Вопросы и ответы фармтехнология. Непрерывный и периодический технологический процесс
 Скачать 6.32 Mb.
|
|
Фильтрующие перегородки должны: задерживать частицы требуемых размеров; обладать химической устойчивостью; иметь достаточную механическую прочность; обеспечивать минимальное гидродинамическое сопротивление; не изменять физико- химических свойств фильтрата; обеспечивать возможность регенерации; быть доступными и дешевыми. По структуре: 1) сжимающиеся и гибкие ( п е р е г о - р о д к и ) , поры которых могут изменять размеры и форму. Это в основном тканевые фильтры( бельтинг, полотно, холст, саржа, марля,из полихлор- винилового, полиамидного, лавсанового и тефлоного волокна 2) н е с ж и м а ю щ и е - с я п е р е г о р о д к и изготавливают в виде плит, дисков, пластин, патронов, цилиндрических пучков трубок. Фильтрующие материалы перед употреблением необходимо обязательно промыть для полного удаления растворимых веществ, твердых частиц или волокон. Для установления общих закономерностей процесса фильтрования приводится основное уравнение фильтрования. где - скорость фильтрования, м/с; V — объем фильтрата, м 3 ; F— поверхность фильтрования, м 2 ; т — время фильтрования, с; АР — разность давлений, Н/м 2 ; ц — вязкость жидкой фазы суспензии, Нс/м 2 ; Roc — сопротивление слоя осадка, м _| ; Rф.„— сопротивление фильтровальной перегородки, м -1 Скорость фильтрования в каждый данный момент при ламинарном потоке про- порциональна перепаду давлений и обратно пропорциональна вязкости жидкости и гидравлическому сопротивлению перегородки и осадка. При режиме фильтрования на несжимаемой перегородке с образованием несжимаемого осадка сопротивление его слоя и скорость фильтрования с течением времени уменьшаются постоянно по мере увеличения толщины слоя осадка. При закупоривании пор интенсивно возрастает сопротивление фильтра и быстро и значительно понижается скорость фильтрования. Если для закупоривания одной поры требуется несколько частиц, скорость фильтрования понижается постепенно. Зная эти закономерности, можно сохранить заданную скорость процесса уменьшением толщины слоя осадка своевременным проведением регенерации или заменой фильтрующей перегородки, повышением перепада давлений. Качество фильтрата повышают повторным фильтрованием через тот же фильтр с осадком или процесс ведут дополнительно через слой вспомогательных веществ. Таким образом, фильтрование может проходить при постоянном или переменном давлении и скорости. Различают фильтры, работающие под давлением столба жидкости, а также работающие под вакуумом, и фильтры, работающие под давлением. Фильтры, работающие под давлением столба жид- кости, могут работать в двух режимах:. 1) давление создается жидкостью, которая непосредственно находится на фильтрующей перегородке. Это — фильтрующие воронки, стеклянные фильтры, фильтры-мешки. Их производительность невелика, высота слоя жид кости постоянно меняется; 2) фильтруемая жидкость подается из напорного бака в регулятор ее уровня, высота которого поддерживается постоянной. Фильтры, работающие под вакуумом — нутч-фильтры (рис)состоят из толстостенного цилиндрического сосуда из фаянса или керамики, внутренняя часть которого разделена перфорированной перегородкой, с укрепленной на ней несколькими слоями фильтровальной бумаги и бельтинга. В верхнюю часть фильтра заливается взвесь, фильтрат собирается на дне нижней части. Вакуум создается под перегородкой, за счетвакуумной линии, соединенной через ресивер с вакуумным насосом. Назначение ресивера — сглаживать пульсации насоса и предупреждать переброс в него капельной фазы. Фильтры, работающие под давлением — друк- фильтры (рис. 12.5), представляют цилиндрическую емкость с перфорированной перегородкой в нижней части (с укрепленным на ней фильтрующим материалом), на которую подается взвесь под давлением сверху с помощью сжатого воздуха или инертного газа. Для подачи жидкости на фильтр используется монтежю. Это вертикальный резервуар из химически стойкого материала, в который заливается раствор самотеком или с помощью вакуума, а затем продавливается сжатым воздухом. Монтежю снабжается мановакуумметром, имеет трубу для заполнения и продавливания жидкости и краны для подключения вакуумной линии. Перепад давлений здесь значительно выше, чем на нутч-фильтрах и может составлять от 2 до 12 атм. Фильтры просты по устройству, имеют высокую производительность, позволяют фильтровать вязкие, легколетучие и с большим удельным сопротивлением осадка жидкости. Недостатком является то, что для выгрузки осадка необходимо снимать верхнюю часть фильтра и собирать его вручную. Рамный фильтр-пресс (рис.) состоит из ряда чередующихся рам и плит, между которыми помещаются пластины фильтрующего материала. Герметизация между ними