制药反应工程部分重点

制药反应工程部分重点采用化学方法加工时可概括为3个组成部分1.原料的预处理单元操作2.进行化学反应核心研究对象3.反应产物的分离与提纯单元操作。

化学反应工程可概括为两方面反应动力学和反应器的设计与分析。

传递现象包括三传一反。

即动量传递热量传递质量传递化学反应。

反应进度任何反应组分的反应量与其化学计量系数之比恒为定值ξξ越大反应越完全。

vaAvbB→vrR v为化学计量系数起始nA0 nB0 nR0反应后nA nB nRnA-nA0/vAnB-nB0/vBnR-nR0/vRξξ为反应进度永远为正值。

转化率某一反应物转化的百分率或分率。

转化率X某一反应物的转化量/该反应物的起始量×1001.如果反应物不止一种根据不同的反应物计算所得的转化率数值可能不一样但如果反应物间比例符合化学计量关系则按任何一种反应物来计算数值都相同。

2.通常选择不过量的反应物计算转化率这样的组分称为关键组分。

3.起始量的选择连续反应器反应器进口处原料的状态间歇反应器反应开始时的状态。

转化率与反应进度的关系Xi-Viξ/ni0 4.单程转化率新鲜原料通过反应器一次所达到的转化率。

全程转化率新鲜原料进入反应系统起到离开系统为止所达到的转化率。

收率表明目的产物相对生成量。

Y生成反应产物所消耗的关键组分量/关键组分起始量选择性为了表达已反应的主反应组分有多少生成了目的产物。

反应选择性说明了主副反应进行程度的相对大小。

S生成目的产物所消耗的关键组分量/已转化的关键组分量恒小于1S越大主反应进行的程度越大。

转化率、收率、选择性三者之间的关系YSX化学反应器的类型管式反应器釜式反应器塔式反应器固定床反应器流化床反应器移动床反应器滴流床反应器。

化学反应器的操作方式及各自特点1.间歇操作原料一次性装入反应器反应完后卸出全部物料清洗进行下一批操作。

A.非定态过程。

B.没有物料的输入和输出。

C.组成随时间变化。

2.连续操作连续将原料输入反应器反应产物也连续地从反应器中流出。

A.定态操作浓度温度均不随时间而改变但随位置而改变。

B.物料处于连续稳定流动反应器内没有物料积累。

3.半连续操作原料与产物只要其中的一种为连续输入或输出而其余则为分批加入或卸出的操作。

A.反应物组成既随时间变化也随反应器的位置变化。

反应物设计最基本的内容1.选择合适的反应器型式2.确定最佳操作条件3.针对所选择的反应器型式根据所确定的反应条件计算完成规定的生产任务所需的反应体积。

物料衡算质量守恒定律反应组分A的流入速率反应组分A的流出速率反应组分A的反应速率反应组分A的积累速率①②③④1.多个反应找关键组分。

2.间歇反应器①0②0 3.流动反应器④0①②③热量恒算能量守恒定率单位时间内输入的热量单位时间内输出的热量单位时间的反应热单位时间的积累热能量恒算能量守恒定率输入的动量输出动量消耗的动量积累的动量化学动力学方程rk1f1x-k2f2x逐级经验放大法概念通过小型反应器进行工艺实验优选出操作条件和反应器型式确定所能达到的技术经济指标据此在设计一些规模稍大一些的装置进行模型实验根据模型实验的结果再将规模增大进行中间实验由中间实验的结果放大到工业规模的生产装置如果放大倍数无把握要多次进行不同规模的中间实验。

数学模型法包括以下步骤1.实验室规模实验2.小型实验3.大型规模实验4.中间实验5.计算机实验化学反应速率单位时间单位体积内反应混合物中反应物的反应量或生成物的生成量。

可逆吸热反应速率与温度及转化率的关系1.可逆吸热反应速率随温度升高而增加。

2.不存在最佳反应温度。

3.等速率线上所有点的反应速率相等。

4.r0的曲线叫平衡曲线相应转化率为平衡转化率。

5.处于平衡曲线下方的曲线为非零的等速率线靠下的速率较大。

6.若反应温度一定反应速率随转化率的增加而下降。

若转化率一
定则反应速率随温度的升高而增加。

多相催化剂的过程阶段反应历程1.反应组分由气流主体通过边界层向催化剂外表面扩散。

2.反应组分由外表面向内表面扩散3.反应组分在催化剂活性中心上吸附。

4.在催化剂表面进行反应反应物转化为生成物5.生成物从催化剂表面上解析脱附6.生成物由催化剂内表面向外表面扩散7.生成物由催化剂外表面通过边界层向气流主体扩散。

1、7外扩散过程3、4、5化学反应过程2、6内扩散过程吸附物理吸附、化学吸附气体在固体表面上的吸附理想吸附对化学吸附建立模型物理吸附与化学吸附的区别物理吸附分子间力无选择性多分子层吸附脱附快无需活化能吸附热低吸附温度低可逆。

化学吸附化学键力有选择性单分子层吸附脱附慢有活化能吸附热高吸附温度高不可逆。

理想吸附模型的基本假定1.吸附表面在能量上是均匀的即各吸附位具有相同的能量。

2.被吸附的分子间的作用力可忽略不计。

3.属于单层吸附。

定态近似1.若反应过程达到定态则中间化合物的浓度不随时间而变化。

2.若达到定态则串联各步反应速率相等。

速率控制步骤总反应速率决定于串联各步中速率最慢的一步其余各步认为达到平衡。

最优反应时间反应的浓度是随反应的时间增长而降低的而反应的生成速率是随生成物的浓度降低而降低的因此随着时间的延长会使产品产量增多但按单位操作时间计算的产品产量并不一定增加因此以单位操作时间的产品产量为目标函数就必然存在一个最优反应时间此时该函数值最大。

生物反应过程的开发通常经历实验室小型实验、中间试验和工厂规模放大的3个阶段。

生物反应器放大的原则是相似性、放大方法的理论基础是相似原理。

理想反应器放大应达到的相似条件1.几何相似2.流体力学相似3.热相似4.质量浓度相似5.生物化学能相似经验放大法以相似原理为理论依据特点是对生物反应过程的机理仅作简单的分析以来对已有的装置的操作与设计经验进行反应器的放大。

经验放大法关键是对放大准则的选择。

生物反应工程以生物反应动力学为基础研究生物反应器的设定放大和生物反应过程的优化操作与控制的学科。

除了涉及生物化学、微生物学等众多生物学科外还应用反应动力学、传递过程原理等化学工程学的原理。

生物反应工程的主要研究对象生物反应动力学生物反应器的设计、优化与放大生物反应过程的最佳化。

建生反数模步骤1.反应过程的合理适当简化2.定量化研究3.过程分离原理4.数学模型的建立连续操作的特点优点1.连续操作有利于过程的研究和分析2.对连续反应可进行高效的过程控制3.连续操作的产品质量稳定4.连续操作的生
产效率较高缺点1.它对细胞生长时间同步生产的代谢副产物的生成不能控制2.操作周期过长容易受到杂菌污染3.需要使用费用较高的检测手段和控制设备等。