制药工艺学 第十四章 反应器
《制药化工过程与设备》生物反应器
04
生物反应器的设计与放大
生物反应器设计原则
保证生物反应的顺 利进行
设计合适的生物反应器，提供适 宜的反应条件，如温度、压力、 pH值、溶氧量等，以保证生物 反应的顺利进行。
优化细胞生长和产 物生成
设计生物反应器时应考虑细胞生 长和产物生成的最优化。为此， 需要研究细胞代谢途径和产物生 成机制，以便在反应器中提供适 当的条件。
提高能效与降低成本
能效提升
通过优化反应器设计和操作条件，提高能量转换 效率和资源利用率，降低能源消耗。
成本控制
降低原料、设备维护和运营成本，提高生产效益 和竞争力。
规模效应
通过扩大生产规模，降低单位产品的生产成本， 提高市场竞争力。
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强化细胞膜通透性
通过采用适当的化学物质或物理方法，增加细胞膜的通透 性，促进底物和产物的扩散，提高反应速率和产物收率。
过程优化案例分析
• 某制药公司生产抗生素的过程优化：通过实验研究和实际生 产经验的积累，该公司找到了适合其生产过程的最佳操作条 件，包括温度、湿度、压力和搅拌速度等。此外，该公司还 选择了适宜的微生物菌种，并优化了底物和产物浓度，强化 了细胞膜通透性，最终提高了抗生素的生产效率和收率。
工业规模生物反应 器应考虑环保和…
设计的生物反应器应能够满足环 保和节能的要求，采用环保材料 和设备，同时降低能源消耗。
05
生物反应器的应用实例
酒精生产工艺
总结词
生物反应器在酒精生产工艺中应用广泛，具有提高产量、降低成本、环保等优势。
详细描述
酒精生产过程中，生物反应器可以作为微生物发酵的反应容器，通过控制温度、压力、搅拌速率等参数，提高 酒精的产量和纯度。同时，生物反应器还可以实现连续生产，降低生产成本和能源消耗，减少废水的排放。
(完整版)制药工艺学元英进课后答案
第一章论绪第二章1-1：分析制药工艺在整个制药链中的地位与作用。
答：制药工艺学的工程性和实用性较强，加之药品种类繁多，生产工艺流程多样，过程复杂。
即使进行通用药物的生产，也必须避开已有专利保护，要有自主知识产权的工艺。
制药工艺作为把药物产品化的一种技术过程是现代医药行业的关键技术领域，在新药的产业化方面具有不可代替的作用；制药工艺学是研究药的生产过程的共性规律及其应用的一门学科，包括制配原理，工艺路线和质量控制，制药工艺是药物产业化的桥梁与瓶颈，对工艺的研究是加速产业化的一个重要方面。
1- 2．提取制药、化学制药、生物技术制药的工艺特点是什么，应用的厂品范围是什么？答：提取制药工艺的特点：以化工分离提取单元操作组合为主，直接从天然原料中用分离纯化等技术制配药物；应用的产品范围包括：氨基酸、维生素、酶、血液制品、激素糖类、脂类、生物碱。
化学制药工艺的特点: 生产分子量较小的化学合成药物为主，连续多步化学合成反应，随即分离纯化过程；应用产品范围包括；全合成药物氯霉素，半合成药物多烯紫杉醇，头孢菌素C 等。
生物技术制药工艺特点：生产生物技术制药、包括分子量较大的蛋白质、核酸等药物。
化学难以合成的或高成本的小分子量药物。
生物合成反应（反应器，一步）生成产物，随后生物分离纯化过程；应用的产品范围包括：重组蛋白质、单元隆抗体、多肽蛋白质、基因药物、核苷酸、多肽、抗生素等。
1- 3 化学制药产品一定申报化学制药吗？生物技术制药产品一定申报生物制药吗？为什么？举例说明。
答：化学制药产品和生物制药产品均不一定申报化学药物和生物制药制品：有些药物的生产工艺是由化学只要和生物技术制药相互链接有机组成的。
如两步法生产维生素C,首先是化学合成工艺，之后是发酵工艺，最后是化学合成工艺；有些药物经过化学合成工艺，最后是生物发酵工艺，如氢化可的松。
1- 4 从重磅炸弹药物出发，分析未来制药工艺的趋势。
答：重磅炸弹药物是指年销售收入达到一定标注，对医药产业具有特殊贡献的一类药物。
制药工程中的技术使用指南
制药工程中的技术使用指南药品的研发和生产过程涉及众多的技术和设备，是一个复杂而又精细的过程。
本文将为您介绍制药工程中常用的技术和设备，并分别说明它们的作用和使用指南。
一、反应器反应器是制药工程中最重要的设备之一，用于进行化学反应和合成药物。
在选择反应器时，需要考虑反应类型、温度和压力的要求，以及反应物和产物的特性。
1. 不锈钢反应器：适用于大多数化学反应，具有耐腐蚀性能，易于清洁和维护。
同时，不锈钢反应器具有较高的耐压能力，适用于高压反应。
2. 玻璃反应器：适用于敏感药物的合成和反应。
玻璃材质具有良好的透明度，可以观察反应过程。
此外，玻璃反应器对于热的稳定性较差，需要注意温度控制。
使用指南：在使用反应器时，需要注意以下几点：1. 确保反应器表面清洁，以防止杂质和污染物对反应的影响。
2. 根据反应类型和要求选择合适的材质和尺寸。
确定反应器的最大可承受压力和温度，并保证操作在安全范围内。
3. 在操作前，进行充分的实验和试验，以确保反应条件和要求的一致性。
二、过滤器过滤器是制药工程过程中常用的设备，用于除去反应物中的杂质、固体颗粒或细菌，以获得纯净的药物产物。
1. 压力过滤器：适用于需要较高压力进行过滤的情况。
压力过滤器通常采用不锈钢材质，具有较好的耐腐蚀性和可清洗性。
2. 自由过滤器：适用于反应物中固体颗粒较大、结构较松散的情况。
自由过滤器通常采用纸或纤维素材料，具有较高的孔隙度和通量。
