Министерство здравоохранения УкраиныУкраинская фармацевтическая академия В.И.Чуешов, А.И.Зайцев, С.Т.Шебанова, Н.Е.Чернов В х т В х т В х т В х т В х томах омах омах омах омах Т Т Т Т Том омом омом Под ред. проф. В. И. Чуешова Под ред. проф. В. И. Чуешова Под ред. проф. В. И. Чуешова Под ред. проф. В. И. Чуешова Под ред. проф. В. И. Чуешова Рекомендовано Научно-методической комиссией по фармации Министерства образования Украины в качестве учебника для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов Харьков «Основа» Издательство УкрФА 1999
2
ББК я Ч85
УДК Рецензенты др фарм.наук проф. Е.Е.Борзунов;
др фарм.наук проф. А.А.Цуркан
В учебнике рассмотрены теоретические основы промышленных процессов, используемых при изготовлении лекарственных средств в условиях химико-фармацевтических заводов, фабрики малых предприятий с учетом последних достижений фармацевтической науки и практики. Приведены описание устройства и принципы работы аппаратуры, предназначенной для проведения отдельных технологических операций.
Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов.
Чуєшов В.І. та ін.
Ч85 Промислова технологія ліків: [Підручник. Ух т. Том 1 /В.І.Чуєшов,
О.І.Зайцев, С.Т.Шебанова, М.Ю.Чернов ]; За ред. проф. В.І.Чуєшова. –
Х Основа Видавництво УкрФА, 1999. – 560 с. – Рос. мова. –
(Навчальна література для студентів фармацевтичних вищих закладів освіти і факультетів).
ISBN 5-7768-0629-1
ISBN 966-615-017-4 (УкрФА).
У підручнику розглянуто теоретичні основи промислових процесів,
що використовуються при виготовленні лікарських засобів в умовах хіміко-фармацевтичних заводів, фабрик та малих підприємств з урахуванням останніх досягнень фармацевтичної науки та практики. Подано опис устрою та принципів роботи апаратів,
призначених для проведення окремих технологічних операцій.
Підручник відповідає навчальній програмі і призначений для студентів фармацевтичних вищих закладів освіти і факультетів.
)
99 226 31 4107030000
?
?
м 52.82 73
ISBN 5-7768-0629-1
ISBN 966-615-017-4 (r*!t`)
I ш, ц ",
q.Љ.x K=…%"=,
l..) !…%", 1999
3 ПРЕДИСЛОВИЕ За последние годы фармацевтическая наука достигла значительных успехов разработаны научные основы и созданы более перспективные технологии при получении лекарственных средств, в производство внедрено современное технологическое оборудование, используются новые группы лекарственных и вспомогательных веществ, созданы высокоэффективные лекарственные препараты. Дальнейшее развитие народного хозяйства Украины, в частности фармацевтической отрасли, предусматривает углубление и совершенствование знаний об основных аппаратах и технологических линиях фармацевтического производства, дальнейшее внедрение прогрессивных технологий, разрешение наиболее сложных проблем гидродинамических, тепловых, массообменных и других процессов. В связи с этим изучение технологии лекарств постоянно требует создания новых учебников и учебных пособий, которые бы соответствовали современному уровню состояния науки и описывали наиболее прогрессивные методы изготовления лекарственных препаратов как в Украине, так и за рубежом. Многолетний опыт преподавания заводской технологии лекарств в Украинской фармацевтической академии и других высших учебных заведениях показал, что освоение дисциплины целесообразно начинать с изучения основных процессов и аппаратов фармацевтической технологии и лишь затем рассматривать основы технологии производства различных лекарственных препаратов. Отсутствие специального учебника по процессами аппаратам потребовало включения в настоящее издание необходимых сведений о специальном оборудовании и аппаратуре, используемых на химико-фармацевтических предприятиях. Этот материал содержится в данном томе учебника. Рациональное приготовление лекарственных препаратов, создание их новых видов, изыскание более совершенных методов производства требуют глубоких знаний отдельных технологических операций. Поэтому в первом томе учебника приведены современные сведения по теории основных процессов производства готовых лекарственных препаратов (измельчение, растворение, прессование, экстракции и т.д.). Том содержит 21 главу. В них отражены сведения о таких технологических процессах, как измельчение, просеивание, смешение, перемещение жидкостей и газов, разделение неоднородных систем (жидких и газовых, перемешивание в жидких средах, а также о тепловых (основы теплопередачи, нагревание, охлаждение и конденсация, выпаривание 4 массообменных (основы массопередачи, абсорбция, перегонка жидкостей, экстракция, адсорбция, сушка, кристаллизация) и холодильных (умеренное и глубокое искусственное охлаждение) процессах. В учебный материал включены новые разделы, касающиеся устройства, принципа работы и расчетов аппаратуры для мембранного разделения, применяемого в промышленном производстве при получении высокоочищенной воды для инъекционных лекарственных форм и иммунобиологических препаратов. Кроме того, в книге приведены классификация и требования к материалам для изготовления и эксплуатации аппаратуры в специфических условиях производства лекарственных средства также данные об эксплуатационных, конструктивных и экономических требованиях к аппаратам для фармацевтических производств содержатся требования по охране труда, технике безопасности и промышленной санитарии. Вместе стем из-за ограниченного объема учебника более подробные материалы (расчетные эмпирические уравнения, значения физических констант и т.