《制藥設(shè)備與工藝設(shè)計(jì)》第3章

第3章反應(yīng)設(shè)備3.1機(jī)械攪拌反應(yīng)器3.2發(fā)酵設(shè)備13.1機(jī)械攪拌反應(yīng)器反應(yīng)設(shè)備的定義、應(yīng)用攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)攪拌器攪拌器附件2反應(yīng)設(shè)備的定義用來進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的裝置，通常稱為反應(yīng)器。3反應(yīng)設(shè)備的應(yīng)用通過對(duì)參加反應(yīng)的介質(zhì)的充分?jǐn)嚢瑁刮锪匣旌暇鶆?；?qiáng)化傳熱效果和相間傳質(zhì)；使氣體在液相中作均勻分散；使固體顆粒在液相中均勻懸??；使不相容的另一液相均勻懸浮或充分乳化。4按結(jié)構(gòu)型式分類，可分為：釜式反應(yīng)器管式反應(yīng)器塔式反應(yīng)器固定床反應(yīng)器流化床反應(yīng)器

反應(yīng)設(shè)備的類型5◆釜式反應(yīng)器

釜式反應(yīng)器也稱槽式、鍋式反應(yīng)器。參與反應(yīng)的物料一次投入，反應(yīng)完成后，產(chǎn)物一次卸出的反應(yīng)器。特點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單、互換性大，投資低等?！艄苁椒磻?yīng)器

管式反應(yīng)器主要用于氣相、液相、氣—液相連續(xù)反應(yīng)過程。

反應(yīng)設(shè)備的類型6管式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

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鼓泡塔反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖1—分布格板；2—夾套；3—?dú)怏w分布器；4—塔體；5—擋板；6—塔外換熱器；7—液體捕集器；8—擴(kuò)大段塔式反應(yīng)器8◆固定床反應(yīng)器固定床反應(yīng)器是指流體通過靜止不動(dòng)的固體物料所形成的床層而進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的設(shè)備。以氣-固反應(yīng)的固定床反應(yīng)器最常見。◆流化床反應(yīng)器把反應(yīng)器和在其中呈流態(tài)化的固體催化劑顆粒合在一起，成為流化床反應(yīng)器。流化床反應(yīng)器多用于氣-固反應(yīng)過程。

9機(jī)械攪拌反應(yīng)器用于溶解、稀釋等多種傳遞過程；化學(xué)反應(yīng)過程。10攪拌反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)三大部分組成：攪拌裝置軸封攪拌罐傳動(dòng)裝置攪拌軸攪拌器軸封罐體夾套人孔壓出管11夾套反應(yīng)器罐體尺寸示意

罐體尺寸確定12罐體尺寸確定◆高徑比●確定罐體高徑比的考慮因素

＊從減少攪拌功率的角度考慮，高徑比可取得大一些。＊從傳熱角度看，希望高徑比可取得大一些；當(dāng)容積一定時(shí)，高徑比大、罐體就高，盛料部分表面積大、傳熱面積也就大。＊要考慮物料的狀態(tài)，對(duì)發(fā)酵類物料，為了使通入罐內(nèi)的空氣與發(fā)酵物料充分接觸，高徑比應(yīng)取得大一些。13◆直徑及高度確定

●

裝料系數(shù)

若物料在反應(yīng)過程中產(chǎn)生泡們沫或呈沸騰狀態(tài)，取裝料系數(shù)0.6～0.7；若物料反應(yīng)較平穩(wěn)，則取裝料系數(shù)0.8～0.85?！裰睆郊案叨却_定

1、在初步確定H/Di后，可先忽略封頭的容積，近似計(jì)算出罐體的容積。14

≈

得2、將上式計(jì)算的結(jié)果圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，再代入下式中克計(jì)算出罐體的高度V0:物料體積Vk:封頭體積15反應(yīng)釜的高徑比液-固相、液－液相1～1.3一般攪拌罐氣－液相1～2發(fā)酵罐類發(fā)酵液1.7～2.5在確定反應(yīng)釜直徑及高度時(shí)還應(yīng)根據(jù)反應(yīng)釜操作時(shí)所允許的裝料程度一裝料16傳熱裝置

