aparate si instalatii in industria farmaceutica
DESCRIPTION
Industria farmaceuticaTRANSCRIPT
OPERAŢII UNITARE
ÎN INDUSTRIA
CHIMICO-FARMACEUTICĂ
Industria Medicamentului
disciplină procese tehnologice de fabricare a
medicamentelor aparatură ramură a tehnologiei chimice
Proces tehnologic ansamblu ordonat de transformări chimice fizice combinate materii prime – produs finit operaţii unitare procese chimice fundamentale
Operaţii unitare procese fizice de prelucrare a materiilor
prime fără schimbarea compoziţiei fără schimbarea naturii lor
Operaţii unitare
Clasificarea operaţiilor unitare
1. operaţii mecanice2. operaţii hidrodinamice3. operaţii termice (cu transfer termic)4. operaţii de difuziune (cu transfer de masă)
OPERAŢII MECANICEDivizarea (sfărâmareaDivizarea (sfărâmarea/m/măcinarea) materialelor solideăcinarea) materialelor solide
Transportul materialelor solideTransportul materialelor solide
Clasarea materialelor solideClasarea materialelor solide
Depozitarea materialelor solideDepozitarea materialelor solide
Sfărâmarea micşorarea dimensiunilor bucăţilor de material solid la
gradul cerut de procesele tehnologice ulterioare sfărâmare măcinare învingerea coeziunii particulelor ce creează corpul solid crearea unor suprafeţe noi
Scopul sfărâmării accelerarea operaţiilor fizice şi a reacţiilor
chimice omogenizarea amestecurilor omogene obţinerea fineţii necesare pentru folosirea
optimă a produselor
Natura forţelor strivire lovire frecare despicare
TEORIA SFARÂMĂRII (MĂCINĂRII) Principiul teoretic al sfărâmării şi măcinării constă în învingerea coeziunii
particulelor care formează corpul solid cu ajutorul unor forţe şi obţinerea unor suprafeţe noi.
După natura forţelor cu ajutorul cărora se învinge coeziunea dintre particulele materialelor, divizarea poate fi realizată prin: strivire, lovire, frecare, despicare.
În majoritatea cazurilor, forţele care provoacă sfărâmarea acţionează combinat: strivire cu frecare, strivire cu lovire şi frecare etc.
Scopul industrial al divizării este multiplu: accelerarea operaţiilor fizice (amestecare, dizolvare, uscare ş.a.), omogenizarea amestecurilor eterogene, accelerarea reacţiilor chimice etc.
Factorii care influenţează sfărâmarea
materialul de sfărâmat produsul sfărâmat maşinile de sfărâmat factori tehnologici factori economici
proprietăţile materialului supus sfărâmării (măcinării):
mărimea forma structura materialului duritatea elasticitatea/plasticitatea umiditatea sensibilitatea termică temperatura de topire cantitatea (debitul)
factori referitori la produsul obţinut:
mărimea sau granulometria produsului forma structura produsului suprafaţa specifică reactivitatea pulberii
caracteristicile maşinilor utilizate:
modul de acţionare asupra materialului durata de acţionare asupra materialului gradul de divizare realizat productivitatea temperatura de lucru uzura suprafeţelor (pieselor) de sfărâmare
factori tehnologici:
realizarea operaţiei în flux continuu/discontinuu (intermitent)
măcinarea umedă (uscată) adăugarea unor ingrediente care favorizează
operaţia
factori economici:
productivitatea consumul specific de energie preţul de cost
GRADUL DE DIVIZARE(sfarâmare / măcinare)
• Raportul între dimensiunile materiei prime şi ale produsului final dorit este un factor care condiţionează de asemeni alegerea aparatelor de sfărâmat (măcinat).
• Criteriul de apreciere al sfărâmării şi totodată caracteristica principală a utilajului folosit este gradul de divizare (de sfărâmare sau de măcinare) n, care reprezintă raportul dintre dimensiunile medii ale materialului înainte (d) şi după divizare (D).