д.) приведены лишь в некоторых разделах. Недостающие сведения читатель найдет в специальной и справочной литературе, на которую имеются ссылки в конце каждой главы. Авторы полагают, что данная книга, будучи первым учебником по процессами аппаратам фармацевтических производств, едва ли свободна от недочетов. Поэтому они заранее выражают свою признательность читателям, которые сообщат о замеченных недостатках. Коллектив авторов, участвовавших в написании этого тома, считает своим приятным долгом выразить благодарность всем, кто способствовал лучшему изложению учебного материала и качественному изданию книги. Особую благодарность авторы выражают рецензентам за ценные замечания и советы, сделанные ими при подготовке рукописи к печати 5 ВВЕДЕНИЕ Краткий исторический очерк развития заводской технологии лекарств как науки. Процессы и аппараты фармацевтической технологииТехнология лекарств — это наука, включающая теоретические основы и технические закономерности производственных процессов приготовления лекарственных средств. История развития технологии лекарств в нашей стране неразрывно связана с историей развития фармации — комплекса фармацевтических науки практических навыков. Изготовление лекарственных форм и галеновых препаратов в дореволюционной России долгое время считалось техникой, курсом практических работ. Этот курс предшествовал преподаванию фармацевтической химии и включал правила изготовления определенной лекарственной формы, основываясь часто на традиционных навыках. Выделение технологии лекарственных форм как науки стало возможным после 1918 г, когда была введена принципиально новая система высшего и среднего фармацевтического образования. Происхождение термина фармация относится к глубокой древности. Под изображением обожествленного врача древнего Египта Тота была найдена надпись — «фар-ма-ки», что означает дарующий исцеление». Греки, учившиеся у египтян искусству врачевания, образовали из указанного корня свой термин — «фармакон», что значит «лекарство», яд. В древнем Риме различные специальности лекарственного дела обозначались терминами, имеющими в основе корень «фарма»: фармаксис, pharmaceuta, е и др. Знатоки лекарственного дела известны очень давно, но фармация как наука была частью медицины, и выдающимися деятелями лекарствоведения были врачи, объединившие в своей деятельности не только все отрасли медицины, но и естествознание, и философию своего времени (Гиппократ, Гален, Авиценна, Разес, Парацельс и др. Развитие химии и техники в период алхимии привело к значительному обогащению лекарственного каталога. Изготовление и усовершенствование фармацевтических препаратов сосредоточивались в аптечных лабораториях, которые стали колыбелью фармацевтической химии и технологии лекарств. Обширные ботанические знания всегда служили основой лекарствоведения и фармацевтического образования. Аптеки постепенно становятся центрами науки. Academia della crus’ca во Флоренции была организована (1584) в аптеке Ласка на улице Тернабуони, о чем свидетельствует мемориальная доска на стене дома. Academia Rоyоl Sciences основана в аптеке Жофруа в Париже. Начало Raual Society (Оксфорд, XVII в) положили научные собрания в доме у аптекаря Кросса (Шеленц). Окончательное выделение фармации в особую дисциплину произошло в XVIII в. Этот век объединил результаты, бывшие до того отрывочными и случайными, и развил их необходимость и внутреннее объединение. Множественные перепутанные сведения познания были упорядочены, обособлены и приведены в периодическую связь. Создание и развитие науки об условиях и способах изготовления лекарств были подготовлены работами выдающихся ученых и ХІХ вв.: М.В.Ломоносова, А.Л.Лавуазье, ТЕ. Ловица, В.М. Севергина, НМ. Максимовича-Амбодика, А.А. Иовского, А.П. Нелюбина, Д.И. Менделеева, А.В. Пеля, В.А. Тихомирова и др. В XVIII и ХІХ вв. создаются высшие фармацевтические школы: фармацевтический институт в Эрфурте (1795 г) под руководством И.Б. Тромисдорфа, кафедра фармации в Военно-хирургической академии в СПБ (1798 г) под руководством ТА. Смеловского, кафедра фармации Юрьевского (Тарту) университета (1800 г) под руководством рижского аптекаря Гринделя. В 1803 г. создается знаменитая школа фармации в Париже под руководством фармацевта Вокельена и КВ. Шееле. Их экспериментальные исследования существенно способствовали превращению химии в науку. Труды вышеуказанных ученых явились краеугольным камнем стройного здания фармацевтической науки и ее составной части технологии лекарств. Переход к укрупненным методам производства лекарств начал осуществляться в последней четверти ХІХ в. в передовых капиталистических странах — Германии, Франции, США и Англии. Началом развития химико-фармацевтической промышленности в России послужил указ от 11 мая 1898 г, в котором разрешалось «производство сложных фармацевтических препаратов (галеновых) в специально устроенных фабриках (заводах, лабораториях и отдельных химических заводах. Все желающие могли открывать эти предприятия вне аптеки, нос условием, чтобы управляющими были магистры фармации либо лица, окончившие курс водном из высших учебных заведений, где химия преподавалась в числе главных предметов. Совершенствование производства лекарственных средств потребовало теоретического обоснования производственных процессов, их систематизации и изучения, что привело к созданию прообраза курса Процессы и аппараты химико-фармацевтических производств в 1909 г. В этом же году профессор Петербургского технологического института Александр Кириллович Крупский опубликовал учебное пособие Начальные главы учения о проектировании химической технологии, где были сформулированы основные методологические направления развития дисциплины. Почти одновременно профессор Иван Александрович Тищенко в 1912 г. на химическом факультете МВТУ ввел курс Процессы и аппараты как самостоятельную дисциплину Идеи создания курса, высказанные А.К. Крупским и И.А. Тищенко,
успешно развивались в дальнейшем Д.П. Коноваловым, А.Ф. Фокиным,
К.Ф. Павловым, А.М. Трегубовым, С.Н. Обрядчиковым, А.Г. Касаткиным и др.
Предложенные А.К. Крупским методы изучения процессов и аппаратов заключаются в следующем из чрезвычайно большого числа химико-технологических процессов путем группирования выделяется ограниченное число основных процессов при изучении основных процессов и их отдельных групп используются единые кинетические закономерности.
Только при таком подходе представилось возможным обобщить огромный фактический материал в виде компактной и стройной научной дисциплины.
