Перемешивание в жидких средах

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Южно-Казахстанская государственная фармацевтическая академия

Кафедра технологии лекарств и инженерных дисциплин

Реферат

Тема: «Перемешивание в жидких средах.»

Подготовила: ?уатбекова Баян

Приняла: Джурабекова З. Д.

Шымкент 2014

План

Введение

1. Перемешивание как технологический процесс

2. Способы перемешивания и типы мешалок

3. Интенсивность и эффективность перемешивания

Заключение

Список литературы

Введение

Перемешивание в жидких средах широко применяется в фармацевтическом производстве: для приготовления суспензий, эмульсий, пен, водных и неводных растворов. Кроме того, перемешивание в жидких средах применяется также для интенсификации химических, диффузионных и тепловых процессов.

Способы перемешивания и выбор аппаратуры, для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоянием перемешиваемых материалов.

1. Перемешивание как технологический процесс

Перемешивание в жидкой среде осуществляется следующими способами:

- механическим с помощью мешалок различной конструкции;

- пневматическим - сжатым воздухом или инертным газом с пульсацией или без нее;

- гравитационным;

- перемешиванием в трубопроводе;

- акустическим (ультразвуковым);

- циркуляционным.

2. Способы перемешивания и типы мешалок

Наиболее распространенным способом перемешивания в жидких средах является механическое перемешивание. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение. В зависимости от устройства мешалки делятся на лопастные, пропеллерные, турбинные и специального назначения (якорные, рамные, листовые и планетарные). Лопастные/ якорные, рамные планетарные мешалки относятся к тихоходным (частота вращения 0,15…5 с^-1), пропеллерные и турбинные - к быстроходным (частота вращения до 40 с^-1). Вал мешалки устанавливают в аппарате вертикально, горизонтально или наклонно.

Лопастные мешалки наиболее просты по конструкции, имеют две или несколько лопастей. Устанавливают их, как правило, на вертикальном валу, ось которого совпадает с осью аппарата. Диаметр лопастей d_м =(0.15…0,5)D, где D - внутренний диаметр аппарата; ширина лопасти b = 0,25d_м. К недостаткам мешалок этого типа следует отнести низкое насосное действие мешалки (слабый осевой поток), не обеспечивающее достаточно полного перемешивания во всем объеме аппарата. Они сообщают жидкости в основном вращательное движение (тангенциальный поток). Развитие турбулентности в объеме перемешиваемой жидкости происходит медленно, циркуляция жидкости невелика. Поэтому лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей, вязкость которых не превышает 50 Па·с. Эти мешалки непригодны для перемешивания в аппаратах непрерывного действия. Чтобы обеспечить перемещение жидкости в вертикальном направлении, устанавливают наклонные лопасти под углом 30…45° к оси вала. Такая мешалка способна удерживать во взвешенном состоянии частицы вещества с малым удельным весом, скорость осаждения которых невелика. Мешалки с наклонными лопастями хорошо перемешивают жидкости средней вязкости и суспензии. В аппаратах значительной высоты на одном валу устанавливают несколько пар лопастей, повернутых друг относительно друга на 90°. Расстояние между отдельными рядами выбирают в пределах (0,3…0,8)d_м в зависимости от вязкости перемешиваемой среды.

Для перемешивания жидкостей вязкостью до 100 Па·с, а также для перемешивания в аппаратах, обогреваемых с помощью рубашки или внутренних змеевиков, в тех случаях, когда возможны выпадение осадка или загрязнения теплопередающей поверхности, применяют якорные или рамные мешалки. Их поставляют комплектно с реактором. Они имеют форму, соответствующую внутренней форме аппарата. Диаметр мешалки соответствует (0,8…0,95)D, частота вращения (0,3…1,0) с^-1.

Якорные мешалки применяют для перемешивания густых вязких сред в реакторах. Мешалка перемешивает все компоненты смеси, очищает стенки реактора, благодаря чему улучшается теплообмен и предотвращается перегрев массы.

