Просеивание.
Раздробленные и испорошкованные материалы всегда неравномерны. Поэтому приходится отделять более крупные или более мелкие частицы от основной массы.
Эта операция называется просеиванием или грохочением и осуществляется при помощи сит. Таким образом, просеиванием, грохочением или ситовой классификацией называется процесс разделения смеси зерен различных размеров при помощи сит на две и более группы.
Сита.
Размер зерен, проходящих через ячейки сит, характеризуются его номером.
По ГФ Х для всех сит указывается № сита, соответствующий ГОСТу, размер отверстий в свету, материал сита, форма отверстий, крупность порошка.
№ шелкового сита по ГОСТ 4403-67 указывает, какое количество отверстий приходится на 1 погонный см. Чтобы определить № шелкового сита, следует с помощью лупы подсчитать количество отверстий в 1 погонном см по длине и ширине ткани.
№ металлического сита по ГОСТ 3924-47 соответствует размеру стороны отверстия в свету в мм. № пробивных сит по ГОСТ 214-57 с круглыми отверстиями соответствует диаметру отверстий в мм, умноженному на 10.
ГФ Х включает 16 разных сит, которым соответствует 7 степеней измельчения. Для крупных порошков и крупноизмельченных материалов, помимо названия, обязательно должен указываться и соответствующий № сита по ГОСТ.
Различают сита плетеные, пробивные и щелевые.
Плетеные сита ткутся из шелковых и капроновых ниток, из стальной , медной и латунной проволоки. Шелковые и капроновые сита применяются для мелких и среднекрупных порошков.
Они прочны и гарантируют однородность просева. У обычных проволочных сит проволока изогнута только в одном направлении. Отсюда - быстрая изнашиваемость сита и легкая изменяемость размеров отверстий. По этой причине рекомендуются сита или сварные, или вальцовые, или прессованные. Последние особенно прочны.
Проволочные сита – для всех категорий крупных порошков. Необходимо следить за состоянием сит, иначе в порошки могут попасть куски оборванной проволоки.
Пробивные сита (штампованные) делаются из листов оцинкованного железа путем пробивания в них круглых и прямоугольных отверстий. Применяются для крупноизмельченных материалов. Сита эти очень прочны.
Щелевые сита состоят из ряда параллельных стержней с прокладками между ними.
Отделение металлических примесей.
Для их удаления применяются электромагнитные сепараторы, установленные под спускным лотком во вращающемся металлическом барабане.
ЛЕКЦИЯ № 4. Гидродинамические процессы.
Многие процессы, протекающие в фармацевтическом производстве, для их интенсификации нуждаются в перемешивании материалов. Так, например, перемешивание необходимо для ускорения растворения веществ, для поддержания скорости диффузионного процесса при извлечении действующих веществ из природных материалов с целью интенсификации теплообмена при нагревании и охлаждении жидкостей, для достижения гомогенности среды и т.д.
Перемешивание в жидкостной среде осуществляется следующими способами:
механическим с помощью мешалок различных конструкций;
пневматическим – сжатым воздухом или инертным газом;
перемешивание в трубопроводе;
акустическим (с помощью ультразвука);
циркуляционным.
Наиболее распространенным является перемешивание с помощью мешалок различных конструкций, которые различаются по скорости вращения и по устройству лопастей.
Лопастные мешалки состоят из 2-х или более числа лопастей, расположенных перпендикулярно или наклонно к оси вала, является наиболее старым типом перемешивания устройства, наиболее простым и поэтому широко распространено.
К лопастным относятся якорные, рамные, планетарные мешалки.
Якорные мешалки, имеющие форму, соответствующую внутренней поверхности реактора. Они служат для перемешивания вязких жидкостей. При вращении лопасти постоянно очищаются стенки и дно аппарата. Скорость вращения – 1,3 об/сек.
Рамные мешалки - для вязких жидкостей, состоят из нескольких лопастей, соединенных в виде рамы, обеспечивающие перемешивание жидкостей во всех ее слоях.
Планетарные мешалки - производят перемешивание как в горизонтальном, так и вертикальном направлении. Состоят из центральной мешалки и боковых мешалок, связанных с главной мешалкой системой зубчатых передач. Боковые мешалки вращаются вместе с центром, а также имеют собственное вращение вокруг своей оси. Обеспечивают равномерное перемешивание вязких и густых жидкостей во всех слоях аппарата и пригодны для перемешивания мазей и суспензий, а также для изготовления эмульсий.
Пропеллерные мешалки.Одним из преимуществ является большая скоростей вращения (для вязких жидкостей 2-8 об/с, для подвижных жидкостей 3-30 об/с), среди них – переносные мешалки . Пропеллерные мешалки обеспечивают захват жидкости во всем объеме.
