制藥工程是以藥學(xué)、化學(xué)、生物技術(shù)、工程學(xué)等相關(guān)學(xué)科綜合所形成的一門新興交叉學(xué)科,其作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的新興學(xué)科,具有自己廣闊的研究領(lǐng)域。本次制藥工程專業(yè)規(guī)劃教材的編寫修訂工作將在總結(jié)上一輪教材編寫經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,積極吸取近年來制藥工程專業(yè)發(fā)展所取得的成果,進(jìn)一步完善制藥工程專業(yè)教材體系和教材內(nèi)容。以期能夠面向行業(yè)發(fā)展、社會(huì)發(fā)展,以及用人單位的需要,以提高所培養(yǎng)的制藥工程師的勝任力為核心。在保證基本知識(shí)、基本理論足夠、適用的前提下,重視現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、方法論的融入,秉承精化基礎(chǔ)理論、優(yōu)化專業(yè)知識(shí)、強(qiáng)化實(shí)踐能力、深化素質(zhì)教育、突出專業(yè)特色的原則來構(gòu)建合理的教材體系,服務(wù)新工科建設(shè)。
本次修訂的總指導(dǎo)思想是充分考慮制藥類專業(yè)的特點(diǎn),進(jìn)一步精選內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)三基(基本理論、基本知識(shí)和基本技能)和五性(思想性、科學(xué)性、先進(jìn)性、啟發(fā)性和適用性),注重理論與實(shí)踐以及藥學(xué)與工程學(xué)的結(jié)合,力求反映制藥工業(yè)的特點(diǎn)和制藥工程專業(yè)的特色。
修訂時(shí)仍保持本書的原有特點(diǎn),改寫了部分章節(jié),特別是與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范不相適應(yīng)的部分,增加了數(shù)字化的目標(biāo)檢測題和教學(xué)課件(PPT)。此次再版將使本書的適用性和可讀性得到進(jìn)一步提升。
本書第1 版于2014 年問世,先后受到許多兄弟院校及相關(guān)行業(yè)的同行、讀者的支持和肯定。眾多單位的使用實(shí)踐證明,教材的章節(jié)體系、內(nèi)容、深淺等尚能滿足教學(xué)需要。但由于制藥工業(yè)的飛速發(fā)展,新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備層出不窮,同時(shí),持續(xù)推進(jìn)新工科和一流專業(yè)建設(shè),教材的某些內(nèi)容已不能適應(yīng)本課程的教學(xué)要求。根據(jù)《制藥工程本科專業(yè)教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》,并吸取幾年來各院校使用該教材的經(jīng)驗(yàn)與建議,對(duì)第1 版教材進(jìn)行了修訂。
本次修訂的總指導(dǎo)思想是充分考慮制藥類專業(yè)的特點(diǎn),進(jìn)一步精選內(nèi)容,強(qiáng)調(diào)教材的三基(基本理論、基本知識(shí)和基本技能)和五性(思想性、科學(xué)性、先進(jìn)性、啟發(fā)性和適用性),注重理論與實(shí)踐以及藥學(xué)與工程學(xué)的結(jié)合,力求反映制藥工業(yè)的特點(diǎn)和制藥工程專業(yè)的特色。
修訂時(shí)仍保持本書的原有特點(diǎn),改寫了部分章節(jié),特別是與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范不相適應(yīng)的部分,增加了數(shù)字化的目標(biāo)檢測題和教學(xué)課件(PPT)。此次再版將使本書的適用性和可讀性得到進(jìn)一步提升。
新版教材由王志祥教授主編并統(tǒng)稿,郭永學(xué)教授和劉廣春教授級(jí)高級(jí)工程師任副主編。參加本書編寫工作的人員有王風(fēng)萍、呂春艷、劉艷、楊榮華、鄭琳、趙玉佳、郭坤、黃德春、雷雪霏、蔡秀蘭。在編寫過程中得到了中國藥科大學(xué)史益強(qiáng)、崔志芹、武法文、楊照、李想、戴琳以及杰科(天津)生物醫(yī)藥有限公司范寶慶等諸多同志的大力支持,在此一并表示感謝。
