第四章化学制药反应设备

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1、LOGO第四章 化学制药反应设备 制药设备及技术LOGO第四章 化学制药反应设备23化学制药反应设备又称化学反应器，是制药过程的核心设备，它的作用是：通过对参加反应的 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；使不相容的另一液相均匀悬浮或充分乳化。混合的快慢、均匀程度和 传热情况的好坏，都会影响反应结果。LOGO第四章 化学制药反应设备化学制药生产过程中，为了保证反应设备安全可靠 、经济合理地运行，需满足以下要求： v （1）结构上要保证物料能均匀分布，有良好接触、充分 混合的空间，无短路与死角现象，且压降小，以获得较 高的

2、反应速度，提高其生产能力。 v （2）合理设置换热装置，使反应物能维持适宜的反应温 度。 v （3）反应设备的筒体材料有足够的机械强度、耐高温蠕 变性能、抗腐蚀性能、良好加工性能和经济性等，保证 设备经久耐用、安全可靠。 v （4）制造容易，便于安装检修，易于操作调节，使用周 期长。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器v 由于药品的生产规模小，品种多，原料与工 艺条件多种多样，而间歇操作的搅拌釜装置简单 ，操作方便灵活，适应性强，因此在制药工业中 获得广泛的应用。这种反应器的特点是物料一次 加入，反应完毕后一起放出，全部物料参加反应 的时间是相同的；在良好的搅拌下，釜内各点的 温度、浓度可以达到

3、均匀一致；可以生产不同规 格和品种的产品，生产时间可长可短，物料的浓 度、温度、压力可控范围广；反应结束后出料容 易，便于清洗。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器一、釜式反应器的基本结构图4-1 釜式反应器结构 1-搅拌器；2-罐体；3-夹套；4-搅拌轴；5-压出管；6-支座； 7-人孔；8-轴封；9-传动装置图4-1是一台通气式 搅拌反应釜典型结构， 主要由搅拌容器和搅拌 机构两大部分组成，搅 拌容器包括筒体及内构 件、传热装置及支座、 各种工艺接管等；搅拌 机构包括搅拌装置、轴 封装置、传动装置等。 LOGO第一节 间歇操作釜式反应器1、釜体搅拌反应釜的釜体一般包括顶盖、筒体和罐底。容器的

4、封头大多选用标准椭圆形封头，顶盖上装有传动装置以及人孔、视镜等附属设施。 筒体一般为钢制圆筒，安装有多种接管，如物料 进出口管、监测装置接管等，为满足传热的要求 ，需要在筒体的外侧安装夹套或在筒体内部安装 蛇管结构，釜体通过支座安装在基础或平台上。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器2、搅拌装置化学制药工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，通常包括搅拌器、搅拌轴、支撑结构以 及挡板、导流筒等部件。搅拌器结构形式多种多 样，在第三章第三节生物反应器中已详细介绍了 涡轮搅拌器和螺旋桨式搅拌器，适用于低粘度液 体。下面介绍一类大直径低转速的搅拌器，适用 于高粘度液体。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器（

5、1）锚框式搅拌器 （a）锚式搅拌器 （b）单级框式搅拌器 （c）多级框式搅拌器 图4-2 锚式和框式搅拌器LOGO第一节 间歇操作釜式反应器v锚式搅拌器结构较简单，由垂直桨叶和形状与底 封头形状相同的水平桨叶所组成，适用于粘度在 100Pas以下的流体搅拌，对于大直径反应器或 流体粘度在10100Pas时，在锚式桨中间设一 加固横梁，即为框式搅拌器，以增加容器中部的 混合，见图4-2(b)和(c)，其中(b)为单级式， (c)为多级式。搅拌叶可用扁钢或钢板制造，小 直径的搅拌器整个旋转体可铸造或焊接而成，而 大直径搅拌器与轴的连接常做成螺栓连接的可拆 式，以便于检修和安装。LOGO第一节 间歇

6、操作釜式反应器v 锚框式搅拌器混合效果并不理想，只适用于 对混合要求不太高的场合。由于锚框式搅拌器在 容器壁附近流速比其它搅拌器大，能得到大的表 面传热系数，故常用于传热、晶析操作。由于直 径较大，能使釜内整个液层形成湍动，减小沉淀 或结块，减少“挂壁”的产生，故在反应釜中应 用较多。也常用于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆 。当搅拌粘度大于100Pas 的流体时，应采用 螺带式或螺杆式搅拌器。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器（2）螺带式和螺杆式反应器（a）螺杆式 （b）螺带式图4-3 螺杆、螺带式搅拌器LOGO第一节 间歇操作釜式反应器v 螺带式反应器主要由螺带、轴套和支承杆组 成。搅拌桨叶是一

