1、生物制藥設備與車間設計,劉春冬 684632 ,課程教學目標,理解生物反應器的概念，重點掌握細胞生物反應器。 掌握培養(yǎng)基滅菌和空氣除菌工藝流程及設備。 掌握生物制藥工程下游分離純化原理與設備。 熟悉生物制藥車間設計。,課程難點,滅菌工藝、分離純化工藝定量計算 生物制藥相關設備工藝參數(shù)設計,生物制藥全過程簡圖,生物工程上游技術,基因工程： 通過基因重組獲得基因工程菌、轉基因動植物。,生物反應工程,通過發(fā)酵工程、細胞工程和酶工程獲得含目的產物的 混合物料。,生物分離工程,從生物反應產物體系中提取和純化活性成分的過程。,成品加工（制劑工程）,將所得活性成分加工成各種適宜的劑型。如片劑、膠囊劑、口服液

2、、水針劑、粉針劑、大輸液等。,第一章 緒論,第一節(jié) 生物制藥設備概述 第二節(jié) 生物反應器基本理論,第一節(jié) 生物制藥設備概述,一、生物制藥 廣義定義：泛指包括生物制品在內的生物體的初級和次級代謝產物或生物體的某一組成部分，甚至整個生物體用作診斷和治療疾病的生物體。 狹義定義：采用DNA重組技術或其他生物新技術研制的蛋白質或核酸類藥物。,生物制藥是以基因工程、細胞工程、發(fā)酵工程等技術，利用生物體來生產藥品。 生物技術最早應用的產業(yè)領域是醫(yī)藥行業(yè)。目前，美國的生物技術公司大部分集中在醫(yī)藥保健品領域。 第一個生物藥物是1982年有美國基因科技公司開發(fā)的基因重組胰島素。,生物制藥發(fā)展迅速新興行業(yè),近20

3、年來，以基因工程、細胞工程、酶工程為代表的現(xiàn)代生物技術迅猛發(fā)展，現(xiàn)代生物技術在醫(yī)藥學方面廣泛應用，生物醫(yī)藥產業(yè)化進展快速發(fā)展。上世紀90年代以來，全球生物藥品銷售額以年均30%以上的速度增長，大大高于全球醫(yī)藥行業(yè)10%左右的增長速度。 2010年，生物藥物的份額占醫(yī)藥市場份額達18%左右。,生物藥占全球前100暢銷藥物數(shù)量比重,二、生物化學工程,生化工程是運用化學工程的原理和方法對實驗室取得的生物技術成果進行工業(yè)化開發(fā)的科學。 生化工程研究的問題：工業(yè)化生產中培養(yǎng)基和空氣滅菌過程，水的純化過程，生物反應器的設計、生化產品的分離純化等。,生物催化劑,底物、培養(yǎng)基,生物反應器,產品,副產品,廢物,

4、成品加工,回收,無害處理,反應條件控制,檢測控制,空氣,三、生物制藥設備,大致可分為三類 一、生物反應核心設備：生物反應器 二、生物反應準備設備：培養(yǎng)基滅菌設備、空氣除菌設備 三、生物反應下游加工設備：生物藥物分離純化設備,生物反應器,生物反應器是生化反應發(fā)生的場所，是整個生化工程的關鍵設備。 生物反應器是為特定的細胞或酶提供適宜增殖或進行特定生化反應環(huán)境的設備。 生物反應器設計和放大是一個非常復雜的問題。,培養(yǎng)基滅菌設備 為生物反應提供無菌的培養(yǎng)基 空氣除菌設備 為生物反應提供無菌空氣,分離純化設備,藥物對雜質種類及其含量有嚴格的規(guī)定。 制藥合成產物的藥物成分含量很低，雜質含量很高，并且雜質

5、與目標產物有相似的結構，很難分離。 藥物成分的穩(wěn)定性較差，使得分離純化方法的選擇受到很大限制。,第二節(jié) 生物反應器基本理論,一、生物反應器基本工程概念 1、什么是生物反應器 利用生物催化劑進行生物技術產品生產的反應裝置稱為生物反應器，或者說生物反應器是生物化學反應得以進行的場所。,2、生物反應器分類,（1）按操作方式：間歇式、連續(xù)式、半連續(xù)式。,（2）按反應器內流體流動及混合程度：理想反應器、非理想反應器。,（3）按幾何形狀：罐式（釜式）、管式、塔式、膜式。 罐式（釜式）：高度與直徑相當或稍高，釜內有攪拌等裝置。 管式：長徑比大，多用于均相反應。 塔式：高徑比大，內部有填料、篩板等裝置。 膜式

6、：有膜組件。,3、生物反應器設計內容,確定反應器類型。 設計反應器的結構，并確定結構參數(shù)。 確定工藝參數(shù)和控制方式。,二、理想反應器,1、幾種典型反應器型式 間歇操作的攪拌釜 連續(xù)操作的攪拌釜 連續(xù)操作的管式反應器,（1）間歇操作的攪拌釜,物料一次性加入，反應完畢后一起放出，全部物料參加反應的時間是相同的。 釜內各點的溫度、濃度均勻一致，反應物濃度隨時間而變化，反應速度也隨時間而變化。 適合藥品生產規(guī)模小，品種多，原料與工藝條件多樣的特點。,連續(xù)操作的攪拌釜,釜內裝有強烈攪拌器，反應器內各點溫度、濃度均勻一致，物料隨進隨出，連續(xù)流動，出口物料中反應物濃度與釜內反應物濃度相同。,連續(xù)操作的管式反

7、應器,從反應器一端加入反應物，從另一段引出產物，反應物沿流動方向前進。 反應物濃度、反應速度沿流動方向逐漸降低，在出口處達到最低值。,2、返混與停留時間分布,停留時間分布： 進入連續(xù)反應器的物料粒子，有的很快從出口流出，有的經過很長時間才從出口流出，停留時間有長有短，形成一定的分布，稱為停留時間分布。 間歇反應器無停留時間分布。,年齡分布與壽命分布,年齡分布：從進入反應器的瞬間開始算年齡，不同年齡的物料粒子混在一起，形成一定分布，稱為年齡分布。 壽命分布：在出口物料中，不同壽命的粒子混在一起，形成一定的分布，稱為壽命分布。,返混,返混：不同年齡的物料粒子混在一起的現(xiàn)象稱為返混。 間歇反應器內不

8、存在返混現(xiàn)象，返混是連續(xù)操作反應器中特有的現(xiàn)象。,返混產生的原因（自學）,渦流與擾動 速度分布 溝流 倒流 短路與死角,返混的影響（自學）,返混使產品的收率、質量降低。 返混使反應物濃度降低，反應速度減小，反應容器增大。 在某些情況下返混也可能是有利的，對于自催化反應，反應物容積反而減小。,3、理想反應器,根據(jù)返混程度的大小，可以將流動情況分為3種類型： 平推流 全混流 中間流,平推流,不存在返混的一種理想流動型式，其特點是流體通過細長管子時，在與流動方向稱垂直的截面上，各粒子速度完全相同，也稱活塞流。 細長型管式反應器內物流流動情況類似這種型式。,全混流,返混程度最大的一種理想流動型式。物料一進入反應器就立即均勻分散在整個反應器內，且在出口科同時檢測到新加入的物料粒子。反應器內物料的溫度、濃度完全一致，且分別與出口處溫度、濃度相同。 連續(xù)攪拌釜內物流流動情況類似這種型式。,中