Турбинные мешалки бывают открытого и закрытого типа, обеспечивают интенсивное перемешивание во всем объеме, скорость 2-30 об/с. Состоят из одного или нескольких центробежных колес (турбинок), укрепленных на вертикальном валу и снабженных большим числом лопаток – от 6 до 16.
Пропеллерные и турбинные мешалки работают без передаточных механизмов, на полных оборотах электродвигателя.
Скорость вращения мешалок не должна превышать:
Vкрит. = 1 / R 1800 n
R - радиус сосуда, м;
n - расстояние от поверхности жидкости до верхнего края сосуда, м.
При больших скоростях образуется «воронка»: начинается круговое движение жидкости вместе с мешалкой. Чтобы предотвратить это, в аппарате устанавливают на стенках неподвижные перегородки.
Эффективность перемешивания для всех типов мешалок характеризуется степенью однородности перешивания объема жидкости во всех ее частях.
* Пневматическое перемешивание (барботирование) применяется в тех случаях, когда воздух (или инертный воздух) нужен для интенсификации химических или биологических процессов.
Этот способ очень эффективный, но применяется в тех случаях, когда не происходит нежелательных явлений (окисление, осмоление, улетучивание ценных веществ).
Представляет собой перфорированную трубку, установленную в горизонтальном положении. Для глубоких сосудов барботер в виде вертикальной трубки с подачей воздуха через отверстия. Воздух (или газ) для барботирования подается под давлением, достаточным для преодоления гидростатического сопротивления столба жидкости (Р 0,2 Мпа).
* Перемешивание в трубопроводе проводят в У-образном устройстве. По 2-м трубам подают две жидкости, которые попадают в 3-ю – смеситель, где за счет большой скорости и за счет значительной длины трубопровода жидкости успевают смешиваться.
* Акустическое перемешивание (с помощью генераторов ультразвука). Оно достигается с применением жидкостных свистков и роторно-пульсационного аппарата РПА
Ультразвук значительно ускоряет растворение трудно растворимых веществ за счет образующихся быстрых омывающих потоков вокруг частиц и их дробящего действия. Из-за явления кавитации акустическое перемешивание непригодно для химически нестойких лекарственных веществ. Положительное действие кавитации – измельчается твердая фаза.
Кавитация (лат. пустота)–образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков), заполненных газом или паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которая может происходить либо при увеличении ее скорости, либо при прохождении акустической волны. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну.
* Циркуляционное перемешивание - осуществляется с помощью насоса из емкости и возвращается в нее через разбрызгивающее устройство. Этот способ применяется, когда нужно перемешать жидкости с различной плотностью. Более тяжелая жидкость у дна резервуара засасывается насосом и разбрызгивается мелкими каплями на поверхности более легкой жидкости. Циркуляционное перемешивание может осуществляться и с помощью сопла, которое снабжено выходным отверстием напорной трубы.
Поток жидкости, вытекающий из сопла, захватывает собой жидкость, находящуюся в этот момент перед соплом. На какой-то промежуток времени в пространстве, которое жидкость занимала, создается разрежение. Это вызывает подсасывание окружающей сопло жидкости в эту часть пространства. И такой цикл повторяется непрерывно. Перемешивание при помощи сопла выгодно сочетать с нагревом жидкости прямой подачей пара.
Разделение твердых и жидких тел.
Существуют различные виды разделения твердых и жидких тел, которые представляют собой жидкие неоднородные системы. В зависимости от физического состояния фаз различают следующие системы:
Суспензия Жидкость Твердое вещество
Эмульсия Жидкость Жидкость
ЖНС Дисперсионная Дисперсная
(жидкие неоднородные (сплошная) фаза
системы) фаза
Всякая неоднородная система характеризуется концентрацией дисперсной фазы и размерами ее частиц.
Грубые суспензии >100 мкм
Тонкие суспензии 0,5-100 мкм
Мути 0,1-0,5 мкм
------------------------------------
Коллоидные растворы < 0,1 мкм
Граница определяется появлением броуновского движения твердых частиц. С возникновением броуновского движения частицы не могут осаждаться под действием силы тяжести.
Эмульсии – состоят из несмешивающихся жидкостей и могут расслаиваться под действием силы
тяжести. Эмульсии устойчивы при очень малых размерах дисперсной фазы (< 0,4-0,5 мкм) или при добавлении стабилизаторов (пример-мыло).
Виды разделения твердых и жидких тел.
прессование;
отстаивание;
фильтрование;
центрифугирование.
Прессование применяется в тех случаях, когда твердая фаза не только превалирует над жидкой, но и прочно удерживает её. Пример – после сливания вытяжки в растительной массе остается еще много экстрагента и его приходится удалять, применяя усилие в виде давления на растительную массу.
