ПиА Сушка

1) Сушка как процесс, определение и характеристика. Виды сушки, теоретическое обоснование выбора способа сушки в конкретном технологическом процессе.

Сушкой называют процесс удаления влаги из твердых и жидких материалов. Конечным продуктом сушки является твердое сыпучее вещество.

Значение сушки: В промышленной технологии лекарственных препаратов сушка, как завершающий этап производства, существенным образом сказывается на качестве выпускаемой продукции (сухие экстракты, ферменты, витамины, антибиотики и др.). Высокое качество, стабильность продукта зависит от технического уровня сушки.

(Б-ф-ция): тепловые и массообменные процессы нередко сопровождаются изменением структурно-механических свойств высушиваемого материала, образованием полиморфных форм и кристаллогидратов лекарственных веществ, реакциями окисления, гидролиза, приводящими к изменению растворимости, всасывания, снижению или потере терапевтической активности лекарственных веществ.

Виды сушки

По способу воздействия сушильного агента

●Естественная сушка — сушка на открытом воздухе при естественном освещении, без влияния человека на факторы интенсифицирующие процесс (температуры продукта и сушильного агента (воздуха), давление, скорость движения сушильного агента, влажность и т. д.). Используется для сушки плодов, ягод, грибов, рыбы в регионах с подходящими климатическими условиями.

●Искусственная сушка — производится в специальных аппаратах (сушильных установках), с принудительным изменением факторов, влияющих на интенсивность процесса (температура, давление влажность, геометрические размеры объекта сушки и т. д.).

По давлению в рабочей камере

●Атмосферная — сушильным агентом является, как правило, атмосферный воздух с отклонением давления в сушильной камере не выше 49 МПа.

●Вакуумная — сушка производится в вакууме.

●Под избыточным давлением.

По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки:

1. Конвективная - путем непосредственного соприкосновения высушиваемого материала с сушильным агентом, в качестве которого чаще используют нагретый воздух или топочные газы (как правило, в смеси с воздухом);

2.Контактная - путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку;

3.Специальные виды сушки.

К специальным видам сушки относятся: радиационная - путем передачи тепла инфракрасными лучами; диэлектрическая - путем нагревания в поле токов высокой частоты; сублимационная - сушка в замороженном состоянии при глубоком вакууме.

Из специальных видов сушки, применяемых относительно редко, в фармации получила распространение сублимационная - для высушивания термолабильных веществ (ферментов, гормонов, бактерийных препаратов, препаратов крови и др.).

Высушиваемый материал при любом методе сушки находится в контакте с влажным газом (в большинстве случаев воздухом). Поэтому изучение свойств влажного воздуха необходимо при рассмотрении процессов сушки и их расчетов.

Сушилки могут быть периодического и непрерывного действия. Сушилки периодического действия отличаются низкой производительностью, громоздки и в ряде случаев не удовлетворяют требованиям промышленности из-за больших затрат тяжелого физического труда, потерь готового продукта и загрязнения производственных помещений. Поэтому, как правило, вместо малопроизводительных сушилок периодического действия рациональнее использовать аппараты непрерывного действия, в которых достигается

сокращение продолжительности сушки, улучшается качество продукта, кроме того, значительно облегчается их обслуживание. Машины периодического действия целесообразно использовать на производствах небольшого масштаба с разнообразным ассортиментом продукции.

2) Значение сушки в фармацевтической промышленности. Примеры применения в производстве лекарственных средств (не менее 5 примеров).

В промышленной технологии лекарственных препаратов сушка, как завершающий этап производства, существенным образом сказывается на качестве выпускаемой продукции (примеры: сухие экстракты, ферменты, витамины, антибиотики, сушка лекарственных растений). Высокое качество, стабильность продукта зависит от технического уровня сушки. (Б-ф-ция): тепловые и массообменные процессы нередко сопровождаются изменением структурно-механических свойств высушиваемого материала, образованием полиморфных форм и кристаллогидратов лекарственных веществ, реакциями окисления, гидролиза, приводящими к изменению растворимости, всасывания, снижению или потере терапевтической активности лекарственных веществ.

3) Недостатки сушки как технологического процесса и риски для качества конечного продукта.

Недостатки (при использовании в промышленных условиях): требуется специальное оборудование, нужен специальный персонал по техническому обслуживанию, экономически невыгодно для малых партий сырья, дорого и недоступно для малых предприятий.

Риски: выход из строя оборудования, ошибка персонала.

4) Теоретические основы процесса сушки. Статика. Кинетика.

5) Количественные характеристики процесса сушки. Формулы, объяснения значения величин. Графические способы изображения динамики процесса.

Процесс сушки, как и массообменные процессы, выражается уравнением массопередачи, объединяющим молекулярную и конвективную диффузии:

где W — количество испарившейся влаги; К — коэффициент массопередачи; F — поверхность раздела фаз; Рм— давление паров влаги у поверхности материала; Рп— парциальное давление паров в воздухе.

