化学制药反应设备

化学制药反应设备化学制药反应设备第1页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，是制药过程关键设备，它作用是：经过对参加反应介质充分搅拌，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；使不相容另一液相均匀悬浮或充分乳化。混合快慢、均匀程度和传热情况好坏，都会影响反应结果。化学制药反应设备第2页第四章化学制药反应设备

化学制药生产过程中，为了确保反应设备安全可靠、经济合理地运行，需满足以下要求：（1）结构上要确保物料能均匀分布，有良好接触、充分混合空间，无短路与死角现象，且压降小，以取得较高反应速度，提升其生产能力。（2）合理设置换热装置，使反应物能维持适宜反应温度。（3）反应设备筒体材料有足够机械强度、耐高温蠕变性能、抗腐蚀性能、良好加工性能和经济性等，确保设备经久耐用、安全可靠。（4）制造轻易，便于安装检修，易于操作调整，使用周期长。化学制药反应设备第3页第一节间歇操作釜式反应器因为药品生产规模小，品种多，原料与工艺条件各种多样，而间歇操作搅拌釜装置简单，操作方便灵活，适应性强，所以在制药工业中取得广泛应用。这种反应器特点是物料一次加入，反应完成后一起放出，全部物料参加反应时间是相同；在良好搅拌下，釜内各点温度、浓度能够到达均匀一致；能够生产不一样规格和品种产品，生产时间可长可短，物料浓度、温度、压力可控范围广；反应结束后出料轻易，便于清洗。化学制药反应设备第4页第一节间歇操作釜式反应器一、釜式反应器基础结构图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经典结构，主要由搅拌容器和搅拌机构两大个别组成，搅拌容器包含筒体及内构件、传热装置及支座、各种工艺接管等；搅拌机构包含搅拌装置、轴封装置、传动装置等。化学制药反应设备第5页第一节间歇操作釜式反应器1、釜体

搅拌反应釜釜体普通包含顶盖、筒体和罐底。容器封头大多项选择取标准椭圆形封头，顶盖上装有传动装置以及人孔、视镜等从属设施。筒体普通为钢制圆筒，安装有各种接管，如物料进出口管、监测装置接管等，为满足传热要求，需要在筒体外侧安装夹套或在筒体内部安装蛇管结构，釜体经过支座安装在基础或平台上。化学制药反应设备第6页第一节间歇操作釜式反应器2、搅拌装置

化学制药工业中常见搅拌装置是机械搅拌装置，通常包含搅拌器、搅拌轴、支撑结构以及挡板、导流筒等部件。搅拌器结构形式各种多样，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，适合用于低粘度液体。下面介绍一类大直径低转速搅拌器，适合用于高粘度液体。化学制药反应设备第7页第一节间歇操作釜式反应器（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锚式和框式搅拌器化学制药反应设备第8页第一节间歇操作釜式反应器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水平桨叶所组成，适合用于粘度在100Pa·s以下流体搅拌，对于大直径反应器或流体粘度在10～100Pa·s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连接常做成螺栓连接可拆式，方便于检修和安装。化学制药反应设备第9页第一节间歇操作釜式反应器锚框式搅拌器混合效果并不理想，只适合用于对混合要求不太高场所。因为锚框式搅拌器在容器壁附近流速比其它搅拌器大，能得到大表面传热系数，故常见于传热、晶析操作。因为直径较大，能使釜内整个液层形成湍动，减小沉淀或结块，降低“挂壁”产生，故在反应釜中应用较多。也常见于搅拌高浓度淤浆和沉降性淤浆。当搅拌粘度大于100Pa·s流体时，应采取螺带式或螺杆式搅拌器。化学制药反应设备第10页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、螺带式搅拌器化学制药反应设备第11页第一节间歇操作釜式反应器

螺带式反应器主要由螺带、轴套和支承杆组成。搅拌桨叶是一定宽度和一定螺矩螺旋带，常见有单头和双头两种，单头即一根螺带，双头为两根螺带，经过横向拉杆与搅拌抽连接。螺旋带外直径较大，靠近筒体内直径，桨高度也较大，外缘圆周速度普通小于2m/s。搅动时液体呈复杂螺旋运动，混合和传质效果很好，常见于高粘度液体搅拌。

螺杆式搅拌器结构与这类似，但其直径较小。其参数可查标准HG/T3796.10-《螺杆式搅拌器》和HG/T3796.11-《螺带式搅拌器》。化学制药反应设备第12页第一节间歇操作釜式反应器搅拌器选型普通需考虑搅拌目标、物料粘度、搅拌容器容积大小三个方面，还应考虑反应过程特征、搅拌效果和搅拌功率要求，在到达一样搅拌效果时，要求尽可能少地消耗动力，以及操作费用、制造、维护和检修等原因。实际选取时，可依据流动状态、搅拌目标、搅拌容量、转速范围及液体最高粘度等，查表4-1综合确定。化学制药反应设备第13页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）反应釜传动装置包含电动机、减速器、支架、联轴器等。传动装置通常设置在反应釜顶盖上，—般采取立式布置，作用是将电动机转速经过减速器，调整至工艺要求所需搅拌转速，再经过联轴器带动搅拌轴旋转，从而带动搅拌器工作。化学制药反应设备第14页第一节间歇操作釜式反应器（1）电动机选取电动机功率是选取主要参数，其值主要依据搅拌所需功率及传动装置传动效率来确定。搅拌所需功率普通由工艺要求给出，传动效率与所选减速装置结构相关。另外还应考虑搅拌轴经过轴封装置时因摩擦而损耗功率。反应釜电动机大多与减速器配套使用，在许多场所下，电动机与减速器一并配套供给，设计时可依据选定减速器选取配套电动机。化学制药反应设备第15页第一节间歇操作釜式反应器（2）减速器选取减速器作用是传递运动和改变转动速度，以满足工艺条件要求。当前，我国已制订了对应标准系列，并由相关厂家定点生产，可依据传动比、转速、载荷大小及性质，再结合效率、外廓尺寸、重量、价格和运转费用等各项参数与指标，进行综合分析比较，以选定适当减速器类型与型号。搅拌反应釜用减速器常见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各种标准釜用立式减速器。