Отстаивание – простейший метод отделение жидкости от взвешенных в ней твердых частиц. Принцип отстаивания – смесь жидкости и твердых частиц наливаются в высокие сосуды и оставляют в покое. При этом вследствие разности относительной плотности твердые частицы постепенно оседают на дно, а жидкость становится прозрачной. Процесс этот медленный, но тем не менее его широко применяют для осветления вытяжек при производстве настоек.Оседание взвешенных частиц в жидкой среде подчиняется уравнению Стокса:
d² (γm – γж) g
Vm = ――――――
18Μ
Vm -скорость оседания твердых частиц;
d -диаметр взвешенных частиц, м;
γm -плотность твердых частиц, кг/м³;
γж -плотность жидкости, кг/м³;
g -ускорение силы тяжести (9,81 м/с²);
μ -вязкость жидкой среды (н с/м²).
Сроки отстаивания можно сократить, если укрупнить размер частиц. Отстаивание проводят при
t ≤ 8ºC (ухудшается растворимость твердой фазы и создается препятствие активному развитию микрофлоры). Потери жидкости при отстаивании тем меньше, чем уже диаметр отстойника.
Отстойники – аппараты для разделения суспензий. Различают отстойники периодического и непрерывного действия.
Аппараты непрерывного действия
Одноярусные Многоярусные
Двухъярусные
Отстойники непрерывного действия – суспензия непрерывно подается сверху, сгущенный осадок (СВ =35-55%) оседает на днище и выводится через нижний штуцер. Осветленная жидкость выводится из центральной части отстойника.
Производительность отстойника: V = F·Ws, м³/с.
F – площадь отстойника, м²;
Ws – скорость отстоя, м/с.
Фильтрование – за счет действия пористых перегородок (фильтров), пропускающих жидкость и задерживающих твердые частицы. В фармацевтическом производстве в качестве фильтровальных материалов используются фильтровальная бумага, вата, ткани (марля, фланель, сукно, специальная фильтровальная ткань – бельтинг), стеклянные и керамические пористые плитки, густые металлические сетки.
Мерой задерживающей способности фильтра является степень осветления жидкости.
Первые порции фильтрата получаются мутными и только через некоторое время, он становится прозрачным. Это зависит от того, что фильтровальная перегородка в начале пропускает некоторое количество частиц, диаметр которых меньше диаметра пор фильтра. По мере фильтро-
вания поры начинают забиваться частичками, на фильтрующей поверхности образуется слой вещества, который уплотняет фильтр, уменьшая первоначальный размер пор. Создается новый фильтрующий слой, лежащий на фильтровальном материале. Считается, что фильтрующая способность больше зависит от характера образующегося осадка, чем от лежащего под ним фильтровального материала. Пористая перегородка представляет для фильтруемой жидкости некоторое сопротивление, увеличивающееся по мере нарастания и уплотнения осадка. Для преодоления этого сопротивления требуется определить усилие, достигаемое созданием разности давления (ΔР) до и после фильтрующей перегородки. Разность давлений является движущей силой фильтрации, заставляет жидкость проходить через поры осадка.
Для установления общих закономерностей процесса фильтрации приводится основное уравнение фильтрации:
DV ΔР
―― = ―――――――
Fdτ μ ( Rос+ Rф.п)
DV
―― - скорость фильтрации, м/с;
Fdτ
V – объем фильтра, м³;
F – поверхность ф-я, м²;
τ – время фильтрации,с;
ΔР – разница давлений,н/м²;
μ – динамическая вязкость жидкой фазы, н с/ м²;
Rос – сопротивление слоя осадка, м‾¹;
Rф.п - сопротивление фильтр. перегородки, м‾¹ .
Обычно сопротивлением фильтрующей перегородки пренебрегают.
Необходимая разница давлений достигается:
увеличением столба фильтруемой жидкости;
добавочным внешним усилием в виде повышенного давления со стороны подачи фильтруемой жидкости (друк - фильтры);
созданием разрежения со стороны фильтра, обращенной к фильтрату (нутч- фильтры) .
Промышленные фильтры разделяются по режиму работы на фильтры периодического и непрерывного действия, а по величине рабочего давления – на вакуум-фильтры и фильтры, работающие под давлением.
Классификация фильтров:
Нутч-фильтры
периодические
Мешочные фильтры
непрерывные
Барабанные фильтры
Дисковые фильтры
Карусельные фильтры
Ленточные фильтры
Фильтры, работающие под давлением
периодического действия непрерывного действия
фильтр –прессы друк –фильтры барабанные фильтры дисковые фильтры
мешочные фильтры
патронные фильтры
ЛЕКЦИЯ № 5. Гидродинамические процессы