В России на рубеже ХІХ и ХХ вв. появилась плеяда ученых родоначальников организации и открытия фармацевтических учебных заведений и фармацевтических факультетов. Это — профессора
Л.Г. Спасский (1868 — 1929), Б.А. Бродский (1872 —1937), МГ. Вольпе
(1884 — 1940), Л.Ф. Ильин (1871 — 1937), Г.Я. Коган (1889 —
1956) и И.А. Обергард (1888 — 1937), которые представляли Санкт-
Петербургскую (Ленинградскую) школу технологов и педагогов;
профессор С.Ф. Шубин (1898 — 1942) работал в Харьковском фармацевтическом институте, член-корреспондент АН Украинской
ССР профессор Я.А. Фиалков (1895 — 1959), профессор Томского медицинского института НА. Александров (1858 — 1935) и его ученик доцент фармацевтического факультета I МОЛМИ им. ИМ. Сеченова
(ныне Московская медицинская академия) АС. Прозоровский,
профессор Бакинского медицинского института Р.К. Алиев (1917 —
1966), профессор М.Х. Бергольц (1890 — 1951), работавший во
Всесоюзном научно-исследовательском химико-фармацевтическом центре им. С. Орджоникидзе (ВНИХФИ); академик Орехов, академик
Академии наук Грузинской ССР профессор И.Г. Кутателадзе (1887 –
1963) — основатель института фармакохимии АН Грузинской
ССР.
В последние десятилетия большой вклад в развитие фармацевтической технологии внесли заведующий кафедрой
«Общей химической технологии, процессов и аппаратов профессор
Г.К. Гончаренко и его школа (Харьковский политехнический институт, занимавшиеся вопросами интенсификации процессов жидкостной экстракции и экстрагирования из лекарственного сырья, широко используемых в фармацевтической технологии,
профессор И.А. Муравьев (Пятигорский фармацевтический институт, изучавший закономерности процесса экстракции из лекарственного растительного сырья, автор обстоятельного учебника Технология лекарств, выдержавшего три издания,
профессор ГС. Башура, профессор НА. Ляпунов (ГНЦЛС),
посвятившие свои работы совершенствованию технологии мягких лекарственных форм и лекарств в аэрозольной упаковке, член- корреспондент АМН СССР АИ. Тенцова (Московская медицинская академия, внесшая значительный вклад в разработку технологии лекарств для детей. Основы развития биофармации, ее теории и практики были заложены в конце х — начале х гг. профессором И.С. Ажгихиным (I МОЛМИ) и ИМ. Перцевым (Украинская фармацевтическая академия – УкрФА). В настоящее время разработкой лекарственных форм с использованием биофармацевтических исследований занимаются профессор В.А. Головкин (Запорожский медицинский институт, профессор С.С. Хмелевская (Львовский медицинский институт, профессор Д.И. Дмитриевский (УкрФА). Созданием препаратов на основе природных субстанций, в частности продуктов пчеловодства, занимаются ученые под руководством профессора АИ. Тихонова (УкрФА). Над проблемой совершенствования технологии инъекционных растворов работают научные школы, созданные профессором Ф.А. Коневым (ГНЦЛС), профессором ФА. Жогло (Львовский медицинский институт, профессором К.Ф. Кулешом (Харьковский НИИ эндокринологии и химии гормонов). Технология таблетированных лекарственных форм основное научное направление школ, возглавляемых профессорами Е.Е. Борзуновым (Киевский институт усовершенствования врачей), Н.А. Казариновым (ГНЦЛС), ТА. Грошовым (Запорожский медицинский институт). Вопросом внедрения в фармацевтическое производство новых вспомогательных веществ и лекарственных форм на их основе посвящены исследования профессора Б.Г. Ясницкого, профессора Д.П. Сало (УкрФА), профессора В.А. Оридороги (ГНЦЛС). Широкие исследования в области фармацевтической технологии проводятся в странах дальнего зарубежья. Наиболее существенный вклад в эту область фармацевтической науки внесли Л. Кувчинский (Польша, Л. Затурецкий и М. Халабала (Чехословакия), Т. Трандафилов (Болгария, Д. Вагнер и Г. Леви (США), К. Мюнцель (Швейцария). В настоящее время технология лекарств представляет собой фармацевтическую дисциплину, раскрывающую глубокие теоретические основы химии, физики, биологии. Раздел Процессы и аппараты фармацевтической технологии» является неотъемлемой частью технологии лекарств, решающей вопросы их промышленного производства. Курс Процессы и аппараты фармацевтической технологии» основывается на общих законах физики и химии и, по существу, является теоретической основой химической и химико- фармацевтической технологии, позволяющей проанализировать и рассчитать процесс, найти оптимальные его параметры, разработать и рассчитать аппаратуру, необходимую для проведения этого процесса. Его можно отнести к числу основных профессионально- ориентированных курсов, формирующих подготовку инженера- технолога, конструктора машин и аппаратов, а также механика химических и химико-фармацевтических производств. Специалист, изучивший курс Процессы и аппараты фармацевтической технологии, получает необходимые подготовку и знания для разработки технологических и аппаратурных схем производственных процессов, связанных с изготовлением лекарственных средств, знания для разработки схем устройства машин и аппаратов и расчетов их основных размеров по заданным параметрам процесса. Технолог, эксплуатирующий заводские машины и аппараты, получает необходимые сведения для рационального использования машин и аппаратов, проведения процессов с минимальными затратами сырья и энергии для максимального использования мощности оборудования. Классификация основных процессов Процессы химико-фармацевтической технологии подразделяют на пять основных групп в зависимости от закономерностей, характеризующих их протекание. Первая группа — гидромеханические процессы, скорость которых определяется только законами гидродинамики. К ним относятся осаждение взвешенных частиц в жидкой или газообразной среде под действием силы тяжести, центробежной силы или сил электрического поля фильтрование жидкостей или газов через слой зернистого материала, происходящее под действием разности давлений перемешивание в жидкой среде и др. Вторая группа — тепловые процессы, скорость которых определяется законами распространения тепла. В эту группу входят процессы нагревания, охлаждения и конденсации. Третья группа — массообменные (диффузионные) процессы. Их скорость определяется скоростью перехода веществ из одной фазы в другую, те. законами массопередачи. К диффузионным