中药制药工程原理与设备复习资料

03052中药制药工程原理与设备
复习资料
物料衡算：是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算。

热量衡算：是能量衡算的一种形式，热量衡算的理论基础是能量守恒定律。

过程速率：是指物理或化学变化过程在单位时间内的变化率。

密度：单位体积的流体所具有的质量。

压力：流体垂直作用于单位面积上的力。

流量：流体在单位时间内流过管道任意一截面的流体量称为流量。

流速：单位时间内流体在流动方向所流过的距离。

直管阻力：流体经流直管时，由于流体的内摩擦而产生的阻力。

局部阻力：流体流经管路中管件、阀门及管截面的突然扩大或缩小等引起的阻力。

Re≤2000时，流动类型属于滞流，Re≥4000时，属于湍流，Re在2000-4000为过渡流。

滞流时平均流速为管中心的最大流速的0.5，湍流时的平均流速约为管中心的最大流速的0.8.
层流底层：边界层内近壁面出一层薄膜，无论边界层的流型为层流或湍流，骑流动类型均为层流。

伯努利方程的物理意义：①理想流体在管道内作稳定流动
时，在任一截面上总能量为一常
②能量在不同形式间可以相互
转化，当某一形式能量数值，
因条件而发生变化时，相应地
引起其他能量数值变化。

泵：用于液体提供能量的运输设备。

风机和压缩机：用于气体提供能量的运输设备。

离心泵的工作原理：泵的主要部件有叶轮、泵壳、泵轴、排出口和吸入口。

具有若干弯曲叶片的叶轮安装在泵壳内,并紧固于泵轴上.泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接,侧旁的排出口与排出管路相连接.泵轴用电机或其他动力装置带动.启动前,先将泵壳内灌满被输送液体,启动后,泵轴带动叶轮一起旋转,充满叶片之间的液体也随着转动,在离心力的作用下,从叶轮中心被抛向叶轮外围,以很高流速(15-25m/s)流入泵壳,在壳内减速,经过能量转换,达到较高的压力,从泵的排出口通过管路,输送至所需的场所。

气缚：由于空气密度很小,所产生的离心力也很小,在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内,虽启动离心泵,但不能输送液体,此种现象称为气缚。

