第六章制药反应设备6.1.反应器基础6.2.釜式反应器的工艺计算6.3.管式反应器的工艺计算6.4.反应器形式和操作方式选择6.5.搅拌器6.6.气－固相催化反应器6.7.反应器中的混合及对反应的影响反应器的工作原理、工艺计算和选型6.1反应器基础反应是整个生产工艺过程的核心，反应器是反应过程的核心设备。制药工程设计从反应器开始，Smith等人提出设计的洋葱模型。反应器使原料转化为产品；分离循环分离原料产品和副产品组成的混合物；上两步设计决定设计过程的冷、热负荷。故进而作换热网络设计过程热量回收不能满足的冷、热负荷决定公用工程用量，因而第四步是公用工程设计。上循环对制药过程设计也适用，但产品精制、烘干和包装过程必须满足GMP,故换热网络设计同时，必须设计形成环境净化的空调系统。设计遵循洋葱模型，但极少有一次全过程设计即得成功的全过程设计的。多数情况下设计顺序是双向的，因为做出内层设计决策的依据是不完整的，当把较多的细节考虑至设计中时，外层会出现一个比较完整的设计轮廓，此时设计决策可能需要改变，因此必须返回内层，如此反复进行。6.1.1反应器类型反应器的类型很多，特点不一，可按不同的方式进行分类。1、按结构分类进料出料(a)釜式进料出料(b)管式液体气体气体液体(c)板式塔液体气体液体气体(d)填料塔液体气体液体气体(f)鼓泡塔液体气体液体气体(g)喷雾塔气体或液体气体或液体(h)固定床气体或液体气体或液体(i)流化床2、反应器按相态分类固三相反应器液气固相反应器固固相反应器液固相反应器气液相反应器液液相反应器气非均相反应器液相反应器气相反应器均相反应器反应器3.按操作方式分类：间歇式半间歇式连续式反应器4.按操作温度分类等温和非等温反应器5.按流动状况分类理想流动反应器和非理想流动反应器6.1.2反应器操作方式1、间歇操作间歇操作的特点是将原料一次加入反应器，达到规定的反应程度后卸出全部物料。然后进入下一个操作循环。间歇釜式反应器及其浓度变化间歇反应过程是非稳态过程，反应器内物料的组成随时间而变化。器内反应物和产物的浓度随时间的变化关系如图所示。ARCA00浓度CRCA时间CRfCAf对不可逆反应，随着τ的增加，反应物A的浓度将由开始时的CA0逐渐降至零;对可逆反应随τ的增加而降至其平衡浓度；对单一反应AR(产物)，R的浓度随反应时间的增加而增大；连串反应AR(产物)S，产物R的浓度先随τ的增加而增大，达一极大值后又随τ的增加而减小。釜式反应器间歇操作常用釜式反应器,可视为恒容过程。气相反应，VR为整个反应器容积；液相反应，VR为液体所占据的空间。间歇反应器具有装置简单、操作方便、适应性强等优点，在制药工业中有着广泛的应用。2、连续操作反应原料连续地输入反应器，反应产物也从反应器连续流出。连续操作多属于稳态操作，器内任一位置上的反应物浓度、温度、压力、反应速度等参数均不随时间而变化。（1）管式反应器多个化学反应，产物R的浓度变化同间歇反应器。CCRfCA0CAfCR0LCAfCRfCA0CR0CR*CA*L（2）全混流釜式反应器(CSTR)器内各处浓度相同且等于出口浓度，且不随时间而变，连续操作具有生产能力大、产品质量稳定、易实现机械化和自动化等优点，大规模工业生产的反应器多采用连续操作3、半连续操作原料或产物中有一种或一种以上的为连续输入或输出，而其余的(至少一种)为分批加入或卸出的操作。器内的物料组成既随时间而变化,又随位置而变化。釜式、管式、塔式以及固定床反应器等都有采用半连续方式操作的。6.1.3反应器计算基本方程式反应器计算所应用的基本方程式:反应动力学方程式物料衡算式热量衡算式。过程△P较大，并影响到rA时，还要用动量衡算式。1、反应动力学方程式对于均相反应反应速度可用单位时间、单位体积的反应物料中某一组分摩尔数的变化量来表示，ddnV1rARA反应物取“-”,产物取“+”。等容过程A为反应物，取负号。ddCddnV1rAARA0AA0AAnnnx)x1(nnA0AAA0AAdxndndd...
