технол лек 1. Учебник соответствует учебной программе и предназначен для студентов фармацевтических высших учебных заведений и факультетов
 Скачать 11.39 Mb.
|
|
???????? ??????? ????? ???????????? (??c???????) 1 1 1 m-1 m-1 n-1 n-1 m+1 m+1 0 0 3 3 2 2 2 Рис. 18.33. Схема многоступенчатого (1, 2, ... , n) противоточного экстрагирования (системы твердое тело – жидкость) Исходная смесь твердых веществ, поступающая в ю ступень установки в количестве G F кг/с, содержит х весовых долей распределяемого компонента В. С противоположного конца установки в ю ступень вводится растворитель в количестве S 0 кг/с с содержанием y 0 весовых долей компонента В. Из установки выходит кг/с экстракта концентрацией y E весовых долей компонента В. Как видно из схемы (рис. 18.33), поток экстракта, переходящего из одной ступени в другую, называется условно верхним потоком, а поток рафината – нижним. Уравнение материального баланса для всей установки. (Материальный баланс по компоненту В запишется, как 0 . (Откладываем заданную величину x F на оси абсцисса величину y 0 – на гипотенузе треугольной диаграммы (рис. 18.34) и соединяем эти точки прямой. Для получения точки x см прямую x F y 0 делим в отношении, равном S 0 /G F . Точка x см характеризует состав исходной смеси. Зная требуемый состав рафината (нижнего потока, т.е. заданное или принятое соотношение между количествами жидкой и твердой фаз в твердом материале после экстрагирования, проводим линию постоянного состава твердой фазы, параллельную гипотенузе диаграммы (пунктирная линия А = const на рис. Отмечаем на ней точку отвечающую содержанию растворимого компонента В в конечном рафинате, выходящем из установки. Рис. 18.34. Графический расчет процесса многоступенчатого противоточ- ного экстрагирования из твердых тел 4 4 Расчет ведут аналогично расчету многоступенчатой противоточной экстракции в системе жидкость – жидкость. Согласно уравнениями) точки x R , x см и должны лежать на одной прямой. Вместе стем точка соответствующая смеси компонентов В и S, находится на гипотенузе диаграммы. Поэтому находят точку y E как точку пересечения прямой, проходящей через точки x R и x см с гипотенузой. Уравнение материального баланса для части установки в пределах от первой до некоторой й ступени включительно запишется так откуда 1 + ? = ? m m E F S G S G . (Материальный баланс по компоненту В будет иметь вид 1 + + ? = ? m m m m E E F F y S x G y S x G . (Обозначим разность расходов исходной твердой смеси и экстракта через Р - S E = Тогда Уравнения (18.34) и (18.35) можно записать, как 2 1 S G S G S G P R E F ? = ? = ? = (или 0 2 2 1 1 y S x G y S x G y S x G Px R R E E F F P ? = = ? = ? = . (Из этих уравнений следует, что положение полюса Р, или точки х Р , определяется пересечением прямой, проходящей через точки хи, с прямой, проходящей через точки x R итак как точка x Р должна лежать на обеих этих прямых. Найдя таким способом положение полюса Р, определяем число теоретических ступеней путем следующих построений. Соединив точку y E с началом координат (точка А, находим на линии А = const точку пересечения Из уравнений (18.36) и (18.37) следует, что = G 1 – и 2 1 Поэтому находим точку y 2 на пересечении прямой, проходящей через точки x 1 и Р, с гипотенузой диаграммы. Соединив точку y 2 с началом осей координат (точка А), находим точку x 2 , лежащую на пересечении этой линии с линией А = const. Аналогичные построения проводят до тех пор, пока не получат состав, равный или близкий заданной концентрации конечного рафината. Число полученных линий, соединяющих начало осей координат с точками x 1 , x 2 , ... x R (или близкой к величине определяет число теоретических ступеней экстрагирования, необходимое для данного процесса. Как видно из рис. 18.34, для 4 4 изображенного на нем процесса экстрагирования достаточно двух теоретических ступеней. Список литературы. Акельруд ГА, Лысянский В.М. Экстрагирование (система твердое тело – жидкость. Л Химия, 1974. 254 с. Лысянский В.М. Процесс экстракции сахара из свеклы. М Пищ. пром-сть, 1973. 224 с. Николаев А.П. и др. Процессы и аппараты пищевых производств: Задачник. Изд. е. К Вища шк, 1972. 