Цель любого производства, в т. ч. фармацевтического,— получение конечного продукта при минимальных удельных капитальных вложениях и эксплуатационных затратах и ограничениях, накладываемых требованиями техники безопасности и охраны окружающей среды. Эта цель достигается выбором соответствующих технологических процессов, оптимальных режимов их осуществления, необходимого оборудования, рациональной аппаратурно-технологической схемы, а также путем автоматизации контроля и управления технологическими процессами и производством в целом.
Все многообразие процессов химической технологии можно свести к пяти группам:
1) механические — измельчение, грохочение, гранулирование, таблетирование, транспортирование твердых материалов, упаковка и др.;
2) гидродинамические — перемещение жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, пневматический транспорт, фильтрование, флотация, центрифугирование, перемешивание, псевдоожижение и др. Скорость этих процессов определяется законами механики и гидродинамики;
3) тепловые — испарение, конденсация, нагревание, охлаждение и др. Скорость этих процессов определяется законами теплопередачи;
4) диффузионные, или массообменные, связанные с переносом вещества в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую — абсорбция, адсорбция, дистилляция, ректификация, сушка, кристаллизация, экстракция, ионный обмен и др.;
5) химические.
Последняя группа процессов химической технологии наиболее многочисленна и сложна. Эта группа является определяющей для химического синтеза биологически активных соединений, и именно ей мы уделим наибольшее внимание позже.
Единой общепринятой классификации химических процессов нет. Их можно классифицировать по различным признакам:
1) по сырью (переработка растительного и животного сырья, переработка угля, нефти и газа и пр.);
2) по потребительскому или товарному признаку (производство лекарственных препаратов и пр.);
3) по группам периодической системы элементов (производство щелочных и щелочноземельных металлов, производство цветных металлов);
4) по типам химических реакций (процессы окисления, восстановления, нитрования, сульфирования, галогенирования и т. д.);
5) по фазовым состояниям реагирующих веществ (гомогенные, гетерогенные, газофазные и т. д.);
6) по механизму, молекулярности (нуклеофильное бимолекулярное замещение, электрофильное замещение, гомолитическое присоединение и пр.).
Многообразие химических процессов и условий их проведения обусловливает разнообразие конструкций аппаратов, в которых осуществляются эти процессы. Химические реакторы будут рассматриваться нами конкретно когда будем разбирать конкретно каждую технологию.
При расчете и проектировании химических процессов и аппаратов определяют:
— материальные потоки перерабатываемых веществ;
— энергетические затраты, необходимые для осуществления процессов;
— основные размеры и количество аппаратов, необходимое для осуществления этих процессов.
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ, ПРОСЕИВАНИЕ, СМЕШИВАНИЕ В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ,
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ.
План:
1 .Измельчение.
Общая характеристика процесса измельчения.
Теоретические основы процесса.
Машины для измельчения.
Просеивание. Сита.
Смешивание. Способы. Оборудование.
1.Измельчение
1.1 Общая характеристика процесса измельчения
Измельчением называется процесс уменьшения размеров частиц твёрдых материалов путём механического воздействия. Результат процесса характеризуется степенью измельчения, равной отношению линейных размеров частиц до измельчения и после.
,
где i
- степень измельчения ;dH
- начальный размер, мм ; dк
- конечный размер, мм .
В зависимости от степени измельчения различают среднее, мелкое, тонкое, коллоидное измельчение
Приблизительная характеристика дробления и размола, а также их классов приведена в табл. 1.
Таблица 1
Характеристика видов и классов измельчения
|
|
|
D | d
| |
|
Вид измельчения
|
Класс измельчения
|
| |
|
|
|
MM
| |
|
Дробление
|
Крупное
|
1000
|
250
|
|
|
Среднее
|
250
|
20
|
|
|
Мелкое
|
20
|
1—5
|
|
Размол (порошкование)
|
Грубый Средний
|
1—5 0,1—0,04
|
0,1—0,04 0,005—0,015
|
|
|
Тонкий
|
0,1—0,04
|
0,001—0,005
|
|
|
Коллоидный
|
<0,1
|
<0,001
|
.
В фармацевтической технологии измельчению подвергаются различные по свойствам материалы: аморфные, кристаллические, с клеточной структурой. На эффективность их измельчения влияют разные факторы, которые следует принимать во внимание при проведении процесса.
