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简介
这是一个关于制药工程专业PPT课件，主要介绍了化学以及生物反应动力学、非牛顿流体的流变特性、流体流动与混合等内容。k和n为非牛顿参数。n亦称为非牛顿指数，k亦称为稠度系数， k 越大，流体就越稠。●对0< n<1，假塑性流体， n值越小，流体的非牛顿特性越明显。 羧甲基纤维素(0.25%的n=0.943) 、PVA（2.5％的n=0.952) 、黄原胶的水溶液，青霉、曲霉、链霉菌的培养液也表现假塑性流动特性，还有一些生产多糖的微生物发酵液以及高浓度的植物细胞悬浮液等也呈假塑性流动特性。●对n>1 ，胀塑性流体，n值越大，流体的非牛顿特性越明显。如淀粉的浆液，但在发酵液中较少见。 ● 0< n<1，屈服-假塑性流体(如1-5％的卡波末，一些发酵液）。● n>1的屈服-胀塑性极少见。俞路和白凤武研究发现：絮凝酵母在低质量浓度时悬浮液流变指数接近1可近似为牛顿性流体,随着颗粒质量浓度的增大,悬浮液流变行为发生了改变,由假塑性流体向屈服假塑性流体转变。●触变性流体：流体的黏度不随剪切速率变化，而且在恒定的剪切速率下，它的黏度随时间的推移而下降，并达到一个常数值。当剪切停止后，黏度可以恢复到最初的黏度值，欢迎点击下载制药工程专业PPT课件哦。
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k和n为非牛顿参数。n亦称为非牛顿指数，k亦称为稠度系数， k 越大，流体就越稠。●对0< n<1，假塑性流体， n值越小，流体的非牛顿特性越明显。 羧甲基纤维素(0.25%的n=0.943) 、PVA（2.5％的n=0.952) 、黄原胶的水溶液，青霉、曲霉、链霉菌的培养液也表现假塑性流动特性，还有一些生产多糖的微生物发酵液以及高浓度的植物细胞悬浮液等也呈假塑性流动特性。●对n>1 ，胀塑性流体，n值越大，流体的非牛顿特性越明显。如淀粉的浆液，但在发酵液中较少见。 ● 0< n<1，屈服-假塑性流体(如1-5％的卡波末，一些发酵液）。● n>1的屈服-胀塑性极少见。俞路和白凤武研究发现：絮凝酵母在低质量浓度时悬浮液流变指数接近1可近似为牛顿性流体，随着颗粒质量浓度的增大，悬浮液流变行为发生了改变，由假塑性流体向屈服假塑性流体转变。●触变性流体：流体的黏度不随剪切速率变化，而且在恒定的剪切速率下，它的黏度随时间的推移而下降，并达到一个常数值。当剪切停止后，黏度可以恢复到最初的黏度值。某些典型的原油以及某些粘土悬浮液、中药的凝胶、糊状物等。易与假塑性流体混淆。 ●震凝性流体：具有与触变性流体相反的行为，表观粘度随时间而增大，震凝性体系很少。已发现分子量2000的饱和聚酯就是震凝性流体。 ●识别方法：触变滞后曲线，连续增加剪切速率然后连续地降低剪切速率，受到的剪切作用不同而不能重合。 ●工艺操作的优化 ① 工艺时间的优化 化学合成反应过程、生物发酵过程以及药物制剂的配制过程，流体流变类型的改变通常意味着过程接近尾声或已结束。尤其在化学生物反应过程，流体由牛顿转变为非牛顿型，并呈现屈服性或切力增稠等暗示着过程即将结束。 ② 流体搅拌混合技术的优化 利用过程中流体流变行为的改变的信息和非牛顿流体的流变性质，可在反应或发酵前期采用高速搅拌达到理想的传质效果；而在反应或发酵后期保持高的搅拌转速是无意义的，甚至是不利的，此阶段采用低速并辅之返混措施则更有利过程的进行。 ● 搅拌结构的选择与设计 ①小分子的牛顿流体，各处的黏度是相等的 ②假塑性流体，假塑性越大对釜内混合、搅拌、传热等方面影响愈明显。桨叶附近的剪切速率最大、相应的表观黏度最小，远离桨叶的釜壁处黏度最大。 选择括壁式搅拌，或最大叶片式桨搅拌。 ● 纳米流体可大大提高对流换热系数，固体纳米呈现强化非牛顿体传热的特性。 ●流体流变性的测量：旋转黏度计对非牛顿流体最为合适。 ●由于非牛顿流体的黏度是变化的，它的流变特性主要是通过实验测量流动曲线。 ●通过实验测得一系列 数据为发酵设备的选型、结构设计、放大规律和操作条件优化提供工程参数。 ● PFR中的流体理想置换型，物料沿着流动方向逐段向前移动，没有轴向混合，象活塞一样向前移动。特点：流体微元通过反应器的停留时间相同，没有返混现象；反应器中流体的组成和温度沿着管程或轴向而递变，即在管子的轴向存在浓度梯度、温度梯度等；但管程中每一个点上，流体的组成和温度在时间的进程中是不变的，即在管子的径向上是充分混合的，无梯度。 ● CSTR中的流体流动为理想混合型，特点：物料在反应器内完成混合，反应器各点的物料组成和温度都相同，且等于出口流的组成和温度；物料微元在反应器内的停留时间不同。 ● 大多数真实反应器中的流体流动为中间流型，它存在着部分返混现象。 （3）反应器内流体返混的成因 一、由不均匀的速度分布引起，如流动过程中有死角和沟流以及粘性流体在管式反应器作层流流动时，均使流体的停留时间不同而造成返混 二、由物料的流动方向相反的运动引起，如连续釜式反应器的搅拌作用和管式反应器的分子扩散、涡流扩散而引起的速度波动，以致有不均匀的速度剖面而形成返混。 一般说来，由反应器的形状和内部结构关系引起流体的沟流、（停滞）死角等非理想流动所引起的返混十分严重。 非牛顿流体流动过程中的次生流、以及高粘性流体循环流动形成的层流都会引起返混。 对固定化酶或固定化细胞（包括各类菌）生物反应器，存在因固定化结构对流体的吸附以及分子在其中的扩散作用而形成的返混。 连续操作过程，各流体元的停留时间：在PFR中是相同的，在CSTR中是不相同的；实际的生化反应器中（流体是非理想流动的）是不相同的。间歇操作过程，因在一个封闭系统流动，故在BSTR中各流体元的停留时间是相同的，无返混问题。 （3）年龄分布密度函数I(t) 当物料以稳定的流速流入设备而不发生化学变化时，在时间t ＝0时于瞬间dt进入设备的流体元之中，具有停留时间为t到(t＋dt）之间的流体元在设备中的存在量dN′占设备内物流量N的分率为I(t) dt，即 ②停留时间分布的离散度 用停留时间各值对平均停留时间的离差的平方的数学期望—方差σ2来描述，即平均值的二次距。
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