PRINCIPIILE DE FUNCŢIONARE AMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE
La sfărâmarea materialelor trebuie avut în vedere un principiu de bază: să nu se sfărâme nimic inutil.Din această regulă rezultă următoarele:
Să nu se depăşească gradul de divizare necesar prelucrării sau utilizării ulterioare a materialelor;
Particulele trebuie evacuate din aparat imediat ce au atins granulaţia dorită; aceasta reduce consumul de energie şi micşorează procentul de material prea mărunt (“praf”) care constituie atât tehnologic, cât şi economic, o pierdere.Din acest motiv instalaţiile sunt prevăzute cu dispozitive pentru eliminarea particulelor fine în afara zonei de sfărâmare, fie prin întrebuinţarea unui curent de aer sau apă, fie prin acţiunea forţei centrifuge;
Procesul de sfărâmare trebuie să se efectueze înaintea procesului de sortare;sfărâmarea trebuie să fie pe cât posibil “liberă”, adică nu trebuie să fie însoţită de procese secundare (de exemplu frecarea, care consumă iniţial din energia necesară sfărâmării);
La grade mari de divizare (măcinare), procesul trebuie să se efectueze în câteva etape sau trepte.
CONDIŢII GENERALE DE FUNCŢIONARE AMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE
Indiferent de natura eforturilor de sfărâmare, de gradul de divizare şi de proprietăţile materialelor iniţiale, toate maşinile de sfărâmare/măcinare trebuie să îndeplinească următoarele condiţii generale:
posibilitatea reglării gradului de divizare (n) între anumite limite;
uniformitatea dimensională a produsului rezultat;
eliminarea din spaţiul de lucru a materialului sfărâmat;
formarea a cât mai puţin praf;
încărcarea şi descărcarea continuă şi automată;
posibilitatea înlocuirii uşoare şi rapide a pieselor uzate;
consum redus de energie pe unitatea de masă de material sfărâmat;
cheltuieli de întreţinere cât mai reduse.
Maşinile şi instalaţiile pentru măcinat şi GRADUL DE DIVIZARE
(sfarâmare / măcinare)
• Raportul între dimensiunile materiei prime şi ale produsului final dorit este un factor care condiţionează de asemeni alegerea aparatelor de sfărâmat (măcinat).
– aparate realizate pentru sfărâmarea materialelor de dimensiuni mari (concasoarele)
– aparate construite pentru măcinare (morile)
PROCEDEE DE DIVIZARE (sfărâmare-măcinare)
Procedee discontinue
Procedee continue
CLASIFICAREAMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE
CRITERII:
duritatea materialului de sfărâmat- maşini pentru sfărâmarea materialelor dure- maşini pentru sfărâmarea materialelor de tărie medie- maşini pentru sfărâmarea materialelor moi
felul forţei care produce sfărâmarea
dimensiunile materiei prime şi a produsului finit(gradul de divizare, n)- sfărâmare preliminară (primară, grosolană sau concasare)- sfărâmare intermediară (medie)- sfărâmare măruntă- sfărâmare fină (măcinare)- sfărâmare extrafină (măcinare coloidală)
Maşinile pentru sfărâmarea preliminară se numesc concasoare,iar toate celelalte sunt reunite sub denumirea generală de mori.
