制药工程基础考试复习大纲

1.制药工业生产与实验室研究的不同新药的研制，首先是在实验室完成的，从实验室研究结果到工业生产，有许多的不同，要经过一个开发过程。主要不同之处如下：（1）目的不同：实验室研究是为了迅速打通路线，确定可行方案。工业生产是为了提供大量产品，获得经济效益。（2）规模不同：实验室研究通常规模小，一般按g计算。工业生产在市场允许下，尽可能大。（3）总的行为：实验室研究人员层次高，工资比例较大，希望方便、省事、不算经济账。工业生产强调实用和经济指标，元工资占生产成本比例相对较少。（4）原料：多用试剂进行研究，一般含量在95%以上，且汪汪对杂质含量有严格要求。工业生产使用工业原料，含量较低，杂质指标不明确，不严格。（5）基本状态：实验室研究物料少，设备小，流速低，趋于理想状态。工业生产处理无聊两大，设备大，流速高，非理想化。流动性质改变对传热、传质均有影响。对连续式反应器而言，存在“返混”（具有不同刘婷时间物料的混合），对反应速率影响较大。（6）反应温度及热效应：实验室研究热效应小，体系热容小，易控制，往往在恒温下进行反应。工业生产热效应大，体系热熔大，不易控制，很难达到恒温，有温度波动，温度梯度。（7）操作方式：实验室多为间歇式反应，工业生产倾向采用连续化，提高生产能力。（8）设备条件：化学实验室多用玻璃仪器进行，多为常压，可有无水、无氧操作等措施。工业生产多在金属和非金属设备中进行，要考虑选材和选型。易实现压力下反应，以改善反应状况，希望在正常条件下进行。（9）物料：实验室很少考虑回首，利用率低，很少研究副反应，副产物。工业生产因经济和连续以及单程转化率等原因，必须考虑物料回收、循环使用以及副产品联产等问题。（10）三废：实验室往往只要求减少量，很少处理。工业生产因三废量大，要考虑处理方法，达到排放标准（11）能源：实验室很少考虑，工业要考虑能量综合利用。首先，研究工作规模放大后，无聊流动状态非理想化等因素，对物料输送和化学反应的影响突出出来。从有关热现象来看，实验室的仪器设备，体积小，表面基于体积比较大，热量容易通过其表面以传导或辐射的形式导出。及时是放热反应，往往还需靠外加热来维持反映所要求的温度。设备放大后，参加反应的物质增加，热现象讲不通。可见，在小试时还需要加热的放热反应，到中试和工业生产时就必须采取合适的撤热手段。如果解决不当，反映热不能及时移出，会产生绯闻，是反应时空，甚至有发生爆炸的危险。制药化工生产过程既不是实验研究的简单在线，也不是反映的直接放大。生物制药与化学制药的不同在于：用酶，基因等生物化学技术，代替传统的化学反应。中药现代化问题中很重要的一项内容是：以中医药学和制剂学的要求为准则，运用现代化学工程理论、技术和设备，改造我国的重要工业，进一步提高中药制剂的质量和疗效。第二章制药流体原料的输送和储存绝对压强，表压和真空度以绝对真空作为基准的压强，称为绝对压强，是流体体系的真实压强。流体的压强可用测压仪来测量，此时测量得出的是以当地大气压强为基准的相对值，又分为两种情况：若体系的绝对压强比大气压高，必须采用“压强表”来测量，压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为表压。若被测流体的绝对压强比大企业强敌，需采用“真空表”来测量，真空表上的读数表示被测流体的绝对压强低于大气压强的数值，称为真空度。定态流动与非定态流动在流动系统中，若各截面上流体的流速、压强、密度等有关物理量紧随流体的位置发生变化，不随时间的改变而变化，这种流动是一种稳定的流动状态，称为定态流动。若流体在各截面上的有关物理量即随位置变化而变化，也随时间变化而变化，这种流动是一种不稳定的流动状态，称为非定态流动。流体的粘性：流体具有流动性和粘性。粘性是流体流动时，内部存在的一种抵抗自身形变、组织流体向前远动的特性。流体抵抗形变的性质称作粘性。什么是牛顿粘性定律：对于一定的液体，内部摩擦力F’与两流体层的速度差du以及两城建的接触面积A成正比，与两层之间的垂直距离dy成反比，及t=F/A=μ（du/dy）流体的粘度：年度的物理意义是，是流体流动产生单位速度梯度的剪应力。