обеспечивается резиновыми прокладками. Плиты выполняют роль подпорки для фильтрующей ткани и имеют дренажные каналы для слива фильтрата. Рамы и плиты имеют отверстия, которые рассоложены так, что при сборке фильтра они образуют каналы для подачи раствора на каждую перегородку, слива фильтрата, подачи и отвода промывной жидкости с целью регенерации фильтра. Это достигается удалением осадка потоком промывной жидкости, подаваемым с противоположной стороны фильтрующей перегородки. Применяются при фильтровании растворов с небольшим количеством осадка, таких как экстракционные препараты, растворы и др. Кроме присущих друк-фильтрам преимуществ, они отличаются высокой производительностью за счет разности давлений от 2 до 15 атм, большой поверхностью фильтрования, простотой и удобством эксплуатации. 20. Разделение гетерогенных систем. Разделение в поле центробежных сил. Виды центрифугирования. Фактор разделения. Центрифуги фильтрующие и отстойные, периодического и непрерывного действия. Сверхцентрифуги.253 Разделение:отстаивание, фильтрование, центрифугирование. Выбор способа и условий разделения связан со свойствами исходных дисперсных систем — взвесей, эмульсий и пен. При этом определяющими являются: удельная поверхность частиц или капелек и связанная с ней дисперсность, вязкость, плотность дисперсионных сред, величина поверхностного натяжения. При обработке взвесей, которые в зависимости от размера частиц делят на грубодисперсные (более 1,0 мм), средне- (0,1 —1,0 мм), тонко- (0,01—0,1 мм) и очень тонкодисперсные (менее 0,01 мм), важны свйства образующего осадка: полидисперсность и форма частиц, пористость, воз - можность агрегации. Центрифугирование — разделение гетерогенных систем под действием сил центробежного поля. Центробежное поле создается в центрифугах за счет вращения разделяемой жидкости в роторе, который крепится на горизонтальном или вертикальном валу и приводится во вращение электродвигателем с помощью передаточного механизма. По принципу действия различают центрифуги фильтрующие и отстойные Последние имеют сплошной ротор, центробежное поле которого ускоряет процесс отстаивания взвеси на его внутренних стенках. Скорость отстаивания при центрифугировании значительно выше скорости отстаивания под действием силы тяжести. В фильтрующих центрифугах ротор перфорирован, внутри него укрепляется фильтрующий материал и под действием центробежной силы происходит фильтрование. Фактор разделения- Это безразмерная величина, обозначающая отно шение скоростей движения твердых тел в жидкости в центробежном и гравитационном полях. где Fr— фактор разделения; W — угловая скорость вращения ротора центрифуги, 1/с; R — радиус ротора центрифуги, м; g — ускорение свободного падения, м/с 2 По величине фактора разделения центрифуги делят на две группы: 1) нормальные /*><3500 (ротор имеет диаметр больше 200 мм и скорость вращения состав- ляет 700—1500 об/мин); 2) сверхцентрифуги Fr > > 3500 (узкий трубчатый ротор диаметром 40— 200 По способу выгрузки различают центрифуги с ручным удалением осадка, с помощью ножей, шнеков и выталкивающих или пульсирующих поршней. В цент- рифугах периодического действия по мере накопления осадка ротор останавливают для выгрузки осадка или прекращают подачу раствора, уменьшают скорость вращения ротора и с помощью ножей снимают осадок и вновь включают заданную скорость ротора, продолжая процесс разделения. В центрифугах непрерывного действия постоянно осуществляются подача раствора и выгрузка разделенных продуктов. Центрифугирование отличается от других способов разделения тем, что после формирования осадка, последний можно промыть и под действием центробежного отжима удалить из него значительную часть жидкости. После разделения в осадке остается минимальное (от 1 до 50%) количество удерживаемой жидкости. В фильтрующих центрифугах, кроме отжима, происходит и некоторое высушивание осадка циркулирующим в роторе воздухом. мм, скорость вращения от 5000 до 45000 об/мин). 21. Нагревание как тепловой процесс. Теплоносители, применяемые в фармацевтическом производстве. Требования, предъявляемые к ним. Использование водяного пара как теплоносителя. Теплообменные препараты. 