《制药设备与工艺设计》第3章

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1、1第第3章章 反应设备反应设备l3.1 机械搅拌反应器机械搅拌反应器l3.2 发酵设备发酵设备23.1 机械搅拌反应器机械搅拌反应器l反应设备的定义、应用反应设备的定义、应用l搅拌反应器的结构搅拌反应器的结构l搅拌器搅拌器l搅拌器附件搅拌器附件3反应设备的定义反应设备的定义l用来进行化学反应的装置，通常称为反应器。用来进行化学反应的装置，通常称为反应器。4反应设备的应用反应设备的应用l通过对参加反应的介质的充分搅拌，使物料通过对参加反应的介质的充分搅拌，使物料混混合合均匀；均匀；l强化强化传热传热效果和相间传质；效果和相间传质；l使气体在液相中作均匀使气体在液相中作均匀分散分散；l使固体颗粒在

2、液相中均匀使固体颗粒在液相中均匀悬浮悬浮；l使不相容的另一液相均匀悬浮或充分使不相容的另一液相均匀悬浮或充分乳化乳化。5l按结构型式分类，可分为：按结构型式分类，可分为：l釜式反应器釜式反应器l管式反应器管式反应器l塔式反应器塔式反应器l固定床反应器固定床反应器l流化床反应器流化床反应器 反应设备的类型反应设备的类型6l 釜式反应器釜式反应器 釜釜 式反应器也称槽式、锅式反应器。式反应器也称槽式、锅式反应器。l参与反应的物料一次投入，反应完成后，产物参与反应的物料一次投入，反应完成后，产物一次卸出的反应器。一次卸出的反应器。l特点：装置简单、互换性大，投资低等。特点：装置简单、互换性大，投资低

3、等。 管式反应器管式反应器 管式反应器主要用于气相、液相、管式反应器主要用于气相、液相、气气液相连续反应过程。液相连续反应过程。 反应设备的类型反应设备的类型7管式反应器结构示意图管式反应器结构示意图 8 鼓泡塔反应器结构示意图鼓泡塔反应器结构示意图1 1分布格板；分布格板；2 2夹套；夹套；3 3气体分布器；气体分布器；4 4塔体；塔体；5 5挡板；挡板；6 6塔外换热器；塔外换热器；7 7液体捕集器；液体捕集器；8 8扩大段扩大段塔式反应器塔式反应器9 固定床反应器固定床反应器 固定床反应器是指流体通过固定床反应器是指流体通过静止不静止不动的固体物料动的固体物料所形成的床层而进行化学反所形

4、成的床层而进行化学反应的设备。以气应的设备。以气- - 固反应的固定床反应器固反应的固定床反应器最常见。最常见。 流化床反应器流化床反应器 把反应器和在其中呈把反应器和在其中呈流态化的固体流态化的固体催化剂催化剂颗粒合在一起，成为流化床反应器。颗粒合在一起，成为流化床反应器。流化床反应器多用于气流化床反应器多用于气- - 固反应过程。固反应过程。 10机械搅拌反应器机械搅拌反应器l用于用于溶解、稀释溶解、稀释等多种传递过程；等多种传递过程；l化学反应化学反应过程。过程。11搅拌反应器的结构搅拌反应器的结构三大部分组成：三大部分组成：l搅拌装置搅拌装置l轴封轴封l搅拌罐搅拌罐传动装置传动装置搅拌

5、轴搅拌轴搅拌器搅拌器轴封轴封罐体罐体夹套夹套人孔人孔压出管压出管12夹套反应器罐体尺寸示意夹套反应器罐体尺寸示意 罐体尺寸确定罐体尺寸确定13罐体尺寸确定罐体尺寸确定 高径比高径比 确定罐体高径比的考虑因素确定罐体高径比的考虑因素 从减少从减少搅拌功率搅拌功率的角度考虑，高径比可取得的角度考虑，高径比可取得大一些大一些。 从从传热角度传热角度看，希望高径比可取得看，希望高径比可取得大一些大一些；当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部当容积一定时，高径比大、罐体就高，盛料部分表面积大、传热面积也就大。分表面积大、传热面积也就大。 要考虑物料的状态，对要考虑物料的状态，对发酵类物料发酵类物料，为