268 с. Стабников В.Н., Попов В.Д., Лысянский В.М. и др. Процессы и аппараты пищевых производств. Изд. е, перераб. и доп. М Пищ. пром-сть, 1976. С. 390 – 395, 418 – 425, 614 – 652. 5. Гончаренко Г.К., Орлова Е.И. Мед. пром-сть СССР. 1966. С. 30 – 33; № 6. С. 43 – 46. 6. Гончаренко Г.К., Орлова Е.И., Готлинская А.П. Мед. пром-сть СССР. 1966. №5. С. 41 – 44. 7. Гончаренко Г.К., Пелишенко И.И. Мед. пром-сть СССР. 1961. № 10. С. 25 – 30. 8. Гончаренко Г.К., Готлинская А.П. Процессы жидкостной экстракции. М Госхимиздат, 1963. 9. Гончаренко Г.К., Готлинская А.П. Журн. прикл. химии. 1967. 40. Вып. 3. С. 594 – 599. 10. Гончаренко Г.К., Золотарев В.С., Шебанова СТ. //Хим.-фарм. журн. 1969. №1. С. 45; №4. С. 49. 11. Гончаренко Г.К., Шебанова СТ, Красовская В.И. //Хим.-фарм. журн. 1972. №7. С. 36 – 38; 1973. № 1. С. 23 – 26. 12. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М Химия, 1971. С. 547 – 591. 13. Плановский АН, Николаев ПИ. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. М Химия, 1987. С. 319 – 350. 14. Трейбал Р. Жидкостная экстракция. М Химия, 1966. С. 29 – 45, 255 – 257, 442 – 446. 15. Шкоропад ДЕ, Лысковцев ИВ. Центробежные жидкостные экстракторы. М Машгиз, 1962. С. 105 – 110, 196 – 205. 16. Муравьев И.А. Технология лекарств. Т. Изд. е, перераб. и доп. М Медицина, 1980. С. 165 – 257. 17. Чернобыльский И.И., Бондарь А.Г., Гаевский Б.А. и др. Машины и аппараты химической промышленности. М К Машгиз, 1962. С. 251 – 261. 18. Плановский АН, Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. М Госкомиздат, 1962. С. 631 – 656. 19. Жидкостная экстракция /Сб. статей под ред. А.Г. Касаткина. М.: Госхимиздат, 1958. 20. Молчанов Г.И. Ультразвук в фармации. М Медицина, 1980. 174 с. Губанов НИ, Утепбергенов А.А. Медицинская биофизика. М.: Медицина, 1978. 336 с. Справочник химика. В 6-ти т. Т. МЛ Химия, 1964. 23. Дж. Перри. Справочник инженера-химика. Л Химия, 1969. 24. Теоретические основы фармацевтической технологии Учеб. пособие. Х УкрФА, 1998. С. 42 – 56. 4 5 Глава 19. Сушка Сушка материалов занимает важное место в производстве лекарственных препаратов как один из самых распространенных массообменных процессов. Сушкой называют процесс удаления из материала растворителя, в результате чего в нем увеличивается относительное содержание сухого вещества. Чаще всего в качестве растворителей применяют воду, поэтому под сушкой подразумевается процесс обезвоживания материалов. Сушка широко используется в различных отраслях в химическом, сельском хозяйстве ив химико-фармацевтическом производстве. Она применяется на различных стадиях технологического процесса для подготовки сырья и получения полуфабрикатов часто сушка является завершающим этапом производства, определяющим качество готового лекарственного вещества (эффективность терапевтического действия. Сушка осуществляется с различной целью для облегчения и удешевления транспортировки материалов, для повышения их прочности сушка многих лекарственных препаратов обеспечивает их консервирование и хранение сушка необходима для последующего измельчения некоторых материалов. В химико-фармацевтических производствах применяется как искусственная сушка материалов в специальных сушильных установках, таки естественная – на полках в закрытых помещениях, без обогрева и подачи воздуха (в производстве гранул плантаглюцида). Сушка – сложный диффузионный процесс, скорость которого определяется скоростью диффузии влаги из глубины высушиваемого материала в окружающую среду. Удаление влаги при сушке сводится к перемещению тепла и вещества (влаги) внутри материала и их переносу с поверхности материала в окружающую среду. Следовательно, сушка является сочетанием связанных друг с другом процессов тепло- и массообмена (влагообмена). По способу подвода тепла к высушиваемому материалу различают следующие виды сушки. 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. Контактная – путем передачи тепла от теплоносителя к материалу через разделяющую их стенку. Специальная. 