气蚀现象：离心泵运行时，泵内从吸入口到排出口的压力是变化的，等于或低于在该温度下液体的饱和蒸汽压力，就忽悠蒸汽从液体中大量逸出，形成许多蒸汽和气体混合物小气泡。

这些小气泡随液体流到高压区时，旗袍迅速破裂或凝结，体积邹然缩小，周围液体以高速冲向气泡中心，撞击叶轮，空气中的氧气对叶轮也有腐蚀作用，金属表面逐渐因疲劳而破坏。

这种现象叫做气蚀现象。

离心泵的主要性能参数：流量、压头、效率、轴功能。

离心泵的特性曲线：①H-Q曲线，表示泵的压头与流量的关系。

②N-Q曲线，表示泵的轴功率与流量的关系。

③η-Q 曲线，表示泵的效率与流量的关系。

离心泵的工作点：管路的特性曲线和泵的特性曲线的交点。

并联适用于低阻管路，串连适用于高阻管路。

离心通风机的工作原理与离心泵完全相同。

离心通风机的主要性能参数有风量、风压、轴功率与效率。

重力沉降的基本原理：一种使悬浮在流体中的固体颗粒下沉而与流体分离的过程。

它是依靠地球引力场的作用，利用颗粒与流体的密度差异，使之发生相对运动而沉降，即重力沉降。

重力沉降是从气流中分离出尘粒的最简单方法。

只有颗粒较大，气速较小时，重力沉降的作用才较明显。

悬浮在介质中的分散体系质点要受到重力和浮力的作用，其所受的净力为：
F＝V(ρ-ρ0)g式中V为单个质点的体积；ρ和ρ0分别为质点与介质的密度;g为重力加速度。

若ρ＞ρ0,则质点下沉；反之则上浮。

因此,只要质点与介质的密度不等,质点在引力场作用下就要朝一个方向浓集，或沉于容器的底部或浮于介质的上层。

但另一方面,由于质点的浓集,体系出现浓差，因而产生扩散作用。

扩散与沉降是两个相对抗的过程。

沉降使质点沿着沉降方向浓集；扩散则相反，使质点在介质中均匀分布。

质点小时,扩散起主要作用,因而分散体系在动力学上是稳定的。

质点大时,沉降起主要作用,质点在重力场中沉降，体系不稳定，粗分散体系即属于这种情况。

在中间状态,沉降与扩散成平衡,质点在介质中浓度随着高度不同有一平衡分布。

沉降：是依靠某种力的作用，利用流体与颗粒间的密度差，使质检发生相对运动而分离的过程。

重力沉降：由地球引力作用而发生的颗粒沉降。

离心分离:利用惯性离心力来分离液态非均相混合物的机械，常用来从悬浮液分离固体颗粒和纤维状物质，也可用来从乳浊液中分离出重液和轻液。

离心机的主要类型：①三足式离心机②卧式刮刀卸料离心机③活塞推料离心机④管事高速离心机⑤碟片式离心机。

搅拌器的作用原理：搅拌器又电机或直接通过减速装置传动，讲机械能施加于液体，促使液体作旋转运动，其作用原理与泵的叶轮相同，即向液体提供能量。

搅拌器的强化措施：①提高搅拌器转速②抑制抑制搅拌槽内的“打旋”现象，在搅拌槽内安装挡板，破坏循环回路的对称性③控制回流液体的速度和方向。

放大：在刚才上江中型试验所取得的最佳操作条件及搅拌器的工艺参数，经过适当的计算处理，从而获得为涉及工业生产规模所需的搅拌装置的操作条件和数据，这一过程称为放大。

工业上的传热过程：①直接接触式传热②间壁式传热③蓄热式传热。

热流量:即单位时间内热流体通过整个换热器的传热面传递给冷流体的热量。

热流密度：即单位传热面积的热流量。

稳定传热：传热系统中各点温度仅随位置变，而不随时间变的传热过程。

热传导：起因与物体内部分子微观运动的一种传热方式。

热传导基本原理：固体内部的热传导是由于相邻的分子在碰撞时传递振动能的结果，气体是由于连续而不规则的分子运动，热传导也可因物体内部自由电子的转移而发生。

对流传热：是指流体与固体壁面间的热量传递过程，即由流体讲热量传递给壁面，或有壁面讲热量传递给流体的过程。

对流传热的原理：对流传热过程中的机理和热流量许多因素相关，主要依靠流体的质点移动和混合来进行热量传递。

牛顿冷却定律：即单位时间内以对流方式传递的热量与传热面积和温度差正比。

影响对流传热的因素：①流体的种类②流体的相态③流体的性质④流体的流动状态⑤流体的对流状况⑥传热面的形状、大小和位置。

辐射：物体以电磁波方式传递能量的过程。

热辐射：由于热的原因以电磁波的形式向外发射并进行传播能量的过程。

换热器选型原则：①满足生产工艺要求，不论是设计或选型都要必须符合工艺要求。

②换热效率要高，以保证有较大的传热系数。

③结构简单，使用可靠。

④安装、检修、清洗方便。

⑤经济性。

单效蒸发：是蒸发时二次蒸汽移除后不再利用，只是单台设备的蒸发。

对于单效蒸发，在给定生产任务和确定了操作条件后，通常需要计算水分蒸发量、加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积。

多效蒸发：将一个蒸发器蒸发出来的蒸汽引入下一蒸发器，利用其凝结放出的热加热蒸发器中的水，两个或多于两个串联以充分利用热能的蒸发系统。

蒸发的原理：蒸发过程是浓缩溶液的过程，通过蒸发使溶剂与溶质分离开来，因此，蒸发也是挥发性溶剂与不挥发性溶质分离的单元操作。

蒸发器的辅助设备主要由除沫器和冷凝器。

真空蒸发：使溶液在减压下蒸发的过程。

多效蒸发的流程：第一效加入加热蒸汽，从第一效产生的二次蒸汽作为第二效的加热蒸汽，而第二效的加热时却相当于第一效的冷凝器，从第二效产生的二次蒸汽又作为第三效的加热蒸汽，如此串连多个蒸发器，就组成了多效蒸发。

