inženýrství chemicko-farmaceutických...
Post on 09-Apr-2019
217 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Úprava velikosti částic
Rozmělňování
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Úprava velikosti částic
Důvody pro snížení velikosti částic
možnost přesnějšího dávkování
zvýšení specifického povrchu
rychlejší rozpouštění, sušení
lepší tokové vlastnosti, lisovatelnost
Zvýšení velikosti částic
snížení stlačitelnosti, zlepšení tokových vlastností
fixace homogenity u sypkých směsí
2
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Snížení velikosti částic
Procesy rozmělňování podle vstupujících částic
Hrubé d = 20 – 100 cm (drtiče, řezačky)
Střední d = 2 – 20 cm (mlýny, struhačky)
Jemné d = 0,3 – 2 cm (mlýny)
Velmi jemné (koloidní mlýny)
Rozmělňování
Proces s velmi neefektivním využitím energie
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Teorie rozmělňování
Pevná látka (krystal)
Molekuly jsou uspořádány ve struktuře (krystalové mřížce) na jejíž rozrušení je třeba vynaložit energii
Síla mezi
ionty
Tah
Tlak
Meziatomová vzdálenost Meziatomová vzdálenost
Střední meziatomová
vzdálenost
3
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Spotřeba energie
Fragmentace
energie přibližně úměrná vznikajícímu povrchu
fragmentace probíhá ve strukturních poruchách
Ztráty
elastická deformace částic
kompaktace částic
tření
plastická deformace částic
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Rittingerův zákon (1867)
Předpoklad
Spotřeba energie úměrná vytvořenému povrchu
Odvození z objemu a povrchu částic
3
22
3
11dkVdkV
VV
2
22
2
11dkSdkS
SS
2
1
21V
VN
4
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Rittingerův zákon (1867)
Nově vytvořený povrch
Nově vytvořený měrný povrch
2
1
2
23
2
3
1
3
11
21211
dkdkd
d
dkV
S
m
SS
SS
V
spec
2
1
2
23
2
3
1
12
2
1
122121dkdk
d
dSS
V
VSSNS
SS
12
111
ddk
kS
V
s
spec
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Rittingerův zákon (1867)
Integrální forma
KR ... Rittingerova konstanta
fc ... pevnost materiálu v tlaku [N.m-2]
Difereciální forma
Aplikace
U běžných velikostí předpovídá příliš malou energii
Vhodný pro popis velmi jemného mletí
dp < 0,05 mm
1212
1111
ddfK
ddCE
cR
2
1
d
d
dC
d
E
5
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Kickův zákon (1885)
Předpoklad
Spotřeba energie úměrná poměru velikostí částic
Odvození diferenciální formy (spojitý proces)
2
1
d
d
1
1
1
11
1
21
d
d
d
dd
d
d
dC
d
E
d
dCE
d 1
d
d0lim
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Kickův zákon (1885)
Integrální forma
Symboly
KK ... Kickova konstanta
Aplikace
předpoklad nereflektuje skutečnost, že menší částice se rozmělňují hůře
vhodný pro popis drcení a hrubého mletí
dp > 50 mm
2
1
2
1lnln
d
dfK
d
dCE
cK
6
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Griffithova teorie
V namáhaném tělese se akumuluje energie (deformační energie, deformační práce)
Deformační energie není rozložena homogenně Koncentruje se na poruchy ve struktuře materiálu, krystalu
Koncentrační faktor
L, R … podélný a příčný rozměr poruchy
Fragmentace probíhá šířením poruch za podmínek
Deformační energie je větší než nárůst povrchové energie způsobený fragmentací
V materiálu existuje porucha, která by se mohla šířit
Všechny materiály za normálních podmínek obsahují poruchy
Limitní velikost poruchy dostatečné pro šíření ovlivňuje konc. faktor
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Bondův zákon (1952)
Poloempirický, oveřený na řadě materiálů
Symboly
KB ... Bondova konstanta
fc ... pevnost materiálu v tlaku [N.m-2]
Aplikace
pro popis běžného mletí
0,05 mm < dp < 50 mm
1212
1111
dd
fK
dd
CEcB
7
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Bondův zákon (1952)
Integrální forma
Diferenciální forma
„Praktická“ forma
W1 … pracovní index
práce pro snížení velikosti z nekonečna na 100 μm
velikost se uvažuje na 80 % prosevného podílu
1212
1111
dd
fK
dd
CEcB
23
1
d
d
dC
d
E
12
1
1010
dd
WE
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Energie potřebná na rozmělnění (zobecnění)
Obecná závislost
Symboly d ... velikost částice
E ... energie
K ... konstanta
n ... řád procesu
fc ... pevnost materiálu
Rittinger n = 2, K = KR
Kick n = 1, K = KK
Bond n = 1,5, K = KB
ncd
Kfd
E 1
d
d
8
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Porovnání zákonů a oblast platnosti