Листовые мешалки имеют лопасти большей ширины, чем у лопастных мешалок. Они применяются для перемешивания маловязких жидкостей (вязкость менее 0,5 Па·с), интенсификации процессов теплообмена при проведении химических реакций в объеме и растворении. Для процессов растворения используют листовые мешалки с отверстиями в лопастях. При вращении такой мешалки на выходе из отверстий образуются струи, способствующие растворению твердых материалов. Листовые мешалки устанавливают на расстоянии h = (0,2…0,5)D от дна сосуда, лопастные мешалки - на расстоянии h?0.3D. Для листовых мешалок d_м = (0,3…0,5)D , ширина лопасти b = (0,5…1,0)D,

Частота вращения лопастных и листовых мешалок в зависимости от вязкости перемешиваемой среды изменяется от 0,5 до 5,0 с^-1, причем с увеличением вязкости и ширины лопастей скорость вращения мешалки уменьшается.

Для предотвращения образования на поверхности жидкости воронки, ухудшающей условия перемешивания, к стенкам аппарата вдоль образующей крепят отражательные перегородки - вертикальные планки шириной 0,1D. При большой вязкости жидкости во избежание образования застойных зон за перегородками их устанавливают на расстояния от стенки, равном 0,2…1,0 ширины перегородки.

Планетарные мешалки состоят из центрального и боковых, связанных с главной системой зубчатых передач. Боковые мешалки вращаются вместе с центральной, а также имеют собственное вращение - вокруг своей оси. Обеспечивают равномерное перемешивание вязких и густых жидкостей во всех слоях аппарата.

Пропеллерные мешалки применяют для интенсивного перемешивания жидкостей умеренной вязкости (до 4 Па·с), для растворения, образования взвесей, быстрого перемешивания, образования маловязких эмульсий, гомогенизациии больших объемов жидкости. Эти мешалки изготавливают двух -, трех - и четырехлопастными с лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта. Наибольшее распространение получили трёхлопастные пропеллеры. Пропеллерные мешалки создают преимущественно осевые потоки - обладают большим насосным эффектом, что особенно необходимо для предотвращения оседания твердой фазу в суспензиях. Пропеллерные мешалки следует устанавливать в цилиндрических аппаратах с выпуклыми днищами. При установке их в прямоугольных баках или аппаратах с плоскими днищами интенсивность перемешивания падает вследствие образования застойных зон (это не относится к мешалкам с горизонтальным валом).

перемешивание жидкий среда циркуляционный

3. Интенсивность и эффективность перемешивания

Интенсивность перемешивания пропеллерной мешалкой резко возрастает при смещении вала мешалки с осевой линии аппарата и при наклоне вала на угол 10 - 20° к вертикали. Для улучшения перемешивания больших объемов жидкости и организации направленного течения жидкости (при большом отношении высоты к диаметру аппарата) пропеллер иногда заключают в диффузор.

Для пропеллерных мешалок принимают следующие соотношения основных размеров: диаметр мешалки d_м=(0,2…0,5)D; расстояние от мешалки до дна сосуда h=(0,5…1,0)d_м; высота уровня жидкости в сосуде H=(0,8 …1,2)D. Число оборотов пропеллерных мешалок достигает 40 в секунду.

Недостатком пропеллерных мешалок является сложность конструкции и сравнительно высокая стоимость изготовления.

Турбинные мешалки имеют форму колес водяных турбин с плоскими, наклонными или криволинейными, лопатками, укрепленными, как правило, на вертикальном валу. Турбинные мешалки обеспечивают хорошее перемешивание вязких жидкостей и суспензий (до 20 Па·с). Они используются для быстрого растворения, эмульгирования, диспергирования, для образования взвесей (размер частиц для закрытых мешалок может достигать 2,5·10^-2 м), при проведении химических реакций, абсорбции газов и интенсификации тепловых процессов. Для перемешивания в больших объемах турбинные мешалки менее пригодны, чем пропеллерные мешалки.

