反应器
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反应器的有效体积就是反应器内反应混合物体积，又 称反应体积。
基本方程式
反应动力学
影响均相反应速度的因素主要是温度、压力和反应物浓度， 表示反应速度与影响因素间函数关系的式子称为反应动力学 方程式，或称反应速度方程式。 如反应A R为n级不可逆反应，其动力学方程式可写成 ：
式中 ： k－反应速度常数，kmol1-n•m3(n-1)•s-1或kmol1n•m3(n-1)•h-1； n－反应级数； CAn－反应物A的浓度，kmol•m-3。
间歇或半间歇反应器
• 半连续或间歇操作时，反应器内物料的组成、 温度等参数仅随时间而变，与位置无关 。
设计方法
放大的方法
反应器计算基本方程式
• 数学模型法：利用数学模型来分析、研 究反应过程中的现象和规律，即用数学 语言表达过程中各种变量之间的关系。
反应 传递过程 流体流动与混合
动力学方程 物料衡算 能量衡算 动量衡算
反应过程 规律解析
经验模型
反应器 模型
设计方法
基本方程式
反应器计算基本方程式 ：
反应动力学方程式
物料衡算式 热量衡算式 动量衡算式
动量衡算方程式以动量守衡 与转化定律为基础，计算反 应器的压力变化。当气相流 动反应器的压降大时，需要 考虑压力对反应速率的影响。 此时需要进行动量衡算。
反应器的计算也就是上述方程组的联合求解。
第三篇
共性技术
现代制药工业体系：
原料药生产：
• 化学合成制药 • 天然药物生产
（中草药有效成 分提取） • 微生物发酵制药 • 生化和现代生物 技术制药
制剂生产： • 西药制剂
• 中药制剂
• 中西药复方制剂 等
药物 探索
药物临床 研究
制药工程 技术
药物 产品
药品消 费需求
制药工程技术在药物体系中的地位
• 主要特征——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，其过程是物系中组成不 随时间改变的定态过程；
理想反应器
活塞流反应器
• 平推流、活塞流或柱塞流反应器（PFR）：
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、活塞流或柱塞流反应 器（Piston Fluid Reactor，简称 PFR ）。
及设计方法
流体流动或混合状况 反应器计算基本方程式
分类和结构特点
按混和状况分
流体流动或混合状况
对于连续反应器，有两种理想的流动模型：
全混流（CSTR） 平推流、活塞流或柱塞流（PFR）
理想反应器
全混流反应器
• 全混流反应器（CSTR）：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（Complete Stirred Tank Reactor，简称CSTR）。
第Ⅳ项表示由于其他三项而造成的在微元时间dt、微元体积dVR内反应物 改变量。
物料衡算式给出了反应物浓度或转化率随反应器内位置或时间变化的函数
关系。
基本方程式
热量衡算式
热量衡算
反应均有显著的热效应，因此随着化学反应的进行，物系 的温度也有所变化，而温度变化又会影响反应速度，所以， 必须进行热量衡算，以计算反应器内各点温度(或各个时间 的温度)，从而进一步确定该点(或该时间)的化学反应速度。
基本方程式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物料衡算
对一个反应物写出适用于任何型式和操作方式的反应器的 物料衡算通式为:
第Ⅰ、Ⅱ项表示微元时间dt内进入和离开反应器微元体积dVR的反应物量；
第Ⅲ项决定于微元时间dt和微元体积dVR内的温度和反应物浓度条件下的
化学反应速度，如反应物为A，可以写成
rA为反应物A的反应速
度，可由反应动力学方程式求得；
基本方程式
反应动力学
反应动力学方程式
对于均相反应，且反应混合物已经混合均匀，反应时不存 在扩散阻力，这时反应过程的总速度只取决于化学反应速 度：
式中 ： rA－以反应物A表示的化学反应速度，kmol•m-3•s-1； t－反应时间，s或h； nA－反应物A的摩尔数，mol或kmol； V－反应体积，m3；