使用指南：使用过滤器时，应注意以下几点：1. 在使用前，确保过滤器干净和完好，以避免杂质和细菌对药物产物的污染。
2. 根据反应物特性选择合适的过滤器类型和尺寸。
3. 在过滤过程中，保持稳定的压力和流量，以提高过滤效率。
三、干燥设备干燥是制药工程中重要的工艺步骤，用于去除药物产物中的水分，以保证产品的稳定性和质量。
1. 真空干燥箱：适用于需要在低温下进行干燥的情况。
真空干燥箱可以在低压下去除水分，同时防止药物产物的氧化和分解。
制药工艺学习题
13、污染
14、消毒
15、杀菌
16、补料
17、放料
18、接种量
19、反应器
20、选择性
21、转化率
22、中试放大（Scale up）
23、放大效应(scale up effect)
24、清洁生产(cleaner production)
25、生产工艺规程2
6、标准操作规程（standard operation procedure，SOP）
4.溶剂对化学反应有哪些影响？
5.单因素平行试验优选法有哪些？
6.中试放大的研究内容有哪些？
7.原料药生产工艺规程需要编写哪些内容？
名词解释
1、化学全合成工艺
2、化学半合成工艺
3、微生物发酵制药
4、药物工艺路线
5、类型反应法
6、追溯求源法
7、模拟类推法
8、平行反应
9、可逆反应
10、催化剂
11、相转移催化剂（PTC）
A.连续釜式反应器B.管式反应器C.间歇釜式反应器
9.正常操作时，物料呈阶跃变化的反应器是________。
A.间歇操作搅拌釜C.多个串联连续操作搅拌釜B.单个连续操作搅拌釜D.管式反应器
10.理想反应器中的物料流型有________。
A.滞流和湍流B.对流和涡流C.理想混合和理想置换D.稳定流动和不稳定流动E.并流和逆流
6、化学合成药物的工艺研究中往往遇到多条不同的工艺路线，不同的化学反应存在两种不同的化学反应类型，分别为和。
7、化学反应步骤的总收率是衡量不同合成路线效率的最直接的方法，其装配方式有和。、
8、药物合成过程中的催化技术有、和。、
9、相转移催化剂可以分为
10、化学方法制备手性药物包括、和、和。
制药工艺学习题集答案
制药⼯艺学习题集答案制药⼯艺学⼀．名词解释1. 全合成：由结构较简单的化⼯原料经过⼀系列的化学合成过程制得化学合成药物，称为全合成2. 半合成：由具有⼀定基本结构的天然产物经过结构改造⽽制成化学合成药物，称为半合成。
3. 邻位效应：取代基与苯环结合时，若⼀取代基的分⼦很⼤时，可将其邻位掩蔽，因⽽在进⾏各种化学反应时，邻位处的反应较其他位置困难。
4. 药物的⼯艺路线：具有⼯业⽣产价值的合成路线，称为药物的合成路线。
7.相转移催化剂：相转移催化剂的作⽤是由⼀相转移到另⼀相中进⾏反应。
它实质上是促使⼀个可溶于有机溶剂的底物和⼀个不溶于此溶剂的离⼦型试剂两者之间发⽣反应。
常⽤的相转移催化剂可分为鎓盐类、冠醚类及⾮环多醚类等三⼤类。
8. 固定化酶：固定化酶⼜称⽔不溶性酶，它是将⽔溶性的酶或含酶细胞固定在某种载体上，成为不溶于⽔但仍具有酶活性的酶衍⽣物。
9．“⼀勺烩”或“⼀锅煮”：对于有些⽣产⼯艺路线长，⼯序繁杂，占⽤设备多的药物⽣产。
若⼀个反应所⽤的溶剂和产⽣的副产物对下⼀步反应影响不⼤时，往往可以将⼏步反应合并，在⼀个反应釜内完成，中间体⽆需纯化⽽合成复杂分⼦，⽣产上习称为“⼀勺烩”或“⼀锅煮”。
⼆．简答题1、化学制药⼯艺学研究的主要内容是什么答：⼀⽅⾯，为创新药物积极研究和开发易于组织⽣产、成本低廉、操作安全和环境友好的⽣产⼯艺；另⼀⽅⾯，要为已投产的药物不断改进⼯艺，特别是产量⼤、应⽤⾯⼴的品种。
研究和开发更先进的新技术路线和⽣产⼯艺。
3.简述鎓盐类相转移催化剂的反应机理。
N+Z—结构中含有阳离⼦部分，便于与阴离⼦形成有机离答：这类催化剂R4⼦对或者有与反应物形成复离⼦的能⼒，因⽽溶于有机相，其烃基部分的碳原⼦数⼀般⼤于12，使形成的离⼦对具有亲有机溶剂的能⼒，其作⽤⽅式为：4.简述冠醚催化固液两相的反应机理。
6.简述外消旋混合物，外消旋化合物，外消旋固体溶液的定义及其理化性质的差异。
如何区分以上三种外消旋体答：外消旋混合物：纯旋光体之间的亲和⼒更⼤，左旋体与右旋体分别形成晶体外消旋化合物：左旋体与右旋体分⼦之间有较⼤亲和⼒，两种分⼦在晶胞中配对，形成计量学上的化合物晶体外消旋固体溶液：纯旋光体之间，与对映体之间的亲和⼒⽐较接近，两种构型分⼦排列混乱三者的理化性质差异：熔点、溶解度不同区分：加⼊纯的对映体1）熔点上升，则为外消旋混合物2）熔点下降，则为外消旋化合物3）熔点没有变化，则为外消旋固体溶液7.⽤硝基苯甲酸为原料制备盐酸普鲁卡因，单元反应有两种排列⽅式。
制药工艺学国家精品课习题
10-12 发酵过程中温度和搅拌有何影响，如何控制？ 10-13 发酵过程中 pH 和溶氧有何影响，控制策略有哪些？为什么？ 10-14 分析发酵中泡沫形成的原因及其对发酵的影响，提出消沫措施和方式。 10-15 微生物发酵制药的基本过程是什么?各阶段的主要任务是什么？ 10-16 如何确定发酵终点？如何实现发酵过程的最优化控制？
第八章 8-1 路线 1 与路线 2 有哪些不同？ 8-2 在制备氢化可的松过程中，哪些步骤采用化学合成，哪些为生物法？ 8-3 制备氢化可的松哪步采用 Oppenauer 氧化反应，其机理是什么？ 8-4 制备 17α-羟基黄体酮时，氢解除溴为什么要加入吡啶？ 8-5 制备氢化可的松中可能产生的“三废”是什么？