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 – 4 5 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. Основные параметры влажного воздуха При конвективной сушке нагретый воздух передает материалу тепло и уносит влагу, испаряющуюся из материала за счет этого тепла. Сушильный агент (воздух) играет роль тепло- и влагоносителя . При прочих методах сушки находящийся в контакте с материалом влажный воздух используется только для удаления испарившейся влаги, те. выполняет роль влагоносителя. Влажный воздух является смесью сухого воздуха и водяного пара. Влажный воздух как влаго- и теплоноситель характеризуется следующими основными параметрами абсолютной и относительной влажностью, влагосодержанием и энтальпией (теплосодержанием). Абсолютная влажность – это количество водяного пара в кг, содержащегося в 1 м влажного воздуха. Относительная влажность или степень насыщения воздуха ? это отношение массы водяного пара в 1 м влажного воздуха п приданных условиях (температура, объем, барометрическое давление) к максимально возможной массе водяного пара в 1 м 3 воздуха н (плотности насыщенного пара) при тех же условиях. (В соответствии с уравнением состояния идеальных газов (уравнение Менделеева – Клапейрона): RT ? p ? ? ? = ? и RT ? p ? ? ? = ? , (где р п – парциальное давление паров в воздухе Н/м 2 ; Т – абсолютная температура, К; М п – масса 1 кмоль водяного пара, равная 18 кг/кмоль; R – универсальная газовая постоянная, равная 8314 Дж/(кмоль•К) = 1,99 ккал/(кмоль•К); р н – давление насыщенного водяного пара приданной температуре (Т в К) и общем барометрическом давлении, Н/м 2 Подставляя значения пи н в выражение (19.1), получим. (При температуре воздуха ниже или равной температуре насыщения р н равно давлению сухого насыщенного пара, которое берут из Международных таблиц водяного пара приданной температуре воздуха. При температуре воздуха выше температуры насыщения р н равно общему или барометрическому давлению В. В этих условиях 4 5 2 B ? ? = ? . (Относительная влажность ? является одной из важнейших характеристик воздуха как сушильного агента, определяющая его влагоемкость, те. способность воздуха к насыщению парами влаги. В процессе сушки воздух увлажняется и охлаждается, изменяя объем. Поэтому более удобно относить влажность воздуха к единице массы абсолютно сухого воздуха, те. вместо абсолютной влажности пользоваться влагосодержанием. Влагосодержанием воздуха называется отношение количества водяного пара (в кг, содержащегося во влажном воздухе и приходящегося на 1 кг абсолютно сухого воздуха m x , (где m 0 , m св – масса водяного пара и масса абсолютно сухого воздуха в данном объеме влажного воздуха, кг; ? с.в – плотность абсолютно сухого воздуха, кг/м 3 Для установления связи между влагосодержанием хи относительной влажностью воздуха ? подставим в уравнение (значения пи св, полученные из уравнения (19.2). Тогда запишем p M M RT M p RT M p x ? = = , (где р св – парциальное давление абсолютно сухого воздуха; М с.в – масса 1 кмоля абсолютно сухого воздуха, равная 29 кг/кмоль. Согласно закону Дальтона р св равно разности общего давления влажного воздуха Р и парциального давления водяного пара р п в нем св Р – p па из уравнения (19.3): p п = ? ·p св. (Подставляя в уравнение (19.6) выражения р п из уравнения) и р св – из уравнения (19.7), а также численные значения М п и М с.в , запишем 29 18 p P p p P p x ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? ? = . (Энтальпия і (теплосодержание) влажного воздуха определяется приданной температуре воздуха t (во, как сумма энтальпий абсолютно сухого воздуха С с.в •t и водяного пара x•i п (Дж/кг сухого воздуха): і = С с.в •t + x•i п, (где С с.в – средняя удельная теплоемкость абсолютно сухого воздуха, которая может быть принята приближенно равной 1000 Дж/ (кг•град) (0,24 ккал/(кг•град)); i п – энтальпия водяного пара, Дж/кг. В процессе сушки водяной пар находится в перегретом состоянии в смеси с воздухом. Энтальпию водяного пара при 0 о С обозначим 4 5 через r 0 (r 0 = 2493•10 3 Дж/кг) и примем среднюю удельную теплоемкость перегретого водяного пара С п ?1,97•10 3 Дж/(кг•град). Получим выражение для определения теплосодержания перегретого пара п = r 0 + п = 2493•10 3 + 1,97•10 3 •t. (Подставляя в уравнение (19.10) значение С с.