小時(shí)所需處理的物料體積，m3h-1

；τ為達(dá)規(guī)定轉(zhuǎn)化率所需反應(yīng)時(shí)間，h。

決定反應(yīng)器的總?cè)莘eVT，還需考慮裝料系數(shù)ψ：

VT=VR/ψ

（2-28）ψ一般為0.4～0.85。對(duì)于不起泡、不沸騰的物料，ψ可取0.7～0.85；對(duì)于起泡或沸騰的物料，ψ可取0.4～0.6；此外，裝料系數(shù)的選擇還應(yīng)考慮攪拌器和換熱器的體積。釜式反應(yīng)器的臺(tái)套數(shù)及單釜容積確定

對(duì)于給定的生產(chǎn)任務(wù)，即總體積Vd確定，根據(jù)工藝要求和反應(yīng)器系列標(biāo)準(zhǔn)，即可確定所需反應(yīng)器的臺(tái)數(shù)N及單釜容積VTS（m3

）①.已知VTS，求N，對(duì)給定的處理量Vd

（m3d-1

），每天需操作的總批數(shù)為α=Vd/VRS=Vd/VTSψ（2-29）每天每臺(tái)反應(yīng)器可操作的批數(shù)為

β=24/(τ+τ')（2-30）完成給定生產(chǎn)任務(wù)所需的反應(yīng)器臺(tái)數(shù)為

Np=α/β

（2-31）

Np值圓成整數(shù)，這樣反應(yīng)器的實(shí)際生產(chǎn)能力后備系數(shù)δ(1.1～1.15)表示為

δ=N/Np

（2-32）②.已知N求VTS

，由式（2-31）和式（2-32）可求得每臺(tái)反應(yīng)器的容積為

VTS=Vd(τ+τ')δ/24

ψN

（2-33）③.N及VTS均為未知，求N和VTS，由于臺(tái)數(shù)一般不會(huì)很多，因此常先假設(shè)幾個(gè)不同的N值求出相應(yīng)的VTS

，然后再根據(jù)工藝要求及廠房等具體情況，確定一組適宜的N和VTS值作為設(shè)計(jì)值。釜式反應(yīng)器主要工藝尺寸的確定釜式反應(yīng)器的主要工藝尺寸

釜式反應(yīng)器的主要工藝尺寸如圖所示。一般情況下，其高度H為直徑D的1.2倍左右釜蓋和釜底均采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，封頭高度H，(不含直邊)為直徑D的0.25倍，則釜式反應(yīng)器的圓筒體高度H2(含封頭直邊)為H2＝H-2Hl＝1.2D-2×0.25D＝0.7D(2-34)反應(yīng)器的總?cè)莘e可按下式計(jì)算VTS=（π/4）D2H2+0.131D3

（2-35）在間歇釜中一級(jí)不可逆反應(yīng)，液相反應(yīng)A→2R，kmol/m3·h，k=9.52×109exp[-7448.4/T]h-1，2.3kmol/m3，MR=60，CR0=0，若轉(zhuǎn)化率0.7，裝置的生產(chǎn)能力為50000kg產(chǎn)物R/天。求50℃等溫操作所需反應(yīng)器的有效容積？（用于非生產(chǎn)性操作時(shí)間t0=0.75h）解：反應(yīng)終了時(shí)R的濃度為：攪拌器的結(jié)構(gòu)與作用流體流動(dòng)以及流體速度的漲落造成物料交換是反應(yīng)、傳熱以及擴(kuò)散的根本原因，攪拌器起作重要的作用。攪拌器可促使流體產(chǎn)生圓周運(yùn)動(dòng)（徑向流，或稱原生流），流體作軸向運(yùn)動(dòng)的軸向流（或稱次生流），徑向流因擋板作用后產(chǎn)生次生流。徑向流的圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)流體的混合與傳質(zhì)所起的作用較小，而軸向流對(duì)其影響較大。五、