процессам относятся абсорбция, экстракция, ректификация, адсорбция, сушка и др. Четвертая группа — химические процессы, связанные с превращением веществ и изменением их химических свойств. Скорость этих процессов определяется закономерностями химической кинетики. Пятая группа — механические процессы, которые включают измельчение твердых материалов, классификацию сыпучих материалов и их смешение. Вышеизложенное позволяет сказать, что в основе классификации химико-технологических процессов в фармацевтическом производстве лежат кинетические закономерности 1 В соответствии с этим всю аппаратуру целесообразно классифицировать последующим группам. Гидромеханические аппараты. Тепловые аппараты. Массообменные аппараты. Реакторы — аппараты для осуществления химических превращений. Механические аппараты. К й группе относятся аппараты, основой которых является механическое воздействие на материал (измельчение, просеивание, смешение, прессование и т.д.). Системы единиц измерения физических величин При расчете процессов и аппаратов пользуются различными данными о физических свойствах веществ (плотность, вязкость и др) и параметрами, характеризующими состояние этих веществ (скорость, давление и др. Все эти величины могут измеряться различными единицами. В настоящее время применяется несколько систем единиц измерения. В зависимости от принятой системы таили иная физическая величина имеет определенные единицы измерений. Единица измерения данной величины представляет собой ее выражение через единицы величин, положенных в основу определенной системы единиц. В Украине, согласно ГОСТ 9867—61, предпочтительно применяется Международная система единиц (СИ, принятая Генеральной конференцией по мерами весам в октябре 1960 г. Допускается также применение систем СГС и МКГСС и некоторых внесистемных единиц измерения. В СИ за единицы основных физических величин приняты единицы длины — метр (м, массы — килограмм (кг) и времени секунда (с). Система СГС (сантиметр — грамм — секунда) отличается от СИ тем, что за единицу длины принят сантиметр (см, за единицу массы — грамм (г). Система МКГСС (метр — килограмм-сила — секунда) отличается от СИ тем, что за основную величину вместо массы принята сила, единицей которой является килограмм-сила (кгс или кг). Стандартами допускается применение кратных и дольных единиц измерения, образуемых путем умножения данной единицы на число 10 в определенной степени. При этом перед наименованием величины пишут приставки, образующие соответствующую кратность или дольность данной основной единицы 1 1 Например: мега М) =1·10 6 санти (с) кило к) =1·10 3 милли (м) =1·10 -3 деци д) =1·10 -1 микро (мк) Для тепловых измерений вводится четвертая основная величина — температура единицей температуры является градус. В зависимости от начальной точки отсчета различают абсолютную температуру (отсчет от абсолютного нуля, выражаемую в градусах Кельвина (К, и температуру по стоградусной шкале (отсчет от точки плавления льда, выражаемую в градусах Цельсия ( о С). Рассмотрим единицы измерения этих величин, наиболее часто применяемых в курсе Процессы и аппараты». Длина. Основной единицей длины является метр (м, а в системе СГС — сантиметр (см. Применяются также дольные единицы дециметр (дм) и миллиметр (мм, а также из внесистемных единиц — микрон (мкм, причем 1 м = 10 дм = =100 см = 1000 мм = 1·10 6 мкм. Площадь (поверхность) в системах Международной и МКГСС измеряется в м, в системе СГС — в см, причем 1 м = 10 000 см 2 Объем в системах Международной и МКГСС применяется в м, а в системе СГС — в см. Из внесистемных единиц применяется литр л, равный 1 дм 3 При этом 1 м = 1·10 6 см = 1000 л. Время. Основной единицей времени во всех системах является секунда св качестве внесистемных единиц применяются час (ч) и минута (мин. Для выражения производительности установок и оборудования часто используют непредусмотренные стандартами единицы времени сутки и год. Скорость в СИ, а также в системе МКГСС измеряется в мс, а в системе СГС — в см/с. Ускорение в СИ и системе МКГСС измеряется в мс, а в системе СГС — в см/с 2 Масса в системах Международной и СГС является основной величиной и выражается в килограммах (кг) или в граммах (г). В системе МКГСС масса, как следует из основного закона механики (масса = сила / ускорение, измеряется в (кгс·с 2 /м). Единица массы, равная 1 кгс·с 2 /м, иногда называется технической единицей массы (сокращенно — тем. Часто применяется внесистемная единица массы — тонна (т). Между размерностями массы в различных системах единиц существует следующее соотношение кг = 1000 г = 0,0102 кгс·с 2 /м = 0,001 т. В химико-фармацевтической технологии количество вещества часто выражают в молях (моль) и киломолях (кмоль. Под киломолем (или молем) понимают количество вещества в килограммах (или граммах, численно равное молекулярному весу 1 Таким образом кмоль = 1000 моль = М кг, где М — молекулярный весили молекулярная масса). Сила является основной величиной МКГСС, единицей измерения силы служит килограмм-сила (кгс). Под килограмм-силой понимают силу, сообщающую телу массой 1 кг ускорение 9,81 мс. На основании приведенного выше закона механики (сила = масса•ускорение) сила в СИ измеряется в кг•м/с 2 , а в системе СГС — в г•см/с 2 Единица силы, равная 1 кг·м/с 2 , называется ньютоном (Н); единица силы, равная 1 г•см/с 2 , называется диной (дин. Сила в Н сообщает телу массой 1 кг ускорение 1 мс, сила в 1 дин сообщает телу массой в 1 г ускорение 1 см/с 2 Соотношение между единицами силы в различных системах следующее Н = 1•10 5 дин = 0,102 кгс. Вес (сила притяжения тела к Земле) определяется взвешиванием на пружинных весах и выражается в единицах силы (Н, дин, кгс). Часто весом неправильно называют результат взвешивания на рычажных весах, те. массу тела, и выражают его в единицах массы (кг, г. Подвесом тела следует понимать только силу притяжения его к Земле, выраженную в единицах силы. Следует отметить, что вес тела, вычисленный в кгс (система МКГСС), и его масса, выраженная в кг (СИ, имеют одинаковое числовое значение (разница не превышает 0,2 Работа (и энергия) равна произведению силы на путь (длину). Единицами измерения работы являются ньютон-метр (Нм) — в СИ, дина-сантиметр (дин·см) — в системе СГС