盘点|生物制药设备都有哪些？

发布时间：2023-06-13 22:36:25

第一章流体测量技术1.绝对压强：容器内压强的真实值称为绝对压强，用P绝表示；表压强：用压力计测出容器内的压强值称为表压强，用P表表示，P

第一章流体测量技术

1.绝对压强：容器内压强的真实值称为绝对压强，用P绝表示；

表压强：用压力计测出容器内的压强值称为表压强，用P表表示，P表是容器内的真实压强值扣除当地大气压强值后的读数，P绝=P0+P表；

真空度：如果当地大气压强大于容器内绝对压强，则两者之间的差值称为容器的真空度。P真=P0-P绝。

2.流体静力学基本方程式：对液体，∆P=P1-P2=（ρA-ρB）Rg；对气体：∆P=ρA*gh

3.不锈钢管型号的表示方法：Φ108mm×4mm表示：钢管外径108mm，壁厚4mm，内径100mm。

4.气动隔膜阀的优点：减少了药液被污染的机会，广泛应用于生物制药流体输送。

5.雷诺准数：Re=duρ/μ；层流Re≤2000；过渡流2000≤Re≤4000；湍流Re≥4000，药品生产过程中，流体的输送是湍流。

第二章流体输送机械

1.气体输送设备：通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。

2.离心泵工作原理：液体随叶轮旋转在离心力作用下沿叶片间通道向外缘运动，速度增加、机械能提高。液体离开叶轮进入蜗壳，蜗壳流道逐渐扩大、流体速度减慢，液体动能转换为静压能，压强不断升高，最后沿切向流出蜗壳通过排出导管输入管路系统。离心泵由泵壳、叶轮、轴封三大部件组成。

2. 轴封：旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封。作用：防止高压液体沿轴漏出或外界空气漏入。常见有填料密封和机械密封两种。

3.气缚现象：如果离心泵在启动前壳内充满的是气体，则启动后叶轮中心气体被抛时不能在该处形成足够大的真空度，这样槽内液体便不能被吸上。这一现象称为气缚。

4.导轮的作用：减少能量损失。

5.设计点：效率曲线最高点称为（设计点），设计点对应的流量、压头和轴功率称为（额定流量、额定压头和额定轴功率），标注在泵的铭牌上。离心泵在（额定流量）下工作最经济。一般将最高效率值的（92%的范围称为泵的高效区，泵应尽量在该范围内操作。

6.离心泵并联：同一压头下，并联泵的流量为单泵流量的两倍，据此作出合成特性曲线。并联泵的流量大于一台单泵的流量，小于两台单泵的流量。V单<V井<V双。

7.离心泵串联：同一流量下，串联泵的压头为单泵压头的两倍，据此作出串联泵合成特性曲线。串联泵的流量大于一台单泵的流量，小于两台单泵的流量。V单<V井<V双

8.并串联的选择：高阻管路：串联泵。低阻管路：并联泵。

9.离心泵的选用：①根据被输送液体的理化性质和操作条件，确定类型；②根据管路系统对流量和养成提出的要求，从泵的样本产品目录或系列特征性曲线选出合适的型号。在选定型号时，要留有余地，即所选型号提供的扬程、流量、效率等参数要适当大一些。当有几种型号都能满足要求时选择效率最大的离心泵。③选好型号后，要列出泵的有关性能参数和转速。④若被输送液体的密度大于水的密度，则要核算泵的轴功率是否符合要求。

9.气蚀现象：当泵内某点的压强低至液体饱和蒸汽压时部分液体将汽化，产生的汽泡被液流带入叶轮内压力较高处再凝聚。由于凝聚点处产生瞬间真空，造成周围液体高速冲击该点，产生剧烈的水击。瞬间压力可高达数十个MPa，众多的水击点上水击频率可高达数十kHz，且水击能量瞬时转化为热量，水击点局部瞬时温度可达230℃以上。

