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技術(shù)資訊

反應(yīng)器類型:基本和藥物分類

2021-09-11 13:07:40

每個制藥行業(yè)都處理化學(xué)品以進(jìn)行某些反應(yīng)以制造所需的產(chǎn)品。

每個過程需要不同類型的反應(yīng)器。在繼續(xù)討論這些類型的反應(yīng)器之前,讓我們回顧一下化學(xué)工程中反應(yīng)器的基本分類。

在化學(xué)加工廠中會發(fā)生兩種一般類型的反應(yīng)。

1. 均相催化(反應(yīng)物和催化劑同相)

2. 多相催化(不同相的反應(yīng)物和催化劑)

在化學(xué)動力學(xué)中,反應(yīng)通過催化劑的速率和機(jī)理進(jìn)行分類,催化劑描述了反應(yīng)是如何發(fā)生的。

催化劑是化學(xué)過程中的一種添加劑,可在不與任何反應(yīng)物反應(yīng)的情況下提高反應(yīng)速率。

反應(yīng)器類型(化學(xué)方面)

在這種化學(xué)反應(yīng)過程中,我們需要非凡的控制來系統(tǒng)地將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。諸如此類的控制設(shè)備稱為反應(yīng)器。

因此,為特定產(chǎn)品選擇反應(yīng)器類型取決于反應(yīng)物料的預(yù)期結(jié)果。

同樣,壓力、溫度和混合速度等操作條件對于確保過程盡可能高效地運行至關(guān)重要。

基于此,從以下不同類型中選擇反應(yīng)器。

批量(批量和半批量)

連續(xù)(連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器)

管式(塞流反應(yīng)器)

催化(固定和流化床)

間歇式反應(yīng)器

一旦將反應(yīng)物加入反應(yīng)器中,就不會引入第三種成分,并且在反應(yīng)完成之前也不會取出任何成分。這將允許該過程作為單個批次運行,直到它產(chǎn)生所需的過程轉(zhuǎn)化水平。

半間歇操作涉及在反應(yīng)過程中逐步添加一種或多種反應(yīng)物,直到達(dá)到所需的轉(zhuǎn)化率。

否則,立即加入反應(yīng)物并逐漸除去轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。在所有基本反應(yīng)器中,這種類型經(jīng)常用于制藥行業(yè)。

以下是理想間歇式反應(yīng)器的一些亮點。

整個反應(yīng)器的成分均勻。

多為非穩(wěn)態(tài)。

它們在儀器和結(jié)構(gòu)方面比連續(xù)型反應(yīng)器更具成本效益。

反應(yīng)器的大小取決于要裝入的材料體積而不是反應(yīng)時間。

對于每天處理 4 至 5 噸需求的小容量工廠,間歇式反應(yīng)器比其他類型更經(jīng)濟(jì)。

雖然是上述亮點,但它也有一些缺點。

由于高度熱敏反應(yīng)的處理不當(dāng),它需要嚴(yán)格的溫度控制。

每批的質(zhì)量可能會有所不同。

消耗大量資源。

間歇式反應(yīng)器的典型代表:

連續(xù)流微通道反應(yīng)器生產(chǎn)廠家

連續(xù)(穩(wěn)態(tài))

與間歇式反應(yīng)器不同,連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器同時進(jìn)行反應(yīng),即同時加入反應(yīng)物和取出產(chǎn)物。

反應(yīng)物質(zhì)的水平保持恒定,使得反應(yīng)物質(zhì)的內(nèi)部組成與排出的物質(zhì)相同。除了其他類型的反應(yīng)器外,這種類型的反應(yīng)器更常用于化工廠。

以下是連續(xù)流反應(yīng)器的幾個亮點。

在穩(wěn)態(tài)下,任何一點的成分都不會隨時間變化。

可以為所需的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化保持最佳質(zhì)量參數(shù)。

連續(xù)流微通道反應(yīng)器生產(chǎn)廠家

連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器 (CSTR)

管式/塞流式反應(yīng)器

管式反應(yīng)器如活塞流反應(yīng)器 (PFR) 具有主要進(jìn)行反應(yīng)的圓柱形管。

反應(yīng)物從一端進(jìn)入,反應(yīng),在通過管子的過程中收獲產(chǎn)物,并在另一端離開。

由于入口處的湍流,它們在相同體積下比 CSTR 更有效。它們通常具有平坦的速度分布,導(dǎo)致徑向混合。

流體粒子在活塞流中花費的時間稱為“停留時間”,對于所有通過 PFR 的粒子來說都是相同的。

以下是理想活塞流反應(yīng)器的一些亮點。

不允許軸向混合,即穿過反應(yīng)器的不同顆粒之間沒有擴(kuò)散的機(jī)會。

反應(yīng)物料的組成不隨時間變化。相反,它隨著反應(yīng)器的長度而變化。

對于任何正序反應(yīng),需要更少的體積來產(chǎn)生與連續(xù)穩(wěn)態(tài)反應(yīng)器相同的轉(zhuǎn)化率。

它沒有任何活動部件,因此會促進(jìn)高壓和腐蝕性反應(yīng)。

連續(xù)流微通道反應(yīng)器生產(chǎn)廠家

管式或活塞流反應(yīng)器 (PFR)