Clasificarea principalelor tipuri de maşini de sfărâmat
Categoria sfărâmării
Dimensiuni maxime ale bucăţilor de material (mm)
iniţiale finale
Gradul de divizare realizat
Tipul utilajului Efortul principal care produce sfărâmarea
preliminară (primară) 1300-200 250-40 5 - 6
Concasor cu fălciConcasor girator (conic)
StrivireStrivire cu frecare
intermediară (medie)
250-50 40-105 - 6
Concasor cu cilindri neteziConcasor cu cilindri canelaţiConcasor cu cilindri dinţaţi
Strivire, frecareStrivire, despicare cu frecareDespicare cu frecare
măruntă 50-10 10-1 5 - 20Moară cu ciocane basculanteMoară centrifugă cu discuri
Lovire (forţă centrifugă)
Lovire (forţă centrifugă)
fină (măcinare) 25-3 0,8-0,3
10 - 30 Moară chiliană (Colergeng)Moară cu bile
Strivire cu frecareLovire cu frecare
extrafină (măcinare extrafină)
sub 0,175 sub 0,0001 peste 50Moară coloidală acţionând prin lovireMoară coloidală acţionând prin frecare
Lovire
Frecare
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE PRELIMINARĂ
CONCASORUL CU FĂLCI
CONCASORUL CU FĂLCI
Avantaje• Construcţie robustă• Putere mare de sfărâmare • Reglare uşoară a gradului de
sfărâmare• Deservire simplă• Schimbare uşoară a plăcilor• Ocupă spaţii mici• Productivitate mare• Întreţinere uşoară• Consum mic de energie pe
unitatea de greutate de produs sfărâmat
Dezavantaje • Granulaţie neuniformă• Produce trepidaţii• Posibilitate de înfundare
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE PRELIMINARĂ
CONCASORUL GIRATOR [CONIC]
CONCASORUL GIRATOR [CONIC]
Avantaje• Productivitate mare • Funcţionare continuă şi
uniformă• Fără curse moarte • Fără zguduituri• Consum de energie mai mic
pe tona de material sfîrâmat• Obţinerea unui material mai
omogen ca granulaţie
Dezavantaje• Întreţinerea şi repararea mai
complicate• Întreţinerea şi repararea mai
scumpe• Posibilitate de înfundare, mai
ales la materialele umede
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ
CONCASORUL CU CILINDRI NETEZI[MOARA CU VALŢURI]
CONCASORUL CU CILINDRI NETEZI[MOARA CU VALŢURI]Avantaje
• Productivitate mare • Funcţionare continuă şi
uniformă• Fără curse moarte • Fără zguduituri• Consum de energie mai mic
pe tona de material sfărâmat• Obţinerea unui material mai
omogen ca granulaţie
Dezavantaje• Întreţinerea şi repararea
moderat complicate• Dificultăţi de mărunţire pentru
materialele umede
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ
MOARĂ CU SISTEM DE 3 VALŢURI
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ
CONCASORUL CU CILINDRI DINŢAŢI
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE MĂRUNTĂ
MOARA CU CIOCANE BASCULANTE
MOARA CU CIOCANE BASCULANTE
Avantaje• Un grad mare de sfărâmare• Se obţine un material omogen
granulometric• O capacitate mare de
prelucrare
Dezavantaje• Zgomot
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE MĂRUNTĂ
MOARA CU COROANE DINŢATE
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)Moara chiliană (Colergang)
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)
AVANTAJE: productivitate mare măcinarea unei game foarte variate de produse
(substanţe toxice) obţinerea de pulberi fine siguranţă în funcţionare deservire simplă funcţionează fără separator magnetic măcinarea poate fi simultană cu uscarea
DEZAVANTAJE: consumul specific mare de energie volum şi greutate mare producerea zgomotului în timpul funcţionării
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)Moara cu bile
CLASIFICAREA MORILOR CU BILE
După modul de funcţionare: mori cu funcţionare periodică; mori cu funcţionare continuă
După modalitatea de descărcare al produsului măcinat : mori cu descărcare periferică (prin site); mori cu separator exterior
