制药工程反应设备

制药工程设备讲述设备结构和原理、优点和缺点、适用场合、选型及操作。课程内容：在制药工业中，制药设备直接影响产品质量和成本。教材结构：（一）、原理药生产设备（二）、药物制剂生产设备（三）、公用及辅助生产设备第一章绪论制药工业的一般过程：原料生物反应化学反应分离反应产物原料药各种剂型生物制药：通过生物反应和各种分离手段得到原料药的制药过程。化学制药：通过化学反应和各种分离手段得到原料药的制药过程。药物制剂：由原料药生产各种剂型的过程。。制药工业特点：⑴、产品质量、规格要求严格。⑵、设备要求严格⑶、生产规模变化范围大⑷、反应过程复杂，步数多⑸、制药过程涉及多门学科制药设备的分类国家、行业标准按制药设备产品基本属性分8大类：⑴原料药机械及设备：实现生物、化学物质转化，利用动物、植物、矿物制取医药原料的工艺设备及机械。⑵制剂机械：将药物制成各种剂型的机械与设备。⑶药用粉碎机械：用于药物粉碎（含研磨）并符合药品生产要求的机械。⑷饮片机械：对天然药用动物、植物、矿物进行选、洗、润、切、烘、炒、锻等方法制取中药饮片的机械。⑸制药用水设备：采用各种方法制取制药用水的设备。⑹药品包装机械：完成药品包装过程以及与包装过程相关的机械与设备。⑺药用检测设备：检测各种药物制品或半制品质量的仪器与设备。⑻其他制药机械及设备：执行非主要制药工序的有关机械与设备。其中制剂机械按剂型分14类：⑴片剂机械。将原料药与辅料经混合、造粒、压片、包衣等工序制成各种形状片剂的机械与设备。⑵水针剂机械。将药液制作成安瓿针剂的机械与设备。⑶抗生素粉、水针剂机械。将粉末药物或药液制作成玻璃瓶抗生素粉、水针剂的机械与设备。⑷输液剂机械。将药液制作成大剂量注射剂的机械与设备。⑸硬胶囊剂机械。将药物充填于空心胶囊内制作成硬胶囊剂的机械与设备。⑹软胶囊（丸）剂机械。将药液先裹于明胶膜内的制剂机械与设备。⑺丸剂机械。将药物细粉或浸膏与赋形剂混合，制成丸剂的机械与设备。⑻软膏剂机械。将药物与基质混匀，配制成软膏，定量灌装于软管内的制剂机械与设备。⑼栓剂机械。将药物与基质混合，制成栓剂的机械与设备。⑽口服液剂机械。将药液制成口服液剂的机械与设备。⑾药膜剂机械。将药物浸透或分散于多聚物薄膜内的制剂机械与设备。⑿气雾剂机械。将药液和抛射剂灌注于耐压容器中，制作成药物以雾状喷出的制剂机械与设备。⒀滴眼剂机械。将药液制作成滴眼药剂的机械与设备。⒁酊水、糖浆剂机械。将药液制作成酊水、糖浆剂的机械与设备。我国医药工业现状1.我国药厂多，仿制品多、普药多，高新技术药品少，生物制品少。2.我国目前药厂生产工艺多为传统工艺，费时、费汽、污染严重，企业面临高尖人才、资金短缺的状况。我国药机厂现状制造厂商多，传统制剂设备多，设备缺点是费时、费能源、粉尘飞扬严重，有严重污染产生。制作精良的制剂设备少，符合GMP规范的设备少，具有多功能的制剂设备少。GMP历史中国的GMP于1999年正式颁布。国家药品监督管理局制定了分期、分批、按照剂型实施GMP认证工作的规划。1999年底以前生物制品、血液制品必须达到GMP；2000年底以前粉针制剂、大容量注射剂必须达到GMP；2002年底以前小容量注射剂必须达到GMP；2003~2005年，口服液制剂、固体制剂、中成药制剂、滴眼剂、滴鼻剂、外用擦剂、喷雾剂等剂型将在十五期间全部达到GMP要求。制药设备GMP的提出1.《药品生产质量管理规范》简称GMP（goodmanufacturingpractice）。在国际上，GMP已成为药品生产和质量管理的基本准则，它是一套系统的、科学的管理制度。实施GMP，是在药品生产的全过程中实施科学的全面管理和严密的监控，以获得预期的质量，可以防止生产过程中药品的污染、混药和错药，保证药品质量的不断提高。2.GMP的控制范围，包括人事、厂房、设备、设施、生产工艺、传递、分析、验证和库管等诸多方面，GMP是系统性很强的规范，严格和严密是GMP的突出特点。3.制药设备是重要的生产手段，又是不可忽略的污染因素之一。