制药设备与车间设计总结材料

二、通风发酵罐的类型：机械通风搅拌发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐、伍式发酵罐、文氏管发酵罐

1、机械搅拌通风发酵罐的基本要求：（大题）

（1）发酵罐应具有适宜的径高比；发酵罐的高度与直径之比一般为1.7~4倍左右，罐身越长，氧的利用率较高。（2）发酵罐能承受一定压力；（3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧；（4）发酵罐应具有足够的冷却面积；（5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌；（6）搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。

罐体：在发酵罐的灌顶上的接管有:进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。

在罐身上的接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口。

2、机械搅拌通风发酵罐是一种密封式受压设备，其主要部件包括：罐身、轴封、消泡器、搅拌器、联轴器、中间轴承、挡板、空气分布管、换热装置和人孔以及管路等

图也要看看

（1）搅拌器：搅拌器的作用是打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中。搅拌器有轴向式（桨叶式、螺旋桨式）和径向式（涡轮式）两种。

（2）挡板：（简答题）挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈翻动，增加溶解氧。通常，挡板宽度取(0.1~0.2)D，装设6~4块即可满足全挡板条件。

全挡板条件：是指在一定转数下再增加罐内附件而轴功率仍保持不变。要达到全挡板条件必须满足下式要求：

（3）消泡器常用的形式有锯齿形、梳状式及孔板式。消泡器的长度约为灌径的0.65倍。（3）轴封：轴封的作用是使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。常用的轴封有填料函和端面轴封两种。

①填料函式轴封（简答题）是由填料箱体，填料底衬套，填料压盖和压紧螺栓等零件构成，使旋转轴达到密封的效果。填料函式轴封的优点是结构简单。主要缺点是：死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌；轴的磨损情况较严重；填料压紧后摩擦功率消耗大；寿命短，经常维修，耗工时多。 ②端面式轴封又称机械轴封。密封作用是靠弹性元件（弹簧、波纹管等）的压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到密封。

端面式轴封的优点：清洁；密封可靠；无死角，可以防止杂菌污染；使用寿命长；摩擦功率耗损小；轴或轴套不受磨损；它对轴的精度和光洁度没有填料密封要求那么严格，对轴的震动敏感性小。端面式轴封的缺点： 结构比填料密封复杂，装拆不便； 对动环及静环的表面光洁度及平直度要求高。

三、固态发酵反应器类型：浅盘式固态发酵反应器；转鼓式固态发酵反应器；旋转圆盘式固态发酵反应器；柱式固态发酵反应器；通风曲池。

四、结构尺寸

1.发酵罐圆柱体的直径V1=1/4πH 0D 2

问：怎样提高发酵罐溶氧量？（在供需两方向）

答案：溶氧的控制：培养液中氧浓度的任何变化都是供需平衡的结果。调节发酵液中溶氧含量不外从供、需两个方面去考虑。 供氧： ? 提高KLa （OTR---氧传递速率）

? (c*-cL)

在供氧方面，主要是设法提高氧的传递推动力和氧传递速率常数，因此影响供氧效果的主要因素有：①空气流量(通风量)；②搅拌转速；③气体组分中的氧分压；④罐压；⑤温度；⑥培养基的物理性质等

需氧：r= Qo2X

影响需氧的则是菌体的生理特性、培养基的丰富程度、温度等 。

(2)发酵罐的换热装置（知道2种方式即可）

①夹套式换热装置:这种装置多应用于容积较小的发酵罐、种子罐；夹套的高度比静止液面高度稍高即可，无须进行冷却面积的设计。这种装置的优点是：结构简单；加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行清洁灭菌工作，有利于发酵。其缺点 是：传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。

)(*C C L L a k dt dC OTR -==

②竖式蛇管换热装置:这种装置是竖式的蛇管分组安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等，根据管的直径大小而定，容积5 米3 以上的发酵罐多用这种换热装置。这种装置的优点是：冷却水在管内的流速大；传热系数高。这种冷却装置适用于冷却用水温度较低的地区，水的用量较少。但是气温高的地区，冷却用水温度较高，则发酵时降温困难，发酵温度经常超过40￠aC，影响发酵产率，因此应采用冷冻盐水或冷冻水冷却，这样就增加了设备投资及生产成本。此外，弯曲位置比较容易蚀穿。