După construcţia tamburului: mori cilindrice tubulare mori conice
Moara cu bile
Efectul de măcinare depinde de:
Viteza de rotaţie a tamburului
Diametrul şi lungimea tamburului
Greutatea, dimensiunea şi numărul bilelor
Modul de realizare al măcinării
Viteza de rotaţie a morii
mică optimă prea mare viteza critică = 42,3/√D nr. rot./min. 70-80% viteza critică n optim = 23/√D ↔ 28/√D 32-37% din volumul interior al tamburului L/D = 1,56/1,64
Moara cu bile
AVANTAJE:
productivitate mare, măcinarea unei game foarte variate de produse (substanţe
higroscopice sau toxice), obţinerea de pulberi fine siguranţă în funcţionare deservire simplă funcţionează fără separator magnetic măcinarea poate fi simultană cu uscarea
DEZAVANTAJE: consumul specific mare de energie, volum şi greutate mare producerea zgomotului în timpul funcţionării
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE EXTRAFINĂ(MĂCINARE COLOIDALĂ)
Moara coloidală acţionând prin lovire
MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE EXTRAFINĂ(MĂCINARE COLOIDALĂ)
Moara coloidală acţionând prin frecare
TRANSPORTUL MATERIALELOR SOLIDE
Transportorul cu bandă
Elevatorul
Transportorul elicoidal (Şnec)
TRANSPORTUL CU BANDĂ
ELEVATORUL
TRANSPORTORUL ELICOIDAL (ŞNEC)
CLASAREA MATERIALELOR SOLIDE
METODE:
clasare volumetrică(pe baza diferenţei de dimensiuni)
clasare simptotică sau gravimetrică(pe baza diferenţei dintre vitezele limită de cădere în fluide a granulelor de diferite mărimi)
CLASAREA VOLUMETRICĂ
Principiul de clasare trecerea materialelor de clasat pe suprafeţe perforateParticulele cu dimensiuni mai mici decât ochiurile grătarului sau
ciurului alcătuiesc trecerea sau produsul inferior şi se notează convenţional cu semnul minus;
cu dimensiuni mai mari rămân pe grătar sau ciur, constituind refuzul şi se notează cu semnul plus
Moduri de realizare a clasării volumetrice: prin refuz prin trecere mixt
APARATE DE CLASARE
CLASAREA VOLUMETRICĂ:
Site
Grătare
Ciururi
CLASARE GRAVIMETRICĂ:
Clasoare pneumatice
Clasoare hidraulice
APARATE DE CLASARE
Ciur rotativ cu mantale dispuse concentric
Ciur rotativ cu mantale dispuse în prelungire
CIURURI ROTATIVE
Avantaje Construcţie simplă Funcţionare sigură Deservire uşoară
Dezavantaje Sortarea nu este omogenă Capacitate de cernere redusă
Clasor pneumatic
OPERAŢIIHIDRODINAMICE
TRANSPORTUL LICHIDELOR
Dispozitive de transport fără elemente mobile:
Sifonul
Montejus
Pompa cu aer comprimat
SIFONUL
1. Ramura descendentă
2. Ramura ascendentă
3. Ventil
4. Pâlnie de amorsare
5. Ventil
SIFONUL
Avantaje Construcţie simplă Funcţionare sigură Întreţinere comodă
Dezavantaje Randament scăzut Capacitate de transfer
MONTEJUS
1. Conductă de alimentare
2. Ventil (clapetă)
3. Conductă de refulare
4. Ventil
5. Conductă de introducere a gazului comprimat
6, 7 - Ventil (robinet)
8. Conductă de evacuare a aerului
POMPA CU AER COMPRIMAT
1. Conductă de refulare
2. Conductă de introducere a aerului comprimat
3. Cameră de amestec
4. Cameră de separare
5. Canal de evacuare
POMPA CU AER COMPRIMAT
Avantaje Construcţie simplă Fără elemente mobile Posibilitate redusă de
defectare Poate lucra la temperaturi
înalte
Dezavantaje Randament scăzut (25-35%) Debit mic Necesită adâncime mare de
scufundare
Operaţii hidrodinamice
Separarea sistemelor eterogene
METODE: Sedimentare Filtrare (Centrifugare)
FILTRAREAFiltrarea este operaţia de separare a fazelor unui amestec eterogen solid-fluid, cu
ajutorul unei suprafeţe poroase sau a unui strat poros, prin care trece numai faza fluidă (dispersantă).
Scopul filtrării este de a separa fazele unei suspensii într-un precipitat care conţine cât mai mult din faza solidă a suspensiei şi într-un filtrat cu cât mai puţină fază solidă.