共性技术
反应器
制药工艺 计算
工艺放大 末端治理
第二十一章 反应器
21.1 概述 21.2 反应器的分类、结构特点及设计方法 21.3 搅拌釜的设计与分析 21.4 发酵罐的设计与分析 21.5 其它反应器（自学）
21.1 概述
反应器 反应器设计的主要任务 生物反应器设计的主要内容 反应器的设计以及工程放大的基本方法
反应动力学方程式通常需由实验确定
基本方程式
物料衡算式
物料衡算
对于简单化学反应，如：
aA+bB = lL+mM
只需要对我们所着眼的一个反应物列出物料衡算式，其余 的反应物和产物的量就可由化学计量关系确定。
由于反应器内温度和反应物浓度等参数随空间或时间而 变，化学反应速度也随之改变，因而，必须选取上述参数 不变的微元体积dVR和微元时间dt作为物料衡算的空间基 准和时间基准。
与物料衡算一样，应选取温度和浓度等参数不变的微 元时间和微元体积为基准。
基本方程式
热量衡算通式为:
热量衡算
第Ⅰ、Ⅱ项是微元时间dt内，进入和离开反应器微元体积dVR 的总物料带入或带出的热量，计算热量时，同一热量衡算式 内各项热量计算应取同一基准温度; 第Ⅲ项是化学反应放出或吸收的热量。
概述
反应器
反应器：
是用来进行化学或生物反应的装置，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。
化学反应釜 生物反应器 （反应罐） （发酵罐）
加压、加热， 高能耗
常温、常压， 条件温和
概述
主要任务
选择反应器的型式和操作方法——
根据反应和物料的特点，计算所需要的加 料速度、操作条件（温度、压力、组成） 以及反应器体积，并以此确定反应器主 要构件的尺寸，同时还应该考虑经济效 益和环境保护等方面的要求。
概述
主要内容
（1）选型——确定反应器的操作方式、
结构类型、传递和流动方式等；
（2）设计结构——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）工艺参数及其控制方式——确定
诸如温度、压力、pH、通气量、底物浓度、 进料的浓度、流量和温度等。
21.2 反应器的分类、结构特点
基本方程式
反应动力学
影响均相反应速度的因素主要是温度、压力和反应物浓度， 表示反应速度与影响因素间函数关系的式子称为反应动力学 方程式，或称反应速度方程式。 如反应A R为n级不可逆反应，其动力学方程式可写成 ：
式中 ： k－反应速度常数，kmol1-n•m3(n-1)•s-1或kmol1n•m3(n-1)•h-1； n－反应级数； CAn－反应物A的浓度，kmol•m-3。
间歇或半间歇反应器
• 半连续或间歇操作时，反应器内物料的组成、 温度等参数仅随时间而变，与位置无关 。
设计方法
放大的方法
反应器计算基本方程式
• 数学模型法：利用数学模型来分析、研 究反应过程中的现象和规律，即用数学 语言表达过程中各种变量之间的关系。
反应 传递过程 流体流动与混合
动力学方程 物料衡算 能量衡算 动量衡算
反应过程 规律解析
经验模型
反应器 模型
设计方法
基本方程式
反应器计算基本方程式 ：
反应动力学方程式
物料衡算式 热量衡算式 动量衡算式
动量衡算方程式以动量守衡 与转化定律为基础，计算反 应器的压力变化。当气相流 动反应器的压降大时，需要 考虑压力对反应速率的影响。 此时需要进行动量衡算。
反应器的计算也就是上述方程组的联合求解。
第三篇
共性技术
现代制药工业体系：
原料药生产：
• 化学合成制药 • 天然药物生产
（中草药有效成 分提取） • 微生物发酵制药 • 生化和现代生物 技术制药
制剂生产： • 西药制剂
• 中药制剂
• 中西药复方制剂 等
药物 探索
药物临床 研究
制药工程 技术
药物 产品
药品消 费需求
制药工程技术在药物体系中的地位
• 主要特征——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，其过程是物系中组成不 随时间改变的定态过程；
理想反应器
活塞流反应器
• 平推流、活塞流或柱塞流反应器（PFR）：