雖然作者在編寫和修改過程中已作了很大努力,但由于水平所限,錯(cuò)誤和不當(dāng)之處在所難免,懇請廣大讀者批評(píng)指正,以利于該書的進(jìn)一步修改和完善。
王志祥
2023 年5 月于中國藥科大學(xué)
現(xiàn)任中國藥科大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師、制藥工程專業(yè)負(fù)責(zé)人。兼任藥學(xué)教指委制藥工程分委會(huì)委員、中國藥學(xué)會(huì)制藥工程專委會(huì)副主任委員等。編著或主編教材11部,包括3部國家級(jí)規(guī)劃教材、3部省部級(jí)規(guī)劃教材。主講的制藥工程學(xué)課程被評(píng)為國家線下一流課程(1/1),制藥工程學(xué)課程體系的建立與實(shí)踐獲省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)(1/5),獲省優(yōu)秀多媒體教學(xué)課件一等獎(jiǎng)(2/5))和二等獎(jiǎng)(2/4)各1項(xiàng)。
緒論 1
一、 制藥工業(yè)與單元操作 /1
二、 課程性質(zhì)和任務(wù) /1
三、 單位換算 /1
第一章 流體流動(dòng) 4
第一節(jié) 概述 /4
第二節(jié) 流體靜力學(xué) /5
一、 流體的密度 /5
二、 流體的壓強(qiáng) /8
三、 流體靜力學(xué)基本方程式 /9
第三節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng) / 15
一、 流量與流速 / 16
二、 穩(wěn)態(tài)流動(dòng)與非穩(wěn)態(tài)流動(dòng) / 17
三、 連續(xù)性方程式 / 18
四、 伯努利方程式 / 19
第四節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)現(xiàn)象 / 24
一、 牛頓黏性定律與流體的黏度 / 24
二、 流動(dòng)類型與雷諾數(shù) / 26
三、 流體在圓管內(nèi)的速度分布 / 28
四、 層流內(nèi)層 / 28
第五節(jié) 流體在管內(nèi)的流動(dòng)阻力 / 29
一、 直管阻力 / 29
二、 局部阻力 / 34
三、 管路系統(tǒng)的總能量損失 / 38
四、 降低管路系統(tǒng)流動(dòng)阻力的途徑 / 40
第六節(jié) 管路計(jì)算 / 41
第七節(jié) 流速與流量的測量 / 43
一、 流量測量裝置概述 / 44
二、 以流體機(jī)械能守恒為基礎(chǔ)的流速與流量測量裝置 / 45
第二章 流體輸送設(shè)備 53
第一節(jié) 液體輸送設(shè)備 / 53
一、 離心泵 / 53
二、 其他類型泵 / 67
第二節(jié) 氣體輸送設(shè)備 / 72
一、 離心式通風(fēng)機(jī) / 72
二、 鼓風(fēng)機(jī) / 74
三、 壓縮機(jī) / 74
四、 真空泵 / 76
第三章 沉降與過濾 80
第一節(jié) 重力沉降 / 80
一、 重力沉降速度 / 80
二、 沉降槽 / 83
三、 降塵室 / 84
第二節(jié) 離心沉降 / 87
一、 慣性離心力作用下的離心沉降 / 87
二、 離心分離設(shè)備 / 88
第三節(jié) 過濾 / 91
一、 基本概念 / 91
二、 恒壓過濾 / 95
三、 過濾設(shè)備 / 97
四、 濾餅的洗滌 / 99
五、 板框壓濾機(jī)的生產(chǎn)能力 /100
第四節(jié) 膜過濾 /101
一、 膜過濾原理與膜組件 /101
二、 微濾 /103
三、 超濾 /103
四、 納濾 /104
五、 反滲透 /104
六、 電滲析 /105
第四章 傳熱 107
第一節(jié) 概述 /107
一、 傳熱的基本方式 /107
二、 典型的傳熱設(shè)備 /108
三、 換熱器的主要性能指標(biāo) /109
四、 穩(wěn)態(tài)傳熱和非穩(wěn)態(tài)傳熱 /110
第二節(jié) 熱傳導(dǎo) /110
一、 溫度場和溫度梯度 /110
二、 傅里葉定律和導(dǎo)熱系數(shù) /111
三、 平壁的熱傳導(dǎo) /112
