制药工程-03制药反应工程基础与设备.ppt

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多选题
()
A药物品种多,更新快
B生产技术复杂,品种多,工艺流程长,所需设备种类多,生产成本高
C原辅材料多,且有多种易燃、易爆、有毒以及具有刺激性和腐蚀性等的物质
D质量要求严格,产量不断扩大,质量标准不断提高
判断题
,需要多学科相互配合,难度大、周期长、耗资多。

反应速率:单位时间、单位反应区中物质量的变化(反应量或产物的生成量)。
反应体积:固相、液相或催化剂的堆体积
反应表面积:气固相催化反应中催化剂的内表面积
或非均相反应中的相界面积
反应系统的质量:固体或催化剂的质量
反应区
[1]
化学反应动力学研究(排除传递过程影响的)化学反应速率的快慢和反应
进行的方式,讨论反应本身的速率变化规律和反应机理。
生物反应动力学还要基于影响反应的生物量进行研究,生物量在发酵过程
中是变化的。因此,比化学反应动力学要复杂。
(2-1)
化学以及生物反应动力学

(1)间歇过程反应期间没有物料进出
反应速率以单位时间内单位反应体积中组分i的物质量的变化量来表示:
riV组分i的单位体积反应速率,kmol/(m3·h)或mol/(L·s)
V反应体积,m3或L
ni组分i的瞬间量,kmol或mol
t反应时间,h或s
(2-2)
对间歇均相恒容反应有
对间歇多相反应体系,反应仅在相界面上发生,有
对间歇流固相反应体系,反应区可用单位质量固体
(催化剂)表示,有
(2-)
(2-)
(2-)
化学以及生物反应动力学

(2)连续过程反应期间物料同时连续进出,稳态下物料在反应器内
没有积累,反应体系中某一微元内的温度、浓度等参数不随时间而变。
反应速率以单位反应体积中(或单位反应面积及单位质量固体或催
化剂上)某一反应组分的摩尔流量的变化来表示:
(2-)
(2-)
(2-)
式中,Fi-组分i的摩尔流量,mol/s或mol/h;VR-反应体积,m3
与间歇过程的反应时间不同,在连续过程引入空间时间(停留时间、接
触时间)概念:τ=Fi/Q0
Q0–进入反应器原料混和物的体积,m3/s
(2-5)
依化学计量式(2-6),可用不同组分表示反应速率
(其中的ai是A、B或S、R的计量系数)
(2-6)
化学计量方程仅表示由于反应而引起的各个参与反应的物质之间量的变化关系,方程本身与反应的实际历程无关,同时规定各计量数之间不应含有除1以外的任何公因子。
实际反应投料比经常不是按计量式确定的!这样会改变物料的浓度,会影响反应速度,有时会改变反应的选择性。
化学以及生物反应动力学

化学以及生物反应动力学

速率常数:
(2-7)
(2-8)
对于不可逆的基元反应,化学反应速率与浓度等参数之间的关系或浓度
等参数与时间关系-化学反应的速率方程(rateequation)可直接由质量
作用定律表示:
事实上,绝大多数反应都是非基元反应,式(2-7)可表示为:
式(2-8)中的产物级数是负值。同时,非基元反应可分解为若干个基元反应,由反应机理导出该反应的速率方程。
同样可用式(2-2)描述耗氧发酵过程的反应速度:
(2-9)
由于生物反应中的化学计量系数具有不确定性,通常难以得到严格意义上的反应速率。对生物反应过程来说,常用比消耗或比形成速率,尤其是具有自我催化性质的发酵过程。比速率是一个相对速度,它与生物量(以细胞干重表示)或有催化活性物质量(如酶量)有密切的关系。
化学以及生物反应动力学

在生物发酵过程中,细胞在利用各种底物(原料)进行自身繁殖的同时生产
各类产品。对于耗氧发酵,通常可用带有化学计量系数νi的反应方程表示:
细胞生长的比速率:
底物消耗的比速率:
对O2
产物形成的比速率:
对CO2
对热
(2-)
(2-)
(2-)
细胞反应过程本质是复杂的酶催化反应体系。细胞如同一微小的反应容器,原料中的反应物透过细胞周围的细胞壁和细胞膜,进入细胞内,在酶的作用下进行催化反应,把反应物转化为产物,接着这些产物又被释放出来。细胞的生长过程包括下列阶段:延迟期、指数生长期、减速期、静止期和衰亡期。每阶段都有自己的动力学特点,尤以指数生长期和减速期最为重要。
所谓复合反应是必须用两个以上化学计量方程方能确定各反应在反应时量的变化关系。
在复合反应系统中同时存在几个独立发生的化学反应,其数目与独立的计量方程数相同。
P13
P20