化学制药反应设备第16页第一节间歇操作釜式反应器（3）机架

釜用机架常见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-下轴承化学制药反应设备第17页第一节间歇操作釜式反应器单支点支架：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情况。双支点机架：当减速器中轴承不能承受液体搅拌所产生轴向力时，应选取双支点机架，由机架上两个支点承受全部轴向载荷。对于大型设备，或对搅拌密封要求较高场所，普通都采取双支点机架。单支点机架和双支点机架都已经有标准系列产品。标准对机架用途和适应范围、结构形式、基础参数和尺寸、主要技术要求等做出了对应要求。。化学制药反应设备第18页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。凸缘法兰能够自行设计，也能够选取标准件。标准凸缘法兰(HG21564—95)有四种结构形式，适应设计压力为0.1～1.6MPa，设计温度为-20～300℃反应釜。化学制药反应设备第19页第一节间歇操作釜式反应器（5）安装底座

安装底座用于支承支架和轴封，轴封和机架定位于底座，有一定同心度，从而确保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(传动装置设置在釜体上部)和下装式(传动装置设置在釜体下部)两种形式，安装底座、机架、凸缘法兰、轴封装配如图4-7和图4-8所表示。化学制药反应设备第20页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-凸缘法兰化学制药反应设备第21页第一节间歇操作釜式反应器二、釜式反应器操作与维护1．应严格按产品铭牌上标定工作压力和工作温度操作使用，以免造成危险。2．严格恪守产品使用说明书中关于冷却、注油等方面要求，做好设备维护和保养。3.全部阀门使用时，应迟缓转动阀杆（针），压紧密封面，到达密封效果。关闭时不易用力过猛，以免损坏密封面。4.电气控制仪表应由专员操作，并按要求设置过载保护设施。5.要经常注意整台设备和减速器工作情况，减速器润滑油不足应马上补充。对夹套和盖子上等部位安全阀、压力表、温度表、蒸馏孔、电器仪表等要应定时检验，假如有故障要即时调换或修理。6.设备不用时，用温水在容器内外壁全方面清洗，经常擦洗锅体，保持外表清洁和内胆光亮，到达耐用目标。化学制药反应设备第22页第二节其它形式化学反应设备一、管式反应器1、管式反应器类型管式反应器是工业生产中常见反应器类型之一。它大多采取长径比很大圆形空管组成，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管子组成，主要用于气相、液相、气-液相连续反应过程，普通设有套管或壳管式换热装置。化学制药反应设备第23页第二节其它形式化学反应设备图4-9各种管式反应器化学制药反应设备第24页第二节其它形式化学反应设备2、管式反应器特点通常管式反应器长度和直径之比大于50～100，在实际应用中，普通采取连续操作，少数采取半连续操作，含有以下特点：（1）单位反应器体积含有较大换热面积，尤其适合用于热效应较大反应。（2）经过反应器物料质点，沿同一方向以同一流速流动，在流动方向上没有返混。（3）全部物料质点在反应器中停留时间都相同；同一截面上物料浓度相同、温度相同。（4）物料温度、浓度沿管长连续改变，适合用于大型化和连续化生产，便于计算机集散控制，产品质量有确保。化学制药反应设备第25页第二节其它形式化学反应设备图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，管下部触媒支承架内装有触媒，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。化学制药反应设备第26页第二节其它形式化学反应设备二、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，是制药工业中另一个常见化学反应设备，装填有固体催化剂或固体反应物，经典结构见图4-11。固体物通常呈颗粒状，粒径2～15mm左右，堆积成一定高度（或厚度）床层。床层静止不动，反应物从上（下）进入反应器，经过床层进行反应，从下（上）部出来。主要用于实现气固相催化反应。化学制药反应设备第27页第二节其它形式化学反应设备固定床反应器中参加反应物料以预定方向运动，流体间没有沿流动方向混合。其结构因传热要求和方式而不一样，常见三种基础形式：轴向绝热式、径向绝热式和列管式。图4-12固定床反应器基础形式（a）轴向绝热式；（b）径向绝热式；（c）列管式化学制药反应设备第28页第二节其它形式化学反应设备固定床反应器优点：返混小，流体同催化剂可进行有效接触，当反应伴有串联副反应时可得较高选择性；催化剂机械损耗小；结构简单、操作稳定、便于控制、易实现大型化和连续化生产等。固定床反应器缺点：床层温度分布不均匀，固相粒子不动，床层导热性差，反应放热量很大时，即使是列管式反应器也可能出现飞温（反应温度失去控制，急剧上升，超出允许范围），所以对放热量大反应，应增大换热面积，及时移走反应热，但这会降低有效空间；操作过程中催化剂不能更换等，对于催化剂需要频繁再生反应普通不宜使用。化学制药反应设备第29页第二节其它形式化学反应设备三、流化床反应器流化床反应器是一个流体以较高流速经过床层、带动床内固体颗粒运动，使之悬