防止措施：把离心泵安装在恰当的高度位置上，确保泵内压强最低点处的静压超过工作温度下被输送液体的饱和蒸汽压 pv。

10.隔膜泵：由于流体在泵缸内不与动力机械接触，因而（避免）了流体被动力机械的润滑油（污染）的情况，而隔膜具有（弹性），因而流体中有颗粒时（不会产生堵塞现象），所以隔膜泵能用于（多种性质的流体输送），如能输送强酸强碱、易燃易爆、有毒有害、强腐蚀性流体，也能用于（卫生输送过程），如发酵液、糖浆、糖蜜、花生酱、泡菜、土豆泥、小红肠、果酱、巧克力等的输送。

11.把常见的气体输送机械分为（通风机、鼓风机、压缩机、真空泵）等四种基础类型。

12.（往复泵、旋转泵、旋涡泵、齿轮泵）等都不同于离心泵，是（正位移泵）。所有的正位移泵在启动时不能关闭出口阀，以免泵内压力过大而损坏泵体，因此常在其出口处设计了出口旁路，以避免因出口阀抱死而发生事故。

13.（循环水真空泵和悬片式真空泵)都是利用了空间的扩张和收缩而达到抽气的目的，(水力喷射泵)则是利用水高速流动产生真空达到抽气目的。

14.(傅元叶定律)是热传导的基本定律；（牛顿冷却定律）是对流传热的基本定律。

第三章空气净化除菌与调节设备

1. 空气净化除菌方法：热杀菌、辐射杀菌（超声波杀菌、X射线杀菌、β射线杀菌、γ射线杀菌、紫外线杀菌）、静电除菌、过滤除菌。

原理：

1）惯性冲击滞留作用机理，当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动时，空气受阻即改变运动方向，绕过纤维前进。而微粒由于它的运动惯性较大，未能及时改变运动方向，直冲到纤维表面，由于摩擦黏附，微粒就滞留在纤维表面；

2）拦截滞留作用机理，当微生物等微粒随低速气流慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流受纤维所阻而改变流动方向，绕过纤维前进，并在纤维的周边形成一层边界滞流区。滞留区的气流速度更慢，进到滞留区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留；

3）布朗扩散作用机理，布朗扩散的运动距离很短，在较大的气速或较大的纤维间隙中是不起作用的，但在很小的气流速度和较小的纤维间隙中却能使微粒靠近纤维而被黏附；

4）重力沉降作用机理，重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降；

5）静电吸附作用机理，悬浮在空气中的微生物微粒或由于本身带有不同的电荷、或由于产生的诱导电荷，使它们随气流通过介质表面时，受带异性电荷的介质所吸引而沉降。当空气流过介质时，惯性撞击、拦截、布朗扩散、重力沉降和静电吸附这五种机理同时在起作用。

2.无菌空气：通过除菌处理使空气中含菌量降低到0或极低，从而使污染的可能降到最小。洁净区等级判断：级别↑，洁净度↓。

3.除菌原理：①布朗运动机理②重力沉降③静电荷吸附④惯性撞击⑤拦截机理。

4.空气净化原理：通过过滤出去尘埃即可取出空气中的微生物，水分/油滴是微生物的载体。

5.辐射杀菌最常用：紫外线杀菌）；过滤除菌是目前最常用最经济的手段之一。

6.高效过滤器的特点：效率高，阻力大，不能再生，一般2~3年更换一次，安装时正反方向不能倒装。

7.制药企业采用离心分离法净制空气的设备是：（旋风分离器）。

8.空气过滤除菌流程：中效空气净化流程：新风→初效→中效/亚高效→洁净室→排风，洁净室→回风→初效。高效：新风→初效→中效→高效→洁净室→排风，洁净室→回风→初效。送至洁净室的新风中，新风占总送风量25%，回风占25%。

