制藥工程基礎(chǔ)課件.ppt

1、、牙齒章節(jié)的理論知識(shí)包括介紹、學(xué)習(xí)、熟悉設(shè)備擴(kuò)大設(shè)計(jì)工作程序、將生產(chǎn)工作與工程工藝技術(shù)分析相結(jié)合、執(zhí)行設(shè)備擴(kuò)大設(shè)計(jì)方法等。1.1化學(xué)和生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1.2非牛頓流體流變特性1.3流體流動(dòng)混合，第二章制藥反應(yīng)工程基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程基礎(chǔ)(背景知識(shí))，第一章化學(xué)和生物反應(yīng)力學(xué)，第二章制藥反應(yīng)工程基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程基礎(chǔ)(背景知識(shí))，反應(yīng)率：?jiǎn)挝粫r(shí)間，單位反應(yīng)區(qū)，單位反應(yīng)區(qū)1.1.1反應(yīng)速度1，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究(消除傳遞過(guò)程的影響)化學(xué)反應(yīng)速率速度和反應(yīng)方法生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)還需要根據(jù)影響反應(yīng)的生物量進(jìn)行研究，生物量在發(fā)酵過(guò)程中發(fā)生變化。 所以比化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)復(fù)雜。1洛康比，羅明河，李浩平是反

2、應(yīng)工程原理，北京市，科學(xué)出版社，2005年版，(2-1)，第二章約束反應(yīng)工程基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程基礎(chǔ)(背景知識(shí))，化學(xué)和生物反應(yīng)力學(xué)1.1.1反應(yīng)率在單位時(shí)間內(nèi)單位反應(yīng)體積中、riV組I的單位體積反應(yīng)率、kmol/(m3h)或mol/(Ls) V反應(yīng)體積、m3或L ni組I的瞬時(shí)量、kmol或mol t反應(yīng)時(shí)間、H或反應(yīng)僅發(fā)生在抵消中VR-反應(yīng)體積，m3，間歇過(guò)程的反應(yīng)時(shí)間，引入連續(xù)過(guò)程中的空間時(shí)間(停留時(shí)間，接觸時(shí)間)概念：Fi /Q0反應(yīng)器原料混合物的體積，m3 /s，(2-5)，第二章約束(其中ai為A)這樣會(huì)改變材料的濃度，影響反應(yīng)速度，有時(shí)會(huì)改變反應(yīng)的選擇性?；瘜W(xué)和生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)

3、1.1.2化學(xué)反應(yīng)速率方程、第二章約束反應(yīng)工程基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程基礎(chǔ)(背景知識(shí))、化學(xué)和生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)1.1.2化學(xué)反應(yīng)速率方程、速度常數(shù)：(2-7)、(2-8)化學(xué)反應(yīng)速率、濃度等參數(shù)之間的關(guān)系或濃度等參數(shù)事實(shí)上，大部分反應(yīng)都是非執(zhí)行反應(yīng)，食(2-7)可以表示，食(2-8)同時(shí)，鄭智薰基本反應(yīng)可以分解成多個(gè)基本反應(yīng)，反應(yīng)的速度方程是從反應(yīng)機(jī)理推導(dǎo)出來(lái)的?？赡娣磻?yīng)、自催化反應(yīng)、平行反應(yīng)、鏈反應(yīng)、平行反應(yīng)等的反應(yīng)率方程格式，可參閱化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)科教科書或?qū)Ｖ-1；駐兵鎮(zhèn)，化學(xué)反應(yīng)工程，北京市，化學(xué)工業(yè)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為外部試管高度，m；n是旋轉(zhuǎn)速度，r/min。R1、R2分別為內(nèi)部和外部試管半徑，M。(2-23.1)，(2-23.2)，第二章約束反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)(背景知識(shí))，1.3反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)和混合，制藥行業(yè)常用的反應(yīng)器主要是水壺、管和塔反應(yīng)器、流化床和固定床反應(yīng)器等。反應(yīng)器中流體的流動(dòng)模型：平面流(柱塞流、理想變位)類型、理想混合流類型和中間流類型。制藥行業(yè)的反應(yīng)器和萃取分離設(shè)備都是復(fù)雜的系統(tǒng)，在反應(yīng)的同時(shí)，還有傳熱、傳導(dǎo)、擴(kuò)散、摩擦(碰撞)等物理過(guò)程，必須安全

5、控制。在大容器中提高反應(yīng)物的混合、流動(dòng)分布、停留時(shí)間分布及多孔催化劑表面的有效利用也很重要。所有過(guò)程都可能受其中一個(gè)或多個(gè)因素的影響。1.3.1反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)、柱塞流、理想混合流、中間流、第二章約束反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)(背景知識(shí))、1.3反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)和混合1.3.1反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)、PFR內(nèi)流體理想交替、材料特征：流體密源通過(guò)反應(yīng)器的停留時(shí)間相同反應(yīng)器中流體的組成和溫度沿管道或軸移動(dòng)。也就是說(shuō)，管道的軸上有濃度梯度、溫度梯度等。但是在管道的每個(gè)點(diǎn)，流體的組成和溫度在時(shí)間過(guò)程中保持不變。也就是說(shuō)，在管道的徑向上完全混合，沒有漸變。CSTR的流體流動(dòng)是理想混合，