Движущая сила процесса сушки определяется разностью давления паров влаги у поверхности материала Рм и парциального давления паров в воздухе Рп, т. е. Рм—Рп. Чем больше эта разница, тем интенсивнее идет процесс испарения влаги. При Рм—Рп=0 наступает равновесие в процессе обмена влагой между материалом и

средой. Этому состоянию соответствует устойчивая влажность материала, называемая равновесной влажностью, при которой процесс сушки прекращается.

Скорость сушки U определяется количеством влаги W, испаряемой с единицы поверхности F высушиваемого материала за единицу времени:

Процесс сушки может быть изображен в виде кривой, нанесенной на диаграмму с координатами: скорость сушки — влагосодержание. Из диаграммы видно, что кривая сушки имеет несколько отрезков.

1)Отрезок СД соответствует периоду прогрева материала, является кратковременным и характеризуется неустановившимся состоянием процесса. Скорость сушки возрастает и к концу периода прогрева достигает максимальной величины.

2)Отрезок СА представляет собой прямую линию, параллельную оси абсцисс, которая соответствует периоду постоянной скорости сушки (период внешней диффузии). В этот начальный период сушки внутренняя диффузия настолько интенсивна, что обеспечивает поступление к поверхности более чем достаточного количества влаги. Поэтому при неизменном состоянии окружающего воздуха и постоянной температуре сушки количество паров, удаляемых с постоянной поверхности испарения, в этом случае будет одним и тем же.

Удаление влаги происходит за счет испарения ее с поверхности (внешняя диффузия). Вместо испарившейся влаги под действием капиллярных сил к поверхности устремляется влага из внутренних слоев материала (внутренняя диффузия). Вначале испаряющаяся с поверхности влага легко восполняется притоком ее изнутри. В этот период высушиваемое вещество покрыто влажной пленкой.

3) Точка А — начальная точка периода падающей скорости сушки, иначе говоря, критическая точка процесса сушки. В этот период скорость сушки полностью зависит

от скорости диффузии влаги изнутри. Вначале скорость внутренней диффузии падает более или менее равномерно, поэтому и скорость сушки в данный отрезок времени снижается равномерно (равномерно падающая скорость сушки).

4) Поэтому кривая отрезка АВ вначале имеет вид прямой линии и только потом переходит в кривую, характеризующую неравномерно падающую скорость сушки, которая, как отмечалось выше, соответствует процессу углубления поверхности испарения, когда влага начинает испаряться уже в капиллярах.

По мере уменьшения влаги в материале его поверхность будет постепенно освобождаться от жидкой пленки, обнажаясь при этом. В данный период с поверхности будет испаряться лишь та влага, которая силами внутренней диффузии доставляется из глубинных слоев по капиллярам. По мере продолжающегося испарения влага все с большим трудом поступает к поверхности. В это время на скорость диффузии, что равнозначно скорости сушки, начинают оказывать влияние природные свойства материала и его способность задерживать влагу.

5) Конец сушки (равновесное влагосодержание) на кривой обозначен точкой В. Необходимо указать, что вначале к поверхности испарения подводится капиллярная влага как вполне свободная. Что касается внутриклеточной влаги, то она приходит в движение только после полного

или частичного испарения капиллярной влаги. Стенки клеток проницаемы для воды и водяного пара.

В дальнейшем начинает прогреваться верхний слой высушиваемого материала. Вследствие этого часть влаги испаряется уже в капиллярах, не успев достигнуть поверхности. В этот момент свойство материала задерживать влагу проявляется особенно сильно. Продолжающееся падение скорости сушки продолжается до стадии равновесного содержания влаги в материале.

6) Технологическое оборудование для проведения сушки. Классификация, примеры, конструкционные особенности, преимущества и недостатки.

7) Конвективные сушилки: виды, конструкционные особенности, принцип действия.

Конструкции сушилок, в которых испарение влаги происходит за счет тепла газообразного сушильного агента, очень разнообразны, но все они имеют: камеру, в которой происходит контакт высушиваемого материала с сушильным агентом, калорифер для подогрева и вентилятор для транспорта сушильного агента.

Камерные сушилки являются простейшими сушилками периодического действия, имеют одну или несколько прямоугольных камер с полками, на которых сушится материал на противнях в неподвижном состоянии. Сушильный агент (воздух)

засасывается вентилятором, подогревается в калорифере и перемещается над слоем материала между полками, отработанный влажный воздух после очистки фильтрами выбрасывается в атмосферу. Камерные сушилки отличаются неравномерностью и продолжительностью сушки, потерями тепла при загрузке и выгрузке камер.

Разновидностью камерных сушилок являются шкафные воздушно-циркуляционные сушилки с промежуточным подогревом и рециркуляцией части воздуха.