2.4.2　化學制藥反應設備

化學制藥工藝中的反應過程是實現生產轉化的關鍵，反應必須在一定的設備中完成，所以化學藥品的生產有賴于工藝與設備兩方面的因素。一般來講是根據工藝的需要來設計和選取相應的反應設備，但在工業化的反應設備上得到的最佳工藝條件往往會與小試和中試的結果有所差異，所以二者之間是相互聯系、相互制約的。

在實驗室階段的藥物合成反應一般不考慮傳遞的影響，但在工業規模上的反應過程中傳遞過程往往成為關鍵的影響因素。所以工業規模的化學反應過程可以看成是具有一定反應特性的物料在具有一定傳遞特性的設備中進行化學轉變的過程，產品收率的高低一方面取決于反應本身的特性，另一方面也取決于反應設備的特性，即傳遞過程特性，這其中的傳遞過程包括了質量、熱量和動量的傳遞，這也就是反應工程中的“三傳一反”。所以要實現化學制藥過程的最佳反應結果，除了要對反應機理和過程進行深入的研究和分析外，還要對反應設備進行充分的認識和了解。

2.4.2.1　反應器的基本類型

反應器的類型多種多樣，按物料的聚集狀態可分為均相和非均相反應器；按結構可分為釜式反應器、管式反應器、塔式反應器、固定床反應器、流化床反應器等；按操作方式可分為間歇操作反應器和連續操作反應器。

如果將反應器的結構與操作方式結合起來考慮，在化學制藥工業中常見的反應器包括間歇操作攪拌釜、連續操作攪拌釜和連續操作管式反應器這三種基本型式。這幾種反應器內物料的流動狀況具有典型性，深入研究它們對化學反應的影響，將有助于反應器的選型和對反應過程的認識和控制。

（1）間歇操作的攪拌釜　這種反應器的特點是周期性操作，物料一次加入，反應完畢后一次排出，反應器清洗徹底后再進行下一批操作。全部物料參加反應的時間是相同的。在良好的攪拌下，釜內各點的溫度、濃度可以達到均勻一致。釜內反應物濃度在開始時最大，隨著反應進行濃度逐漸減小，所以反應速率也隨時間的推移而逐漸減小直至反應終止。由于藥品的生產規模小、品種多、工藝條件復雜，而間歇操作的攪拌釜裝置簡單、操作方便靈活、適應性強，因而在化學制藥工業中得到了廣泛的應用。

（2）連續操作的管式反應器　管式反應器的特點是從反應器的一端加入反應物，從另一端引出反應產物。反應物料沿流動方向前進，反應時間是管長的函數。反應物濃度、反應速率沿流動方向逐漸降低，在出口處達到最低值。在操作達到穩定狀態時，沿管長任一點的反應濃度、溫度、壓力等參數等都不隨時間而改變，因而反應速率也不隨時間而改變。

（3）連續操作的攪拌釜　這種反應器的特點是物料連續加入，產物連續流出，釜內裝有攪拌器使物料劇烈攪動，反應器內各點的溫度、濃度均勻一致。在穩定狀態流動時，釜內反應溫度、濃度都不隨時間而變化，因而反應速率也保持恒定不變。

在連續操作的攪拌釜內反應物濃度與出口物料中的濃度相等，因而釜內反應物的濃度很低，反應速率很慢，要達到同樣的轉化率，連續操作攪拌釜需要的反應時間較其他類型反應器的要長，因而需要的反應器體積較大，這是它的主要缺點。

2.4.2.2　間歇攪拌釜式反應器

因為間歇攪拌釜式反應器的特點能更好地滿足化學制藥工業的要求，因此它是化學制藥工業中主要采用的反應器類型。它可以用于液相的均相反應，也可用于以液相為主的非均相反應，包括非均相液相、液固相、氣液相、氣液固相反應等。

釜式反應器的結構主要包括殼體、攪拌裝置、軸封、換熱裝置這四大部分，如圖2-8所示。

釜式反應器的殼體結構包括筒體、底、蓋（或稱封頭）、手孔或人孔、視鏡及各種工藝接管口等。其中筒體材質的選擇非常重要，在制藥工業中根據反應的特性可選擇容器鋼、鑄鐵、不銹鋼等材料，還可在罐體的內壁內襯橡膠、搪玻璃、聚四氟乙烯等耐腐蝕材料。

釜式反應器的攪拌裝置主要由攪拌軸和攪拌電機組成，攪拌軸上的葉輪隨旋轉軸運動將機械能施加給液體，并促使液體運動。因而它的結構型式對攪拌的效果有決定性的影響。化學制藥工業中常見的攪拌器型式包括推進式攪拌器、渦輪式攪拌器、槳式攪拌器、錨式和框式攪拌器及螺帶式攪拌器。其中前兩者屬于小直徑高轉速攪拌器，適用于低黏度液體的攪拌；后三者屬于大直徑低轉速攪拌器，適用于高黏度液體的攪拌。在實際操作中應根據反應體系的特點選擇合適的攪拌器型式，如均相液體的混合可采用推進式或渦輪式攪拌器，氣體吸收反應可采用圓盤渦輪式攪拌器，而對結晶過程則可能需采用槳式攪拌器。另外在實際操作過程中為了消除打旋現象、保證攪拌效果，還經常在反應釜內加裝導流筒和擋板等附屬結構。

攪拌反應器的軸封主要有填料密封和機械密封兩種，前者成本低、結構簡單、使用方便，但需經常調解和更換；后者結構復雜、成本高，但密封效果好。反應釜的換熱裝置是用來加熱或冷卻反應物料，使之符合工藝要求的溫度條件的設備。其結構型式主要有夾套式、蛇管式、列管式、外部循環式等，也可直接用火焰或電感加熱。其中，夾套式和蛇管式在化學制藥工業中應用最為普遍，所以一般的反應釜都帶有夾套裝置，可以采用蒸汽加熱反應物料或冷卻液體來給反應體系降溫。