第二章 2-1 工艺路线设计有几种方法，各有何特点？如何应用？ 2-2 工艺路线评价的标准是什么？为什么？ 2-3 如何进行工艺路线的选择？
第三章 3-1 化学合成药物工艺研究的的主要内容是什么？ 3-2 分析影响反应的各种条件与工艺之间的关系是什么？ 哪些反应条件需要进行极限试 验？为什么？ 3-3 合成工序的确定一般在哪个阶段？对于整个生产过程具有什么重要意义？ 3-4 单分子反应、双分子反应、一级反应、二级反应之间的关系？ 3-5 比较重结晶的溶剂要求与普通反应溶剂的异同点？ 3-6 化学反应中不符合 Van’tHoff 经验规则具有哪些情况？ 3-7 冠醚类属于哪种催化剂，其最适合哪类反应？除此以外，还有哪些催化剂也具有类似的
14 制药工艺放大研究
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等，可根据反应特点来选定。
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4. 反应条件的优化
必要性：实验室获得的最佳反应条件不一定能完 全符合中试放大要求 优化主要因素：如 放热反应的加料速度、
搅拌效率、 反应罐的传热面积与传热系数、 制冷剂等 进行深入研究，掌握其在中试装置中的变化规律，得到 更为合适的反应条件。 如： 加料，改一次投料为分次投料 降温，用冷冻盐水、5℃水
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第二十三章 制药工艺放大研究
中试放大的概念及影响因素 中试放大的研究方法 中试的研究内容 制定生产工艺规程
中南大学制药工程系
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第一节 概述
一、中试放大的概念
概念
中试放大(scale-up)：把实验室小试研究确定的工艺路线 与条件，在中试工厂(车间)进行的试验研究。
规模
一般在实验室规模上放大50 ~100倍； 对于细胞培养，通常采用10~30L以上反应器进行放大研 究。采用吨级发酵罐进行中试，更为有利； 也可结合药物的制剂规格、剂型及临床使用情况确定中 试放大规模
3.中试一般设备
l0L、50L、100L、200L、500L反应器、高压釜 配套20L高真空蒸馏装置、真空泵、水冲泵、 高位槽、储罐 蒸汽管、冷冻管 分离罐、离心机、板框过滤机、粉碎机 双锥干燥器、烘箱
中南大学制药工程系
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二、研究内容
1. 生产工艺路线的复审 2. 设备材质及型式的选择 3. 搅拌型式及搅拌速度的考察 4. 反应条件的优化 5. 工艺流程和操作方法的确定 6. 安全生产与“三废”防治措施的研究 7. 原辅材料和中间体的质量监控 8. 消耗定额、原料成本、操作工时、生产周期 的计算
齐鲁工业大学化学制药工艺学成考复习资料
化学制药工艺学1. 实际生产中，搅拌充分的釜式反应器可视为理想混合反应器，反应器内的温度、组成与位置无关。
2. 把“三废”造成的危害最大限度地降低在生产过程中，是防止工业污染的根本途径。
3. 中试研究中的过渡试验不包括后处理的方法试验。
4. 通常不是目标分子优先考虑的拆键部位是C-C。
5. 工艺的后处理过程一般属于物理过程。
6. 从收率的角度看，应该把收率高的反应步骤放在后边。
7.基元反应不是复杂反应。
8. 可逆反应属于复杂反应。
9.最理想的工艺路线是汇聚型。
10. 工业生产上可稳定生产，减轻操作劳动强度的反应类型是平顶型。
11. 乙醚不属于质子性溶剂。
12. 化学药物合成路线设计方法不包括直接合成法。
13. 用苯氯化制各一氯苯时，为减少副产物二氯苯的生成量，应控制氯耗以量。
已知每l00mol苯与40 mol 氯反应，反应产物中含38mol氯苯、lmol二氯苯以及38mol、61mol未反应的苯。
反应产物经分离后可回收60mol的苯，损失l mol的苯。
则苯的总转化率为97.5%。
14. 对于含有易形成氢键的官能团的化合物时应选用的重结晶溶剂是乙醇。
15. 工业上最适合的反应类型是平顶型。
16.反应速度与反应物浓度无关，仅受其他因素影响的反应为零级反应。
17.化工及制药工业中常见的过程放大方法有逐级放大、相似放大和数学放大。
18. 一般情况下，年生产日可按330天来计算。
19. 属于相转移催化剂的是三乙胺。
20. 一个工程项目从计划建设到交付生产期的基本工作程序大致可分为设计前期、设计期和设计后期三个阶段，其中设计期主要包括可行性研究、初步设计和施工图设计。
21. 相转移催化反应的优点有缩短反应时间，使有些原来不能进行的反应，成为可能，避免使用无水的或极性非质子溶剂。
22. 药物的结构剖析原则有分清主环和侧链；找出易拆键部位；考虑官能团的引入、转换和消除；考虑手性中心在整个工艺路线中的位置。
23. 制药工业的特殊性主要表现在药品质量要求严格；生产过程要求高；药品供应时间性强。
《制药化工过程与设备》生物反应器
生物反应器的设计和操作可以保证产品的质量和安全性，例如在制药和食品工业中，通过 生物反应器生产抗生素、疫苗、食品添加剂等产品时，可以控制产品质量和安全性。
生物反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器的分类与发展
分类