第四章换热设备

1.根据不同的使用目的可将换热器分为：（蒸发器、加热器、冷凝器、冷却器）。

2.傅立叶定律：在一质量均匀、理化性质稳定的固体内进行热传导时，传热速率与温度梯度以及垂直于热流方向的表面积成正比。

3.衡量换热器好坏的标准是（传热速率、热通量）。传热效率高，流体阻力小，强度足够，结构合理，安全可靠，节省材料，成本低，制造、安装、检修方便。

4.换热设备的类型：按使用目的分类——冷却器、冷凝器、加热器、换热器、再沸器、蒸气发生器、废热(或余热)锅炉，按传热原理和实现热交换形式不同分类—— 直接接触式换热器、蓄热式换热器、间壁式换热器及液态载体的间接式换热器。换热器选型应考虑的因素：流体的性质，换热介质的流量、操作温度、压力。

5.平板式换热器由于金属薄板上有大量的凹凸波纹，不仅加强了金属薄板的机械强度，而且还提高了流体的湍流程度，增加了传热面积，强化了传热效果，因此，板式换热器被广泛地应用于快速升温或快速降温的换热过程中。

6.列管式换热器：①固定管板式换热器适合于壳程中输送较为清洁且不易结垢或腐蚀性小的流体。本设备结构简单、造价低廉、应用较广，但清洗和维修较困难。②U形管换热器：管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢，而管程介质清洁不易结垢以及高温、高压、腐蚀性强的场合。③浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。

7.板式换热器：①螺旋板式换热器适用于混悬液和粘稠流体的热交换过程。②板翅式换热器适合于低温或超低温条件下的换热过程。③夹套式换热器适用于反应釜、提取罐、发酵罐、蒸馏器等设备中。④平板式换热器应用于快速升温或快速降温的换热过程中。

8.增大传热平均温度差：在工艺规定的条件范围内，可改变冷、热流体的相对运动来增大传热平均温度差。通常采用逆流流动可增大其数值。

9.提高换热器传热效率：①增大传热平均温度差②提高总传热系数（a净化循环水b增强湍流c清洗设备）

第五章生物反应器

1.分批培养中的cell的生长过程可分为6个阶段：停滞期、加速生长期、指数生长期、减速生长期、平衡生长期、负生长期。接种后，细胞需要适应环境后才开始加速生长，随后增长速度不断加快，以指数的数量关系扩大繁殖。但随着时间的延长，容器内新生细胞增多，细胞的增长速度逐渐降低。并且部分细胞死亡，扩大繁殖速度减小，死亡速度增大，死亡与生长速度达到平衡。随后死亡速度不断加快，打破平衡后成为负增长，直至培养过程结束。

2.影响生物反应的因素：环境温度、酸碱度、营养物质浓度、氧气浓度、二氧化碳浓度、机械尺寸、流体湍流程度、细胞的生长浓度、产物的生成速度等。

3.双膜理论 ：气液界面上的传质阻力主要集中在气膜和液膜的滞流底层，滞流底层越厚阻力越大，液体的黏度越大，滞流底层越厚，传质阻力也越大。

4.生物反应器分类：按反应器内有机体种类分：微生物、植物细胞、动物细胞、酶反应器等；按结垢特征划分：罐式、管式、塔式、膜式反应器；按是否通氧划分：通风发酵设备、嫌气发酵设备。（作用）：是连接上有生物加工过程和下游生物加工过程的桥梁，是上有生物工程产品最终转化成末端产品的中心枢纽，是实现产品工业化生产的关键设备。

5.提高氧气传递速度的途有效径：（破坏滞流底层，降低液体粘度）。

具体措施有：（1）增强搅拌 ，机械搅拌可以增加反应液的湍流程度，促使分散的气泡变得更小、分布更均匀，减少液膜厚度、降低传质阻力；增强搅拌还可增加气液接触面积，延长气泡在反应液中的停留时间。（2）提高通气速率，通气量越大，反应液中的气泡就越多，溶解氧的浓度就越高。通气能起到一定的搅拌效果。（3）控制反应液体积 ，在同样搅拌强度下，反应液体积增大，会降低搅拌的效果。（4）改善反应液的性质 ，反应液的黏度影响液膜的表面张力，进而影响液体中气泡合并的难易度。

