• 适合药品生产规模小，品种多，原料与工艺条件 多样的特点。
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连续操作的搅拌釜
• 釜内装有强烈搅拌器，反应器内各点温度、浓度 均匀一致，物料随进随出，连续流动，出口物料 中反应物浓度与釜内反应物浓度相同。
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连续操作的管式反应器
• 从反应器一端加入反应 物，从另一段引出产物， 反应物沿流动方向前进。
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3
生物制药全过程简图
上
生
生
游
物
物
成
生
反
分
品
物
应
离
加
工
工
工
工
程
程
程
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生物工程上游技术
• 基因工程： • 通过基因重组获得基因工程菌、转基因动植物。
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生物反应工程
• 通过发酵工程、细胞工程和酶工程获得含目的产 物的 混合物料。
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生物分离工程
生物制药设备与车间设计
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课程教学目标
• 理解生物反应器的概念，重点掌握细胞生物反应 器。
• 掌握培养基灭菌和空气除菌工艺流程及设备。 • 掌握生物制药工程下游分离纯化原理与设备。 • 熟悉生物制药车间设计。
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课程难点
• 灭菌工艺、分离纯化工艺定量计算 • 生物制药相关设备工艺参数设计
置称为生物反应器，或者说生物反应器是生物化 学反应得以进行的场所。
P器分类
• （1）按操作方式：间歇式、连续式、半连续式。
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• （2）按反应器内流体流动及混合程度：理想反应 器、非理想反应器。
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• （3）按几何形状：罐式（釜式）、管式、塔式、 膜式。
• 从生物反应产物体系中提取和纯化活性成分的过 程。
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成品加工（制剂工程）
• 将所得活性成分加工成各种适宜的剂型。如片剂、 胶囊剂、口服液、水针剂、粉针剂、大输液等。
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第一章 绪论
• 第一节 生物制药设备概述 • 第二节 生物反应器基本理论
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第一节 生物制药设备概述
设备
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生物反应器
• 生物反应器是生化反应发生的场所，是整个生化 工程的关键设备。
• 生物反应器是为特定的细胞或酶提供适宜增殖或 进行特定生化反应环境的设备。
• 生物反应器设计和放大是一个非常复杂的问题。
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• 培养基灭菌设备 • 为生物反应提供无菌的培养基
• 空气除菌设备 • 为生物反应提供无菌空气
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年龄分布与寿命分布
• 年龄分布：从进入反应器的瞬间开始算年龄，不 同年龄的物料粒子混在一起，形成一定分布，称 为年龄分布。
• 寿命分布：在出口物料中，不同寿命的粒子混在 一起，形成一定的分布，称为寿命分布。
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返混
• 返混：不同年龄的物料粒子混在一起的现象称为 返混。
• 间歇反应器内不存在返混现象，返混是连续操作 反应器中特有的现象。
• 2010年，生物药物的份额占医药市场份额达18% 左右。
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生物药占全球前100畅销药物数量比重
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二、生物化学工程
• 生化工程是运用化学工程的原理和方法对实验室 取得的生物技术成果进行工业化开发的科学。
• 生化工程研究的问题：工业化生产中培养基和空 气灭菌过程，水的纯化过程，生物反应器的设计、 生化产品的分离纯化等。
• 一、生物制药 • 广义定义：泛指包括生物制品在内的生物体的初
级和次级代谢产物或生物体的某一组成部分，甚 至整个生物体用作诊断和治疗疾病的生物体。 • 狭义定义：采用DNA重组技术或其他生物新技术 研制的蛋白质或核酸类药物。
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• 生物制药是以基因工程、细胞工程、发酵工程等 技术，利用生物体来生产药品。
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生物催化剂
反应条件控制
空气
生物反应器
底物、培养基
检测控制
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产品 副产品 废物
成品加工 回收 无害处理
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三、生物制药设备
• 大致可分为三类 • 一、生物反应核心设备：生物反应器 • 二、生物反应准备设备：培养基灭菌设备、空气
除菌设备 • 三、生物反应下游加工设备：生物药物分离纯化
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分离纯化设备
• 药物对杂质种类及其含量有严格的规定。 • 制药合成产物的药物成分含量很低，杂质含量很
高，并且杂质与目标产物有相似的结构，很难分 离。 • 药物成分的稳定性较差，使得分离纯化方法的选 择受到很大限制。
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第二节 生物反应器基本理论
• 一、生物反应器基本工程概念 • 1、什么是生物反应器 • 利用生物催化剂进行生物技术产品生产的反应装
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二、理想反应器
• 1、几种典型反应器型式 • 间歇操作的搅拌釜 • 连续操作的搅拌釜 • 连续操作的管式反应器
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（1）间歇操作的搅拌釜
• 物料一次性加入，反应完毕后一起放出，全部物 料参加反应的时间是相同的。
• 釜内各点的温度、浓度均匀一致，反应物浓度随 时间而变化，反应速度也随时间而变化。
• 反应物浓度、反应速度 沿流动方向逐渐降低， 在出口处达到最低值。
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2、返混与停留时间分布
• 停留时间分布： • 进入连续反应器的物料粒子，有的很快从出口流
出，有的经过很长时间才从出口流出，停留时间 有长有短，形成一定的分布，称为停留时间分布。 • 间歇反应器无停留时间分布。
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• 罐式（釜式）：高度与直径相当或稍高，釜内有 搅拌等装置。
• 管式：长径比大，多用于均相反应。 • 塔式：高径比大，内部有填料、筛板等装置。 • 膜式：有膜组件。
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3、生物反应器设计内容
• 确定反应器类型。 • 设计反应器的结构，并确定结构参数。 • 确定工艺参数和控制方式。
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• 生物技术最早应用的产业领域是医药行业。目前， 美国的生物技术公司大部分集中在医药保健品领 域。
• 第一个生物药物是1982年有美国基因科技公司 开发的基因重组胰岛素。
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生物制药—发展迅速新兴行业
• 近20年来，以基因工程、细胞工程、酶工程为代 表的现代生物技术迅猛发展，现代生物技术在医 药学方面广泛应用，生物医药产业化进展快速发 展。上世纪90年代以来，全球生物药品销售额以 年均30%以上的速度增长，大大高于全球医药行业 10%左右的增长速度。