生物反应器可以根据不同的标准进行分类，例如根据操作方式可以分为间歇式和 连续式反应器；根据微生物类型可以分为好氧型和厌氧型反应器；根据应用领域 可以分为制药、食品、环保等领域使用的反应器等。
温度
温度对微生物发酵的影响 是多方面的，包括代谢过 程、酶活性、发酵反应速 度、微生物形态、培养基 成分的物理性质和化学成 分等。
温度对酶促反 应速度的影响
温度升高，反应速度加快 ；温度降低，反应速度下 降；最适温度：酶促反应 速度最大时的温度。
pH值
对酶促反应速度的影响； 对微生物生长的影响；对 培养基性质的影响。
生物反应器的制造成本较高，需要降低设备 制造成本，提高设备利用率和降低生产成本 。
未来生物反应器的展望
创新材料与技术
开发新型生物反应器材料和加工技术， 提高设备的性能和可靠性，优化细胞培 养环境。
智能化与自动化
应用物联网、人工智能等技术，实现生 物反应器的智能化与自动化控制，提高 生产效率和产品质量。
生物反应器的性能优化
01
通过实验研究优化反应条件，提高产品收率和质量。
02
采用新型生物反应器技术，提高设备的生产效率和使用寿命。
针对不同生产工艺和物料特性，开发适用的生物反应器操作规
03
程，提高生产效率及产品质量。
06
生物反应器的发展趋势与挑战
生物反应器的发展趋势
适应环保要求
开发高效、节能、环保的生物反应器， 减少工业废弃物排放，降低环境污染。
制药工艺学
1、制药工业：以药物的研究与开发为基础，以药物的生产和销售为核心的制造业，包括原料药和制剂的生产。
2、先导化合物：即原型物，是通过各种途径或方法得到的具有某种生物活性的化学结构。
它具有确定的药理活性，因存在的某些欠缺，无法直接药用，但却作为线索物质为进一步的优化提供了前提。
3、理想的工艺路线：药物制备途径简易；药物制备需要的原辅料尽量少，而且易得，并有充足的数量供应；中间体能以较纯的形式分离出来；药物制备的条件易于控制；药物制备所需设备要求不太苛刻，操作人员易于掌握；药物制备过程中产生的“三废”最少，并且易于治理；使用该制备工艺制出的药物经分离、纯化能较容易的达到药物标准；采用该制备工艺制出的，成本最低，经济效益最好。
4、药物的工艺路线：一个合成药物往往可通过多种不同的合成路径制备，通常将具有工业生产价值的合成路径称为该药物的工艺路线。
5、全合成：由化学结构比较简单的化工原料经过一系列化学合成和物理处理过程制得化学药物。
6、半合成：有已知具有一定基本结构的天然药物（动物、植物、微生物）经过化学结构改造和物理处理过程制得的药物。
7、药物工艺路线设计应考虑因素：分清主环和侧链，基本骨架与功能基；找出易拆键部位；考虑基本骨架的组合方法；官能团的引入、转换和消除，保护与去保护；手性药物中手性中心的构建方法和次序。
8药物工艺路线的分类方法及定义：1）类型反应法：利用常见的典型有机化学反应与合成方法进行合成路线设计的方法。
既包括各类化学结构的有机合成通法。
又包括官能团的形成、转换和保护等合成方法。
2）分子对称法：具有分子对称性的化合物往往可用两个相同分子经化学反应制得，或在同一步反应中将分子的相同部位同时构建起来。
3）追溯求源法：从药物分子的化学结构出发，将其化学合成过程一步一步逆向推导进行寻源的思考方法。
4）模拟类推法：对化学结构复杂、合成路线设计困难的药物，模拟类似化合物的合成方法进行合成路线的方法。
9、合成工艺路线有“直线方式”和“汇聚方式”两种主要的装配方式。
制药工艺学整理（化学制药）
制药⼯艺学整理（化学制药）第⼀章绪论1.化学合成制药：全合成制药，半合成制药，⼿性制药 p5第⼆章化学制药⼯艺路线的设计和选择1.化学制药⼯艺路线的基本内容：针对已经上市的药物或临床研究申请的药物，研究如何应⽤有机化学合成的理论和⽅法，设计出适合⼯业⽣产的合成⼯艺路线。
意义：满⾜需要，占住先机，改进⾰新。
p21药物⼯艺路线设计的主要⽅法：类型反应法，分⼦对称法，追溯求源法，模拟类推法，光学异构拆分法 p222.追溯求源法：益康唑先拆分C-O键（a），后拆分C-N键（b） p253.⼯艺路线的评价标准：1)化学合成途径简捷；2）所需的原辅材料品种少且易得，有⾜够数量的供应；3）中间体容易提纯，质量符合要求，多步反应连续操作；4）反应在易于控制的条件下进⾏，安全⽆毒；5）设备条件要求不苛刻；6）三废少且易于治理；7）操作简便，经分离提纯易达到药⽤标准；8）效率最佳，成本最低，经济效益最好 p264.化学反应类型的选择：⼯业⽣产倾向采⽤“平顶型”反应5.合成步骤：直线⽅式，汇聚⽅式第三章化学制药的⼯艺研究1.合成⼯艺研究的主要内容：配料⽐，溶剂，温度和压⼒，催化剂，反应时间及其监控，后处理，产品的纯化和检验 p292.化学反应的内因：反应物和反应试剂分⼦中原⼦的结合状态、键的性质、⽴体结构、官能团的活性，各种原⼦核官能团之间的相互影响及物化性质等。
化学反应的外因：配料⽐，反应物的浓度与纯度、加料次序、反应时间、反应温度与压⼒、溶剂、催化剂、pH值、设备条件、反应重点控制，产物分离精制，质量控制等。
p293.双分⼦反应：反应速率和反应物浓度成正⽐ p314.可逆反应：正反应速度随时间逐渐减⼩，逆反应速度随时间逐渐增⼤，直到两个反应速度相等，反应物和⽣成物浓度不再随时间⽽发⽣变化。