5.蒸汽灭菌原理：蒸汽能深入到液体内部，并迅速穿透细胞壁，使细胞整体升温，致使细胞内蛋白质凝固失去生物活性，从而终止了细胞的新陈代谢过程。

6.高压蒸汽灭菌锅注意事项及维护：1）在设备使用过程中，应对安全阀加以维修和检查，当设备闲置较长时间重新使用时应扳动安全阀上的小扳手，检查阀心是否灵活，防止弹簧因生锈影响安全阀跳起。同时设备工作时，当压力超过0.165Mpa时，安全阀不开启，应立即关闭电源，打开放气阀旋钮，当压力回到0时，稍等1-2min，在打开容器盖并及时更换安全阀。2）压力表应定期检查，保证安全使用，若压力表指示不稳或不能恢复到0时，应及时检修或更换。3）橡胶密封圈易老化变形，如有发现应及时更换。发现螺丝，螺母松动应及时加固。4 ）堆放灭菌物品时，严禁堵塞安全阀的出气孔，必须留有空间保证其畅通放气。5）每次使用前必须检查外桶内水量是否保持在灭菌桶搁脚处。6) 当灭菌持续时，在进行新的灭菌时，应留有5min的时间，并打开上盖让设备有时间冷却。7) 灭菌液体时，以不超过3/4体积为好，瓶口切勿使用未开孔的橡胶或软木塞。灭菌液体结束时不准立即释放蒸汽，必须待压力回到0时方可排放余汽。8) 平时应将设备保持清洁和干燥，方可延长使用年限。

7.喷射加热连续灭菌流程是目前常用的培养基灭菌方法，其特点是加热、冷却过程极为短暂，所以将温度升高到140 ℃而不引起培养液的严重破坏。因维持设备是管道，如果设计合理，则返混程度很小，可保证物料的先进先出，避免了培养基在灭菌过程中局部过热或灭菌不充分的现象发生。

8.双酶制糖工序有调浆、液化、糖化和过滤。生产设备主要有糊化锅、糖化喷射器、维持罐、冷却装置等。

9.自吸式发酵罐的优点：气液固三相混合均匀，分散度高，溶氧速率高，传热性能好，结构简单，附属设施少，投资省，能耗低。缺点：抽吸力不强，吸程不高，适用于对氧气需要量较低的醋酸和酵母的发酵生产。机械搅拌自吸式发酵罐的叶轮转速较高，在转子周围形成较强烈的剪切区，不适用于对剪切力敏感的微生物。

10.发酵过程中通过改变参数影响溶氧的可变因素主要是搅拌转速和通气量。罐压影响发酵液中溶氧浓度。

11.溶氧电极在使用前，必须进行原位标定。在发酵罐的安装位置上，取发酵过程中最大和最小的氧饱和条件作为溶氧值的零及饱和浓度条件进行校正称为原位校正。

12．通风量、转速最大——100%标定，通风量、转速最小——0%标定。

13.O2、CO2，分别用：顺磁氧分析仪、红外线CO2测定仪测定。

14.目前在各式植物cell培养过程中，使用较多的是：气升式发酵罐，而微生物：机械搅拌式发酵罐。

第六章非均相分离设备

1．非均相分离的方法：萃取、分离、沉淀、过滤。

2. X-press法：将浓缩的菌体悬浮液冷却至-25℃形成冰晶体，利用500MPa以上的高压冲击，使冷冻细胞从高压阀小孔中挤出,由于冰晶体的磨损，使包埋在冰中的微生物变形而引起的细胞破碎。

3.转鼓中碟片的作用：缩短固体颗粒的沉降距离、扩大转鼓的沉降面积，提高分离机的生产能力。

4．常用细胞破碎方法：（一）机械法：A珠磨法，B 高压匀浆法，C超声破碎发，D：X-press法，（二）非机械法：A酶溶法，B化学渗透法，C渗透压阀，D冻结融化法，E干燥法。

5．在细胞破碎过程中，由于各种力的作用产生了热效应，随着细胞悬浮液温度升高，生物活性成分受热失去活性，因而需要冷却。通常在高压均质机的均质头设计有循环冷却装置，以保证破碎过程中活性成分的活性。　

