Измельчение в фармацевтическом производстве. Теоретические основы процесса. Виды и способы измельчения, характеристика. Машины, применяемые для измельчения. Устройство и принцип работы.
Измельчением называют процесс уменьшения размеров кусков твердых материалов на более мелкие. В зависимости от размера кусков исходного материала (D) и конечного продукта (d) различают два типа измельчения: дробление и размол (порошкование). Отношение линейных размеров кусков до измельчения (D) и после него (d) называется степенью измельчения. В равной степени можно говорить и об объемной степени измельчения, имея в виду в этом случае отношение объема кусков до измельчения (V) и после него (v).
Теоретические основы измельчения
Измельчению может подвергаться самое разнообразное сырье. Могут измельчаться неорганические и органические препараты в виде кристаллов или кусков большего или меньшего размера, а также лекарственное растительное сырье разной морфолого-анатомической природы. Измельчение может осуществляться ручным и машинным способами. Ручное измельчение типично для аптечного производства, где оно производится пестиками в ступках и другими простыми инструментами (резаки, терки и пр.). Машинное измельчение, единственно рациональное в лабораторных и заводских условиях, выполняется на разнообразных по своему устройству машинах-измельчителях.
Основные принципы измельчения.
а
)
Раздавливание. Механическая сила
прикладывается сверху прогрессивно;
поверхности рабочих элементов
измельчителя обычно плоские. Измельчаемое
тело деформируется во всем объеме и,
когда внутреннее напряжение в нем
превысит предел прочности, тело
разрушается — получаются кусочки
разных размеров и формы.
б, в) Раскалывание. Сила прикладывается сверху и снизу внезапно или прогрессивно с помощью клинообразных рабочих элементов измельчителя. Ввиду того что тело распадается на части только в местах концентрации наибольших нагрузок, получающиеся кусочки могут быть более или менее однородны по размерам, но не по форме.
г) Разламывание. Измельчаемое тело разрушается под влиянием изгибающихся сил, действующих навстречу друг другу, с приложением одной верхней силы между двумя нижними. Размеры и форма кусочков примерно такие же, как и при раскалывании.
д) Изрезываиие. Механическая сила прикладывается сверху, обычно рывком; рабочие элементы измельчителя острые, режущие (ножи). Управляемый процесс, позволяющий разделить тело на части требуемых размеров, а при необходимости и формы.
е) Распиливание. Сила прикладывается со стороны прогрессивно; рабочие элементы измельчителя с острой зубчатой поверхностью. Так же как и при изрезывании, можно получить кусочки нужных размеров, а при необходимости — и формы.
ж) Растирание. Сила прикладывается сверху и со стороны прогрессивно; поверхности рабочих элементов измельчителя сферические или плоские. Тело измельчается под действием одновременно сжимающих, растягивающих и срезающих сил, в результате чего получаются порошкообразные продукты.
з, и) Удар. Тело разрушается на части под влиянием динамично (внезапно) действующих сил. Удар может быть осуществлен двояко: 1) по измельчаемому телу производится удар рабочими элементами измельчителя— молотками, падающими шарами и др.; 2) измельчаемое тело само сталкивается с рабочими элементами измельчителя или другими телами в полете.
Гипотезы измельчения.
1) Гипотеза Риттингера (1867 г). Он предположил, что работа, затрачиваемая на измельчение, пропорциональна вновь обнаженной поверхности в измельчаемом материале. Измельчаемый материал обладает определенной прочностью, под которой понимают свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Подвергаемое воздействию внешних сил твердое тело испытывает деформацию, которая может быть упругой и пластической. Упругая деформация исчезает после снятия нагрузки без заметного ущерба для прочности тела. При пластической деформации размеры и форма тела после снятия нагрузки не восстанавливаются. Практическим следствием пластической, или необратимой, деформации является нарушение прочности тела, сопровождаемое изменением его формы. По гипотезе Риттингера, при измельчении твердых тел на первом месте стоят такие деформации, при которых материал разрушается по плоскостям раскола. Поэтому и работа, затрачиваемая на измельчение, расходуется в основном на образование трещин раскола. В своих расчетах Риттингер опускает расход энергии на упругие деформации тел. Следующей условностью в гипотезе Риттингера является допуск кубической формы кусков до и после измельчения. Поэтому при расчете работы в формулу Риттингера вводят специальный коэффициент на неправильность формы кусков, имеющую место в действительности.
2) Гипотеза В. Н. Кирпичева-Кика (1874 г) - «объемная» гипотеза дробления, по которой расход энергии на измельчение данного материала при прочих равных условиях (в очертании геометрически подобных тел одинакового технологического состава) прямо пропорционален его объему или весу. По В. Н. Кирпичеву, работа дробления может быть выражена следующим уравнением:
Расход энергии при измельчении возрастает с уменьшением размера частиц. В связи с этим во избежание непроизводительных затрат крайне важно, чтобы при организации процесса был заранее известен ожидаемый размер частиц после дробления. «Не дробить ничего лишнего» — таково основное правило дробления. С целью уменьшения расхода энергии в ряде случаев целесообразно периодически удалять достаточно измельченные частицы из сферы помола.
Измельчители, применяемые в фармацевтическом производстве, можно разделить на следующие группы: 1) изрезывающего и распиливающего действия; 2) раскалывающего и разламывающего действия; 3) раздавливающего действия; 4) истирающе-раздавливающего действия; 5) ударного действия; 6) ударно-истирающего действия; 7) коллоидные измельчители.