45-53 При тепловых процессах осуществляется передача тепла от одного вещества к другому. Вещества или среды, участвующие в теплообмене, называются тепло- носителями. Технологические процессы, скорость которых определяется скоростью подвода или отвода тепла, называют тепловыми, а аппараты, в которых они протекают, теплообменными. К тепловым процессам относятся нагревание, охлаждение, конденсация, испарение (сушка, выпаривание жидкостей) и др. Тепло- вые процессы протекают при различных температурах, однако тепло может передаваться самостоятельно (без затраты энергии) только от среды с более вы сокой температурой к среде с более низкой. Эта разность температур является движущей силой процесса теплопередачи и называется температурным напором. Горячими теплоносителями могут быть вода, водяной пар, горячие газы. К теплообменным аппаратам относятся устройства, в которых один теплоноситель отдает свое тепло другому при непосредственном соприкосновении (смесительные) или через поверхность разделяющей их стенки (поверхностные). В зависимости от агрегатного состояния теплоносителей различают аппараты для теплообмена между паром и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы), паром и газом (паровые подогреватели для воздуха), жидкостями (жидкостные холодильники) и др. Коэффициенты теплопередачи в теплообменной аппаратуре зависят от поверхности нагрева (охлаждения) и конструкции теплообменников. Различают теплообменники с поверхностью, образованной стенками аппарата, т. е. паровые рубашки, трубчатые (кожухотрубные, «труба в трубе», змееви ковые погружные), с ребристой поверхностью теплообмена (калорифер) и др. Паровые рубашки. Эти теплообменники используют для обогрева котлов, выпарных чаш, реакторов, шаровых вакуум-выпарных аппаратов. Греющий пар поступает в замкнутое пространство, т. е. отделен от обогреваемой жидкости (мазевая основа, сироп, водная вытяжка). Высота паровой рубашки должна быть не меньше высоты уровня обогреваемой жидкости. Теплопередача осуществляется через стенку с небольшой поверхностью. Типовым аппаратом с паровой рубашкой может служить открытая чаша, работающая под атмосферным давлением На паровой рубашке устанавливают манометр и предохранительный клапан. Допустимое избыточное давление не более 5 атмосфер (4,90-10 4 -Н-м 2 ). Трубчатые теплообменники. Кожухотрубный тепло- обменникявляется одним из наиболее распространенных (рис. 4.2). Представляет собой цилиндр, т. е. кожух (1), внутри которого расположен пучок труб (2) . Концы'труб закреплены в трубных решетках (3) путем развальцовки или сварки. Между трубными решетками образуется -камера (межтрубное пространство) , в которую поступает греющий пар через штуцер (4) и выходит через штуцер (5). Нагреваемая жидкость поступает через штуцер (6) противотоком, проходит внутрь трубок (2), нагревается и выходит через патрубок (7). Кожухотрубные теплообменники могут быть с неподвижными трубными решетками или с од ной подвижной, а также одноходовыми и многоходовыми для повышения скорости движения теплоносителя в межтрубном пространстве и улучшения условий теплопередачи. Недостатком таких теплообменников является трудность очистки межтрубного пространства и малодоступность для осмотра и ремонта. Теплообменник «труба в трубе»(рис.) включает несколько расположенных друг над другом элементов. Каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы (1) большого диаметра (кожух) и кон- центрически расположенной внутри нее трубы меньшего диаметра (2). Внутренние трубы элементов соединены друг с другом последовательно съемными коленами (3), наружные — патрубками (4). Холодная вода для нагрева поступает в трубу малого диаметра, греющий пар противотоком в трубу большого диаметра. Теплообменник обладает высоким коэффициентом теплопередачи. Недостаток — громоздкость и трудность очистки. Секционный теплообменник «труба в трубе» может работать и как холодильник, в качестве хладоагентов используют соленые растворы. Змеевиковый погружной теплообменник(рис. ) имеет вид цилиндрического сосуда (1), в который погружена трубка (2), изогнутая в виде змеевика. Один из теплоносителей направляется по змеевику (соковый пар), другой омывает его снаружи, входя в случае противотока в нижний штуцер (3) и выходя через верхний (4). Для прямотока должно быть обратное направление одного из теплоносителей. При больших размерах цилиндра (1) теплоноситель, омывающий змеевик, имеет незначительную скорость движе ния, что приводит к снижению коэффициента теплопередачи. Змеевиковые теплообменники просты в об- служивании, поэтому имеют большое распространение. Недостатки — громоздкость и трудности внутренней очистки змеевика. Теплообменники с ребристыми поверхностями. Их применяют главным образом для теплообмена между газом и жидкостью или паром, а также между двумя газами. Поверхности еплообмена в них сделаны из труб с различными ребрами (поперечными или продольными) для увеличения теплоотдачи. Во всех случаях поверхность ребер должна быть параллельна направлению потока теплоносителя. Схема теплообмен- ника с поперечными ребрами (пластинчатый калорифер) для подогрева воздуха приведена на рис. 4.5. Воздух движется с наружной стороны пучка ребристых труб (1), закрепленных в коробках (2). Горячий теплоноситель (пар, горячая вода) пропускается по трубам. При выборе теплообменных аппаратов следует