最后一效的二次蒸汽进入冷凝器，用睡冷却冷凝成水而移除。

蒸发过程的节能措施：①多效蒸发②回收冷凝水的热量③额外蒸汽④热泵蒸发。

挥发度：表示某种纯粹物质(液体或固体)在一定温度下蒸气压的大小。

相对挥发度：习惯上将溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比。

蒸馏原理：利用液体混合物部分气化时，其中各种组分挥发度差异，使其加以分离的单元操作。

简单蒸馏为间歇操作过程。

平衡蒸馏是连续蒸馏过程。

精馏原理：精馏的实质就是利用多次部分气化和多次部分冷凝，以分离液体混合物的操作过程。

恒摩尔流的满足条件：①各组分的摩尔气化热相等②气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略。

③保温良好，塔的热损失可以忽略不计。

适宜回流比的选择：全程回流和最小回流比都不能再生产商采用，仅是最大值和最小值。

实际采用的回流比应介于两者之间。

适宜回流比应通过经济衡算来决定，即操作费用和设备费用之和为最低时的回流比。

理论版：是指离开该塔板的气液两相达到平衡状态的塔板。

塔板的结构：塔板，气体通道—塞孔、溢流堰和降液管等。

填料塔的结构：为一圆形筒体，桶内分层安防一定高度的填料层。

湿基含水量：以湿物料为计算基准，即湿物料中水分的质量分数。

干基含水量：以绝干物料为计算基准，即湿物料中水分的质量与绝干物料的质量之比。

无聊中所含水分：结合水，非结合水，平衡水分，自由水分。

干燥器分类：厢式干燥器、带式干燥器、真空耙式干燥器、转筒式干燥器、喷雾干燥器、沸腾干燥器、气流干燥器、冷冻干燥器、红外干燥器、微波干燥器。

粉碎：是记住机械力将大块固体药物制成适宜程度的碎块或细粉的操作过程。

粉碎度：又称粉碎比，是药物在粉碎前的粒径与粉碎后的粒径之比，它是检查粉碎操作效果的一个重要指标。

粉碎机理：药物被粉碎时，收到外加的作用力，其内部相应产生应力，当内应力超过药物本身的分子间力时即可引起药物的破碎，使药物的表面积增大，从而使机械能转化为表面能。

粉碎方法：①循环粉碎和开路粉碎。

适用于粗碎或为进一步细碎做准备的粉碎。

②干法粉碎和湿法粉碎。

适用有刺激性、毒性。

③单独粉碎和混合粉碎。

④低温粉碎。

多用于熔点低，常温下有热可塑性保留挥发性有效成分的药物。

提取原理：浸润阶段，溶解阶段，扩散阶段，置换阶段。

固液提取工艺流程：单管单级浸渍提取，索氏提取，温浸法。

热回流法，单级循环提取，单罐错流提取，加压提取，半连逆流续提取，连续逆流提取，连续混流提取。

板式塔和填料塔的比较
(1)填料塔操作范围小,当液体负荷过大时,容易产生液泛;当液体负荷较小时,填料表面不能很好地润湿.设计良好的板式塔,则具有较大操作范围.
(2)填料塔不易处理易聚合或含有固体悬浮物的物料,由于填料易被堵塞,切不易清洗,宜采用板式塔.
(3)气液传质过程中,需要移去反应热和溶解热,因板式塔易于在塔板上安装冷却盘管,易用板式塔.同样,当有侧线出料时,填料塔不如板式塔方便.
(4)处理量小,或所需的塔径不大时,应选用结构简单,造价低廉的填料塔.
(5)对热敏性物系,宜采用填料塔.因填料塔内的滞液量较板式塔少,物料在塔内的停留时间短.
(6)对易起泡物系,填料塔更适合,因填料对泡沫有限制和破碎作用
(7)对腐蚀性物系,因填料便于耐腐蚀材料制作,故多采用填料塔
(8)填料塔压力降较板式塔小,因而对真空操作更适宜。