5.反应物浓度和配料⽐的确定p321）可逆反应：增加反应物之⼀的浓度，或除去⽣成物之⼀2）⽣成物取决于某⼀反应物：增加该反应物浓度3）⼀反应物不稳定：增加该反应物浓度，保证⾜够量的反应物参与主反应4）主副反应物不同:增加主反应⽤量，抑制副反应5）存在连续反应或副反应：反应的配料⽐⼩于理论配⽐，反应到⼀定程度后停⽌反应6.催化剂活性：催化能⼒，反映催化剂转化反应物能⼒的⼤⼩影响因素：温度，助催化剂，载体，催化毒物 p387.三氯化铝，三氟化硼（Lewis酸催化剂） p398.相转移催化反应影响因素：催化剂，搅拌速度，溶剂，含⽔量 p41第四章⼿性制药技术1.化学法制备⼿性药物：化学拆分，化学合成 p492.⽣成⾮对应异构体后的拆分⽅法：柱⾊谱法，结晶法 p50第五章氯霉素⽣产⼯艺1.氯霉素结构式O2Cl O2.结构性质：2个相连的⼿性中⼼，4个光学异构体，D-苏型有效 p583.合成路线：苯甲基为起始原料：苯甲醛，对硝基苯甲醛苯⼄基为起始原料：苯⼄酮，对硝基苯⼄酮，苯⼄烯，对硝基苯⼄烯4.对硝基苯⼄酮制备：对硝基⼄苯在催化剂硬脂酸钴和⼄酸锰作⽤下与氧化剂进⾏的游离基反应。
制药工程中的反应器技术
制药工程中的反应器技术反应器是制药工程中最重要的设备之一，它是完成药品合成反应的核心部件。
因此，反应器的选择、设计和操作将直接影响药品合成的质量和效率。
本文将探讨反应器技术在制药工程中的应用。
一、反应器类型在制药工程中，常见的反应器类型有：搅拌式反应器、固定床反应器、连续流动反应器和微反应器等。
搅拌式反应器是最常见的反应器类型，它通过机械搅拌将反应物混合并维持反应体系中的均相状态。
这种反应器的优点是反应过程易于控制，并且可以适应不同的反应条件。
固定床反应器是指在反应模型中装有固定的反应物，反应物流经固体床时发生反应。
这种反应器通常用于催化反应，具有反应效率高、选择性好的特点。
连续流动反应器是用于连续生产的反应器，它通过不断注入反应物和流经反应物来完成反应过程。
连续流动反应器具有高效率、连续性和可控性等优点。
微反应器是一种微型反应器，通常用于微反应和微流动化学领域。
由于反应体系微型化，微反应器具有反应速度快、反应体积小、易于控制等特点。
不同种类的反应器适用于不同的反应条件和反应物质，制药工程师需要根据药物特性选择合适的反应器类型。
二、反应器设计在反应器的设计中，需要考虑到多个因素，如反应器体积、搅拌速度、温度和压力等。
这些因素将直接影响反应体系中反应物的混合情况、反应速率和反应物质的选择性。
反应器的体积通常由反应量和反应速度决定。
反应速度越快，所需的反应器容量就越小，因此需要根据具体反应条件选择适当的反应器体积。
搅拌速度是搅拌式反应器中最重要的因素之一。
搅拌速度过慢会导致反应物不充分混合，反应速率降低；而过快的搅拌速度则会导致反应物快速消耗，反应物质选择性不足等问题。
制药工程师需要通过实验确定最佳的搅拌速度，以实现最佳的反应效果。
温度和压力是反应器设计中另外两个重要的参数。
根据反应类型和反应物质的物理化学性质，选择适当的反应温度和压力可以提高反应物的选择性和反应速率，并保证反应的稳定性和产品纯度。
化学制药工艺学题库(有答案)
2014年10月《化学制药工艺学》自考复习资料整理者：李玉龙一、选择题1、下列哪种反应不是复杂反应的类型【A 】A、基元反应B、可逆反应C、平行反应D、连续反应2、化学药物合成路线设计方法不包括【C 】A、类型反应法B、分子对称法C、直接合成法D、追溯求源法3、下列方法哪项不是化学药物合成工艺的设计方法【C 】A、模拟类推法B、分子对称法C、平台法D、类型反映法4、化工及制药工业中常见的过程放大方法有【D 】A、逐级放大法和相似放大法B、逐级放大法和数学模拟放大法C、相似放大法和数学模拟放大法D、逐级放大\相似放大和数学放大5、下列不属于理想药物合成工艺路线应具备的特点的是【D 】A、合成步骤少B、操作简便C、设备要求低D、各步收率低6、在反应系统中，反应消耗掉的反应物的摩尔系数与反应物起始的摩尔系数之比称为【 D 】A、瞬时收率B、总收率Ｃ、选择率D、转化率7、用苯氯化制各一氯苯时，为减少副产物二氯苯的生成量，应控制氯耗以量。
已知每l00 mol苯与40 mol氯反应，反应产物中含38 mol氯苯、l mol 二氯苯以及38、61 mol未反应的苯。
反应产物经分离后可回收60mol的苯，损失l mol的苯。
则苯的总转化率为【 D 】A、39%B、62% C 、88% D、97.5%8、以时间“天”为基准进行物料衡算就是根据产品的年产量和年生产日计算出产品的日产量，再根据产品的总收率折算出l天操作所需的投料量，并以此为基础进行物料衡算。
一般情况下，年生产日可按【 C 】天来计算，腐蚀较轻或较重的，年生产日可根据具体情况增加或缩短。
工艺尚未成熟或腐蚀较重的可按照【 D 】天来计算。
A、240B、280C、330D、3009、选择重结晶溶剂的经验规则是相似相溶，那么对于含有易形成氢键的官能团的化合物时应选用的溶剂是【 A 】A、乙醇B、乙醚C、乙酮D、乙烷10、下面不属于质子性溶剂是的【 A 】A、乙醚B、乙酸C、水D、三氟乙酸11、载体用途不包括【 B 】.A、提高催化活性B、改变选择性C、节约使用量D、增加机械强度12、为了减少溶剂的挥发损失，低沸点溶剂的热过滤不宜采用【B 】A、真空抽滤，出口不设置冷凝冷却器B、加压过滤C、真空抽滤，出口设置冷凝冷却器D、不能确定13、工业区应设在城镇常年主导风向的下风向，药厂厂址应设在工业区的【A 】位置。
制药工艺中的反应器设计与优化研究
制药工艺中的反应器设计与优化研究制药工艺中的反应器设计是现代化药物生产中非常重要的一环。
一方面，好的反应器设计能够有效提高药物生产的质量和产量；另一方面，则直接影响到药物生产的成本和效益。