и килограмм-сила- метр (кгс·м) — в системе МКГСС. Единица работы, равная 1 Н•м, называется джоулем (Дж, равная 1 дин·см, — эргом (эрг. Работа, равная 1000 Дж, называется килоджоулем (кДж). Широко распространены внесистемные единицы работы и энергии – ватт-час (Вт•ч) и киловатт-час (кВт•ч), а в области тепловых измерений — калория (кали килокалория (ккал). Между различными единицами работы и энергии существуют следующие соотношения Дж = 0,001 кДж = 1•10 7 эрг = 0,102 кгс•м = 0,239 кал = = 0,239•10 -3 ккал кВт·ч = 1000 Вт·ч = 3,6•10 6 Дж = 3600 кДж = = 367000 кгс•м = 860 ккал. В СИ предусматривается одна и та же единица — джоуль для измерения всех видов энергии, в том числе и тепловой. Это устраняет необходимость введения в расчетные формулы дополнительных множителей для пересчета единиц измерения различных видов энергии. Если же тепловая энергия измеряется в ккал, то для перехода к единицам СИ или МКГСС в расчетные формулы вводится делитель А (термический эквивалент работы 1 равный количеству тепла, которое соответствует данной единице работы (Дж или кгс•м): А = 0,239•10 -3 ккал/Дж = 427 1 ккал/кгс•м. Мощность — работа, произведенная в единицу времени, измеряется в Дж/с в СИ, в эрг/с — в СГС, в кгс•м/с — в МКГСС. Мощность, равная 1 Дж/с, – ватт (Вт. Величина, равная 1000 Вт (или, что тоже кДж/с), называется киловаттом (кВт). Соотношение между единицами мощности следующее Вт = 0,001 кВт = 1•10 7 эрг/с = 0,102 кгс•м/с. Пересчет единиц физических величин из одной системы единиц в другую можно производить исходя из соотношения между основными единицами измерениям см, 1 кг = 1000 г, 1 кгс = 9,81 Н. Например: ??? 000 100 ? ?? ? 000 100 ? ?? 100 ? 1000 ? ? ?? 1 ? 1 2 2 2 = ? = ? = ? = ; ? ??? 9,81 1 ? ? 1 ?? 1 ? = ? = или 0,102 кгс•м. Вязкость. Динамический коэффициент вязкости (ДКВ) в СИ измеряется в Пас. Кинематический коэффициент вязкости (ККВ) в СИ имеет размерность мс. ККВ = ДКВ/плотность. Соотношение между единицами измерения ДКВ в различных системах следующее П = 10 –3 Пас = 1 м Па•с; 1П = 1 дин • с/см 2 = 0,1 Па•с. Список литературы. Муравьев И.А. Технология лекарств. Изд. е, перераб. и доп. Т.1. М.: Медицина, 1980. С. 6 — 18. 2. Стабников В.Н. Возникновение и развитие науки о процессах и аппаратах пищевых производств Изв. вузов. Пищ. технология. 1970. №2 (75). С. 72 — 77. 3. Стабников В.Н. Наука о процессах и аппаратах и ее место в ряду других наук //Пищ. пром-сть. 1969. Вып. 10. С. 44 — 49. 4. Плановский АН, Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М Хим. литра, 1962. С. 19 — 23. 5. Избранные очерки современной теории и практики производства лекарств Под ред. Ажгихина И.С. Пермское кн. изд-во, 1975. С — 21. * Часто ДКВ сокращенно называют просто вязкостью 1 Глава 1. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМИ АППАРАТАМПри создании аппарата с целью проведения технологического процесса необходимо учитывать эксплуатационные, конструктивные и экономические требования, а также охрану труда и технику безопасности в промышленных условиях. Эксплуатационные требования А п пара т создается для проведения определенного технологического процесса, требующего определенных условий. Такими условиями являются температура и давление, при которых осуществляется процесс скорость движения и взаимный контакт потоков механические, тепловые и другие воздействия. Так, приварке холосаса, содержащего сахар и пектиновые вещества, могут образовываться осадки на поверхности обогрева и скапливаться продукты карамелизации, которые влияют на процесс теплообмена, поэтому рационально применение котла, приведенного на рис. Главной характеристикой аппарата является его производительность, те. количество полученного готового продукта за единицу времени. Более полно характеризует конструкцию производительность, отнесенная км поверхности, например напряжение выпарных аппаратов — количество воды, выпаренной зач и отнесенное км его поверхности. Производительность аппарата можно увеличить интенсификацией процесса, заменой периодических процессов непрерывными, механизацией и автоматизацией их. Котел имеет цилиндрический корпус 1, сферическое днище снабженное паровой рубашкой и якорной мешалкой 4. Мешалка способствует равномерному обогреву холосаса, а также предотвращает осаждение и карамели- зацию сахара. Устройство такого аппарата позволяет создать оптимальные условия для протекания процесса, тогда как другие типы аппаратов (например, цилиндрическая форма котла с плоским днищем, лопастной мешалкой и змеевиком для пара) не обеспечили бы указанных условий. Рис. 1.1. Холосасоварочный котел — корпус 2 — днище 3 — паровая рубашка 4 — мешалка 1 5 1.2. Конструктивные требования При проектировании нового аппарата с соблюдением эксплуатационных требований ставятся такие условия: минимальная масса обеспечение соответствующей прочности; применение стандартных легко заменяемых деталей и узлов, а также удобство в эксплуатации, ремонте, монтаже и разборке; технологичность в изготовлении. При проектировании аппарата, чтобы уменьшить его массу, используют такую форму, при которой отношение боковой поверхности аппарата к его объему было бы минимальным. Самое малое отношение поверхности к объему имеют аппараты шаровые, последние используются при создании хранилищ для жидкостей. При проектировании аппаратов цилиндрической формы с крышкой и плоским дном указанное условие сохраняется при соотношении H:D = 2 (H — высота, D — диаметр). Изготовление отдельных деталей и узлов из материалов высокой прочности также уменьшает массу аппарата. Требования техники безопасности и промышленной санитарии Аппараты и приборы для химико-фармацевтического производства проектируют и изготовляют с требуемым запасом прочности, снабжают их предохранительными системами, предупреждающими аварии, а также ограждают его движущиеся детали и узлы. Поэтому используют наиболее удобные в этом отношении герметически закрытые аппараты непрерывного действия, в которых контроль осуществляется с пульта управления автоматически с соответствующей двойной защитой (например, тепловая и электрическая. Аппараты фармацевтических производств должны строго соответствовать высоким санитарно- гигиеническим требованиям, предупреждающим бактериальное, механическое