恒沸精馏流程图：在恒沸精馏塔I中部加入接近恒沸组成的乙醇-水溶液,塔顶加入苯.精馏时,沸点最低的三组分恒沸物由塔顶蒸出,经冷凝并冷却至较低的温度后在分层器分成为:上层苯相,下层水相.其中苯相回流入I塔作回流,苯作为挟带剂循环使用.I塔釜残液为高纯度乙醇.分层器中的水相进入塔II以回收其中的苯.II塔塔顶所得的恒沸物并入分层器中,塔II 釜残液为稀乙醇,可用普通精馏塔III回收其中的乙醇.III塔釜残液几乎是纯水,在操作中苯是循环使用的,但因有损耗,故隔一段时间后需补充一定量的苯。

萃取精馏流程:原液加入萃取精馏塔的中部,添加剂酚在靠近塔顶处加入,以使塔内各板的液相中均保持一定比例的酚,沸点最低异辛烷由塔顶蒸出,在酚加入口以上设置少数的塔板以捕获少量被气化的酚,避免从塔顶逸出,塔顶这些少数塔板为酚的吸收.因萃取剂的挥发性一般很小,吸收段仅一,二块板即可。

萃取精馏与恒沸精馏的比较
(1)恒沸精馏添加剂必须与被分离组分形成恒沸物,而萃取精馏无此限制,故萃取精馏添加剂选择范围广泛
(2)恒沸精馏添加剂被气化由塔顶蒸出,此项气化热消耗较大,尤其是当馏出液比例较大时,其经济性不及萃取精馏(3)由于萃取剂不断由塔顶加入,故萃取经理不宜用于间歇操作,而恒沸精馏从大规模连续性生产至小型间歇精馏均能方便地操作。

中药制药工程思考题：
1、什么是中药工程？答：中药工程是运用化学、物理方法或手段来研究中草药的加工和制造过程，使此过程能产生一种新的药物剂型和药物产品，同时研究制造（生产）过程的共同规律，摸索最佳的工艺条件、解决规模放大和大型化生产中出现的诸多工程技术问题。

2、传统的中药制药工程是怎样的？存在什么问题？答：传统的中药制药工程：⑴工艺：静态提取（浸渍、煎煮、渗漉），传统浓缩，酒精沉淀，大锅收膏，托盘烘干；⑵剂型：丸、散、膏、丹。

存在的问题：提取温度高、时间长、步骤多，热敏物质易被破坏，挥发组织易损失等。

3、中药制药工程中存在哪些化学工程问题？答：⑴通过提取等工序，将药效物质从构成药材的动植物组织器官中分离出来；⑵通过过滤等工序，将药液和药渣进行分离；⑶通过沉淀等工序，实现细微粒子及大分子非药效物质与溶解于水或醇等溶剂中的其他成分分离；⑷通过浓缩、干燥等工序，实现溶剂与溶质的分离。

4．研究中药提取理论意义何在？答：中药提取是龙头技术，有适当的提取量为基础，量化和控制提取的过程参数。

将有利于提高中药提取效率，降低能源消耗，缩短生产周期，稳定产品质量，同时也为中药提取过程和中药产品标准化，规范化，提供理论基础。

5. 为什么说提取过程（浸取）是历史悠久的单元操作之一答：在中药制药工业，长期以来已有的提取操作有：浸渍，煎煮，渗漉，浸煮，回流提取和循环提取等，现代中医药工业的发展，又出现了超临界二氧化碳流体萃取，微波辅助提取等高新技术。

提取过程实质上是溶质由固相传递到液相的传质过程。

古代用的药材一般都是固体药材，所以需要我们对中药进行提取，把固体药物看成由可溶性（溶质）和不可溶（载体）所组成的混合物。

中药提取就是把重要药材中的可溶性组分从中药的固体基块中转移到液相。

从而得到含有溶质的提取液的过程。

6、植物性药材的提取过程有哪几个相互联系的阶段所组成？答：植物性药材的提取过程是由湿润，渗透，解吸，溶解，扩散和置换等几个相互联系的阶段所组成。