1.2 Теоретические основы процесса
В процессе измельчения на материал оказываются разные виды механического воздействия, определяющие способ измельчения (уч. Л.А. Ивановой, т.2, с.34, рис.3.1.)
В фармацевтическом производстве по ходу технологического процесса часто возникает необходимость в измельчении материалов. Измельчению может подвергаться самое разнообразное сырье. Могут измель-
Рис.1. Споообы измельчеН'ИЯ.
a — раздавливание; б, в — раскалывание; г — разламывание; д — резание; е — распиливание; ж — истирание; з — жесткий удар; и — свободный удар.
чаться 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. Несмотря на разнообразие, во всех известных измельчителях использованы следующие основные принципы: раздавливание, раскалывание, разламывание, изрезывание, распиливание, растирание (истирание) и удар.
Раздавливание (рис. 1 а). 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.
Раскалывание (рис. 1 б, в). Сила прикладывается сверху и снизу внезапно или простепенно с помощью клинообразных рабочих элементов измельчителя. Ввиду того что тело распадается на части только в местах концентрации наибольших нагрузок, получающиеся кусочки быть более >или менее однородны по размерам, но не по форме.
Разламывание (рис. 1 г). 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.
Изрезывание (рис. 1 д). 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.
Распиливание (рис. 1 е). 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.
Растирание (рис. 1 ж). Сила прикладывается сверху и со стороны прогрессивно; поверхности рабочих элементов измельчителя сфериче-ские или плоские. Тело измельчается под действием одновременно сжи-мающих, растягивающих и срезающих сил, в результате чего получа-ются порошкообразные продукты.
Удар. Тело разрушается на части под влиянием динамично (внезап-но) действующих сил. Удар может быть осуществлен двояко: 1) по из-мельчаемому телу производится удар рабочими элементами измельчи-теля — молотками, падающими шарами и др. (рис. 1 з); 2) измель-чаемое тело само сталкивается с рабочими элементами измельчителя или другими телами в полете (рис. 1 и). В первом случае (при огра-ниченном ударе) эффект измельчения будет зависеть от кинетической энергии ударяющегося тела, во втором (при свободном ударе) —в ос-новном определяется скоростью столкновений разрушаемого тела и его частей с рабочими элементами измельчителя.
Целесообразность способа измельчения (и соответствующей машины) определяется свойствами измельчаемого материала. Для материалов, отличающихся большой твердостью (кристаллические), целесообразно использовать машины, работающие по принципу раздавливания, удара, раскалывания. Для аморфных - машины, работающие по принципу истирания, разламывания, а для растительного сырья - изрезывания, распиливания.
Практически, в процессе измельчения имеет место сочетание нескольких способов, например, раздавливание с истиранием, удар с раздавливанием и истиранием.
Процесс измельчения связан со значительной затратой энергии. Теория процесса измельчения определяет его величину и направленность. В реальных условиях обычно имеет место поверхностное и объёмное измельчение. Это нашло отражение в теории измельчения материала.
Измельчение представляет собой сумму работ, затрачиваемых на образование новой поверхности и изменение объёма твёрдого тела:
А= σ·ΔF + K·ΔV
Процесс измельчения можно представить в виде следующих изменений под влиянием внешних сил.
На первых этапах воздействия внешних сил проявляется упругая (обратимая) деформация тела, которая исчезает при снятии нагрузки. При дальнейшем воздействии внешних сил упругие деформации сменяются на пластические (необратимые). При пластической деформации размеры и форма тела после снятия внешних сил не восстанавливаются.
Следующим этапом воздействия внешних сил является образование трещин в твёрдом теле вследствие превышения предела его прочности. Образовавшиеся трещины увеличиваются и пересекают твёрдое тело по всему объёму, в результате чего оно разрушатся. В процессе измельчения имеют место работа полезная и бесполезная. Первая затрачивается непосредственно на измельчение, а вторая на преодоление внешнего трения. С целью преобладания полезной работы и уменьшения бесполезной, а также с учетом свойств измельчаемого материала следует выполнять следующие правила измельчения:
Лекарственные вещества при измельчении должны сохранять состав и свойства;
На измельчать ничего лишнего (следует удалять измельченную фракцию );
Ступенчатость измельчения (последовательность);
Растительное сырьё измельчается без остатка.