в и выражение, получим (в Дж/кг сухого воздуха) і = (1000 + 1,97•10 3 •x)t + 2493•10 3 •x. (В ккал/кг сухого воздуха это выражение будет иметь вид: і = (0,24 + 0,47•x)t + 595•x. (19.13) 19.2. Диаграмма влажного воздуха і – Основные свойства влажного воздуха можно с достаточной для технических расчетов точностью определить при помощи і – x- диаграммы, разработанной Л.К. Рамзиным (1918 г. Диаграмма і – x (рис. 19.1) построена для постоянного давления р = 745 мм рт. ст. (около 99 кН/м 2 ), которое, по многолетним статистическим данным, принято как среднегодовое для центральных районов бывшего СССР. На оси ординат отложены в определенном масштабе энтальпии і , а на наклонной оси абсцисс – влагосодержание x. Угол между осями координат – оно для удобства пользования значения влагосодержания x спроектированы на вспомогательную ось, перпендикулярную оси ординат. На диаграмме имеются линии 1) постоянного влагосодержания (x = const) – вертикальные прямые, параллельные оси ординат) постоянной энтальпии (і = const) – прямые, параллельные оси абсцисс, те. направленные под углом о коси ординат) постоянных температурили изотермы (t = const); 4) постоянной относительной влажности ( ? = const); 5) парциальных давлений водяного пара р п во влажном воздухе, значения которых отложены в масштабе на правой оси ординат диаграммы. Линии постоянных температурили изотермы, построены на основании уравнения (19.13). Задаются приданной температуре t 1 = const двумя произвольными значениями x 1 и x 2 . Затем по уравнению (19.13) вычисляют значение i, соответствующее каждому значению x. Полученные точки (x 1 , і) и (x 2 , і) наносят на диаграмму и проводят через них прямую, которая является изотермой t 1 = Линии постоянной относительной влажности построены с помощью уравнения (19.9), которое выражает зависимость между x и р н при ? = const. Принимая приданном несколько произвольных температур t 1 , t 2 , t 3 ..., для каждой из них находят по таблицам водяного пара соответствующие значения р ни вычисляют отвечающее ему значение x по уравнению (19.9). Точки с известными координатами (t 1 , x 1 ), (t 2 , x 2 ), (t 3 , x 3 ) и т.д. соединяют кривой, которая является линией ? 1 = const. 4 5 4 0 0° 0° 10° 20° 30° 30 50 70 90 11 0 13 0 15 0 17 0 19 0 20 0 23 0 25 0 25 0 27 0 27 0 29 0 29 0 31 0 31 0 33 0 33 0 35 0 35 0 37 0 37 0 39 0 39 0 41 0 41 0 10° -10° 10 -10 -10 20° 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0 10 10 30 50 70 90 20 30 40 50 60 70 80 90 100 23 0 ? = 5% ? = 10% ? = 20% ? = 30% ? = 50% ? = 70% ? = 10 0% ???? ???? ?? ?? ???? ??????? ???? ??? ???? ? ?? ????? ? ???? ? = con st ? = 5% ? = 10% 40° p, ? ? ? ? . ? ? ? ?? ? ?? ?? ?? i, ? ? ? /? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? ??????????????? ?, ??/?? ?????? ??????? 135° x= co ns t i= cons Рис. 19.1. Диаграмма влажного воздуха і – x (а) Из уравнения (19.9) следует, что при температурах t > 99,4 о С величина ? не зависит от температуры (так как при этом р н = В = =745 мм рт. ст, для которого построена диаграмма) и практически является величиной постоянной. Поэтому линии ? = const при о С имеют резкий переломи идут почти вертикально вверх. Линия ? = 100 % соответствует насыщению воздуха водяным паром приданной температуре. Выше этой линии расположена рабочая площадь диаграммы, отвечающая ненасыщенному влажному воздуху, используемому в качестве сушильного агента. Линии парциального давления, проведенные в нижней части диаграммы, позволяют определить парциальное давление, если известно положение точки на диаграмме, соответствующей состоянию воздуха 4 5 5 0 50 75 100 125 150 175 200 225 50 ° 200° 500° 450° 350° 150° 150° 60° t = 65° ? 70° 50 ° 55 ° 50 50 100 100 150 150 200 200 250 300 300 250 350 350 400 400 450 450 500 500 550 550 600 600 650 650 700 700 750 750 800 800 850 850 900 900 950 950 1000 0,025 0,050 0,075 0,100 0,125 0,150 0,175 0,200 0,225 0,250 0,275 100° 250° 300° 350° 400° 450° 300° 250° 200° ?? ????? ???? ?? ??? ??? ?? ????? ? ???? p, ? ? ? ? . ? ? ? ? ?? ?? ?? ?? i, ? ? ? /? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? |