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、活塞流或柱塞流反应 器（Piston Fluid Reactor，简称 PFR ）。
及设计方法
流体流动或混合状况 反应器计算基本方程式
分类和结构特点
按混和状况分
流体流动或混合状况
对于连续反应器，有两种理想的流动模型：
全混流（CSTR） 平推流、活塞流或柱塞流（PFR）
理想反应器
全混流反应器
• 全混流反应器（CSTR）：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（Complete Stirred Tank Reactor，简称CSTR）。
第Ⅳ项表示由于其他三项而造成的在微元时间dt、微元体积dVR内反应物 改变量。
物料衡算式给出了反应物浓度或转化率随反应器内位置或时间变化的函数
关系。
基本方程式
热量衡算式
热量衡算
反应均有显著的热效应，因此随着化学反应的进行，物系 的温度也有所变化，而温度变化又会影响反应速度，所以， 必须进行热量衡算，以计算反应器内各点温度(或各个时间 的温度)，从而进一步确定该点(或该时间)的化学反应速度。
基本方程式
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ物料衡算
对一个反应物写出适用于任何型式和操作方式的反应器的 物料衡算通式为:
第Ⅰ、Ⅱ项表示微元时间dt内进入和离开反应器微元体积dVR的反应物量；
第Ⅲ项决定于微元时间dt和微元体积dVR内的温度和反应物浓度条件下的
化学反应速度，如反应物为A，可以写成
rA为反应物A的反应速
度，可由反应动力学方程式求得；
基本方程式
反应动力学
反应动力学方程式
对于均相反应，且反应混合物已经混合均匀，反应时不存 在扩散阻力，这时反应过程的总速度只取决于化学反应速 度：
式中 ： rA－以反应物A表示的化学反应速度，kmol•m-3•s-1； t－反应时间，s或h； nA－反应物A的摩尔数，mol或kmol； V－反应体积，m3；
共性技术
反应器
制药工艺 计算
工艺放大 末端治理
第二十一章 反应器
21.1 概述 21.2 反应器的分类、结构特点及设计方法 21.3 搅拌釜的设计与分析 21.4 发酵罐的设计与分析 21.5 其它反应器（自学）
21.1 概述
反应器 反应器设计的主要任务 生物反应器设计的主要内容 反应器的设计以及工程放大的基本方法
反应动力学方程式通常需由实验确定
基本方程式
物料衡算式
物料衡算
对于简单化学反应，如：
aA+bB = lL+mM
只需要对我们所着眼的一个反应物列出物料衡算式，其余 的反应物和产物的量就可由化学计量关系确定。
由于反应器内温度和反应物浓度等参数随空间或时间而 变，化学反应速度也随之改变，因而，必须选取上述参数 不变的微元体积dVR和微元时间dt作为物料衡算的空间基 准和时间基准。
与物料衡算一样，应选取温度和浓度等参数不变的微 元时间和微元体积为基准。
基本方程式
热量衡算通式为:
热量衡算
第Ⅰ、Ⅱ项是微元时间dt内，进入和离开反应器微元体积dVR 的总物料带入或带出的热量，计算热量时，同一热量衡算式 内各项热量计算应取同一基准温度; 第Ⅲ项是化学反应放出或吸收的热量。
概述
反应器
反应器：
是用来进行化学或生物反应的装置，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。
化学反应釜 生物反应器 （反应罐） （发酵罐）
加压、加热， 高能耗
常温、常压， 条件温和
概述
主要任务
选择反应器的型式和操作方法——
根据反应和物料的特点，计算所需要的加 料速度、操作条件（温度、压力、组成） 以及反应器体积，并以此确定反应器主 要构件的尺寸，同时还应该考虑经济效 益和环境保护等方面的要求。
概述
主要内容
（1）选型——确定反应器的操作方式、
结构类型、传递和流动方式等；
（2）设计结构——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）工艺参数及其控制方式——确定
诸如温度、压力、pH、通气量、底物浓度、 进料的浓度、流量和温度等。
21.2 反应器的分类、结构特点