年度总是与速度梯度相联系，只有在运动时才显示出来，称为动力粘度，简称为粘度。流体流动的两种不同类型（层流和湍流）雷诺系数Re是一个无因次数群，其量纲为1（或称无量纲）流体在直管内流动式，当Re≤2000时，流体流动类型属于层流；当Re≥4000时，流动类型属于湍流。当2000＜Re＜4000时，流体流动类型可能改为层流，也可能为湍流，具体与外界情况有关。雷诺准数为什么可以成为流动类型的判据？雷诺准输表示，流动流体的惯性力与粘性力之比。湍流的层流底层：即使馆内流动时湍流，且无论湍动程度如何剧烈，但在靠近管壁处流体的速度还是等于零。因此，关闭附近的流体仍做层流运动，这一层流流动流体薄层，称为层流底层（或层流内层）。层流底层的存在，对流体流动、传热和传质过程产生重大影响。层流里层的厚度岁Re增大而减小，什么事边界层理论在壁面附近，存在着较大速度idu的流体曾，称为流动边界层，简称为界层。边界层的形成，把沿壁面的流动分成了两个区域，即边界层区与主流区。在边界层区内，垂直于流动方向上存在显著的速度梯度，即使流体的年度很小，摩擦应力仍然相当大，不可忽视，因此，必须考虑流体粘度的影响。在主流区内，速度梯度可视为零，摩擦应力可忽略不计，此时流体可视为理想流体。当流体流过球体、圆柱体或其他几何形状物体的曲面表面时，都将发生边界层与固体表面脱离的现象，称为边界层分离。边界层分离现象还常发生在流体所经过的管道面积突然扩大或缩小，流动方向改变处。流体边界层分离造成流体的这一部分能量损失，称为“局部阻力损失”，简称“局部阻力”。流体通过直观时能量损失称为直管阻力损失，通常称为“沿程阻力损失”，简称“沿程阻力”。流体通过直管时能量损失称为直管阻力损失，通常称为“延程阻力损失”。此外，流体通过管件及进出口时，偶遇边界层分离，存在“局部阻力”。故管路中流体流动总能量损失为沿程阻力和局部阻力之和。流体输送机械用于输送液体的机械称为泵，用于输送气体的机械称为风机和压缩机。流体输送机械按其工作原理分类为：（1）动力式（叶轮式），包括离心式、轴流式输送接卸，是借高速旋转的叶轮使流体获得能量。（2）容积式（正位移式）：包括往复式、旋转式输送机械，他们是利用活塞或转子的挤压作用使流体升压以获得能量的。（3）其它类型，指不属于上述两种类型的其他形式，如喷射式。离心泵的结构简单，容易操作，便于调节和控制流量，效率较高，可提供足够的流量的和压头，某些型号的离心泵还可输送腐蚀性或含有悬浮物的液体，因此，离心泵的应用最为广泛。离心泵由叶轮、泵壳、传动部分、连接部分和底阀等组成。离心泵工作原理：离心泵在启动之前，需要关闭出口管道阀门，使得电机的负荷最小，并使泵壳内充满待输送的液体。启动后，电动机的转动使得泵轴带动叶轮旋转，叶轮间的液体在离心力的作用下，沿着叶片间的通道从叶轮中心（泵进口处）甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，获得了较大的动能。液体进入涡形通道后，由于我姓通道后的截面积逐渐扩大，速度逐渐降低，流体获得的动能大部分将转变为静压能。正常工作后，如果蹦出口处安装有压力表，可以显示系统压强增大，并逐渐达到稳定的额定值。此时，逐渐打开出口管道的阀门，液体就以较高的压力从亚出口进入出口管路。与此同时，随着叶轮中心液体甩出以后，吸入口处就形成负压区，外界大气压力迫使液体经过底阀和吸入管道进入泵体内，充填该控件。因此，只要叶轮正常旋转不停，液体就会源源不断地吸入、排出，实现液体输送。课件，离心泵是将电极驱动下轴承带动叶轮高速旋转的机械能转变流体的静压能的机械。离心泵的气缚现象：离心泵在启动时，泵壳内存在空气，泵壳内的流体受到的离心力小，流体无法压出，吸入口也不能形成负压区，待输送液体不能吸入泵内，无法进行流体输送。这种现象的原因是泵壳内存在空气，故叫离心泵的气缚现象。