本文将从反应器的类型、反应器设计方法、反应器优化等角度探讨制药工艺中的反应器设计与优化研究。
反应器的类型生产药物时，反应器的类型多种多样。
目前在制药工艺中应用比较广泛的反应器主要有以下几种:一、批量反应器：批量反应器是一种常用的反应器，适用于小批量药物生产。
其特点是操作简便，能够有效控制反应物的质量和反应程度，但是不利于药物大规模生产。
二、连续式反应器：连续式反应器一般用于大规模药物生产，其输出比批量反应器准确高效，操作难度适中。
三、循环床反应器：循环床反应器主要应用于高密度发酵反应，可达到较高的产量和能量效率。
四、固定床反应器：固定床反应器主要适用于小分子物质的催化合成，在大规模生产时操作难度大，但适用于烷基化反应和脱氢反应等反应类型的制药。
反应器设计方法反应器设计的方法很多，通常包括反应器材料选择、反应器外形设计、反应器流体力学设计、反应器传热设计等多种因素。
下面分别探讨这些因素的影响。
一、反应器材料选择：反应器材料选择是反应器设计中的必要步骤，选错了材料会影响反应器的安全性和耐用性。
常用的反应器材料有玻璃钢、不锈钢、塑料等。
其中，玻璃钢价格便宜，但不耐压，适用于较小规模的药物生产。
不锈钢质地坚硬，强度高，用于大规模化药物生产较为适用。
塑料材料价格低廉，但其在制药生产中应用较少。
二、反应器外形设计：反应器外形设计包括反应器反应载体和反应器尺寸。
反应器载体的设计通常需要特定形状和表面质量，最好选用流线型和无孔质侵蚀的材质制造。
反应器尺寸则直接影响到反应器生产产量和费用。
一般而言，产品紧缩、温度升高或压力遭受过程，需要特殊炮举的滞后措施，制动反应器直接采取一定超越的容积和面积。
三、反应器流体力学设计：反应器流体力学的设计通常需要制定合适的流速方案，同时避免过度的湍流和不适当的边界层。
生物制药的名词解释
生物制药的名词解释生物制药是指利用生物工程技术和生物学原理对生物体（如细胞、细菌、真菌等）进行改造和利用，以生产药物和生物制品的过程。
它是现代医药工业中重要的分支之一，通过研发和生产生物技术产品，为人们提供治疗疾病、改善生活质量的药物和制品。
1. 重组蛋白：重组蛋白是生物制药中常用的制剂。
它是通过将人类基因导入具有生产能力的宿主细胞，使其表达和产生人类所需的蛋白质。
这种技术使得大规模生产某些重要药物变得可能，比如重组人胰岛素、重组人生长激素等。
重组蛋白具有高纯度、高效性和低免疫原性等优点。
2. 基因工程：基因工程是生物制药的核心技术之一。
它是通过改变生物体的遗传物质，实现特定蛋白质的高效表达。
基因工程技术的突破使得人类能够通过将特定基因导入宿主细胞，使其生产出目标蛋白，而不再依赖于传统的动物提取和制备方式。
基因工程技术的应用为药物研发提供了新的途径和方法。
3. 生物反应器：生物反应器是生物制药工艺中的关键设备之一。
它是用于培养和培育生物体（如细胞、真菌等）的装置，提供适宜的温度、pH值、营养物以及氧气等条件，促进生物体进行正常生长和繁殖。
生物反应器的设计和优化对于提高生物制药产品的产量和质量至关重要。
4. 生物合成：生物合成是生物制药过程中的关键步骤之一。
它是指生物体利用基因编码的酶系统，将底物转化为目标产物的生化反应。
通过调控和优化酶系统的活性和选择性，可以实现对目标产物的高效合成。
生物合成技术在生物制药中广泛应用，可用于合成抗生素、激素、酶制剂等药物。
5. 基因组学：基因组学是研究生物体基因组结构和功能的学科。
在生物制药领域，基因组学的发展使得人们能够更全面地了解疾病的发生机制和药物的作用靶点。
通过对基因组的分析和解读，可以发现潜在的靶蛋白和药物模式，加快新药研发的进程。
6. 生物安全：生物安全是生物制药过程中至关重要的一环。
它涉及到对生物材料和生物制品的安全性评估、生物安全控制、病原体检测等一系列措施。
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14.2.1根据相态及催化剂分类
相态
实现化学转化的过程，其中除化学反应外，还包含多种物理现 象，如动量传递、热量传递和质量传递等。进行反应过程最主 要的目的是将原料转化为产品，如由氢气和氮气合成氨，由甲 醇氧化为甲醛等。 由于不同相态的反应物系往往具有不同的动力学特征和传递 特征，在化学反应工程中常按照相态将反应过程进行分类：
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表14-1通气搅拌罐的一些主要相对尺寸的范围
相对尺寸 符号 范围 典型值
罐体的高径比
H/D
1～ 3
搅拌桨直径与罐体直径之比
Di/D
1/3～1/2
1/3(Rushton桨)
挡板宽度与罐体直径之比
Wb/D
1/8～1/12（4块挡板）
1/10
最下层搅拌桨高度与罐体直径之比
0.8～1.0
相邻两层搅拌桨距离与搅拌桨直径之比
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图14-4 通气搅拌罐的典型结构及尺寸
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通气搅拌罐适用于大多数的生物工程，它具有以下优点：
pH值及温度易于控制； 工业放大方法研究比较多； 适合连续培养。不足之处是：搅拌消耗的功率较大； 结构比较复杂，难以彻底拆卸清洗，易染菌； 剪切力稍大，特别是培养丝状菌体时，对细胞有较 大损伤，等等。