催化反應(yīng)器

這些類型反應(yīng)器的驅(qū)動力涉及傳熱、傳質(zhì),主要是催化劑。應(yīng)用包括化學(xué)合成、聚合、氫裂化等。

這些反應(yīng)器的常見分類由催化劑的運動模式?jīng)Q定,如下所示:

固定的床

滴流床

流化床

固定床反應(yīng)器

催化劑固定床用于進(jìn)行多相催化氣相反應(yīng)。它們可以根據(jù)需要建立在單個或多個管上。

固定床類別中的兩種類型的反應(yīng)器通常包括填充床和多管反應(yīng)器。

連續(xù)流微通道反應(yīng)器生產(chǎn)廠家

固定床反應(yīng)器

滴流床反應(yīng)器

滴流床反應(yīng)器最常用于加氫反應(yīng),具有固相作為進(jìn)行氣液反應(yīng)的催化劑。

它從頂部引入液體反應(yīng)物并向下流動與固體催化劑床接觸,同時它從交叉流方向引入氣體反應(yīng)物以獲得更好的接觸表面積。

連續(xù)流微通道反應(yīng)器生產(chǎn)廠家

滴流床反應(yīng)器

流化床反應(yīng)器

固體顆粒床由以一定速度沿向上方向流動的氣體或液體的拉力支撐,使得固體床表現(xiàn)為流體。這種現(xiàn)象稱為流化床,用于此的反應(yīng)器稱為流化床反應(yīng)器。

連續(xù)流微通道反應(yīng)器生產(chǎn)廠家

流化床反應(yīng)器

這是反應(yīng)堆基本分類的總體情況,而不是詳盡的分類。

以下是基于制藥相關(guān)行業(yè)中常用的結(jié)構(gòu)材料的反應(yīng)器類型。

藥品分類

制藥或醫(yī)療保健相關(guān)行業(yè)已根據(jù)感興趣的結(jié)構(gòu)材料和工藝訂購了不同類型的反應(yīng)器,這些類型反應(yīng)器的應(yīng)用和選擇取決于過程的范圍。對于任何化學(xué)過程,都具有三種性質(zhì):

酸性 PH<7  玻璃反應(yīng)器;

堿性 PH>7  金屬(不銹鋼等)反應(yīng)器;

中性的 PH=7  金屬(不銹鋼等)反應(yīng)器;

不銹鋼反應(yīng)器 (SSR)

藥品和生物仿制藥的生產(chǎn)有不同的安全要求。后一種比原料藥遵循更嚴(yán)格的要求。

因此,基于材料合金配置,有兩種常見類型的反應(yīng)器,即SS304和SS316。您可以在 ASTM 指南中找到更多信息。

SS304 包含約。18% 鉻和 8% 鎳,而 316 含有 16% 鉻、10% 鎳和 2% 鉬。這 2% 的鉬有助于在腐蝕促進(jìn)環(huán)境中生存。

因此,SS316 比 SS304 更先進(jìn)。但是,這兩者之間不可能有明顯的區(qū)別,需要供應(yīng)商或測試人員的材料測試報告才能將其確定為 SS316L。

此外,如果碳是一個問題,則優(yōu)先選擇 SS304L 或 SS316L。其中,L代表低碳含量。普通 304 或 316 包含約 0.09% 的碳,而“L”版本的碳含量約為 0.03%。在非常高溫的操作過程中,碳也會導(dǎo)致腐蝕。

底線是 SSR 更適合中性或堿性工藝操作。雖然有時像醋酸這樣的弱酸可以在 SS316L 中令人滿意地處理,其 pH 值低至 3,因為它比其他強(qiáng)酸的腐蝕影響小。

玻璃反應(yīng)器

在處理強(qiáng)酸(如硝酸、硫酸、鹽酸或磷酸)時,不銹鋼反應(yīng)器是不可持續(xù)的,因此會隨著時間的推移而腐蝕。

為了避免這種情況,因為玻璃容易承受酸。玻璃提供全面的強(qiáng)酸保護(hù),防止長期磨損。

玻璃反應(yīng)器不適合堿性操作,因為玻璃中常用的硼硅酸鹽容易與高 pH 值溶液發(fā)生反應(yīng)并降解。

堿比酸更具腐蝕性,尤其是在高溫下。這可能導(dǎo)致玻璃破裂,這是不希望的。然而,玻璃反應(yīng)器 8.5 的 pH 值下更可持續(xù),即弱堿。

不銹鋼反應(yīng)釜由于具有增強(qiáng)的導(dǎo)熱性,因此具有更好的傳熱效果。除了這個好處之外,玻璃反應(yīng)器還限制了在高壓下的操作。

盡管玻璃反應(yīng)器易于清潔、重量輕、經(jīng)濟(jì)高效且耐腐蝕,但其材質(zhì)脆弱,需要小心處理。


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