制药设备的规格、结构、材料、性能对药品生产有着很大的影响，证实了设备与GMP密切联系。因此就产生了把制药设备GMP内容具体化的议题。4.怎样的设备才算贯彻了GMP?按照规范初步把设备GMP定义为：具有满足药物（药品）生产所需的工艺功能和卫生、安全等配套功能，设备结构及其所用材料，不窝藏、滞留物料，不对加工的物质形成污染、也不对生产以外的环境产生污染或影响、且易于操作、维修、清洗的设备。GMP对制药设备有如下要求：①有与生产相适应的设备能力和最经济、合理、安全的生产运行；②有满足制药工艺的完善功能及多种适用性；③保证药品加工中品质的一致性；④易于操作和维修；⑤易于设备内外的清洗；⑥各种接口符合协调配套要求；⑦易安装、易移动，有利于组合的可能；⑧进行设备验证（包括型式、结构、性能等）设备的净化功能：洁净是GMP的要点之一，对设备来讲包含两层意思——设备自身不对药物产生污染，也不会对环境形成污染。要达到这一标准就必须在药品加工中，凡有药物暴露的、室区洁净度达不到要求或有人机污染可能的，原则上均应在设备上设计有净化功能。例如：热风循环干燥设备，气流污染是最主要的，因此需考虑其循环空气的净化；洗瓶、洗橡胶塞等应考虑工艺用水的洁净度；粉碎、制粒、包衣压片等粉体机械，应考虑其散尘的控制；灌装设备的防尘需采取特殊的净化方法和装置，并应尽可能考虑在密闭的设备中生产。例如:一步制粒器：将原来多台设备、敞口生产的多道工序合并在一个密闭的内循环的容器内完成，就是制药过程与净化需求相结合的例子。设备的清洗功能：随着药品纯度和有效性的重视，GMP提倡的设备就地清洗功能（CIP），将成为清洗技术的发展方向。例如：冷冻冻干机的在位清洗和消毒系统双锥干燥机的真空排气管与罐体回转密封处设计的自清洗装置在生产中因物料变更、换批的设备，需采取容易清洗、拆装方便的机构，所以GMP极其重视对制药系统的中间设备、中间环节的清洗及监控，强调对设备清洁的验证。例料液加热容器采用盘管机构：不易清洗染菌纯水输送系统中，其泵体内发现的粘附物。第二章制药工程化学反应设备化学反应设备分类：按反应物系相态可以把反应器分为均相与非均相两种类型。按操作方式可以把反应器分为间歇式、半间歇式和连续式。按反应器结构可以把反应器分为釜式（槽式）、管式、塔式、固定床、流化床、移动床等各种反应器。第一节搅拌罐式反应器（STRS)1—搅拌器2—罐体；3—夹套；4—搅拌轴；5—压出管；6—支座；7—人孔；8—轴封；9—传动装置总体结构主要包括搅拌罐、搅拌装置、密封装置搅拌罐—由罐体和传热装置组成。作用是提供反应空间和反应条件。搅拌装置—由搅拌器、搅拌轴、传动装置组成。传动装置又由电动机、减速器、联轴器及机座等组成。密封装置—防止罐内介质泄漏或外界空气进入罐内。搅拌目的使物料混和均匀,强化传热和传质。包括均相液体混合；液-液分散；气-液分散；固-液分散；结晶；固体溶解；强化传热等搅拌液体的流动模型液体在设备范围内作循环流动的途径称作液体的“流动模型”，简称“流型”。(a)轴向流(b)径向流(c)切线流打漩现象常用搅拌器的型式、结构和特点在化学工业中常用的搅拌装置是机械搅拌装置，典型的机械搅拌装置包括1、搅拌器：包括旋转的轴和装在轴上的叶轮；2、辅助部件和附件：包括密封装置、减速箱、搅拌电机、支架、挡板和导流筒等。搅拌器是实现搅拌操作的主要部件，其主要的组成部分是叶轮，它随旋转轴运动将机械能施加给液体，并促使液体运动。◆搅拌器常用搅拌器及流型示意桨式搅拌器由桨叶、键、轴环、竖轴所组成。桨叶一般用扁钢或不锈钢或有色金属制造。桨式搅拌器的转速较低，一般为20～80r／min。桨式搅拌器直径取反应釜内径Di/3～2/3，桨叶不宜过长，当反应釜直径很大时采用两个或多个桨叶。桨式搅拌器适用于流动性大、粘度小的液体物料，也适用于纤维状和结晶状的溶解液，物料层很深时可在轴上装置数排桨叶。涡轮式搅拌器涡轮式搅拌器分为圆盘涡轮搅拌器和开启涡轮搅拌器；按照叶轮又可分为平直叶和弯曲叶。