③竖式列管(排管)换热装置：这种装置是以列管形式分组对称装于发酵罐内。其优点是：加工方便，适用于气温较高，水源充足的地区。这种装置的缺点是：传热系数较蛇管低，用水量较大

2、反应器

（1）制药工业的生产过程是由一系列化学反应过程与物理处理过程有机的组合而成的。（2）反应器的放大方法主要有：经验放大法，相似放大法，数学模拟放大法。经验放大法的依据是空时得率相等的原则，即假定单位时间内、单位体积反应器所生产的质量（或处理的原料量是相同的）。相似放大法：生产设备以模型设备的某些参数按比例放大，即按相似准数相等的原则进行放大的方法称为相似放大法。数学模拟放大法：数学基础模拟放大法的基础是数学模型。所谓数学模型就是描述工业反应器中各参数之间的数学表达式。

（3）反应器按照设备的结构形势可分为：管式、竖式、塔式、固定床和流化床五类。（一）基本的反应器型式：连续式、半连续式和间歇式。

问：何为返混？简要说明产生返混的原因及返混对化学反应的影响。

答案：返混：反应器内不同年龄的物料混合在一起，形成一定的分布，称为年龄分布。不同年龄的物料粒子混在一起的现象，称为返混。

产生返混的原因大概有五种：涡流与扰动：管式反应器进出口的涡流与扰动，引起物料粒子间的轴向混合，造成返混。速度分布：管式反应器中延径向各点的流速不同，因而停留的时间长短不同而引起返混。沟流：填充床中由于沟流等造成物料粒子以不同的流速通过反应器，引起返混。倒流：连续搅拌釜中由于搅拌作用引起物流倒流，造成返混。短路与死角：连续反应器中由于短路与死角使物料粒子在反应器内的停留时间不同造成返混。

返混对化学反应的影响：（1）由于返混，物料粒子的停留时间长短不一，停留时间短的粒子还未反应完全就离开了反应器，而停留时间长的粒子可能进一步反应成为副产物。所以，总的来说，返混会使产品的收率、质量降低。（2）此外，返混还使反应物的浓度降低。以间歇反应釜与连续反应釜作比较，若两者进行同一反应，且转化率相同，则因前者不存在返混，

反应物的浓度随时间而变化，从开始时的CA0降为反应结束时的CA, 而后者由于返混程度很大，反应物一加入釜内，就立即与釜内物料混和,浓度降为CA ，反应始终在最低的浓度CA 下进行，所以反应速度小，需要的反应器容积大。可见，连续操作本身并不意味着强化生产。

（3）在某些情况下返混可能是有利的如前述对目催化反应，采用连续搅拌釜，可以使釜内反应物浓度保持在最佳浓度下反应，需要的反应器容积将最小。 （四）一般情况下理想反应器有：平推流、全混流、中间流。

四、废水处理的基本方法有：物理法、化学法、生物法和物理化学法。

1、活性污泥：是一种绒絮状小颗粒，它是由需氧菌为主体的微生物群，有机性和无机性胶体，悬浮物等所组成的一种肉眼可见的细粒。活性污泥具有很强的吸附与分解有机物的能力。

2、活性污泥法：又称曝气法，是利用含有大量需要微生物的活性污泥，在强力通风条件下使污水净化的生物化学法。

3、生化需氧量（BOD ）：是指在一定条件下微生物分解水中有机物时所需的氧量。常用BO ，即5日生化需氧量，表示在20℃下培养5日，1L 水中溶解氧的减少量，单位：mg/l 。化学需氧量（COD ）:是指在一定条件下用强氧化剂（重铬酸钾，高锰酸钾）使污染物氧化所消耗的氧量。COD 与BOD 之差表示未能被微生物降解的污染物含量。

2、反应时间：是指反应物料进入反应器后，从实际发生反应的时刻起，到反应达某个转化率时所需的时间。(主要用于间歇反应器)

3、停留时间：是指反应物料从进入反应器的时刻算起到它们离开反应器的时刻为止，所用的时间。(主要用于连续流动反应器)