7、定宽度和一定螺矩的螺旋带， 常用的有单头和双头两种，单头即一根螺带，双 头为两根螺带，通过横向拉杆与搅拌抽连接。螺 旋带外直径较大，接近筒体内直径，桨的高度也 较大，外缘圆周速度一般小于2m/s。搅动时液体 呈复杂螺旋运动，混合和传质效果较好，常用于 高粘度液体的搅拌。 v 螺杆式搅拌器结构与此类似，但其直径较小 。其参数可查标准HG/T3796.10-2005螺杆式搅 拌器和HG/T3796.11-2005螺带式搅拌器。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器搅拌器选型v一般需考虑搅拌目的、物料粘度、搅拌容器容积的大小三个方面，还应考虑反应过程的特性、搅拌效果和搅拌功率的要求，在达到同样的搅拌效果

8、时，要求尽可能少地消耗动力，以及操作费用、制造、维护和检修等因素。实际选用时，可根据流动状态、搅拌目的、搅拌容量、转速范围及液体最高粘度等，查表4-1综合确定。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器3、传动装置图4-4 传动装置 1-电动机；2-减速器；3-联轴器；4-支架 ；5-搅拌轴；6-轴封装置；7-凸缘； 8-顶盖（上封头）反应釜传动装置包括电动机 、减速器、支架、联轴器等 。传动装置通常设置在反 应釜顶盖上，般采用立式 布置，作用是将电动机的转 速通过减速器，调整至工艺 要求所需的搅拌转速，再通 过联轴器带动搅拌轴旋转， 从而带动搅拌器工作。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器（1）电动机

9、的选用 v电动机的功率是选用的主要参数，其值主要根据 搅拌所需的功率及传动装置的传动效率来确定。 搅拌所需的功率一般由工艺要求给出，传动效率 与所选减速装置的结构有关。此外还应考虑搅拌 轴通过轴封装置时因摩擦而损耗的功率。 v反应釜的电动机大多与减速器配套使用，在许多 场合下，电动机与减速器一并配套供应，设计时 可根据选定的减速器选用配套的电动机。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器（2）减速器的选用 v 减速器的作用是传递运动和改变转动速度，以满足工艺 条件的要求。目前，我国已制订了相应的标准系列，并 由相关厂家定点生产，可根据传动比、转速、载荷大小 及性质，再结合效率、外廓尺寸、重量、价格和

10、运转费 用等各项参数与指标，进行综合分析比较，以选定合适 的减速器类型与型号。 v 搅拌反应釜用减速器常用的有摆线针轮行星减速器、两 级齿轮减速器、V带减速器以及圆柱蜗杆减速器等多种标 准釜用立式减速器。 LOGO第一节 间歇操作釜式反应器（3）机架釜用机架的常用结构有单支点机架和双支点机架两种 。图4-5 单支点机架 图4-6 双支点机架 1-机架； 2-轴承 1-机架；2-上轴承；3-下轴承LOGO第一节 间歇操作釜式反应器v 单支点支架：用以支承减速器和搅拌轴，适合电动机或减速器，可作为一个支点，或容器内可设置中间轴承和可设置底轴承的情况。v 双支点机架：当减速器中的轴承不能承受液体搅拌

11、所产生的轴向力时，应选用双支点机架，由机架上的两个支点承受全部的轴向载荷。对于大型设备，或对搅拌密封要求较高的场合，一般都采用双支点机架。v 单支点机架和双支点机架都已有标准系列产品。标准对机架的用途和适应范围、结构形式、基本参数和尺寸、主要技术要求等做出了相应规定。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器（4）凸缘法兰凸缘法兰用于连接搅拌器传动装置的安装底盖。凸缘法兰下部与釜体顶盖焊接连接，上部与安装底盖法兰相连。凸缘法兰可以自行设计， 也可以选用标准件。标准凸缘法兰(HG 21564 95)有四种结构形式，适应的设计压力为0.1 1.6MPa，设计温度为-20300 的反应釜。LOGO第一节 间