Condiţiile care se cer unei bune filtrări sunt:- puritatea filtratului, (absenţa fazei solide din filtrat);- puritatea precipitatului (absenţa substanţei solubile în precipitat; umiditatea scăzută a
precipitatului);- productivitatea mare a filtrului (viteză mare de filtrare);- utilizarea unei cantităţi cât mai mici de apă de spălare, pentru a nu dilua prea mult
substanţa solubilă;- regenerarea uşoară şi completă a suprafeţei filtrante sau a stratului filtrant;- consum minim de energie;- manoperă minimă.
ETAPELE FILTRĂRII1. În prima etapă suprafaţa filtrantă sau stratul granular filtrant
reţine faza solidă; la începutul acestei etape filtratul este, de obicei, tulbure şi trebuie refiltrat;
2. În a doua etapă, reţinerea fazei solide se realizează în principal de către stratul de precipitat format pe suprafaţa filtrantă, care rămâne cu rolul de suport al precipitatului;
3. A treia etapă constă în spălarea precipitatului pentru îndepărtarea substanţelor solubile a căror soluţie îmbibă precipitatul la sfârşitul etapei precedente;
4. Ultima etapă constă în regenerarea suprafeţei sau stratului filtrant (spălarea şi destuparea porilor).
Uneori după etapele 2 şi 3, se aspiră aer prin stratul de precipitat, pentru a îndepărta o parte din soluţie sau din apa care îmbibă precipitatul (deshidratarea şi uscarea precipitatului).
FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ FILTRAREA [I]
a. Factori referitori la suspensie natura suspensiei (natura fazei solide sau a fazei lichide); structura şi granulometria suspensiei; concentraţia; modul de obţinere; vârsta suspensiei (durata de la obţinere până la filtrare); cantitatea (debitul) suspensiei.b. Factori referitori la materialul filtrant natura materialului filtrant; dimensiunea porilor (permeabilitatea); grosimea stratului filtrant; aria suprafeţei filtrului.c. Factori referitori la precipitat omogenitatea precipitatului; tasarea precipitatului; umiditatea finală a precipitatului.
FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ FILTRAREA [II]
d. Factori referitori la perioada de spălare cantitatea (debitul) apei de spălare; durata spălării; capacitatea apei de spălare.e. Factori referitori la regenerarea materialului filtrant modul (operaţiunile) de regenerare; cantitatea apei necesară regenerării; cantitatea şi debitul aerului comprimat necesar regenerării; durata regenerării.f. Factori referitori la condiţiile de filtrare presiunea de filtrare; temperatura de filtrare; debitul (viteza) de filtrare; durata filtrării.
METODE DE FILTRARE
Separarea suspensiilor prin filtrare se poate realiza prin mai multe metode:
filtrarea cu formarea pe suprafaţa membranei filtrante a unui precipitat format din faza solidă a suspensiei;
filtrarea cu astuparea porilor membranei filtrante de către faza solidă a suspensiei;
filtrarea cu formarea pe suprafaţa membranei filtrante a unui precipitat format din substanţă auxiliară şi din faza solidă a suspensiei;
filtrarea cu separarea parţială şi cu îngroşarea suspensiei.
Alegerea metodei de separare prin filtrare a suspensiilor
este determinată în special de concentraţia suspensiei.
TIPURI DE FILTRE [I]
a. După modul de funcţionare: filtre cu funcţionare continuă; filtre cu funcţionare discontinuă (periodică).
La filtrele cu acţiune periodică membrana filtrantă este fixă, iar pe toate elementele membranei poroase au loc simultan aceleaşi procese, de exemplu: pătrunderea suspensiei, formarea precipitatului sau eliminarea acestuia.