6、了使，为了使通入罐内的空气与发酵物料充分接触，高径比通入罐内的空气与发酵物料充分接触，高径比应取得应取得大一些大一些。14 直径及高度确定直径及高度确定 装料系数装料系数 若物料在反应过程中产生泡们沫或呈沸腾状态，取装若物料在反应过程中产生泡们沫或呈沸腾状态，取装料系数料系数0.60.60.70.7； 若物料反应较平稳，则取装料系数若物料反应较平稳，则取装料系数0.80.80.850.85。 直径及高度确定直径及高度确定 1 1、在初步确定、在初步确定H/DiH/Di后，可先忽略封头的容积，近似后，可先忽略封头的容积，近似计算出罐体的容积计算出罐体的容积。15 得2、将上式计算的结果圆整为标准

7、直径，再代入下式中克计算出罐体的高度 V)(4432iiiDHDHD30)(4iDHiVD 20244ikikDVVDVVHV V0 0: :物料体积物料体积V Vk k: :封头体积封头体积16l反应釜的高径比反应釜的高径比 l 液液-固相、液液相固相、液液相 11.3 l一般搅拌罐一般搅拌罐 气液相气液相 12 l发酵罐类发酵罐类 发酵液发酵液 1.72.5 l在确定反应釜直径及高度时还应根据反应釜操在确定反应釜直径及高度时还应根据反应釜操作时所允许的装料程度一装料作时所允许的装料程度一装料17传热装置 夹套 可拆卸的夹套可拆卸的夹套 不可拆卸的夹套不可拆卸的夹套 18 蛇管蛇管结构蛇管结

8、构 19工艺接管 进料管 进料管结构进料管结构20 出料管下部出料管下部出料管 上部出料管上部出料管 21搅拌器搅拌器l搅拌器又称搅拌器又称搅拌桨搅拌桨或搅拌或搅拌叶轮，是搅拌反应器的关叶轮，是搅拌反应器的关键部件键部件l功能是提供过程所需要的功能是提供过程所需要的能量和适宜的流动状态。能量和适宜的流动状态。22流型流型l搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形搅拌器旋转时把机械能传递给流体，在搅拌器附近形成成高湍动的充分混合区高湍动的充分混合区，并产生一股高速射流推动液，并产生一股高速射流推动液体在搅拌容器内循环流动体在搅拌容器内循环流动l这种这种循环流动的途径循环流动的途径称为流型。

9、称为流型。l流型的影响因素流型的影响因素l搅拌器的形式搅拌器的形式l搅拌容器搅拌容器和和内构件几何特征内构件几何特征l流体性质流体性质l搅拌器转速搅拌器转速23三种基本流型三种基本流型l搅拌机顶插式中心安装的立式圆筒的搅拌机顶插式中心安装的立式圆筒的三种基本流型三种基本流型l径向流径向流l轴向流轴向流l切向流切向流24径向流径向流l流体的流动方向流体的流动方向垂直垂直于搅拌于搅拌轴，沿径向流动，碰到容器轴，沿径向流动，碰到容器壁面分成壁面分成两股流体分别向上、两股流体分别向上、向下流动向下流动，再回到叶端，不，再回到叶端，不穿过叶片，形成穿过叶片，形成上、下两个上、下两个循环循环25轴向流轴向

10、流l流体的流动方向流体的流动方向平行平行于搅拌于搅拌轴，流体由叶桨推动，使流轴，流体由叶桨推动，使流体向下流动，遇到容器底面体向下流动，遇到容器底面再翻上，形成再翻上，形成上下循环流上下循环流。26切向流切向流l无挡板的容器内，流体无挡板的容器内，流体绕轴绕轴作旋转运动作旋转运动，流速高时的液，流速高时的液体表面会形成体表面会形成漩涡漩涡，这种流，这种流型称为切向流型称为切向流l混合效果很差混合效果很差 27l三种流型同时存在三种流型同时存在l轴向流轴向流与与径向流径向流对混合起主要作用对混合起主要作用l切向流切向流应加以抑制应加以抑制l挡板挡板可削弱切向流可削弱切向流, 增强轴向流和径向流增

11、强轴向流和径向流 28搅拌器在容器内的安装方式搅拌器在容器内的安装方式l除中心安装的立式圆筒除中心安装的立式圆筒l不同方式安装的搅拌机产生的流型各不相同不同方式安装的搅拌机产生的流型各不相同291.按流体流动形态按流体流动形态n轴向流搅拌器轴向流搅拌器n径向流搅拌器径向流搅拌器n混合流搅拌器混合流搅拌器2.按搅拌器结构按搅拌器结构3.按搅拌的用途按搅拌的用途搅拌器分类搅拌器分类30按流体流动形态分类按流体流动形态分类31常用搅拌器及流型示意常用搅拌器及流型示意 l浆式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在搅浆式、推进式、涡轮式和锚式搅拌器在搅拌反应设备中应用最为广泛，拌反应设备中应用最为广泛，l据统计