四、 圓筒壁的熱傳導(dǎo) /115
第三節(jié) 對(duì)流傳熱 /117
一、 對(duì)流傳熱分析 /117
二、 對(duì)流傳熱速率方程 /118
三、 對(duì)流傳熱系數(shù) /119
第四節(jié) 傳熱計(jì)算 /130
一、 能量衡算 /130
二、 總傳熱速率方程 /131
三、 總傳熱系數(shù) /132
四、 平均溫度差 /134
五、 壁溫的估算 /137
六、 設(shè)備熱損失的計(jì)算 /138
第五節(jié) 換熱器 /139
一、 間壁式換熱器 /139
二、 傳熱過程的強(qiáng)化 /146
第五章 蒸發(fā) 149
第一節(jié) 概述 /149
一、 蒸發(fā)過程的特點(diǎn) /150
二、 蒸發(fā)的分類 /150
第二節(jié) 單效蒸發(fā) /151
一、 單效蒸發(fā)流程 /151
二、 單效蒸發(fā)的計(jì)算 /152
第三節(jié) 多效蒸發(fā) /157
一、 多效蒸發(fā)原理 /157
二、 多效蒸發(fā)流程 /158
三、 蒸發(fā)過程的節(jié)能措施 /160
第四節(jié) 蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)強(qiáng)度及效數(shù)的限制/162
一、 生產(chǎn)能力 /162
二、 生產(chǎn)強(qiáng)度 /162
三、 多效蒸發(fā)效數(shù)的限制 /163
第五節(jié) 蒸發(fā)設(shè)備 /163
一、 蒸發(fā)設(shè)備的結(jié)構(gòu) /163
二、 蒸發(fā)器的選型 /170
第六章 結(jié)晶 172
第一節(jié) 基本概念 /172
一、 溶解度 /172
二、 過飽和度 /174
第二節(jié) 結(jié)晶動(dòng)力學(xué)與操作控制 /175
一、 結(jié)晶動(dòng)力學(xué) /175
二、 結(jié)晶操作的主要性能指標(biāo) /177
三、 結(jié)晶操作方式 /178
四、 結(jié)晶操作控制 /178
第三節(jié) 結(jié)晶計(jì)算 /180
一、 物料衡算 /180
二、 熱量衡算 /181
第四節(jié) 結(jié)晶設(shè)備 /182
一、 冷卻結(jié)晶器 /183
二、 蒸發(fā)結(jié)晶器 /184
三、 真空結(jié)晶器 /184
第七章 蒸餾 187
第一節(jié) 概述 /187
一、 蒸餾過程的基本概念 /187
二、 蒸餾過程的分類 /188
第二節(jié) 雙組分系統(tǒng)的氣液平衡 /188
一、 雙組分理想液態(tài)混合物的氣液平衡 /188
二、 雙組分非理想液態(tài)混合物的氣液平衡 /193
第三節(jié) 蒸餾與精餾原理 /195
一、 簡單蒸餾與平衡蒸餾 /195
二、 精餾原理 /196
第四節(jié) 雙組分連續(xù)精餾塔的計(jì)算 /198
一、 物料衡算 /198
二、 精餾塔塔板數(shù)的計(jì)算 /199
三、 熱量衡算和節(jié)能 /215
第五節(jié) 間歇精餾 /216
一、 間歇精餾的特點(diǎn) /217
二、 間歇精餾的操作方式 /217
第六節(jié) 特殊蒸餾 /218
一、 恒沸精餾 /218
二、 萃取精餾 /219
三、 水蒸氣蒸餾 /220
四、 分子蒸餾 /222
第七節(jié) 精餾塔 /225
一、 板式塔 /225
二、 填料塔 /227
第八章 吸收 232
第一節(jié) 概述 /232
一、 吸收過程的基本概念 /232
二、 吸收的工業(yè)應(yīng)用 /232
三、 吸收的分類 /233
四、 吸收和解吸 /233
五、 吸收劑的選擇 /233
第二節(jié) 氣液相平衡 /234
一、 溶解度曲線 /234
二、 亨利定律 /235
第三節(jié) 基于理論塔板假設(shè)的吸收塔的計(jì)算 /238
一、 全塔物料衡算 /239
二、 吸收操作線方程 /239
三、 吸收劑最小用量和適宜用量 /240
四、 理論塔板數(shù)的計(jì)算 /242
第四節(jié) 基于傳質(zhì)速率的吸收塔的計(jì)算 /243
一、 傳質(zhì)機(jī)制 /243
二、 吸收速率 /246
三、 填料層高度的計(jì)算 /250
四、 吸收塔的操作型計(jì)算 /254