или химическое загрязнения и разложение лекарственных средств. Для обеспечения указанных условий аппараты должны быть герметичны, удобны для возможной тщательной зачистки и дезинфекции, кроме того, аппараты должны быть изготовлены из материалов, невзаимодействующих с окружающей средой, перерабатываемыми материалами. Экономические требования Затраты на проектирование, изготовление, монтаж и эксплуатацию химико-фармацевтических аппаратов с учетом оптимально-реальных условий должны быть минимальными и 1 обоснованы технико-экономическими расчетами. Экономическая целесообразность внедрения в производство аппарата зависит от качества производимой на нем продукции и затратна его обслуживание. Классификация и характеристика материалов для изготовления аппаратов, их защита от коррозии Перед проектированием аппарата решающим вопросом для конструктора является выбор материала для его изготовления. При изготовлении аппаратов и устройств для химико- фармацевтических производств используются различные материалы железо, чугун, легированные металлы и их сплавы, неметаллические материалы и защитные покрытия (резина, винипласт, фаолит, пластмассы, изготовленные на основе сополимеров, полихлорвиниловых смола также лаки (ВХЛ-4000), полиэтилен, фторопласты и др. Металлы В химико-фармацевтическом аппаратостроении широко используют сталь, чугун, медь, бронзу, латунь, алюминий и олово. Сплавы железа с углеродом, в которых последнего содержится до 1,7 %, называются сталями, а сплавы, где углерода от 1,7 до %, — чугунами. Сталь. На химико-фармацевтических предприятиях ив цехах (фитохимическом, таблеточном, фасовочном и др) окружающая среда обладает невысокой агрессивностью, поэтому оборудование для них изготавливают из обычных сталей Ст, Ст и Ст.3. Следует отметить, что обычные стали легко окисляются под воздействием кислорода воздуха и влаги. При соприкосновении лекарственного вещества (в виде раствора) с ржавой поверхностью происходит как механическое загрязнение, таки переход ионов железа в готовый препарат. Применение аппаратов для ампульного производства из обычных сталей и чугуна беззащитных покрытий ограничено, а в случае их использования соблюдают условия, предупреждающие коррозию. Например, углеродистая сталь беззащитного покрытия допускается для изготовления стальных таблеточных прессов, фильтров, мельниц для измельчения лекарственного растительного сырья и др. Стальные аппараты разрешается применять для варки чистых сахарных растворов. Для изготовления ответственных деталей (валов, центрифуг, коленчатых валов, подшипников и др, работающих в неагрессивных средах, применяют углеродистые и легированные (марганцовистые, хромоникелевые и др) стали, обладающие высокой прочностью и упругостью. Приборы, аппараты и 1 установки, используемые для переработки агрессивных сред (инъекционных растворов, содержащих кислоты и щелочи, лекарственных фруктовых соков и т.д.), изготавливают из нержавеющей стали. Нержавеющая сталь является самым широко применяемым материалом для трубопроводов и рабочих поверхностей оборудования химико-фармацевтических предприятий. Отшлифованная поверхность нержавеющей стали обладает хорошими антикоррозийными свойствами, не требует покрытий специальными лаками, полуды и позволяет осуществлять соответствующую санитарную обработку. Медь и ее сплавы. Медь образует сплавы с цинком, оловом и алюминием, называемые латунями, оловянной и алюминиевой бронзами. Широкое практическое применение имеют в химико- фармацевтическом производстве сплавы с высоким содержанием чистой меди. Это — область существования твердого раствора однородной фазы, не изменяющейся в твердом состоянии. Механические свойства латуни и бронзы изменяются с повышением содержания цинка, олова и алюминия, приобретая большую твердость и хрупкость. ?-твердые растворы латуни и бронзы отличаются малой твердостью и высокой пластичностью и поэтому легко штампуются, прокатываются, что очень важно при изготовлении аппаратов для медицинской промышленности. Медь . Чистая медь широко применяется в аппаратостроении для химико-фармацевтических производств вследствие того, что она и ее сплавы обладают высокой коррозийной стойкостью, хорошей теплопроводностью и пластичностью. Медь является материалом для изготовления теплообменников, перегонных и ректификационных аппаратов в производстве спирта, дистиллированной (апирогенной) воды и др. Медь применяется в тех случаях, когда испытываемые металлом напряжения сравнительно малы, ибо его технические свойства ухудшаются с повышением температуры. Латунь и бронза. Латунь применяется в виде труби листов. Бронза идет на изготовление клапанов и корпусов насосов, вентилей, кранов и других небольших по габаритам деталей. Алюминий. Указанный материал часто применяется для изготовления трубопроводов и емкостей для хранения дистиллированной воды, используемой в ампульном производстве. Алюминий обладает хорошей теплопроводностью, малой плотностью, хорошо штампуется и сваривается. Алюминий на воздухе покрывается тонким слоем окиси алюминия, который предохраняет металл от дальнейшего окисления. Продукты окисления не ядовиты 1 При изготовлении лекарственных средств, содержащих витамин Св алюминиевых аппаратах качество продуктов не ухудшается. Однако при продолжительном воздействии на алюминий растворов поваренной соли, органических кислот происходит окисление, что ограничивает его применение. Олово обладает хорошей стойкостью в средах, содержащих органические кислоты, поэтому оно широко применяется в виде защитного покрытия (полуды) стальных и медных аппаратов и устройств. Защита металлов от коррозии Коррозия — процесс разрушения материала химическими и электрохимическими агентами. Химической коррозией называют процессы химического взаимодействия материала со средой без возникновения электрического тока, подчиняющиеся законам химической кинетики гетерогенных процессов. Наиболее распространенным ее видом является газовая коррозия, протекающая в сухих газах при полном отсутствии влаги. Газообразный агент вступает в реакцию с атомами металла, расположенными на поверхности, и образует соответствующее соединение. Если в результате коррозии образуется плотная пленка и ее продукты нелетучи, то коррозия уменьшается