учитывать, что теплоноситель с меньшим коэффициентом теплоотдачи, высокой температурой и давлением целе- сообразно пропускать по трубам, чтобы уменьшить потери тепла и давление н а корпус аппарата. В холодильниках горячий теплоноситель необходимо пропускать с наружной стороны труб. ПАРОЗАПОРНЫЕ УСТРОЙСТВАВсе аппараты, работающие с помощью насыщенного водяного пара, снабжаются специальными парозапорными устройствами, с помощью которых пар не может пройти обогреваемый аппарат без полной конденсации. Для быстрого и автоматического удаления конденсата из парового пространства аппарата и потерь греющего пара применяют конденсатоотводчики (водоотводчшш), отличающиеся принципом действия запорного элемента: поплавковые, термостатические, термодинамические. Открытие или закрытие клапана в них зависит от перепада давления между входом в конденсатоотводчик и камерой давления. Схема поплавкового конденсатоотводчика — конденсационного горшка изображена на рис.. Прибор состоит из чугунного корпуса (1), в который по штуцеру (2) поступает смесь пара и конденсата из обогреваемого аппарата. Внутри горшка находится поплавок (3), который плавает в жидкости и с помощью стержня (4) закрывает своим коническим концом (клапаном) (5) выход в крышке горшка. По мере накопления конденсата в кольцевом пространстве под поплавком, конденсат переливается в стакан, заполняет его, вследствие чего стакан тонет. При опускании стакана конический клапан открывает отверстие в крышке и конденсат под давлением пара вытесняется по трубке вокруг стержня (6) в выходной канал (7). Облегченный стакан всплывает и стержень (4) вновь закрывает выход из горшка до нового накопления воды в поплавке 22. Охлаждение. Конденсация паров. Определение. Механизмы конденсации: пленочная, капельная. Устройство и принцип работы конденсаторов. Применение охлаждения и замораживания в фармацевтической технологии. Криопроцессы. Охлаждение – процесс понижения температуры материала путем отвода от него теплоты. Охлаждение всегда связано с переносом тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой В фармацевтическом производстве очень часто возникает необходимость в охлаждениипаров, жидкостей, газов. С этой целью используют наиболее распространенные и доступные теплоносители — воду и воздух. В о з д у х применяется для естественного и искусственного охлаждения, последнее — с помощью вентилятора. При естественном охлаждении потери тепла происходят через стенку аппарата в окружающую среду. В зависимости от климатических условий и времени года возможно охлаждение теплоносителя воздухом до температуры 20—25 °С. В о д а — наиболее распространенный охлаждающий агент. Ее достоинства: доступность, высокая теплоемкость, большой коэффициент теплоотдачи. Дости- гаемая степень охлаждения зависит от начальной температуры воды, которая обычно составляет 8—12 °С. Низкотемпературные агенты (смесь льда с различными солями, холодильные рассолы) используют для охлаждения до температуры ниже 5—10 °С, обычно не получаемой при применении воды. Конденсация (сжижение) паров различных веществ путем отвода от них тепла проводится в аппаратах, называемых конденсаторами, в которых пар охлаж дается холодным теплоносителем и переводится в жидкое состояние. Конденсация применяется с целью ускорения процесса выпаривания растворов, а также для улавливания ценных экстрагентов и растворителей. Различают два вида конденсации: поверхностную ,при которой конденсирующие пары и охлаждающий агент разделены стенкой, а конденсация паров происходит на ее внутренней или внешней поверхности, и конденсацию смешением, при которой конденсирующие пары непосредственно соприкасаются с охлаждающим агентом. Поверхностная конденсация осуществляется в поверхностных конденсаторах, которые в конструктивном отношении ничем не отличаются от трубчатых или змеевиковых теплообменников. Они служат для улавливания паров ценного экстрагента или растворителя, в них всегда используют принцип противотока. Вначале пар конденсируется, отдавая скрытую теплоту парообразования. В период конденсации температура пара неизменна, равна точке кипения, при которой он входит в конденсатор. После того как весь пар перейдет в конденсат, он охлаждается до заданной температуры. Вследствие конденсации пара в межтрубном пространстве конденсатора создается значительное разрежение (вакуум). Известны два режима поверхностной конденсации: плёночный и капельный. Первый наблюдается при конденсации на смачиваемой поверхности, он характеризуется образованием сплошной плёнки конденсата. На несмачиваемых поверхностях конденсат образуется в виде отдельных капель. При капельной конденсации интенсивность теплообмена значительно выше, чем при плёночной, т. к. сплошная плёнка конденсата затрудняет теплообмен |