五、 體積吸收系數(shù)的測定 /256
第五節(jié) 解吸及其他類型吸收 /257
一、 解吸操作及計(jì)算 /257
二、 化學(xué)吸收 /258
第九章 萃取 260
第一節(jié) 液液萃取 /260
一、 液液萃取流程 /261
二、 部分互溶三元物系的液液萃取 /262
三、 萃取劑的選擇 /265
四、 萃取過程的計(jì)算 /266
五、 液液萃取設(shè)備 /272
第二節(jié) 固液萃取 /275
一、 中藥材中的成分 /275
二、 中藥提取的類型 /276
三、 藥材有效成分的提取過程及機(jī)制 /276
四、 常用提取劑和提取輔助劑 /277
五、 提取方法 /279
六、 固液提取過程的計(jì)算 /282
七、 提取設(shè)備 /286
第三節(jié) 超臨界流體萃取 /289
一、 超臨界流體 /289
二、 超臨界流體萃取的基本原理 /290
三、 超臨界萃取劑 /290
四、 超臨界流體萃取藥物成分的特點(diǎn) /291
五、 超臨界CO2 流體萃取裝置 /292
第十章 固體干燥 295
第一節(jié) 概述 /295
一、 去濕方法簡介 /295
二、 干燥操作的分類 /296
三、 對(duì)流干燥過程分析 /296
第二節(jié) 濕空氣的性質(zhì)與焓濕圖 /297
一、 濕空氣的性質(zhì) /297
二、 濕空氣的焓濕圖與應(yīng)用 /303
第三節(jié) 干燥過程的相平衡 /306
一、 濕物料含水量的表示方法 /306
二、 水分在氣、固之間的平衡及干燥平衡曲線 /307
第四節(jié) 干燥過程速率 /309
一、 干燥速率 /309
二、 干燥曲線與干燥速率曲線 /310
第五節(jié) 干燥過程的工藝計(jì)算 /313
一、 物料衡算 /313
二、 熱量衡算 /315
三、 干燥系統(tǒng)的熱效率 /319
四、 干燥時(shí)間的計(jì)算 /321
第六節(jié) 干燥器 /323
一、 常用干燥器 /323
二、 干燥器的選型 /329
第十一章 吸附、離子交換、柱層析與電泳 332
第一節(jié) 吸附 /332
一、 基本原理 /332
二、 常用吸附劑 /333
三、 吸附平衡與吸附等溫線 /336
四、 吸附傳質(zhì)機(jī)制與吸附速率 /339
五、 吸附過程 /340
六、 吸附劑的再生 /342
七、 吸附的應(yīng)用 /343
第二節(jié) 離子交換 /343
一、 基本原理 /343
二、 離子交換樹脂 /344
三、 離子交換樹脂的應(yīng)用領(lǐng)域 /347
四、 離子交換設(shè)備 /348
第三節(jié) 柱層析 /349
一、 疏水相互作用層析 /350
二、 凝膠過濾層析 /350
三、 離子交換層析 /351
四、 親和層析 /351
五、 金屬螯合層析 /352
第四節(jié) 電泳 /352
一、 基本原理 /352
二、 常用電泳方法 /353
主要參考文獻(xiàn) 355
附錄 356
附錄1 單位換算因數(shù) /356
附錄2 飽和水的物理性質(zhì) /357
附錄3 某些有機(jī)液體的相對(duì)密度(液體密度與4℃時(shí)水的密度之比) /358
附錄4 某些液體的物理性質(zhì) /359
附錄5 飽和水蒸氣表(按溫度排列) /360
附錄6 飽和水蒸氣表(按壓力排列) /362
附錄7 干空氣的熱物理性質(zhì)(101/3kPa) /363
附錄8 液體的黏度 /364
附錄9 氣體的黏度(101/3kPa) /366
附錄10 固體材料的導(dǎo)熱系數(shù) /367
附錄11 液體的導(dǎo)熱系數(shù) /368
附錄12 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)(101/3kPa) /370
附錄13 液體的比熱 /372
附錄14 氣體的比熱(101/3kPa) /374
附錄15 液體的汽化熱(蒸發(fā)熱) /376
附錄16 管子規(guī)格 /377
附錄17 常用流速范圍 /379
附錄18 IS型單級(jí)單吸離心泵規(guī)格(摘錄) /380
附錄19 錯(cuò)流和折流時(shí)的對(duì)數(shù)平均溫度差校正系數(shù) /383
附錄20 換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)(摘錄) /384
附錄21 壁面污垢熱阻 /386