12、歇操作釜式反应器（5）安装底座v 安装底座用于支承支架和轴封，轴封和机架 定位于底座，有一定的同心度，从而保证搅拌轴 既与减速器连接又穿过轴封还能顺利运转。视釜 内物料的腐蚀情况，底座有不衬里和衬里两种。 安装方式分为上装式(传动装置设立在釜体上部) 和下装式(传动装置设立在釜体下部)两种形式， 安装底座、机架、凸缘法兰、轴封的装配如图4- 7和图4-8所示。LOGO第一节 间歇操作釜式反应器图4-7 上装式 图4-8 下装式1-轴封；2-机架；3-安装底盖；4-凸缘法兰LOGO第一节 间歇操作釜式反应器二、釜式反应器的操作与维护 v 1应严格按产品铭牌上标定的工作压力和工作温度操作使用，以免

13、 造成危险。 v 2严格遵守产品使用说明书中关于冷却、注油等方面的规定，做好 设备的维护和保养。 v 3.所有阀门使用时，应缓慢转动阀杆（针），压紧密封面，达到密 封效果。关闭时不 v 易用力过猛， 以免损坏密封面。 v 4.电气控制仪表应由专人操作，并按规定设置过载保护设施。 v 5.要经常注意整台设备和减速器的工作情况，减速器润滑油不足应 立即补充。对夹套和盖子上等部位的安全阀、压力表、温度表、蒸 馏孔、电器仪表等要应定期检查，如果有故障要即时调换或修理。 v 6.设备不用时，用温水在容器内外壁全面清洗，经常擦洗锅体，保 持外表清洁和内胆光亮，达到耐用的目的。LOGO第二节 其他形式的化学

14、反应设备一、管式反应器1、管式反应器的类型v管式反应器是工业生产中常用的反应器类型之一 。它大多采用长径比很大的圆形空管构成，因而 得名“管式反应器”。将管式反应器分为多管串 联管式反应器和多管并联管式反应器，由单根( 直管或盘管)串联或多根平行并联的管子组成， 主要用于气相、液相、气-液相连续反应过程， 一般设有套管或壳管式换热装置。LOGO第二节 其他形式的化学反应设备图4-9 各种管式反应器LOGO第二节 其他形式的化学反应设备2、管式反应器特点通常管式反应器的长度和直径之比大于50100，在 实际应用中，一般采用连续操作，少数采用半连续操作 ，具有如下特点： v （1）单位反应器体积具

15、有较大换热面积，尤其适用于热 效应较大的反应。 v （2）通过反应器的物料质点，沿同一方向以同一流速流 动，在流动方向上没有返混。 v （3）所有物料质点在反应器中的停留时间都相同；同一 截面上的物料浓度相同、温度相同。 v （4）物料的温度、浓度沿管长连续变化，适用于大型化 和连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有保证 。LOGO第二节 其他形式的化学反应设备图4-10 侧烧式转化反应器 1-进气管；2-上法兰；3-下法兰；4-温度计；5 -管子；6-触媒支承架；7-下猪尾巴管图4-10为石脑油分解转化管式反应器，其内径102mm，外径143mm,长1109mm，管的下部触媒支承架内装有

16、触媒，气体由进气总管进入管式转化器，在触媒存在条件下，石脑油转化为氢气和一氧化碳，供合成氨用。LOGO第二节 其他形式的化学反应设备二、固定床反应器图4-11 固定床反应器 1-固体固定床；2-反应器外壁；3 -底部网板；4-出口（或出口）； 5-进口（或进口）固定床反应器又称填充 床反应器，是制药工业中另 一种常用的化学反应设备， 装填有固体催化剂或固体反 应物，典型结构见图4-11。 固体物通常呈颗粒状，粒径 215mm左右，堆积成一定 高度（或厚度）的床层。床 层静止不动，反应物从上（ 下）进入反应器，通过床层 进行反应，从下（上）部出 来。主要用于实现气固相催 化反应。 LOGO第二节 其他形式的化学反应设备固定床反应器中参加反应的物料以预定的方向运动，流体间 没有沿流动方向的混合。其结构因传热要求和方式而不同， 常见的三种基本形式：轴向绝热式、径向绝热式和列管式。 图4-12 固定床反应器的基本形式