La filtrele cu acţiune continuă membrana se deplasează continuu în circuit închis, iar pe diferitele elemente ale membranei au loc procese diferite, în funcţie de sectorul circuitului închis în care se află la momentul respectiv elementul de membrană, de exemplu: pe una din porţiunile membranei este adusă suspensia, iar pe alte porţiuni are loc formarea şi eliminarea precipitatului.
b. După mijloacele cu care se crează presiunea necesară pentru trecerea lichidului prin porii stratului filtrant:
filtre care funcţionează sub acţiunea presiunii hidrostatice a coloanei de lichid ce se filtrează; filtre de vid, care funcţionaeză datorită vidului produs de pompele de vid; filtre presă, care funcţionează sub acţiunea presiunii produse de pompe sau compresoare.
TIPURI DE FILTRE [II]
c. În funcţie de caracterul stratului filtrant, toate filtrele pot fi împărţite în: filtre cu strat filtrant din granule libere; filtre cu strat filtrant din ţesătură; filtre cu strat filtrant rigid; filtre cu strat filtrant semipermeabil.
Alegerea stratului filtrant este determinată de o serie de factori,dintre care cei mai importanţi sunt: proprietăţile fizico-chimice ale suspensiei care se filtrează; presiunea de regim la care se face filtrarea; gradul de dispersie al particulelor solide în amestecul care se filtrează; capacitatea de producţie.
TIPURI DE FILTRE [III]
1. FILTRE CU STRAT GRANULAR
Cel mai simplu filtru poate fi format dintr-un vas având fundul în formă de grătar în care mediul filtrant este stratul de precipitat care se depune la fund, iar presiunea este creată de presiunea hidrostatică a coloanei de lichid care se filtrează.
Pentru construcţia acestor filtre se foloseşte nisip fin de cuarţ, marmură pisată, calcar, cărbune.
Ex. folosite la epurarea apei
2. FILTRE CU STRAT FILTRANT DE PÂNZĂ (Material fibros de provenienţă animală, vegetală sau minerală)
Ex. Filtrul NUCEFiltrele cu saciFiltrele presă (ex. filtrul cu discuri, filtru lentilă)
FILTRUL NUCEAvantaje: construcţie simplă, funcţionare sigură, uşurinţă în supraveghere, preţ de cost
mic, adaptabilitate la diferite condiţii de filtrare, posibilitatea de a fi confecţionate din materiale anticorozive (fontă, inox, porţelan).
Dezavantaje: suprafaţa mare, manoperă la descărcare, spălare defectuasă a precipitatului şi viteză de filtrare relativ mică (deoarece diferenţa de presiune care se poate realiza în timpul filtrării se limitează numai la 1 atm).
FILTRUL CU SACI
FILTRU CU DISCURI(DRUCK-FILTRU; FILTRU PRESĂ TIP CEH)
1. corp cilindric cu manta; 2. elementul filtrant (ţeavă perforată); 3. discuri metalice de susţinere a materialului filtrant; 4. material filtrant (pânză de bumbac); 5. gură de alimentare; 6. conductă de evacuare
FILTRUL CELULAR ROTATIV (OLIVER)
CENTRIFUGAREA
Centrifugarea este o tehnică de lucru care foloseşte proprietatea câmpului centrifugal pentru intensificarea operaţiei de separare a sistemelor eterogene lichide.
Factorul de separare (Z) reprezintă raportul dintre acceleraţia câmpului centrifugal şi acceleraţia câmpului gravitaţional.
Sedimentarea într-un câmp de forţe centrifuge prezintă următoarele avantaje: se realizează viteze mari de sedimentare, se atinge un grad înaintat de separare, se pot separa faze de densităţi apropiate, se realizează precipitate cu un conţinut redus de fază lichidă.
După modul de funcţionare se deosebesc 2 feluri de centrifuge:- cu funcţionare periodică, (necesită oprirea pentru încărcare şi golire);- cu funcţionare continuă, (separarea se efectuează fără întrerupere).
Centrifuga cu transmisie la partea inferioară
Centrifuga cu transmisie la partea superioară (suspendată)
1. Tambur perforat
2. Arbore
3. Disc pt. proiectarea suspensiei pe tambur
4. Carcasă
5. Spiţe