6.细胞的破碎率可通过生物染色法确定

7.均质机选型：一是原料本身的性质，黏度、热敏性等。另一个是能耗问题，压力越高，运行费用越大。

8.研磨剂是直径小于1mm的玻璃珠、钢珠、石英砂、氧化铝等。

9.珠磨法的破碎率一般控制在８０％以下的原因：降低能耗、减少大分子目的产物的失活，减少由于高破碎率产生的细胞小碎片不易分离而给后续操作带来的困难。

10. 沉降：某种力作用下，利用连续相与分散相的ρ差异，使之发生相对运动而分离的过程。

11.过滤：当悬浮液通过多孔介质时固体颗粒被截留的过程称为过滤。悬浮液称为滤浆，多孔物质称为过滤介质，通过介质的液体称为滤液，被截留的物质称为滤饼或滤渣。

12.工业上常用的过滤介质中堆积介质（石英砂、活性碳等）常用于处理含固体微粒少的悬浮液。

13.影响过滤速度的因素：

（1）液体的黏稠性越大，则滤过速度越慢；

（2）过滤介质的孔道越长，孔径越小，孔道数目越少，则过滤速度越慢；（3）滤床面上下压力差越大则滤过速度越快；

（4）滤渣层越厚滤速越慢。

14．过滤阻力主要决定于滤饼的厚度及其特性。滤渣愈厚，微粒愈细，则过滤阻力愈大。

15．膜分离的优点：在常温下进行，无相态变化，无化学变化，选择性好，适应性强，不易被污染。分离效率高、能耗较低、膜组件结构紧凑、操作方便、分离范围广等，不仅适用于热敏性物质的分离、分级、浓缩与富集，而且适用于从病毒、细菌到微粒范围广泛的有机物和无机物的分离及许多理化性质相近的混合物的分离。

16．应用领域

（1）制药行业：１）生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制；２）树脂解析液的浓缩及解析剂回收；３）农药水剂、粉剂的生产应用；４）中药浸提液过滤除杂及浓缩；５）中药浸膏生产应用；６）合成药、原料药、中间体等的脱盐浓缩；７）结晶母液回收

（２）、食品行业：１）乳清废水处理；２）乳制品生产加工应用；３）果汁澄清脱色；４）食品添加剂纯化浓缩；５）茶饮料澄清浓缩；６）啤酒、葡萄酒、黄酒的精制加工；７）天然色素提取液的除杂及浓缩；８）氨基酸发酵液过滤澄清及精制。

（３）、其它如化工、环保等行业

17.无机膜：可分为金属膜材料和陶瓷膜材料。陶瓷膜材料包括Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2等氧化物以及胺化硅、碳化硅等非氧化物。有机膜：纤维素类、聚酰胺类、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、其他。

18．浓度极化：在超滤过程中，靠近膜面处的溶液因其中溶剂和小分子物质常形成一层近于固体的凝胶层，其阻力大于超滤膜本身，同时将分子量小于截留值的溶质也被截留，起到次级膜的作用，因而使液体透过速度与截留性能均受影响。

19.改善浓度极化现象，能提高滤速，使液体在系统中不断地循环流动，利用流体的动力作用将膜面上的截留物冲洗掉，结果既能保持滤速，又可使截留物呈液体浓缩物而被回收。

20．陶瓷膜简介：由Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2等无机材料制成，其孔径为2～50mm。具有化学稳定性好，能耐酸、碱、有机溶剂；机械强度大，可反向冲洗；抗微生物能力强；耐高温；孔径分布窄，分离效率高等特点。

第七章蒸发器：实例分析

1.旋转蒸发器主要用于生物制药、化工等行业的浓缩、结晶、干燥、分离及溶媒回收。其原理为：在真空条件下，恒温加热，使旋转瓶恒速旋转，无聊在瓶壁形成大面积薄膜，高效蒸发。溶媒蒸汽经高校玻璃冷凝器冷却，回收于收集瓶中，大大提高蒸发效率。他别适用于对高温容易分解变性的生物制品的浓缩提纯。