В зависимости от области применения турбинные мешалки обычно имеют диаметр d_м=(0,15…0,65)D при H_ж/D?2. При значительной высоте аппарата устанавливают на валу две или три мешалки. Турбинка располагается близко ко дну - на расстоянии h=(0.25…0.35)d_м.

Мощность, потребляемая турбинными мешалками, работающими в аппаратах с отражательными перегородками, практически не зависит от вязкости среды.

Перемешивание с помощью сжатого воздуха или инертного газа (пневматическое) применяется для агрессивных сред и получения инъекционных растворов в атмосфере инертного газа. Для интенсификации перемешивания используются пульсаторы, которые подают воздух или газ в виде пульсирующего потока. Сжатый воздух или газ подается под давлением до 2 атм по перфорированной трубе - баботеру.

Перемешивание, основанное на различной плотности растворителя и раствора (гравитационное). Оно осуществляется самопроизвольно, например растворение йода и канифоли в этаноле. Растворяемое вещество помещают в сетку или тканевые мешалки в верхних слоях растворителя. Образующийся более «тяжелый» раствор опускается на дно, а чистый растворитель поднимается вверх и омывает вещество. Возникают циркуляционные потоки с разной концентрацией, растворение при этом значительно ускоряется.

Перемешивание в трубопроводе обычно проводят в Y-образном устройстве. По двум трубам подают две жидкости, которые попадают в третью - смеситель, где за счет большой скорости потоков и турбулентного, вихреобразного двжения происходит их перемешивание.

Перемешивание с помощью генераторов ульразвука (акустическое). Оно достигается с применением магнитострикционных или гидродинамических типов жидкостных свистков и роторно-пульсационного аппарата РПА. В этом случае за счет кавитаций, механического воздействия измельчается твердая фаза, что значительно ускоряет процесс растворения. Перемешивание перекачиванием жидкости (циркуляционное). Оно осуществляется с помощью насоса из емкости и возвращением в нее через разбрызгиватель. Циркуляцию внутри сосуда можно создать подачей пара в жидкость через сопло, при этом одновременно производя нагревание.

Выбор мешалки определяется условиями проведения процесса и вязкостью перемешиваемой среды. В основу их сравнительной оценки могут быть положены две наиболее важные характеристики: 1 - интенсивность перемешивающего устройства; 2 - эффективность его действия.

Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированной продолжительности процесса. Действие мешалки будет тем более интенсивным, чем меньше время перемешивания (при n=const) или чем меньше число её оборотов ( при тау=const).

Эффективность перемешивающего устройства определяется затратами энергии, необходимой для достижения заданного технологического результата. Например, в процессах получения суспензий эффективность перемешивания характеризуется степенью равномерности распределения твердой фазы в объёме аппарата; при интенсификации тепловых и диффузионных процессов - отношением коэффициентов тепло - или массоотдачи при перемешивании и без него; в процессах приготовления эмульсий - диаметром дисперсной фазы или суммарной площадью контакта фаз.

Заключение

Для экономичного проведения процесса перемешивания желательно, чтобы требуемый эффект перемешивания достигался за наиболее короткое время. При оценке расхода энергии перемешивающим устройством следует учитывать общий расход энергии за время, необходимое для обеспечения заданного результата перевешивания.

Список литературы

1. ГФ Х, ХІ издания.

2. Государственная Фармакопея Республики Казахстан - изд. первое. - Астана - 2008 г.

3. И.А. Муравьев «Технология лекарственных форм» том 1-2. М., Медицина - 1980 г.

4. Муравьев И.А.- Технология лекарств. - В 2-х томах. - М. - 1980.

5. Технология лекарственных форм. - (Под ред. Ивановой Л.А.) - Том 2. - 1991.

6. Руководство к лабораторным занятиям по заводской технологии лекарственных форм. - (Под ред. А.И. Тенцовой).- М.- 1986. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru