制藥工程設備講述設備結構和原理、優點和缺點、適用場所、選型及操作。課程內容：在制藥工業中，制藥設備直接影響產品質量和成本。教材結構：（一）、原理藥生產設備（二）、藥品制劑生產設備（三）、公用及輔助生產設備制藥工程設備簡介第1頁第一章緒論制藥工業普通過程：原料生物反應化學反應分離反應產物原料藥各種劑型生物制藥：經過生物反應和各種分離伎倆得到原料藥制藥過程。化學制藥：經過化學反應和各種分離伎倆得到原料藥制藥過程。藥品制劑：由原料藥生產各種劑型過程。。制藥工程設備簡介第2頁制藥工業特點：⑴、產品質量、規格要求嚴格。⑵、設備要求嚴格⑶、生產規模改變范圍大⑷、反應過程復雜，步數多⑸、制藥過程包括多門學科制藥工程設備簡介第3頁制藥設備分類國家、行業標準按制藥設備產品基本屬性分8大類：⑴原料藥機械及設備：實現生物、化學物質轉化，利用動物、植物、礦物制取醫藥原料工藝設備及機械。⑵制劑機械：將藥品制成各種劑型機械與設備。⑶藥用粉碎機械：用于藥品粉碎（含研磨）并符合藥品生產要求機械。⑷飲片機械：對天然藥用動物、植物、礦物進行選、洗、潤、切、烘、炒、鍛等方法制取中藥飲片機械。⑸制藥用水設備：采取各種方法制取制藥用水設備。⑹藥品包裝機械：完成藥品包裝過程以及與包裝過程相關機械與設備。⑺藥用檢測設備：檢測各種藥品制品或半制品質量儀器與設備。⑻其它制藥機械及設備：執行非主要制藥工序相關機械與設備。制藥工程設備簡介第4頁其中制劑機械按劑型分14類：⑴片劑機械。將原料藥與輔料經混合、造粒、壓片、包衣等工序制成各種形狀片劑機械與設備。⑵水針劑機械。將藥液制作成安瓿針劑機械與設備。⑶抗生素粉、水針劑機械。將粉末藥品或藥液制作成玻璃瓶抗生素粉、水針劑機械與設備。⑷輸液劑機械。將藥液制作成大劑量注射劑機械與設備。⑸硬膠囊劑機械。將藥品充填于空心膠囊內制作成硬膠囊劑機械與設備。⑹軟膠囊（丸）劑機械。將藥液先裹于明膠膜內制劑機械與設備。⑺丸劑機械。將藥品細粉或浸膏與賦形劑混合，制成丸劑機械與設備。⑻軟膏劑機械。將藥品與基質混勻，配制成軟膏，定量灌裝于軟管內制劑機械與設備。制藥工程設備簡介第5頁⑼栓劑機械。將藥品與基質混合，制成栓劑機械與設備。⑽口服液劑機械。將藥液制成口服液劑機械與設備。⑾藥膜劑機械。將藥品浸透或分散于多聚物薄膜內制劑機械與設備。⑿氣霧劑機械。將藥液和拋射劑灌注于耐壓容器中，制作成藥品以霧狀噴出制劑機械與設備。⒀滴眼劑機械。將藥液制作成滴眼藥劑機械與設備。⒁酊水、糖漿劑機械。將藥液制作成酊水、糖漿劑機械與設備。制藥工程設備簡介第6頁我國醫藥工業現實狀況1.我國藥廠多，仿制品多、普藥多，高新技術藥品少，生物制品少。2.我國當前藥廠生產工藝多為傳統工藝，費時、費汽、污染嚴重，企業面臨高尖人才、資金短缺情況。我國藥機廠現實狀況制造廠商多，傳統制劑設備多，設備缺點是費時、費能源、粉塵飛揚嚴重，有嚴重污染產生。制作精良制劑設備少，符合GMP規范設備少，含有多功效制劑設備少。制藥工程設備簡介第7頁GMP歷史中國GMP于1999年正式頒布。國家藥品監督管理局制訂了分期、分批、按照劑型實施GMP認證工作規劃。1999年底以前生物制品、血液制品必須到達GMP；底以前粉針制劑、大容量注射劑必須到達GMP；底以前小容量注射劑必須到達GMP；~，口服液制劑、固體制劑、中成藥制劑、滴眼劑、滴鼻劑、外用擦劑、噴霧劑等劑型將在十五期間全部到達GMP要求。制藥工程設備簡介第8頁制藥設備GMP提出

1.《藥品生產質量管理規范》簡稱GMP（goodmanufacturingpractice）。在國際上，GMP已成為藥品生產和質量管理基本準則，它是一套系統、科學管理制度。實施GMP，是在藥品生產全過程中實施科學全方面管理和嚴密監控，以取得預期質量，能夠預防生產過程中藥品污染、混藥和錯藥，確保藥品質量不停提升。

2.GMP控制范圍，包含人事、廠房、設備、設施、生產工藝、傳遞、分析、驗證和庫管等很多方面，GMP是系統性很強規范，嚴格和嚴密是GMP突出特點。制藥工程設備簡介第9頁

3.制藥設備是主要生產伎倆，又是不可忽略污染原因之一。制藥設備規格、結構、材料、性能對藥品生產有著很大影響，證實了設備與GMP親密聯絡。所以就產生了把制藥設備GMP內容詳細化議題。4.怎樣設備才算落實了GMP?按照規范初步把設備GMP定義為：含有滿足藥品（藥品）生產所需工藝功效和衛生、安全等配套功效，設備結構及其所用材料，不窩藏、滯留物料，不對加工物質形成污染、也不對生產以外環境產生污染或影響、且易于操作、維修、清洗設備。制藥工程設備簡介第10頁GMP對制藥設備有以下要求：①有與生產相適應設備能力和最經濟、合理、安全生產運行；②有滿足制藥工藝完善功效及各種適用性；

③確保藥品加工中品質一致性；④易于操作和維修；⑤易于設備內外清洗；⑥各種接口符合協調配套要求；⑦易安裝、易移動，有利于組合可能；⑧進行設備驗證（包含型式、結構、性能等）制藥工程設備簡介第11頁設備凈化功效：潔凈是GMP關鍵點之一，對設備來講包含兩層意思——設備本身不對藥品產生污染，也不會對環境形成污染。要到達這一標準就必須在藥品加工中，凡有藥品暴露、室區潔凈度達不到要求或有些人機污染可能，標準上均應在設備上設計有凈化功效。比如：熱風循環干燥設備，氣流污染是最主要，所以需考慮其循環空氣凈化；洗瓶、洗橡膠塞等應考慮工藝用水潔凈度；粉碎、制粒、包衣壓片等粉體機械，應考慮其散塵控制；灌裝設備防塵需采取特殊凈化方法和裝置，并應盡可能考慮在密閉設備中生產。比如:一步制粒器：將原來多臺設備、敞口生產多道工序合并在一個密閉內循環容器內完成，就是制藥過程與凈化需求相結合例子。制藥工程設備簡介第12頁設備清洗功效：伴隨藥品純度和有效性重視，GMP提倡設備就地清洗功效（CIP），將成為清洗技術發展方向。比如：冷凍凍干機在位清洗和消毒系統雙錐干燥機真空排氣管與罐體回轉密封處設計自清洗裝置

在生產中因物料變更、換批設備，需采取輕易清洗、拆裝方便機構，所以GMP極其重視對制藥系統中間設備、中間步驟清洗及監控，強調對設備清潔驗證。例料液加熱容器采取盤管機構：不易清洗染菌純水輸送系統中，其泵體內發覺粘附物。制藥工程設備簡介第13頁第二章制藥工程化學反應設備化學反應設備分類：按反應物系相態能夠把反應器分為均相與非均相兩種類型。按操作方式能夠把反應器分為間歇式、半間歇式和連續式。按反應器結構能夠把反應器分為釜式（槽式）、管式、塔式、固定床、流化床、移動床等各種反應器。制藥工程設備簡介第14頁第一節攪拌罐式反應器（STRS)1—攪拌器2—罐體；3—夾套；4—攪拌軸；5—壓出管；6—支座；7—人孔；8—軸封；9—傳動裝置制藥工程設備簡介第15頁總體結構主要包含攪拌罐、攪拌裝置、密封裝置

攪拌罐—由罐體和傳熱裝置組成。作用是提供反應空間和反應條件。

攪拌裝置—由攪拌器、攪拌軸、傳動裝置組成。傳動裝置又由電動機、減速器、聯軸器及機座等組成。

密封裝置—預防罐內介質泄漏或外界空氣進入罐內。

制藥工程設備簡介第16頁攪拌目標使物料混和均勻,強化傳熱和傳質。包含均相液體混合；液-液分散；氣-液分散；固-液分散；結晶；固體溶解；強化傳熱等攪拌液體流動模型液體在設備范圍內作循環流動路徑稱作液體“流動模型”，簡稱“流型”。(a)軸向流(b)徑向流(c)切線流打漩現象制藥工程設備簡介第17頁慣用攪拌器型式、結構和特點在化學工業中慣用攪拌裝置是機械攪拌裝置，經典機械攪拌裝置包含1、攪拌器：包含旋轉軸和裝在軸上葉輪；2、輔助部件和附件：包含密封裝置、減速箱、攪拌電機、支架、擋板和導流筒等。攪拌器是實現攪拌操作主要部件，其主要組成部分是葉輪，它隨旋轉軸運動將機械能施加給液體，并促使液體運動。制藥工程設備簡介第18頁◆攪拌器

制藥工程設備簡介第19頁慣用攪拌器及流型示意

制藥工程設備簡介第20頁槳式攪拌器由槳葉、鍵、軸環、豎軸所組成。槳葉普通用扁鋼或不銹鋼或有色金屬制造。槳式攪拌器轉速較低，普通為20～80r／min。槳式攪拌器直徑取反應釜內徑Di/3～2/3，槳葉不宜過長，當反應釜直徑很大時采取兩個或多個槳葉。槳式攪拌器適合用于流動性大、粘度小液體物料，也適合用于纖維狀和結晶狀溶解液，物料層很深時可在軸上裝置數排槳葉。制藥工程設備簡介第21頁渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器分為圓盤渦輪攪拌器和開啟渦輪攪拌器；按照葉輪又可分為平直葉和彎曲葉。渦輪攪拌器速度較大，300～600r／min。渦輪攪拌器主要優點是當能量消耗不大時，攪拌效率較高，攪拌產生很強徑向流。所以它適合用于乳濁液、懸浮液等。推進式攪拌器推進式攪拌器，攪拌時能使物料在反應釜內循環流動，所起作用以容積循環為主，剪切作用較小，上下翻騰效果良好。當需要有更大流速時，反應釜內設有導流筒。推進式攪拌器直徑約取反應釜內徑Di1/4～1/3，300～600r／min，攪拌器材料慣用鑄鐵和鑄鋼。制藥工程設備簡介第22頁框式和錨式攪拌器

框式攪拌器可視為槳式攪拌器變形，其結構比較堅固，攪動物料量大。假如這類攪拌器底部形狀和反應釜下封頭形狀相同時，通常稱為錨式攪拌器。框式攪拌器直徑較大，普通取反應器內徑2/3～9/10，50～70r／min。框式攪拌器與釜壁間隙較小，有利于傳熱過程進行，快速旋轉時，攪拌器葉片所帶動液體把靜止層從反應釜壁上帶下來；慢速旋轉時，有刮板攪拌器能產生良好熱傳導。這類攪拌器慣用于傳熱、晶析操作和高粘度液體、高濃度淤漿和沉降性淤漿攪拌。制藥工程設備簡介第23頁螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器螺帶式攪拌器，慣用扁鋼按螺旋形繞成，直徑較大，常做成幾條緊貼釜內壁，與釜壁間隙很小，所以攪拌時能不停地將粘于釜壁沉積物刮下來。螺帶高度通常取罐底至液面高度。螺帶式攪拌器和螺桿式攪拌器轉速都較低，通常不超出50r/min，產生以上下循環流為主流動，主要用于高粘度液體攪拌。制藥工程設備簡介第24頁其它攪拌方法

絕大部分攪拌與混合，是采取葉輪攪拌。另外工業上較常見或有發展前景攪拌，主要還有氣流攪拌、射流混合和管道混合氣流攪拌氣流攪拌裝置主要是鼓泡器。它是利用氣泡在上升過程中所造成液體湍動，產生良好攪拌作用。它所產生能量和效率低于機械攪拌，但可用于處理腐蝕性料液和泥漿等，或用于淺槽攪拌，并可利用工廠多出氣源。用于攪拌氣體主要是壓縮空氣和水蒸氣。用水蒸氣攪拌時可防止物料被氧化，并可對被攪拌物料直接加熱，但物料會被稀釋。制藥工程設備簡介第25頁射流混合射流是在流體經一小孔、噴嘴或管道，流人較大容器時產生，射流直徑伴隨離開出口距離增加而增大，并在擴展過程中使周圍流體被夾帶進來而產生混合。射流能夠是層流，也能夠是湍流，這取決于雷諾數大小。當噴嘴或孔出口處Re<300時，為層流射流，Re>2100時為湍流射流。對于黏性液體，層流射流可推進器內液體運動，但因為黏性液體中分子擴散速率低，噴出液體與反應器內液體不會在分子尺寸上混合。化學工業上慣用文丘里管就是射流混合應用實例。制藥工程設備簡介第26頁管道混合管道混合是使待混合物料經過在管道內流動而混合均勻。在混合過程中，經過平行地控制全部組分流量，確定混合物組成，并使它保持在預定值上。對于氣體或低黏度液體混合，可利用湍流態下湍流混合作用，到達均勻混合。普通混合段管長為管徑50～100倍。在管內可安裝促進物料混合元件，以使物料在靜壓力推進下經過混合元件時改進混合質量或縮短混合段管長。工業上混合元件多為一些不動裝置，如三通混合、內部構件混合器和靜力混合器等。制藥工程設備簡介第27頁三通混合元件制藥工程設備簡介第28頁攪拌附件◆

擋板擋板作用是防止旋渦現象，增大被攪拌液體湍流程度，將切向流動變為軸向和徑向流動，強化反應器內液體對流和擴散，改進攪拌效果。

攪拌反應器擋板結構制藥工程設備簡介第29頁可有效地預防粘滯液體在擋板處形成死角，以預防固體顆粒堆積。

在高粘度物料中使用槳式攪拌器時，可安裝橫擋板以增加摻合作用，擋板寬度可與攪拌葉同寬。對于低粘度液體擋板裝在壁上。

對于中等粘度液體擋板離開槽壁（或固—液相操作時）

對于高粘度液體擋板離開槽壁并與槽壁成一定角度。豎向擋板安裝方式。

制藥工程設備簡介第30頁◆導流筒

●導流筒作用導流筒作用---提升混合效率

首先提升了對液體攪拌程度，加強了攪拌器對液體直接機械剪切作用；另首先因為限定了液體循環路徑，確立了充分循環流型，使器內全部物料均能經過導流筒內強烈混合區，降低了走短路機會。

●導流筒組成導流筒是一個圓筒，安裝在攪拌器外面。慣用于推進式和渦輪式攪拌器。制藥工程設備簡介第31頁導流筒示意圖

制藥工程設備簡介第32頁傳動裝置

攪拌反應器傳動裝置

1—電動機；2—減速器；3—聯軸器；4—機座；5—軸封裝置；6—底座；7—封頭；8—攪拌軸；制藥工程設備簡介第33頁填料密封1、原理

填料中含有潤滑劑，在對攪拌軸產生徑向壓緊力同時，形成極薄液膜，首先使攪拌軸受到潤滑，另首先阻止設備內流體逸出或外部流體滲透，到達密封目標。2、特點應允許填料密封有一定泄漏量。使用過程中需要經常調整填料壓蓋壓緊力。軸封制藥工程設備簡介第34頁制藥工程設備簡介第35頁機械密封1、原理

機械密封是依靠垂直于軸兩個密封元件平面相互貼合(依靠介質壓力或彈簧力)，并作相對運動到達密封裝置。又稱端面密封。四個密封點：A動環和軸之間密封(靜密封)，B動環和靜環作相對旋轉運動時端面密封(動密封)，C靜環與靜環座之間密封(靜密封)，D靜環座與設備之間密封(靜密封)。機械密封中，動環與靜環接觸面是泄漏通道之外，還有動環與軸之間、靜環與支座之間間隙也是泄漏通道。制藥工程設備簡介第36頁機械密封

2、特點

功耗小、泄漏量低、密封性能可靠、使用壽命長轉軸密封。必須使冷卻潤滑液在密封腔中不停循環。制藥工程設備簡介第37頁罐體尺寸確定◆高徑比

●確定罐體高徑比考慮原因

＊因為攪拌功率在一定條件下與攪拌器直徑5次方成正比，所以從降低攪拌功率角度考慮，高徑比可取得大一些。＊若采取夾套傳熱結構，從傳熱角度看，希望高徑比可取得大一些；當容積一定時，高徑比大、罐體就高，盛料部分表面積大、傳熱面積也就大。＊要考慮物料狀態，對發酵類物料，為了使通入罐內空氣與發酵物料充分接觸，高徑比應取得大一些。制藥工程設備簡介第38頁夾套反應器罐體尺寸示意

制藥工程設備簡介第39頁◆直徑及高度確定

●

裝料系數

若物料在反應過程中產生泡們沫或呈沸騰狀態，取裝料系數0.6～0.7；若物料反應較平穩，則取裝料系數0.8～0.85。●直徑及高度確定

1、在初步確定H/Di后，可先忽略封頭容積，近似計算出罐體容積。制藥工程設備簡介第40頁

≈

得2、將上式計算結果圓整為標準直徑，再代入下式中可計算出罐體高度制藥工程設備簡介第41頁傳熱裝置

◆夾套可拆卸夾套

不可拆卸夾套

制藥工程設備簡介第42頁◆蛇管蛇管結構

制藥工程設備簡介第43頁蛇管固定結構

制藥工程設備簡介第44頁工藝接管◆進料管

進料管結構制藥工程設備簡介第45頁◆出料管下部出料管

上部出料管

制藥工程設備簡介第46頁

◆

塔式反應器

鼓泡塔反應器結構示意圖1—分布格板；2—夾套；3—氣體分布器；4—塔體；5—擋板；6—塔外換熱器；7—液體捕集器；8—擴大段制藥工程設備簡介第47頁第三章生物反應器發酵罐是工業發酵慣用設備中最主要、應用最廣泛設備，是連接原料和產物橋梁，也是各種學科交叉點。在發酵罐中，經過產物合成，廉價原料升了值，所以能夠說發酵罐是發酵工業心臟。發酵罐定義是，為一個特定生物化學反應操作提供良好而滿意環境容器發酵罐伴伴隨微生物發酵工業發展已歷經3。早在17世紀，人們已用帶有溫度計和熱交換器1500L木制容器來制備乙醇和酒。1900—1940年出現了200m3鋼質發酵罐，在面包酵母發酵中開始使用空氣分布器和機械攪拌裝置。1940—1960年，第一個大規模工業生產青霉素工廠于1944年1月30日在美國TerrHaute投資，其發酵罐體積是54m3；抗生素工業興起引發發酵工業一場變革，機械攪拌、通風、無菌操作、純種培養等一系列技術開始完善起來，并出現耐高溫在線連續測定pH電極和溶氧電極，開始利用計算機進行發酵過程控制。1960—1979年機械攪拌通風發酵罐容積增大到80～150m3，因為大規模生產單細胞蛋白需要而出現了壓力循環和壓力噴射型發酵罐，計算機開始在發酵工業上得到廣泛應用制藥工程設備簡介第48頁1979年以后，伴隨生物工程和技術迅猛發展，大規模細胞培養發酵罐應運而生，胰島素、干擾素等基因工程產品走上商品化。對發酵罐嚴密性、運行可靠性要求越來越高，發酵計算機控制和自動化實際利用已相當普遍。pH電極、溶氧電極、溶解二氧化碳電極等在線檢測在國外已相當成熟。同時當代發酵工業為了獲取更大經濟利益，發酵罐愈加趨于大型化：廢水處理2700m3，單細胞蛋白1500m3，啤酒320m3，檸檬酸200m3，面包酵母20m3，抗生素200m3，干酪20m3，酸乳10m3。制藥工程設備簡介第49頁(一)發酵罐類型各種不一樣類型發酵罐都可用于大規模生化反應過程，它們在設