涡轮搅拌器速度较大，300～600r／min。涡轮搅拌器的主要优点是当能量消耗不大时，搅拌效率较高，搅拌产生很强的径向流。因此它适用于乳浊液、悬浮液等。推进式搅拌器推进式搅拌器，搅拌时能使物料在反应釜内循环流动，所起作用以容积循环为主，剪切作用较小，上下翻腾效果良好。当需要有更大的流速时，反应釜内设有导流筒。推进式搅拌器直径约取反应釜内径Di的1/4～1/3，300～600r／min，搅拌器的材料常用铸铁和铸钢。框式和锚式搅拌器框式搅拌器可视为桨式搅拌器的变形，其结构比较坚固，搅动物料量大。如果这类搅拌器底部形状和反应釜下封头形状相似时，通常称为锚式搅拌器。框式搅拌器直径较大，一般取反应器内径的2/3～9/10，50～70r／min。框式搅拌器与釜壁间隙较小，有利于传热过程的进行，快速旋转时，搅拌器叶片所带动的液体把静止层从反应釜壁上带下来；慢速旋转时，有刮板的搅拌器能产生良好的热传导。这类搅拌器常用于传热、晶析操作和高粘度液体、高浓度淤浆和沉降性淤浆的搅拌。螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器螺带式搅拌器，常用扁钢按螺旋形绕成，直径较大，常做成几条紧贴釜内壁，与釜壁的间隙很小，所以搅拌时能不断地将粘于釜壁的沉积物刮下来。螺带的高度通常取罐底至液面的高度。螺带式搅拌器和螺杆式搅拌器的转速都较低，通常不超过50r/min，产生以上下循环流为主的流动，主要用于高粘度液体的搅拌。其他搅拌方法•绝大部分的搅拌与混合，是采用叶轮搅拌。此外工业上较常见的或有发展前景的搅拌，主要还有气流搅拌、射流混合和管道混合•气流搅拌–气流搅拌装置主要是鼓泡器。它是利用气泡在上升过程中所造成的液体湍动，产生良好的搅拌作用。它所产生的能量和效率低于机械搅拌，但可用于处理腐蚀性料液和泥浆等，或用于浅槽搅拌，并可利用工厂多余的气源。–用于搅拌的气体主要是压缩空气和水蒸气。用水蒸气搅拌时可避免物料被氧化，并可对被搅拌物料直接加热，但物料会被稀释。•射流混合–射流是在流体经一小孔、喷嘴或管道，流人较大的容器时产生的，射流的直径随着离开出口的距离增加而增大，并在扩展的过程中使周围的流体被夹带进来而产生混合。射流可以是层流，也可以是湍流，这取决于雷诺数的大小。当喷嘴或孔出口处的Re300时，为层流射流，Re2100时为湍流射流。对于黏性液体，层流射流可推动器内液体运动，但因为黏性液体中分子扩散速率低，喷出的液体与反应器内液体不会在分子尺寸上混合。–化学工业上常用的文丘里管就是射流混合的应用实例。•管道混合–管道混合是使待混合的物料通过在管道内流动而混合均匀。在混合过程中，通过平行地控制所有组分的流量，确定混合物的组成，并使它保持在预定值上。–对于气体或低黏度液体的混合，可利用湍流态下湍流混合作用，达到均匀的混合。一般混合段的管长为管径的50～100倍。在管内可安装促进物料混合的元件，以使物料在静压力的推动下通过混合元件时改善混合质量或缩短混合段的管长。工业上混合元件多为一些不动装置，如三通混合、内部构件混合器和静力混合器等。三通混合元件搅拌附件◆挡板挡板的作用是避免旋涡现象，增大被搅拌液体的湍流程度，将切向流动变为轴向和径向流动，强化反应器内液体的对流和扩散，改善搅拌效果。搅拌反应器的挡板结构可有效地防止粘滞液体在挡板处形成死角，以防止固体颗粒的堆积。在高粘度物料中使用桨式搅拌器时，可安装横挡板以增加掺合作用，挡板宽度可与搅拌叶同宽。对于低粘度液体挡板装在壁上。对于中等粘度液体挡板离开槽壁（或固—液相操作时）对于高粘度液体挡板离开槽壁并与槽壁成一定角度。竖向挡板安装方式。◆导流筒●导流筒的作用导流筒作用---提高混合效率一方面提高了对液体的搅拌程度，加强了搅拌器对液体的直接机械剪切作用；另一方面由于限定了液体的循环路径，确立了充分循环的流型，使器内所有物料均能通过导流筒内的强烈混合区，减少了走短路的机会。●导流筒的组成导流筒是一个圆筒，安装在搅拌器的外面。常用于推进式和涡轮式搅拌器。导