4、平均停留时间：流体微元平均经历的时间称为平均停留时间

5、空时：是反应器的有效体积Vr 与进料的体积流量Q0之比。物理意义是处理一个反应器体积的物料所需要的时间。

6、空速：空时的倒数。物理意义是单位时间可以处理多少个反应器体积的物料

7、搅拌釜（填图题）

0r V Q τ=τ

1

=V S

8、如何消除打旋

消除打旋现象的措施有三：(1)加设挡板 （2）偏心安装

发生打旋的原因：总流和湍动之间的平衡。

9、物料衡算的概念（计算）

物料衡算—是研究某一个体系内进、出物料及组成的变化，即物料平衡。

物料衡算计算题

（1）转化率：对某一组分来说，反应物所消耗的物料量与投入反应物料量之比简称该组分的转化率。一般以百分率表示。

（2）收率（产率）：某重要产物实际收的量与投入原料计算的理论产量之比值，也以百分率表示。

（3）选择性：各种主、副产物中，主产物所占分率。

例题：甲氧苄氨嘧啶生产中由没食子酸经甲基化反应制备三甲氧苯甲酸工序，测得投料没食子酸（1)25.0kg ，未反应的没食子酸 2.0kg ，生成三甲氧苯甲酸（2）24.0kg ，求选择性和收率 %100A A ?=组分的量

投入反应组分的量反应消耗A X %100?=理论产量

按某一主要原料计算的产物实际得量Y %100?=原料投入量量产物收得量折算成原料Y %100?=反应掉原料量

料量主产物生成量折算成原?OH OH O H OMe OMe MeO NaOH

六、工程经济的总成本

产品的成本是指在生产过程中所消耗各项费用的总和。总成本由车间成本（原材料、辅助材料费，燃料和动力费，身缠工人工资及附加费，车间费用），企业管理费和销售费组成。

九、蒸发的定义：将溶液加热到沸腾，使其中部分溶剂气化并除去。从而提高溶液的浓度或使溶液浓缩到饱和儿析出，溶质的操作，它是分离挥发性溶剂和不挥发性溶质的一种单元操作。目的是使溶液浓缩或回收溶剂。

蒸发的设备：（1）管式薄膜蒸发皿（2）刮板式蒸发器（3）离心式薄膜蒸发器

十、结晶的定义：是物质以固体的晶体形态，从蒸汽、溶液或熔融物中析出过程结晶操作是获得纯净固体物质的重要物质。

用于结晶的方法：（1）蒸发结晶法（2）冷却结晶法（3）加入第三物质改变溶质溶解度结晶法。结晶的设备：（1）冷却搅拌结晶器（2）真空煮晶锅（3）真空式结晶器

十一、蒸发与结晶的区别：（1）相变的区别：蒸发的相：无相变;结晶的相：有相变（2）蒸发与结晶的过程置于蒸发器中连续进行

十二、过滤设备：（1）板框过滤机（2）三足离心过滤机

无菌空气的流程图（给图写名）

流程的特点：两次冷却，两次分离，适当加热

十四、发酵罐管钱过滤系统的组成：（1）蒸汽过滤器（2）预过滤器（粗）（3）除菌过滤器（精）

（４）设计流程图的管道的表示

初步设计流程图管线表示法

施工流程图、管道布置图管线表示法

套管表示法

罐的体积的计算

?例如，一年产5万柠檬酸的发酵厂，发酵产酸水平平均为

14%，提取总收率90%，年生产日期为300天，发酵周期为

96小时。

?则，每日的产量=50000/300=166.7 吨

?每日所需发酵液的量=166.7/（0.14×0.9）=1322.8 米3

?假定发酵罐的装液系数为85%

?则每日所需发酵罐容积=1322.8/0.85=1556米3

?取发酵罐的公称容积为250米3

?则每日需要6个发酵罐

?发酵周期为4天，考虑放罐洗罐等辅助时间，整个周期为5

天。

?则所需发酵罐的总数=5×6+1=31个

13、基本的反应器型式：(一)间歇操作的搅拌釜；(二)连续操作的管式