攪拌器的設(shè)計(jì)與功率計(jì)算常見(jiàn)攪拌槳及其結(jié)構(gòu)形式螺軸式攪拌機(jī)械攪拌反應(yīng)器攪拌器輸出的軸功率P與反應(yīng)器的直徑D、攪拌器的直徑d、液柱的高度HL、攪拌器的轉(zhuǎn)速n、液體的黏度μ、密度ρ、重力加速度g以及攪拌器的形式和結(jié)構(gòu)等。因?yàn)镈、HL均與d之間有一定的比例關(guān)系，于是：P=f(n、d、ρ、μ、g)應(yīng)用因次分析及實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)牛頓流體而言，攪拌功率有下列關(guān)系全擋板、液面未見(jiàn)旋渦,y=0在攪拌過(guò)程中Re大于104時(shí)，流體在湍流區(qū)，小于10為層流區(qū)，其轉(zhuǎn)換區(qū)的范圍較一般管道中的流體為寬。在湍流攪拌情況下，慣性力的作用超過(guò)粘性力，x=0NP=K，即NP不隨NRe而變化，

N∝ρn3d5

N=Kρn3d5

在層流區(qū)，粘性力起主要作用，慣性力忽略不計(jì)，x=-1NP=KNRe

-1，即N∝μn2d3

N

=Kμn2d3

Re為10~104之間，呈現(xiàn)過(guò)渡流，則攪拌功率為：2.1.4常用設(shè)備材料一、分類(lèi)：（一）金屬材料：鑄鐵，碳鐵合金、合金鋼（二）非金屬材料：無(wú)機(jī)非金屬材料：化工搪瓷、化工陶瓷、輝輝綠巖鑄石、玻璃；有機(jī)非金屬材料：工程塑料、涂料、不透性石墨二、防腐：按腐蝕反應(yīng)進(jìn)行的方式，腐蝕分類(lèi)：化學(xué)腐蝕（金屬高溫氧化、鋼的脫碳、氫脆、氫蝕）；電化學(xué)腐蝕按腐蝕破壞的形態(tài)，腐蝕分為：均勻腐蝕、局部腐蝕（點(diǎn)腐蝕、區(qū)域腐蝕、晶間腐蝕、應(yīng)力腐蝕）防腐措施：涂層保護(hù)（金屬涂層、非金屬涂層）、電化學(xué)保護(hù)（陰極保護(hù)、陽(yáng)極保護(hù)）、腐蝕介質(zhì)處理等。2.1.4常用設(shè)備材料三、設(shè)備材料的選擇：材料的物理、力學(xué)性能：中低壓設(shè)備可采用屈服極限為235~345MPa級(jí)特種鋼；直徑較大、壓力較高的設(shè)備，最好采用普通低鋼，強(qiáng)度級(jí)別宜用400MPa級(jí)或以上的鋼種；操作溫度超過(guò)400℃，還需考慮材料的蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度；對(duì)壓力容器應(yīng)采用延伸率不低于14%的鋼材。材料的耐腐蝕性：對(duì)于腐蝕性介質(zhì)，應(yīng)盡可能采用節(jié)鎳無(wú)鎳不銹鋼。材料的經(jīng)濟(jì)性其他：壓力容器材料選擇應(yīng)符合GB150-1998、GB6654-1996和GB4726-2000規(guī)定。2.3生物反應(yīng)工程基礎(chǔ)生化工程：它是化學(xué)工程的分支、生物工程的重要組成部分，是為生物技術(shù)服務(wù)的化學(xué)工程。生化工程技術(shù)：它是利用化學(xué)工程原理和方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室所取得的包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、發(fā)酵工程和蛋白質(zhì)工程在內(nèi)的生物技術(shù)成果加以開(kāi)發(fā)和利用的一門(mén)工程技術(shù)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

生物化學(xué)工程學(xué)科研究圍繞生化反應(yīng)過(guò)程中帶有共性的工程技術(shù)問(wèn)題的學(xué)科。它是利用化學(xué)工程原理和方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室所取得的生物技術(shù)成果加以開(kāi)發(fā)，使之成為生物反應(yīng)過(guò)程的一門(mén)學(xué)科。或者說(shuō)，是生物學(xué)技術(shù)和化學(xué)工程技術(shù)相互融合的學(xué)科，又是化學(xué)工程發(fā)展的前沿學(xué)科。