A 径向流
B 轴向流
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14.3.3 反应器的搅拌功率
1．不通气条件下的搅拌功率计算 2．通气条件下的搅拌功率计算 3．非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响
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不通气条件下的搅拌功率计算
在机械搅拌发酵罐中，搅拌器的输出功率P0(W)与下列因素 有关：发酵罐直径D（m）、搅拌器直径d（m）、液面高度 HL（m）、搅拌器的转速N（r/s）、液体黏度μ（Pa· s）、 流体密度ρ(kg/m3)、重力加速度g（m/s2）以及搅拌器形式 和结构等。 对于牛顿型流体而言，可以得到下列准数关联式：
N d y K ( ) ( ) 3 g N d 5
x
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P0
Nd
3
2
不通气条件下的搅拌功率计算
式中
P0 N d 5
3
Np
——功率准数；
Nd
3
2
Re M ——搅拌情况下的雷诺数；
N d —— 搅拌下的弗鲁特数； Fr M g
从而上式又可改写为
K ——与搅拌器类型、发酵罐几何尺寸有关的常数。
1～2.5
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14.3.2 机械搅拌系统
机械搅拌系统提供的动力是机械搅拌罐质量 传递、热量传递、混合和悬浮物均匀分布 的基本保证。
由电机、变速箱、搅拌轴、搅拌桨、轴封和 挡板组成 。
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电机和变速箱
对小型反应器，可以采用单相电驱动的电机， 而大型反应器所用的一般均为三相电机。 对大型反应器，由于电机的转速一般远高于搅 拌转速，必须通过变速箱降低转速。
第五篇 制药共性技术
第十四章 反应器
第十四章 反应器
14.1 概述
1与分析 14.4 其他反应器
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14.1 概述
反应器： 是用来进行化学或者生物反应的装置，是一 个能为反应提供适宜的反应条件，以实现将 原料转化为特定产品的设备
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反应器设计的主要任务
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生物反应器设计的基本要求：
（1） 避免将必须蒸汽灭菌的部件与其它部件直接相连； （2） 法兰应尽量少； （3） 尽可能采用焊接连接，焊接部位要充分抛光； （4） 避免产生凹陷和裂缝； （5） 设备各部件能分别进行灭菌； （6） 反应器的接口处用蒸汽封口； （7） 阀门要易清洗，易使用，易灭菌； （8） 反应器内易保持一定正压； （9） 为便于清洗，反应器主体部分应尽量简单。
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挡板
为防止搅拌时液面上产生大的旋涡，并促进罐内流体 在各个方向的混合，与搅拌桨相对应，在罐体上还 安装有挡板。 挡板的设计要满足“全挡板条件” ，即
W ( )Z 0.4~ 0.5 D
式中 W—— 挡板宽度， m； D—— 罐内径， m； Z—— 挡板数。
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搅拌桨
根据搅拌所产生的流体运动的初始方向，可以将 搅拌桨分为径向流搅拌桨和轴向流搅拌桨。
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搅拌轴
搅拌轴既可以从顶部伸入罐体，也可以从底 部伸入罐体，前者称为上搅拌，后者称为 下搅拌。 一般而言，上搅拌的制造和安装成本要略高 于下搅拌。
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轴封
主要作用：防止环境中的微生物侵入反应器以 及培养液等发生泄漏。
搅拌轴的密封为动密封，发酵罐中使用最普遍 的动密封有：填料函密封和机械密封。
间歇式生物反应器： 间歇式反应器，其基本特征是：反应物料一次性加 入、一次性卸出，反应器内物系的组成仅随时间而 变化，属于一种非稳态过程。 间歇式反应器适用于多品种、小批量、反应速率较 慢的反应过程，可以经常进行灭菌操作。在实际应 用中，由于间歇培养不会产生严重的染菌问题、因 周期短而较适合于遗传变异性大的细胞、对过程 控 制的要求较低、能适应培养细胞株和产物经常变化 的需要，因此是应用最广泛的操作模式。
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细胞类型不同
微生物细胞反应器、动物细胞反应器和植物细胞反 应器等； 根据不同类型细胞的生理特点，对反应器也有不同 的要求。 例如，动植物细胞是好氧的，同时对剪切力又非常 敏感，在设计反应器时如何在氧传递和剪切力之间 的矛盾找到一个平衡点就成为要考虑的首要问题； 植物细胞培养可能需要可见光，就要采用光生物反 应器。
