化学制药工程---釜式反应器在线视频

同学们好

我们在前面学习了如何制定

化学药物的合成工艺路线

学习了如何将单元反应最优化

今天我们就来认识一下药物合成的主要设备

我是本次课的主讲老师 周渭

同学们应该还记得我们做有机化学实验时

用到的实验设备

烧瓶 烧杯 漏斗 玻璃棒等等

同学们也应该有过这样的感受

生怕一不小心摔坏了这些玻璃仪器 对吧

如果实验室里面的玻璃仪器

照搬到工厂里面去生产药物

显然是不切实际的

那么

制药工厂里用于生产药物的设备

应该是个什么样子呢

一般都有什么样的特点呢

同学们可以先思考一下

首先 制药设备的材料的强度需要足够的大

才能满足大量原料的加工

还需要能够耐冲击

能够耐受酸 耐碱 有机溶剂的腐蚀

有些情况还要能够耐受高温

低温 高压等复杂的反应条件

最好还能够足够便宜

因此 很难有材料能够满足以上所有的要求

只有不锈钢 相对来说均衡全面一些

在实际生产中

大部分的制药设备都采用的是奥氏体类不锈钢

但不锈钢仍然存在被腐蚀的风险

金属的腐蚀包括电化学腐蚀

是普遍存在 难以避免的问题

虽然无法完全避免

但是我们可以从以下四个方面尽量减缓金属的腐蚀

首先是改变金属的本质

低含碳量的不锈钢加入铬 镍 钼 钛等其他元素

能够不同程度地增强材料的防腐蚀能力

第二种方法是对材料进行表面处理

如磷化处理 氧化处理 电镀处理

涂覆耐腐蚀的有机或无机涂层

都可以大大提高其防腐能力

第三种方法是通过改变设备外部的条件

减少金属与水 空气或酸等腐蚀剂的接触

最后一种方法则是可以利用

电化学保护法应对电化学腐蚀

这些方法都能够降低金属材料的腐蚀

另外还有一大类非金属材料的耐腐蚀能力也非常的突出

如化工陶瓷 玻璃等

它们的耐腐蚀能力都比较强

但是存在热膨胀系数大 热传导能力差

不耐冲击和振动

因此 大多数情况下我们根据设备的使用场景

灵活的选用奥氏体不锈钢和非金属材料的优势

化学反应器是化学药物生产的核心设备

类似于有机化学实验中使用到的烧瓶

类似的需要满足化学反应的一些基本功能

如物料的进出 加热或冷却 搅拌均匀等

但是又不能像烧瓶这样方便的拿来拿去

实际生产中

应对于不同的化学反应需求

开发出了很多类型的反应器

我们大致可以根据反应器的结构

和操作方式进行分类

按照操作方式

我们可以将反应器分为间歇式

半间歇式和连续式反应器

间歇式的反应器以化学反应釜为代表

化学反应釜就像是用不锈钢做的烧瓶

加料 反应 出料 清洗

按照这种方式周期性的完成反应

这种反应器是目前化学药物制造的主流设备

它的优点是发展成熟 操作简单

但是这类反应器所需劳动量大

设备利用率低 难以自动控制

与之相应的

另外一种反应器是连续式的反应器

这种反应器可以实现连续的进料

在反应器内完成反应后 产物连续地排出

这类反应器利用率高 处理量大

操作稳定后

反应器内的温度 压力和浓度不随时间变化

便于实现自动化操作 适用于大规模的生产活动

从另一个维度 反应器的结构

我们可以将反应器分为釜式反应器

管式反应器 流化床 固定床式反应器

他们的区别主要在于设备的结构和工作模式

固定床 流化床式的反应器适用于气固两相的反应

而釜式反应器

适用于除气相参与外的大部分类型的反应

我们接下来重点介绍适用最广泛的釜式反应器

在我们理解复杂的釜式反应器

各部分部件的结构和功能之前

我们试着先思考一下

釜式反应器应该具备哪些功能呢

怎样才能更好地适用于工业化生产

例如 容量 换热 搅拌等方面

反应器的主体结构 釜体

一般为筒状或胶囊状的结构

容积从几十升到几千升不等

由耐磨的不锈钢或内衬非金属材料的不锈钢制造

一般用支架悬空安装在地面上

或者利用支座悬挂于钢架结构或地面上

反应釜的上下都方便进料和出料

便于人工操作

筒状结构便于加工且容积较大

考虑到物料在釜内可能会起泡或者沸腾

为防止物料溢出

反应釜一般的装料系数为0.6-0.7

大多数的化学反应都需要加热或者冷却

反应釜的结构中夹套或者电热管能起到这一功能

利用电能 蒸汽 冷却水作为介质

可以对反应进行加热或者冷却

搅拌对于化学反应至关重要

是传质和传热的基础

能保证物料均匀 稳定的发生转化

搅拌电机通过传动轴带动下端的搅拌桨转动

不同的搅拌桨能够引起不同的流体流型

径向流 指流体运动时指向直径方向

从中心向四周流动

碰壁后 向上或向下流动

轴向流是指流体流向与搅拌轴的方向同向

流体沿中心搅拌轴向下运动

触底后会向外周分散 沿壁上升

第三种是切向流

是指流体沿搅拌轴切线方向运动

类似旋涡绕轴旋转流动

这种流型缺乏流体间的相对运动 混合效果较差

不同类型的搅拌桨可以产生以上一种或多种流型

这是几种常见的搅拌桨适用于不同的场景需求

如桨式搅拌器 涡轮式搅拌器主要产生径向流

也伴随着轴向流

适用于大部分的场景

锚式搅拌器主要产生切向流

适用于高粘度 固液混合的体系

为了更好的达到混合效果

我们需要尽量避免切向流

一般可以通过在反应釜内壁安装挡板

阻止切向流

还可以通过导流筒引导轴向流

这是挡板和导流筒的结构示意图

反应釜上除了这些核心的部件之外

还有轴封 进出料 接口 取样口等部件

还有温度 压力等传感器辅助控制反应

在化学原料生产工厂内

功能设备和储罐通过管道连接

利用阀门和泵控制物料在设备和管路中的流动

这样就形成了化学制药过程最常见的形式

以上就是我们本次课的全部内容

谢谢大家 我们下节课再见