◆夾套可拆卸的夾套

不可拆卸的夾套

17◆蛇管蛇管結(jié)構(gòu)

18工藝接管◆進(jìn)料管

進(jìn)料管結(jié)構(gòu)19◆出料管下部出料管

上部出料管

20攪拌器攪拌器又稱攪拌槳或攪拌葉輪，是攪拌反應(yīng)器的關(guān)鍵部件功能是提供過程所需要的能量和適宜的流動(dòng)狀態(tài)。21流型攪拌器旋轉(zhuǎn)時(shí)把機(jī)械能傳遞給流體，在攪拌器附近形成高湍動(dòng)的充分混合區(qū)，并產(chǎn)生一股高速射流推動(dòng)液體在攪拌容器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)這種循環(huán)流動(dòng)的途徑稱為流型。流型的影響因素?cái)嚢杵鞯男问綌嚢枞萜骱蛢?nèi)構(gòu)件幾何特征流體性質(zhì)攪拌器轉(zhuǎn)速22三種基本流型攪拌機(jī)頂插式中心安裝的立式圓筒的 三種基本流型徑向流軸向流切向流23徑向流流體的流動(dòng)方向垂直于攪拌軸，沿徑向流動(dòng)，碰到容器壁面分成兩股流體分別向上、向下流動(dòng)，再回到葉端，不穿過葉片，形成上、下兩個(gè)循環(huán)24軸向流流體的流動(dòng)方向平行于攪拌軸，流體由葉槳推動(dòng)，使流體向下流動(dòng)，遇到容器底面再翻上，形成上下循環(huán)流。25切向流無擋板的容器內(nèi)，流體繞軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，流速高時(shí)的液體表面會(huì)形成漩渦，這種流型稱為切向流混合效果很差26三種流型同時(shí)存在軸向流與徑向流對(duì)混合起主要作用切向流應(yīng)加以抑制擋板可削弱切向流,增強(qiáng)軸向流和徑向流27攪拌器在容器內(nèi)的安裝方式除中心安裝的立式圓筒不同方式安裝的攪拌機(jī)產(chǎn)生的流型各不相同28按流體流動(dòng)形態(tài)軸向流攪拌器徑向流攪拌器混合流攪拌器按攪拌器結(jié)構(gòu)按攪拌的用途攪拌器分類29按流體流動(dòng)形態(tài)分類30常用攪拌器及流型示意

漿式、推進(jìn)式、渦輪式和錨式攪拌器在攪拌反應(yīng)設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛，據(jù)統(tǒng)計(jì)約占攪拌器總數(shù)的75％～80％。31按攪拌器結(jié)構(gòu)分類采用平葉和折葉的攪拌器槳式渦輪式框式錨式采用螺旋面葉的攪拌器推進(jìn)式螺桿式螺帶式32