и даже может совсем прекратиться. При образовании рыхлой пленки коррозия приводит к полному разрушению металла. Реакция стали с водородом сопровождается выделением метана, что приводит к изменению структуры металла. Такую реакцию называют обезуглероживанием стали. Указанный вид коррозии очень опасен для аппаратов, эксплуатируемых под давлением и при высоких температурах. Электрохимической коррозией называют процессы, протекающие под действием электролитов, сопровождающиеся возникновением электрического тока и подчиняющиеся законам электрохимической кинетики. Данный вид коррозии протекает в растворах кислот, щелочей, солей, а также при атмосферной коррозии в почве. Виды коррозии По характеру разрушения металла бывает коррозия сплошная и местная. Сплошная коррозия образуется равномерно по всей поверхности металла. Пример. Процесс ржавления сплавов железа на воздухе или коррозия в растворах сильных кислот. Местная коррозия — неравномерное размещение очагов коррозии в виде пятен или точек 1 Борьба с коррозией. Нанесение инертных покрытий на защищаемый материал. Для покрытия применяются различные металлы, органические (краски, лаки) или неорганические соединения (эмали и неметаллические пленки). Металлами можно покрывать материал горячим способом (путем лужения или оцинковывания). При термохимическом способе покрытия, или плакировании, на поверхность металла помещают лист другого металла и совместно их прокатывают. Таким способом получают биметалл (лист железа, покрытый медью или латунью). Способ металлизации состоит в том, что проволоку из защитного металла расплавляют и распыляют током сжатого воздуха, покрывая тонким слоем защищаемый материал. Металлические покрытия из никеля, хрома, меди, серебра, золота и других металлов наносят гальваническим методом. Используемые для защиты от коррозии органические вещества могут образовывать пленки в результате физического процесса высыхания растворителя или в результате химических процессов (полимеризации, окислении). Боросиликатное стекло с добавкой солей кобальта используют для покрытия стальных изделий, ас добавками солей свинца для нанесения покрытия изделий из чугуна. Окисную пленку на алюминий можно наносить анодированием. Такой защите подвергают, например, детали самолета, что продлевает срок их эксплуатации. Добавление ингибиторов в корродирующую среду. В качестве ингибиторов (замедлителей коррозии) используют как неорганические, таки органические соединения. Они могут быть анодными или катодными замедлителями. Анодные ингибиторы могут образовывать с ионами растворяющегося металла нерастворимые соединения, которые осаждаются в виде пленки на корродирующих поверхностях, что вызывает прекращение действия коррозии. В качестве указанных ингибиторов используют щелочи, карбонаты, жидкое стекло, растворимые фосфаты. Применяют также катодные ингибиторы, которые, осаждаясь на катоде, вызывают высокое перенапряжение водорода. В качестве таких ингибиторов применяют соли тяжелых металлов, мышьяка, висмута и т.п. 2. Электрохимический способ. Электрохимическая защита может быть протекторной или катодной. Протекторы изготовляют из алюминия, цинка или магниевых сплавов. Во избежание коррозии можно принудительно сделать защищающую конструкцию катодом, присоединив ее к 2 отрицательному полюсу постоянного тока, создавая, таким образом, определенную разность потенциалов. Описанный вид защиты называют катодной защитой. Оба вида защиты часто применяются при прокладке подземных трубопроводов в строительстве химико-фармацевтических предприятий, при постройке оснований ферм высоковольтных передачи т.д. 1.5.2. Неметаллические материалы Для изготовления установок, аппаратов и их узлов используют неорганические материалы, стекло, искусственные силикатные материалы и материалы органического происхождения дерево, пластмасса и др. Стекло. В последние годы стекло начали широко применять в химико-фармацевтическом производстве при изготовлении трубопроводов, фильтров, емкостей и оборудования цехов по выпуску инъекционных растворов. Преимущества стекла химическая стойкость, прозрачность и малый коэффициент термического расширения недостатки: хрупкость, относительная сложность узлов и деталей, непригодность для работы при резких изменениях температуры. Дерево и пластические материалы. Ввиду сравнительно малой стоимости и доступности дерево применяется для изготовления различных емкостей, тары и отдельных машинно оно является нежелательным материалом при создании аппаратов ввиду его пористости, гигроскопичности и малой прочности. Пластические массы перспективны для химико-фармацевтического производства. В настоящее время нашли свое применение винипласт, полиэтилен, фторопласты и др. Винипласт и фаолит применяются в аппаратостроении. Они обладают хорошими антикоррозионными качествами и легко формуются. Поэтому данные материалы являются заменителями цветных металлов и сплавов — меди, латуни, свинца и бронзы. Ввиду достаточной прочности винипласт и фаолит используются не только как облицовочные защитные материалы, но и как конструкционные. Винипласт термопластичнее, чем фаолит, что позволяет получать из него детали необходимой формы, а также создавать различные аппараты. Винипласт хорошо сваривается и склеивается, стоек к воздействию почти всех минеральных кислот (кроме концентрированной азотной и серной) к щелочами к растворам солей любых концентраций. Недостаток винипласта — склонность к ползучести: температурный предел его находится прич о С. Ввиду набухаемости вводе винипласт непригоден для водных растворов 2 Фаолит применяется в виде листов из сырой фаолитовой массы трех марок (АТ и П) как замазка для склеивания и сборки готовых узлов и изделий. Из фаолита марки А изготавливают трубы и арматуру. Фаолит марки Т имеет хорошую теплопроводность, и его используют для изготовления элементов теплообменной аппаратуры. Фаолит марки П, из которой нередко изготавливают арматуру, подобен фаолиту А, но превосходит его по теплостойкости. Следует отметить, что стойкость винипласта в ч раза выше стойкости фаолита. Пластические массы, полученные на основе сополимеров полихлорвиниловых смол, имеют более высокие антикоррозийные свойства. Указанные материалы, называемые винилитами, используют