6、其特點(diǎn)是材料在反應(yīng)器內(nèi)混合完成，反應(yīng)器各點(diǎn)的材料組成和溫度相同，出口流動(dòng)的構(gòu)成和溫度相同。反應(yīng)器內(nèi)材料微源的停留時(shí)間不同。大多數(shù)實(shí)際反應(yīng)器的流體流動(dòng)是中間流型的，有部分反向混合現(xiàn)象。反應(yīng)器的粗略處理計(jì)算表明，由于混合，達(dá)到混合所需的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于通過(guò)容器的平均停留時(shí)間，因此，具有攪拌的腐蝕反應(yīng)器往往是由理想混合反應(yīng)器管、固定層催化劑反應(yīng)器的軸向擴(kuò)散作用不大而形成的反向混合度很小，一般可以將其大致考慮為平流反應(yīng)器。第二章約束反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)(背景知識(shí))，1.3反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)和混合1.3.2反應(yīng)器內(nèi)流體的混合，(1)反應(yīng)器內(nèi)流體的混合狀態(tài)可分為混合規(guī)模到微觀混合宏觀混

7、合兩種。流體的混合尺度不顯示牙齒兩種茄子極端行為時(shí)，稱為半分離流體。微流體不顯示分離，微流體相當(dāng)于單個(gè)分子，可以在流動(dòng)中自由移動(dòng)，與流體中的其他分子接觸和混合。由于微觀流體的反應(yīng)是分子間的碰撞，相鄰分子的情況影響轉(zhuǎn)換程度，宏觀流體完全分離，但實(shí)際流體顯示部分分離。分離程度的大小程度取決于流體的特性和混合。注意流體的混合尺度和設(shè)備的尺度相關(guān)。a .流入反應(yīng)器的物質(zhì)在比平均停留時(shí)間短得多的時(shí)間內(nèi)達(dá)到分子級(jí)分散時(shí)，沒有分子同時(shí)進(jìn)入特定分子周圍。牙齒混合稱為微觀混合，牙齒流體稱為微觀流體。，b .進(jìn)入反應(yīng)器的流體按照微源的尺度均勻分布，牙齒微源中同時(shí)進(jìn)入的分子總是保持在一起。也就是說(shuō)，微源之間沒有影響

8、和作用。牙齒混合稱為宏觀混合(也稱為完全分離)，牙齒流體稱為宏觀流體。微觀混合(I) -流入的流體根據(jù)分子大小分布(II) -水壺內(nèi)的分子尺度均勻(III) -出口流體配置與水壺內(nèi)的配置一致，宏觀混合(I)-；味精之間沒有相互作用(III) -出口流是多種配置的流體微源的集合，第二章制藥反應(yīng)工程基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程基礎(chǔ)(背景知識(shí))，1.3反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)與混合1.3.2反應(yīng)器內(nèi)流體的混合，(1)反應(yīng)器內(nèi)流體的混合狀態(tài)間歇反應(yīng)器流體微源的混合，其流體微源在水壺內(nèi)的停留時(shí)間相同b .不同年齡的流體微源的混合稱為反向混合或反向混合。這里說(shuō)的反方向主要是時(shí)間(時(shí)間)概念的反方向，而不是空間(空間

9、)的反方向。(威廉莎士比亞，時(shí)間，時(shí)間，時(shí)間，時(shí)間，時(shí)間，時(shí)間，時(shí)間，時(shí)間，時(shí)間，時(shí)間)，反向混合是連續(xù)運(yùn)行的伴隨現(xiàn)象。兩個(gè)連續(xù)理想反應(yīng)器的反向混合情況處于兩種茄子極端狀態(tài)。a .在扁平的逆流反應(yīng)器中，流體像活塞一樣向前運(yùn)動(dòng)，沒有任何反向混合B。在理想混合反應(yīng)器中，材料的停留時(shí)間長(zhǎng)而短，徐璐不同停留時(shí)間的牙齒材料由于混合的作用，反向混合度達(dá)到最大C。實(shí)際反應(yīng)器流體流動(dòng)的反向混合度位于牙齒兩個(gè)理想反應(yīng)器之間，第二章約束反應(yīng)工程基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程基礎(chǔ)(背景知識(shí))，(2)反應(yīng)器內(nèi)流體混合的原因是液體分子的擴(kuò)散速度慢，流體混合受主流和湍流的影響很大，主要影響因素是主流的速度。主流處于層流狀態(tài)時(shí)，