2.蒸发：是一种物理现象。蒸馏：是指取过程；蒸馏过程必有蒸发、但蒸发过程未必有蒸馏。

3.相对挥发度α：α值差距↑，分离效果越好。

第八章蒸馏设备

1. 酒精回收塔回收效率高，可将浓度为30%～50%左右的稀酒精浓缩成95%左右的浓溶液。酒精回收塔具有结构紧凑、运行成本低、清洗和维修方便等优点，有广泛的使用。

2. 实例分析：酒精蒸馏釜出料阀没有开启是造成这起事故的直接原因。由于出料阀未打开，当开通蒸汽升温后酒精蒸发，使蒸馏釜从常压状态变为受压状态；当釜内酒精蒸汽压力超过釜盖螺栓的密封力时，将釜盖冲开，大量酒精蒸汽冲出后与空气迅速混合，形成爆炸混合物，遇火源瞬间燃烧爆炸。

第九章通用干燥设备

1. 冷冻干燥：又称升华干燥。将含水物料冷冻到冰点以下，使水转变为冰，然后在较高真空下将冰转变为蒸气而除去的干燥方法。

2. 实例分析：中药浸膏提取液中含有多糖、蛋白质、黏液质、树脂、果胶等大分子物质，其黏度高，是黏稠性液体。为了保护中药浸膏提取液中的有效成分，要求干燥时间短，温度不能过高。喷雾干燥法可满足上述要求。但中药浸膏提取液喷雾干燥后易产生黏壁现象，所以干燥器应设计安装有敲打装置。中药喷雾干燥器设计了振动锤，可以对内壁连续不断地振动，避免了黏壁现象的发生。

3.分析注射用水贮存过程中要不断地循环流动的原因：由于注射用水纯度极高，性质不稳定，很容易染菌，为了避免水质下降，生产出的蒸馏水必须保温和流动，且避免容器污染。因此，注射用水贮存罐中的蒸馏水不能长期保留，一般规定24小时为一周期，否则需要回流到蒸馏器中重新蒸馏，同时，贮存罐中应有加热装置，以维持罐内水温在80℃以上。另外，贮存罐一般采用316L型不锈钢材料支撑，可避免阴阳离子溶出产生。

第十章制水设备

1.在制水生产时，精密过滤器用于拦截从活性碳过滤器脱落下来的碳颗粒。

2.二级反渗透制水工艺流程是，原水通过增压泵输送到双层石英砂过滤器、天然锰砂过滤器、活性碳过滤器、钠离子型软化器预处理后，再送入一级反渗透主机、二级反渗透主机进行反渗透处理，所得反渗透水经紫外线杀菌，精密过滤器过滤后送入贮存罐贮存。

3.单元蒸发器的汽液分离器用来分离蒸汽中的液滴，以除去液滴中的内毒素和热原等杂质。

4.制药工艺用水包括：饮用水、纯化水、注射用水

5.注射用水的制备工艺：原水预处理--纯化水制备--蒸馏除热原

6.三分离技术：同时采用重力分离、螺旋分离和导流板撞击分离的技术。

7：气压式蒸馏水器的工作原理：将纯化水加热至沸腾汽化，产生的二次蒸汽被蒸汽压缩机压缩而温度和压力都同时升高，被压缩的蒸汽经冷凝即得到成品蒸馏水。

第十一章粉碎筛分混合

1.粉碎设备：万能粉碎机（适用于多种结晶性和纤维性等脆性、韧性物料以及各种不同细度要求的粉碎，但粉碎过程会发热，故不适用于粉碎含大量挥发性成分或黏性及遇热发黏懂得物料）、球磨机（结构简单、密闭操作，粉尘少，常用于毒性药物、刺激性药物或吸湿性药物的粉碎。对结晶性药物、硬而脆的药物进行粉碎，效果更好）、微粉机（）

2.药筛：9种筛号，一号孔径最大，依次是二号筛，九号最小。