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实际反应器内流体的流动方式则往往介于上述两种 理想流动模型之间，称为非理想流动（混合）模型。 非理想生物反应器需要考虑流动和混合的非理想性， 如：流体在连续操作反应器中的停留时间分布、微 混合问题、反应器轴向或径向扩（弥）散及反应器 操作的震荡问题等。 间歇操作的非理想生物反应器则需要考虑混合时间、 剪切力分布、各组分浓度及温度分布等复杂问题。
是选择反应器的形式和操作的方法，根据反 应和物料的特点，计算所需的加料速度、操 作条件（温度、压力和组成等）以及反应器 体积，并以此确定反应器主要构件的尺寸， 同时考虑经济效益和环境保护等方面的要求。
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反应器设计的主要内容
1 反应器选型，根据工艺要求、反应物料的 特性等因素，确定反应器的操作方式、结构 类型、传递和流动方式等； 2 设计反应器结构，确定各种结构参数，包 括：反应器内部结构及几何尺寸、搅拌器形 式、换热方式及换热面积等； 3 确定工艺参数及其控制方式，包括：温度、 压力、pH、通气量、底物浓度、进料浓度、 流量等；
N p K (ReM ) x (FrM ) y
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不通气条件下的搅拌功率计算
实验证实，在全挡板条件下，液面未出现漩 涡，此时指数y＝0，上式可简化为，
N p K (ReM )
x
即搅拌准数Np是搅拌雷诺数ReM的函数。
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通气条件下的搅拌功率计算
引入通气准数Na ：表示发酵罐内空气的表观流速与搅拌叶 顶端流速之比 ，即
Na
Pg P0
Qg Nd 3
用Pg表示通气条件下的搅拌功率，P0为不通气时的搅拌功率，则
当Na ＜0.035时， 当Na ≥0.035时，
1 12.6 Na
Pg P0
0.62 1.85Na
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非牛顿流体特性对搅拌功率计算的影响
①拟塑性流体 其剪应力与剪切率的关系满足：
dw n k( ) dr
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根据动力输入方式的不同，生物反应器可以 分为机械搅拌反应器、气流搅拌反应器和液 体环流反应器。 机械搅拌反应器采用机械搅拌实现反应体系 的混合。 气流搅拌反应器以压缩空气作为动力来源 液体环流反应器则通过外部的液体循环泵实 现动力输入。
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14.2.4根据反应器的操作方式分类
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14.2.2根据流体流动或混合状况分类
对于连续反应器，有两种理想的流动模型： 一种是反应器内的流体在各个方向完全混合均匀，称为全混流 反应器（CSTR），其主要特征是反应物加入到反应器中，同时 反应产物也离开反应器，并保持反应体积不变，其过程是一物 系中组成不随时间改变的定态过程； 另一种则是通过反应器的所有物料以相同的方向、速度向前推 进，在流体流动方向上完全不混合，而在垂直于流动方向的截 面上则完全混合，所有微元体在反应器中所停留的时间都是相 同的，这种流动模型称为平推流、活塞流或柱塞流（PFR）。
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连续式生物反应器
采用连续操作的反应器被称为连续式反应器， 这一操作方式的特点是原料连续流入反应器， 反应产物则连续从反应器流出。反应器内任 何部位的物系组成均不随时间变化，故属于 稳态操作。连续操作反应器一般具有产品质 量稳定、生产效率高等优点，因而适合于大 批量生产。
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半连续式（流加）生物反应器
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14.2.3根据反应器结构特征及动力输入 方式分类
根据反应器的主要结构特征（如外形和内部 结构）的不同，可以将其分为釜（罐）式、 管式、塔式、膜式反应器等； 它们之间的差别主要反映在其外形（长径比） 和 内部结构上的不同。 釜式生物反应器能用于间歇、流加和连续所 有三种操作模式，而管式、塔式和生物膜反 应器等则一般适用于连续操作的细胞反应工 程。
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生物反应器设计的主要内容包括
（1）反应器选型，即根据生产工艺要求、反应及 物料的特性等因素，确定反应器的操作方式、结构 类型、传递和流动方式等； （2）设计反应器结构，确定各种结构参数，即确 定反应器的内部结构及几何尺寸、搅拌器形式、大 小及转速、换热方式及换热面积等； （3）确定工艺参数及其控制方式，如温度、压力、 pH、通气量、底物浓度、进料的浓度、流量和温 度等。