生物反應(yīng)工程實(shí)質(zhì)上是利用生物催化劑以完成生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)的過(guò)程。生物催化劑可以是微生物、動(dòng)物、植物的整體細(xì)胞，也可以是從細(xì)胞中提取出來(lái)的酶(enzyme)。它們可以游離的形式使用，也可以采用固定化技術(shù)將其固定在多孔介質(zhì)中或表面后再使用。在生物反應(yīng)工程中：若采用活細(xì)胞（包括微生物、動(dòng)物、植物細(xì)胞）為生物催化劑，稱為發(fā)酵或細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程；若生物催化劑采用游離或固定化酶則稱為酶反應(yīng)過(guò)程。兩者的區(qū)別在于在發(fā)酵過(guò)程中除得到反應(yīng)產(chǎn)品外，還可得到更多的生物細(xì)胞，而在酶反應(yīng)過(guò)程中，酶不會(huì)增長(zhǎng)。因此，生物反應(yīng)過(guò)程又不同于化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。生化反應(yīng)工程特點(diǎn)采用生物催化劑，采用可再生資源為主要原料，生產(chǎn)設(shè)備比較簡(jiǎn)單、能耗低，但反應(yīng)器生產(chǎn)效率低。生化反應(yīng)工程的分類(lèi)酶催化反應(yīng)工程，細(xì)胞反應(yīng)工程，廢水的生物處理工程。與經(jīng)典化學(xué)工程的差異借助生命體或具生物活性的物質(zhì)（酶）參與物質(zhì)及能量的轉(zhuǎn)化。

對(duì)反應(yīng)的環(huán)境要求不同如反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與空間、系統(tǒng)潔凈無(wú)菌等過(guò)程涉及酶、菌或細(xì)胞的培養(yǎng)和回收產(chǎn)物分離過(guò)程要求及費(fèi)用比重大生化反應(yīng)工程技術(shù)發(fā)酵工程技術(shù)：懸浮生長(zhǎng)細(xì)胞、固定化細(xì)胞酶工程技術(shù)：懸浮酶或酶液、固定化酶、溶劑工程生物分離工程技術(shù)：包括天然產(chǎn)物的分離工程技術(shù)

2.4生物反應(yīng)器生化反應(yīng)器是利用生物催化劑進(jìn)行生化反應(yīng)的設(shè)備。按照所使用的生物催化劑的不同：酶催化反應(yīng)器細(xì)胞反應(yīng)器根據(jù)反應(yīng)器的操作方式：間歇操作（分批操作）反應(yīng)器連續(xù)操作反應(yīng)器半間歇操作反應(yīng)器按反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)：主要差別反映在其外型(長(zhǎng)徑比)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上釜式、管式、塔式、膜式按固相催化劑的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：填充床、流化床、生物轉(zhuǎn)盤(pán)按反應(yīng)體系的相態(tài)：均相、非均相根據(jù)反應(yīng)器所需的能量的輸入方式：通過(guò)機(jī)械攪拌輸入能量的機(jī)械攪拌式生化反應(yīng)器利用氣體噴射動(dòng)能的氣升式生化反應(yīng)器利用泵對(duì)液體的噴射作用而使液體循環(huán)的生化反應(yīng)器根據(jù)生物催化劑在反應(yīng)器中的分布方式：生物團(tuán)塊(包括細(xì)胞、絮凝物、菌絲體)反應(yīng)器生物膜反應(yīng)器另外一種重要的分類(lèi)方法是根據(jù)反應(yīng)物系在反應(yīng)內(nèi)的流動(dòng)與混合狀態(tài)來(lái)進(jìn)行的，常以反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)類(lèi)型表示。按流動(dòng)模型來(lái)分，可分為理想反應(yīng)器與非理想反應(yīng)器，在理想反應(yīng)器中又可分為活塞流和全混流反應(yīng)器。生化反應(yīng)器目前正在向大型化和自動(dòng)化方向發(fā)展。生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的反應(yīng)器最大容積已達(dá)2300m3，廢水處理反應(yīng)器的體積已達(dá)2700m31—電機(jī)2—齒輪箱3—人孔4—消泡器5—冷卻蛇管6—支撐座7—空氣分布器8—攪拌葉輪9—罐體