TY120三窄螺旋葉攪拌器TY130推進(jìn)式攪拌器TY140四寬螺旋葉攪拌器

TY210型平直葉槳式攪拌器TY220斜葉槳式攪拌器TY240雙折葉槳式攪拌器型式33

TY250復(fù)合折葉槳式TY260橢圓葉槳式TY340三菱錐葉開啟渦輪

TY410框式攪拌器特殊框式攪拌器TY520斜葉開啟渦輪TY530平直葉開啟渦輪34

TY610平直葉圓盤渦輪攪拌器TY640弧葉圓盤渦輪TY650箭葉式圓盤渦輪

TY660拋物線圓盤渦輪TY715螺帶螺桿攪拌器襯ＰＥ的攪拌器35用于低黏流體的攪拌器推進(jìn)式長(zhǎng)薄葉螺旋槳式圓盤渦輪式用于高黏流體的攪拌器錨式框式螺旋槳式螺帶式按攪拌用途分類36根據(jù)攪拌過程的特點(diǎn)和主要控制因素進(jìn)行選型攪拌器選型37擋板導(dǎo)流筒攪拌附件的作用改善反應(yīng)器內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)改變徑向流,提高混合效果保護(hù)攪拌器減少劇烈旋轉(zhuǎn)的液體結(jié)合漩渦作用對(duì)攪拌軸產(chǎn)生沖擊作用攪拌器附件38安裝4塊擋板，其寬度為容器直徑的1/12~1/10。傳熱蛇管可代替擋板（垂直換熱管時(shí)可不再安裝擋板）擋板39避免旋渦現(xiàn)象，增大被攪拌液體的湍流程度切向流動(dòng)變?yōu)檩S向和徑向流動(dòng)，強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)液體的對(duì)流和擴(kuò)散，改善攪拌效果。

攪拌反應(yīng)器的擋板結(jié)構(gòu)擋板的作用40上下開口圓筒，安裝于容器內(nèi)，在攪拌混合中起導(dǎo)流作導(dǎo)流筒的直徑約為容器直徑的70%渦輪式或槳式攪拌器，導(dǎo)流筒置于槳葉的上方推進(jìn)式攪拌器，導(dǎo)流筒套在槳葉外面導(dǎo)流筒41機(jī)械攪拌反應(yīng)器的傳動(dòng)裝置1—電動(dòng)機(jī)；2—減速器；3—聯(lián)軸器；4—機(jī)座；5—軸封裝置；6—底座；7—封頭；8—攪拌軸；傳動(dòng)裝置423.2發(fā)酵設(shè)備433.2發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵的操作過程發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)要求常用發(fā)酵罐機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐44什么是發(fā)酵生物化學(xué)中把酵母的無氧呼吸過程稱作發(fā)酵微生物生理學(xué)：有機(jī)物被生物體氧化降解成氧化產(chǎn)物并釋放能量的過程工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)均稱為“發(fā)酵”發(fā)酵的菌種—微生物，包括細(xì)菌、病毒、真菌以及一些小型的原生動(dòng)物等在內(nèi)的一大類生物群體45什么是酵母一種單細(xì)胞真菌,在有氧和無氧環(huán)境下都能生存,屬于兼性厭氧菌有氧氣的環(huán)境中，酵母菌將葡萄糖轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳無氧的條件下，將葡萄糖分解為二氧化碳和酒精C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+2ATP(放出能量:118kJ/mol)釀酒過程中，乙醇被保留下來烤面包或蒸饅頭的過程中，二氧化碳將面團(tuán)發(fā)起，而酒精則揮發(fā)46發(fā)酵罐的操作和設(shè)計(jì)要求氣-液接觸濃度的在線檢測(cè)混合傳熱泡沫控制營(yíng)養(yǎng)物或控制pH用的試劑的加入結(jié)構(gòu)可靠良好的氣液接觸和液固混合性能減少機(jī)械攪拌和通氣所消耗的動(dòng)力良好的傳熱性能設(shè)置有效的消泡沫裝置必要和可靠的監(jiān)測(cè)及控制儀表47間歇發(fā)酵罐48發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)要求49發(fā)酵罐型式按攪拌和通氣的能量輸入方式可分為機(jī)械攪拌式外部液體循環(huán)式空氣噴射提升式50機(jī)械攪拌式51外部液體循環(huán)式52空氣噴射提升式53常用發(fā)酵罐機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐自吸式發(fā)酵罐氣升式發(fā)酵罐塔式發(fā)酵罐54機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌壓縮空氣通氣裝置55機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐主要組成部件罐體-1攪拌裝置-2傳熱裝置-4通氣裝置-7傳動(dòng)機(jī)構(gòu)-656罐體