为防止离心泵的气缚现象，启动离心泵前，必须将泵体内注满待输送液体。离心泵的气蚀现象：离心泵，因为局部真空而使液体冲击叶轮表面，在压力大，频率高的液体质点连续打击下，叶轮表面迅速损坏，这种现象叫做离心泵的气蚀。离心泵的安装高度问题：离心泵的最大安装高度，指离心泵的泵轴中心线距离储槽液面水平面的最大垂直距离。第三章传热热量传递的三种方式：热传导、对流传热和热辐射是热量传递的三种机理。热传导：热传导又叫导热，如果物体内部或连个紧密接触的物体之间存在温度差，通过微观粒子的热运动发生能量传递即热传导。对流：对流是对流传热的简称，对流仅发生在流体中。特征是除了分子的随即扩散引起的能量交换外，还有流体整体宏观运动引起的能量交换，因此热量传递过程较热传导激烈。自然对流是由于冷热流体的密度不同，从而形成重者下沉、轻者上浮的对流传热现象。强制对流是通过泵和风机等机械做功，迫使流体在管道中形成湍流流动时进行的传热。热辐射：在物体温度高于400℃时，物体将发出热辐射。其热能不依靠任何介质而以电磁波的形式在空间传播，电磁波遇到另一物体时又会被该物体全部或部分吸收而变为热能。工业传热过程的三种基本方式：直接接触式传热（是通过令热流体直接接触进行的传热）。，蓄热式传热（是一种间歇式操作，需要一个热量较大的蓄热室，室内填充耐火砖等填料，其传热程序是先将热流体通入蓄热室将填充物加热升温，然后通过切换阀门，停止通入热流体，该通冷流体，使冷流体被高温的蓄热室加热。蓄热室温度温度下降到一定程度后，停止同入冷流体，改换通热流体，进入下一循环，如此反复，达到冷热流体之间的热交换，这种传热方式只适用于气体，且不能达到洁净要求。间壁式传热（冷热流体被一种金属材料的壁隔开，只进行热量交换，不进行物质交换）为了将冷流体加热或热流体冷却，必须使用另一种流体来供给或取走热量，此流体称为“载热体”。载热体分为加热剂和冷却剂加热剂：常用的加热剂有：（1）热水：热水是在40-100℃场合经常使用的热源。（2）饱和水蒸气：饱和水蒸气适用于100-180℃，其温度与压强一一对应，易于控制，使用方便，还可以充分利用其冷凝相变进行传热，速度快，潜热大于显热，热能交换量大，效率高，加热剂需要量小。（3）烟道气：烟道气温度可达700℃以上，可将物料加热到较高的温度。缺点是气体的传热速率满，而且温度不易控制。（4）高温载热体：矿物油适用于180-250℃时使用，有机导热油（联苯，二苯醚等混合物）适用于255-380℃。（5）熔融金属或熔盐：适用于140-530℃常用的冷却剂：（1）水（水可将物料冷却到环境温度）。（2）空气（空气传热速率慢，最大极限也可将物料冷却到环境温度）。（3）冷冻盐水：冷冻盐水可将物料冷却到零下十几度至几十度。工业冷冻盐水的循环使用需要通过称为“冰机”的制冷机械实现盐水本身的降温。“冰机”内部工作戒指为液氨，其常压沸点为-33℃。液氨吸收热量气话，通过压缩重新液化而循环使用。傅立叶定律：在单位时间内，通过垂直于热流方向的等温面上所传导的热量与传热面积和温度梯度成正比，这就是傅立叶定律。第三节对流传热传热边界层理论传热边界层与流体的边界层是又缺别的。流体流动的边界层是客观存在的，传热边界层是一个想象的概念。传热边界层理论的关键是：将流体流动的层流底层的温度梯度、过渡层的温度梯度，甚至湍流主体实际存在的微小温度梯度全部集中，形成厚度为QT的传热边界称，从而不再考虑其他区域的传热。对流传热系数：对流传热系数α简称传热系数，亦称传热膜系数。传热系数表示，当流体与传热壁面的温度差为1K时，单位时间内通过单位传热面积上所传递的热量。α=Q/(A▷T)影响传热系数的主要因素：（1）流体的状态：流体是气体还是液体以及在传热的过程中是否存在蒸汽冷凝、液体沸腾等想变情况，α相变＞α无相变。（2）流体的物理性质：主要有密度ρ、粘度μ、导热系数λ、比定压热容（比热容）cp等参数的具体值。（3）流体的流动状况：流体的流速和流动状态时曾留还是湍流；α湍＞α层（4）流体的对流状况：是自然对流还是强制对流，α强＞α自（5）传热表面的