10、垂直于流動(dòng)方向的物料的分散只能進(jìn)行擴(kuò)散。液體，尤其是粘性液體，分子擴(kuò)散速度很慢，因此反應(yīng)器中有濃度不同的區(qū)域，流體是分離狀態(tài)的宏觀流體。牙齒現(xiàn)象在發(fā)酵過(guò)程、聚合物溶液趙霽及藥物制劑過(guò)程、工業(yè)上的層流流動(dòng)反應(yīng)器中很常見。當(dāng)主流處于湍流狀態(tài)時(shí)，由于主流流和速度的漲落，流體微元素向各個(gè)方向擴(kuò)散，主流速度越高，材料的混合和分散度越接近微觀混合。在連續(xù)攪拌反應(yīng)器中，攪拌反應(yīng)器的主流是湍流狀態(tài)，流體的流動(dòng)和混合是由進(jìn)料的噴射效果和機(jī)械攪拌引起的，一般而言，機(jī)械攪拌是混合的主要因素。與1.3反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)混合1.3.2反應(yīng)器內(nèi)流體的混合，第二章約束反應(yīng)工程基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程基礎(chǔ)(背景知識(shí))，(2)

11、反應(yīng)器內(nèi)流體混合的原因可以看作是連續(xù)混合反應(yīng)器的混合。混合由攪拌機(jī)旋轉(zhuǎn)引起的液體流動(dòng)，或第二，由攪拌機(jī)的剪切或供給噴射引起的湍流，使物質(zhì)在較小的范圍內(nèi)分散成微粒(或小水滴)。第三，分子擴(kuò)散是均勻化的最后階段。與1.3 reactor內(nèi)流體的流動(dòng)混合1 . 3 . 2 reactor內(nèi)流體的混合通常隨著混合速度的增加而增加混合度，在相同速度下，將傾斜槳、槳、螺旋槳混合器進(jìn)行比較，混合度將依次減小。在一定的轉(zhuǎn)速下，混合會(huì)因供應(yīng)速度的增加而提高。進(jìn)水口位置和攪拌機(jī)之間的距離也會(huì)影響混合，最好在攪拌機(jī)附近。牙齒材料一進(jìn)入反應(yīng)器就可以分散和混合。否則，從reactor進(jìn)口到混合器的高濃度平坦推區(qū)出口位置

12、必須遠(yuǎn)離混合器和供給口。這樣可以減少段落的影響，從而降低反應(yīng)器材料停留時(shí)間分布的分散度。(3)反應(yīng)器內(nèi)流體反向混合的原因1，速度分布不均。在流動(dòng)過(guò)程中，四角和溝、粘性流體在管狀反應(yīng)器中分層流動(dòng)時(shí)，流體的停留時(shí)間不同，因此，反向混合2、材料的流動(dòng)方向相反的運(yùn)動(dòng)引起。連續(xù)腐蝕反應(yīng)器的攪拌作用和管狀反應(yīng)器的分子擴(kuò)散，旋渦擴(kuò)散引起的速度波動(dòng)，一般由于反應(yīng)器的形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系，流體的溝流、(靜)方等鄭智薰理想流引起的會(huì)合嚴(yán)重。在非牛頓流體流中，二次流和高粘性流體循環(huán)流形成的層流都可能引起反向混合。固定化酶或固定化細(xì)胞(包括各種細(xì)菌)生物反應(yīng)器中，固定化結(jié)構(gòu)對(duì)流體的吸附和分子擴(kuò)散引起的聚合。連續(xù)操作過(guò)程

13、，每個(gè)流體元素的停留時(shí)間：在PFR中相同，在CSTR中不同。在實(shí)際生化反應(yīng)器中(流體是鄭智薰理想流)是不同的。間歇性工作流程，在封閉系統(tǒng)中流動(dòng)，因此在BSTR中，每個(gè)流體元素的停留時(shí)間相同，沒有混合問題。第二章約束反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)(背景知識(shí))，1.3反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)與混合1.3.2反應(yīng)器內(nèi)流體的混合，第二章約束反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)和設(shè)備第一節(jié)反應(yīng)工程學(xué)科基礎(chǔ)(背景知識(shí))，1.3反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)與混合1.3.3停止時(shí)間分布流動(dòng)情況，進(jìn)入反應(yīng)器的材料停留在反應(yīng)器內(nèi)也就是說(shuō)，在牙齒時(shí)進(jìn)入反應(yīng)器的材料離開反應(yīng)器的時(shí)間不同，因此形成了停留時(shí)間的分布。牙齒分布的原因主要是由于流體摩擦引起的流速分布不平衡、分子擴(kuò)散、湍流擴(kuò)散、對(duì)流、混合引起的強(qiáng)制對(duì)流、溝渠流、反應(yīng)區(qū)內(nèi)方形等引起的材料主流方向的相反材料運(yùn)動(dòng)。反應(yīng)器內(nèi)各流體元素的停留時(shí)間是否均勻，可以用停留時(shí)間的分布密度和分布函數(shù)來(lái)說(shuō)明。(1)停留時(shí)間分布密度函數(shù)E(t)物質(zhì)以不發(fā)生化學(xué)變化的恒定速度流入設(shè)備時(shí)，時(shí)間t 0點(diǎn)瞬間dt進(jìn)入設(shè)備的流體元素中，