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Obecné zákonitosti rozmělňování
Stupeň rozmělnění s
D … průměr hrubých částic před rozmělněním
d … průměr hrubých částic po rozmělnění
Energie potřebná na rozmělnění
Závisí na velikosti částic
Účinnost rozmělňování
nízká: 1 – 80 %
pro návrh procesu nutný experiment s daným materiálem v daném typu rozmělňovače
d
Ds
9
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Mechanismy rozmělňování
Namáhání mezi dvěma povrchy
částice – částice nebo částice – povrch zařízení
nízké rychlosti 0,01 – 10 m.s-1
drcení doprovázené otěrem
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Mechanismy rozmělňování
Namáhání nárazem na povrch
částice – částice nebo částice – povrch zařízení
vysoké rychlosti 10 – 200 m.s-1
nárazová fragmentace doprovázená otěrem
Namáhání působením nosného média
10
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Čelisťový drtič
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Kuželový drtič
11
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Kladivový mlýn
Velmi univerzální podle typu kladiv
Produkuje „ostré“ částice (výrazné hrany)
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
FitzMill® Comminutor mlýn na principu kladivového mlýnu pro farmacii
12
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Kolíkový mlýn
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Kulový mlýn
grvc
13
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Válcový mlýn
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Koloidní mlýn
Koloidní mlýn
pracuje za mokra
velmi jemné mletí
úzká distribuce velikosti částic v produktu
14
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Perlový (pískový) mlýn
Mletí ve formě suspenze (slurry)
Mletí probíhá roztíráním materiálu v loži písku, kuliček, atp.
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Fluidní mlýn (mikronizér)
Srážky částic uvedených do vysoké rychlosti
15
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Mechanismy rozmělňování
Směr namáhání
Komprese
Střih
(Tah)
Způsob aplikace síly
přímé rozmělňování
válcový mlýn, čelisťový drtič
rozmělňování ve vrstvě (méně účinné – komprese vrstvy)
kulový mlýn
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Volba metody rozmělňování podle materiálu
Tažné materiály
výrazná plastická deformace
snižování vel. částic
řezání
strouhání
Křehké materiály
snižování vel. částic
drtiče
mlýny Namáhání (tlak)
Napětí
materiálu
Elastická
deformace
Plastická
deformace lom
16
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Zvláštní požadavky na aparáty
Podle vlastností zpracovávané látky
velmi tvrdá (zpravidla křehká a abrazivní)
nízkorychlostní, nízkokontaktní apatáty
plastická, vláknitá
neúčinkuje náraz, tlak, aplikace střihu, kryomletí
vlhká, kohezní
špatné tokové vlastnosti, zpracování za mokra
teplotní citlivost
nevhodné tření, vhodné zpracování za vlhka
lepkavá
kvůli údržbě je lepší jednoduché zařízení
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Zvláštní požadavky na aparáty
Podle vlastností zpracovávané látky
kluzká
drcení bude neúčinné kvůli nízkému tření
výbušná
nutná inertní atmosféra
zdraví škodlivá
dobré ohraničení procesu, bezprašnost
17
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Distribuce velikosti částic produktu
Empirické studium na zařízení
Predikce
velikostní třídy částic
Sj … Specifická rychlost rozmělňování částice velikosti j
jak rychle se částice různých velikostí rozpadnou
něco jako rychlostní konstanta
[s-1]
bi,j … Distribuční funkce rozmělňování
jaké vzniknou částice při rozpadu částice velikosti j
pravděpodobnost, že z částice velikosti j vznikne částice velikosti i
[procenta]
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Distribuce velikosti částic produktu
18
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Distribuce velikosti částic produktu
S a b jsou charakteristikami mlýnu
Nutné jejich experimentální stanovení
Mohou záviset na podmínkách provozu (třeba frekvenci rotace)
ji
jjjiiimSbmS
t
m,
i
d
d
Zánik částic
velikosti i rozpadem
Vznik částic
velikosti i rozpadem
částic velikosti j
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Zmenšování velikosti částic
Mletí s uzavřeným okruhem
U mlýnů které negarantují maximální velikost částic se vřazuje klasifikátor (síto nebo cyklón)
top related