в качестве фильтрующих материалов, покрытий хранилищ кислота также в виде лака ВХЛ-4000, который отличается высокой химической стойкостью к кислотами щелочам, хорошей прилипаемостью к металлам, эластичностью. Они имеют преимущества по сравнению с бакелитовыми лаками. Поверхности, образуемые этим лаком, можно промывать щелочными растворами любой концентрации, дезинфицировать растворами хлорной известии серной кислоты. Полиэтилен является термопластической массой, полученной полимеризацией этилена, обладающей высокой химической стойкостью к агрессивным средам при температуре не выше 60 о С. Фторопласты — пластические массы, получаемые путем полимеризации фтористых производных этилена. Фторопласт исключительно устойчив к агрессивным средами превосходит благородные металлы и сплавы (называется искусственная платина). Для изготовления различных узлов и деталей применяется фторопласт, для защитных покрытий — фторопласт. Методом прессования фторопласта получают листы толщиной ч мм, тонкостенные трубы, краны, вентили. Фторопласт стоек к жирам, маслам, влаге, кислотам, не обладает запахом, поэтому его можно применять при любых условиях обработки лекарственных средств до 200 С. Ввиду того что фторопласт не прилипает ник каким материалам, его используют в качестве облицовочного материала для валов и транспортных лент. Фторопласт-3 — тонкий, сыпучий материал с температурой плавления 210 о С. В смеси с этиловым спиртом и ксилолом образует суспензию, которой покрывают металл дополучения защитной пленки, стойкой к влаге и агрессивным средам. Покрытие из фторопласта выдерживает продолжительный нагрев при температуре 100 о С, сохраняя механические свойства. Олово. Лужение оловом широко применяется для покрытия змеевиков, трубопроводов. В применяемом для лужения олове допускается не более 1 свинца, 0,05 % – висмута, 0,05 % – сурьмы и 0,02 % – мышьяка 2 Недостаток луженой поверхности — нестойкость полуды и ее быстрый износ, особенно в кислых средах. Лаки. Рабочие поверхности металлических аппаратов покрывают бакелитовыми и полихлорвиниловыми лаками, а также кремнийорганическими смолами (силиконолед), последние после высыхания становятся прочными, водонепроницаемыми и стойкими к кислотам. Список литературы. Чернобыльский И.И., Бондарь А.Г., Гаевский Б.А. и др. Машины и аппараты химических производстве изд. М Машгиз, 1961. 2. Домашнев АД. Конструирование и расчет химических аппаратов. М.: Машгиз, 1961. 3. Батунер Л.М. Процессы и аппараты органического синтеза и биохимической технологии. М Химия, 1966. 4. Канторович З.Б. Основы расчета химических машин и аппаратов. М.: Машгиз, 1960. 5. Лащинский А.А., Толчинский АР. Основы конструирования и расчета химической аппаратуры. е изд. М Машиностроение, 1970. 6. Стабников В.Н. Процессы и аппараты пищевых производств. М.: Пищ. пром-сть, 1976. С — 71. 2 Глава 2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУПРОДУКТОВ И ПРОДУКТОВ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ 2.1. Общие сведения В технологии химико-фармацевтических препаратов применяется разнообразное оборудование (аппараты) в зависимости от условий проведения процесса и свойств обрабатываемого сырья. Главными факторами, определяющими тип аппаратуры, являются химические свойства материалов, участвующих в процессах, и их агрегатное состояние температура; тепловой эффект реакции давление длительность процесса; интенсивность теплообмена и др. Для создания промышленных машин и аппаратов необходимо иметь сведения о технических свойствах перерабатываемых исходных материалов, полупродуктов и получаемых готовых лекарственных средств. Указанные свойства в большой степени определяют габариты аппарата, его производительность, технологический режим работы, конструкцию, материал для изготовления. Рассмотрим некоторые технические свойства исходных материалов, полупродуктов и готовых лекарственных средств. Физико-механические и структурные свойства Они оцениваются предельными напряжениями разрушения (для сыпучих и упруговязких материалов, внутренним трением (для жидкости, газов и пластических материалов, структурным сопротивлением фильтрации (для осадков и пористых материалов. Теплофизические свойства У казан н ы е свойствам ат ер и а лов характеризуются теплопроводностью, теплоемкостью, температуропроводностью, удельной теплотой фазового перехода, коэффициентом объемного расширения и др. Физико-химические свойства Они характеризуются плотностью, вязкостью, коэффициентом диффузии, поверхностными межфазным натяжениями, давлением насыщенных паров, молекулярной массой и др. Многие технические свойства веществ фармацевтических производств хорошо изучены и представлены в специальной литературе. Однако недостаточное количество сведений затрудняет осуществление технических расчетов
2 Свойства исследуемых материалов зависят от их строения, состава и количественного содержания в них отдельных компонентов.
В состав продуктов фармацевтических производств входят вещества минерального, растительного, животного происхождения и органические химические продукты. Структурно-механические свойства материалов
Структурно-механическое строение перерабатываемых материалов имеет большое значение при их измельчении и переработке.
Технологические свойства порошков зависят от их физико- химических характеристик.
Относительная плотность порошков, насыпная масса,
пористость взаимосвязаны и определяются формой, размерами,
взаимным расположением частиц и их удельной массой.
Особенностью растительных материалов является их морфолого-анатомическое строение, обусловливающее зачастую плотную оболочку и внутреннюю структуру. Для измельчения указанных материалов требуются значительные механические усилия.
Материалы животного происхождения не имеют отчетливо выраженной оболочки. Они содержат наряду с клетками и неклеточные структуры, имеющие форму волокон или бесструктурной массы. Сыпучие материалы
Сыпучие и пористые лекарственные материалы характеризуются насыпной массой и пористостью.
Насыпная масса М материала имеет туже размерность, что и плотность
? твердых частиц, но относится ко всему объему свободно насыпанного вещества (вместе с порами).
Насыпная масса вещества может быть найдена по формуле = (1 –
|
Скачать 11.39 Mb.