每個(gè)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(gè)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(huì)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(dòng)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(duì)于確保過程盡可能高效地運(yùn)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(huì)引入第三種成分，并且在反應(yīng)完成之前也不會(huì)取出任何成分。這將允許該過程作為單個(gè)批次運(yùn)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(diǎn)。

整個(gè)反應(yīng)器的成分均勻。

多為非穩(wěn)態(tài)。

它們?cè)趦x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(shí)間。

對(duì)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(diǎn)，但它也有一些缺點(diǎn)。

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(huì)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)（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(shí)進(jìn)行反應(yīng)，即同時(shí)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(gè)亮點(diǎn)。

在穩(wěn)態(tài)下，任何一點(diǎn)的成分都不會(huì)隨時(shí)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)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?cè)谙嗤w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(fèi)的時(shí)間稱為“停留時(shí)間”，對(duì)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(diǎn)。

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(huì)。

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

對(duì)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(dòng)部件，因此會(huì)促進(jìn)高壓和腐蝕性反應(yīng)。

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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(gè)或多個(gè)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。

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(dòng)與固體催化劑床接觸，同時(shí)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。

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(dòng)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。

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(gòu)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(duì)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(cè)試人員的材料測(cè)試報(bào)告才能將其確定為 SS316L。

此外，如果碳是一個(gè)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(huì)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(shí)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?yàn)樗绕渌麖?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(shí)，不銹鋼反應(yīng)器是不可持續(xù)的，因此會(huì)隨著時(shí)間的推移而腐蝕。

為了避免這種情況，因?yàn)椴Ａ菀壮惺芩?。玻璃提供全面的?qiáng)酸保護(hù)，防止長(zhǎng)期磨損。

玻璃反應(yīng)器不適合堿性操作，因?yàn)椴Ａе谐Ｓ玫呐鸸杷猁}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)器在 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(gè)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。