Изучение технологического процесса выпаривания в фармацевтической технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Выпаривание - это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости.

Выпаривание применяют для концентрирования растворов нелетучих веществ, выделения из растворов чистого растворителя (дистилляция) и кристаллизации растворенных веществ, т.е. нелетучих веществ в твердом виде. При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.

Для нагревания выпариваемых растворов до кипения используют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теплоносители, но наибольшее применение находит водяной пар, характеризующийся высокой удельной теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи. Процесс выпаривания проводится в выпарных аппаратах. По принципу работы выпарные аппараты разделяются на периодические и непрерывно действующие [13.C.234].

Выпариванию подвергают растворы твердых веществ, а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара, -- некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др. Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и воду используют для питьевых или технических целей.

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей [4.C.67].

Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления, связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.

Выпаривание под вакуумом имеет определённые преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении, несмотря на то, что теплота испарения раствора несколько возрастает с понижением: давления и соответственно увеличивается расход пара на выпаривание 1 кг растворителя (воды).

При выпаривании под вакуумом становится возможным проводить процесс при более низких температурах, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. Кроме того, при разрежении увеличивается полезная разность температур между греющим агентом и раствором, что позволяет уменьшить поверхность нагрева аппарата (при прочих равных условиях). В случае одинаковой полезной разности температур, при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких рабочих параметров (температура и давление). Вследствие этого выпаривание под вакуумом широко применяют для концентрирования высококипящих растворов, например растворов щелочей, а также для концентрирования растворов с использованием теплоносителя (пара) невысоких параметров.

Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Вместе с тем при применении вакуума удорожается выпарная установка, поскольку требуются дополнительные затраты на устройства для создания вакуума (конденсаторы, ловушки, вакуум-насосы), а также увеличиваются эксплуатационные расходы [5.C.58].

Применение процесса выпаривания довольно эффективно, удобно и безопасно. Все выше изложенное доказывает актуальность данной темы.

Целью курсовой работы является изучение технологического процесса выпаривания в фармацевтической технологии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Изучить процесс выпаривания и его характеристики;

Ознакомиться с технологическим оборудованием для выпаривания;

Изучить современные конструкции выпарных аппаратов.

Объектом изучения данной курсовой является процесс выпаривания в фармацевтической технологии.

Предметом изучения являются непосредственно выпарные установки.



1. Процесс выпаривания в фармацевтической технологии

Выпаривание - концентрирование (сгущение) растворов, суспензий и эмульсий (чаще твердых веществ в воде) при кипении. В процессе выпаривания парообразование (кипение) происходит в объеме выпариваемой жидкости за счет подвода тепловой энергии.

При выпаривании вода из раствора удаляется в виде пара, а растворенное вещество или дисперсная фаза эмульсий и суспензий остается в неизменном количестве.

1.1 Общая характеристика процесса выпаривания, его виды

Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или малолетучих веществ в жидких летучих растворителях.

При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.

Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение. Тепло для выпаривания подводится различными теплоносителями. Однако основным теплоносителем является глухой водяной пар, называемый греющим или первичным. Пар, образующийся при выпаривании кипящих растворов, называется вторичным. Выпаривание проводят под атмосферным или повышенным давлением, под вакуумом [9.C.125].

Существуют различные виды выпаривания, которые наиболее распространены в фармацевтической технологии на сегодняшний день:

1) Выпаривание под давлением связано с повышением температуры кипения раствора. Поэтому применение данного способа ограничено свойством раствора и температурой нагревающего агента. Например, при таких условиях ухудшается качество многих пищевых продуктов. Кроме того, повышается стоимость установки.

2) При выпаривании под вакуумом можно проводить процесс при более низких температурах, что важно для растворов, склонных к разложению. При использовании греющего пара тех же параметров, что и при выпаривании под атмосферным давлением, увеличивается движущая сила процесса (полезная разность температур). Это позволяет уменьшить поверхность нагрева в аппарате или сокращает время проведения процесса.

3) В выпарных установках со свободной циркуляцией неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб. В растворе возникают неупорядоченные конвекционные токи (свободная циркуляция), обусловленные свободной конвекцией. К данной группе относятся аппараты в виде чаш, котлов, поверхность которых образована стенками аппарата. Эти аппараты применяют редко, в основном для выпаривания очень вязких жидкостей.

4) В выпарной установке с принудительной циркуляцией циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом. Эти аппараты пригодны для работы с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (+3...5 °С) и для выпаривания растворов с большой вязкостью. Преимуществами аппарата являются высокие коэффициенты теплопередачи, возможность работы при небольших разностях температур. Недостаток - необходимость расхода энергии на работу насоса [15.C.56].



1.2 Важнейшие характеристики процесса выпаривания

1.Уравнения материального баланса процесса непрерывного выпаривания:

Здесь и -- массовые расходы начального (исходного) раствора и конечного (упаренного) раствора, кг/с; и -- массовые доли растворенного вещества в начальном и конечном растворе; W -- массовый расход испаряемого растворителя, кг/с (рис. 1).

2.Уравнение теплового баланса выпарного аппарата, работающего в стационарном режиме:

где -- необходимый для выпаривания тепловой поток, подводимый извне, Вт; , -- удельная теплоемкость начального и конечного раствора, Дж/(кгК); , -- температуры начального раствора на входе в выпарной аппарат и конечного раствора на выходе из аппарата (при выводе упаренного раствора с верхнего уровня кипятильных труб), єС; -- удельная энтальпия вторичного пара на выходе из выпарного аппарата, Дж/кг; --потери теплоты с наружной поверхности аппарата в окружающую среду, Вт; -- теплота дегидратации растворенного вещества, Вт.

3. Тепловой поток, необходимый для выпаривания, может быть определен из уравнения теплового баланса:



где -- удельная теплоемкость жидкого растворителя (при выпаривании водных растворов -- воды) при , Дж/(кгК).

4. Удельная теплота парообразования жидкости г (в Дж/кг) при давлении р может быть определена по уравнению

где и -- удельные теплоты парообразования искомой и эталонной жидкостей при одинаковом давлении р; М и -- молярные массы этих жидкостей кг/кмоль; T и и -- температуры кипения жидкостей при давлении р, K, dи и dT -- дифференциалы температур кипения эталонной жидкости и жидкости, для которой определяется теплота парообразования, К.

5. Удельная теплоемкость раствора (с) может быть определена как сумма теплоемкостей растворенного вещества (сT). и растворителя (сВ), умноженных на их доли:

При отсутствии непосредственных экспериментальных данных удельную теплоемкость химического соединения можно. приближенно рассчитать по правилу аддитивности:

где -- число атомов и атомная теплоемкость 1-го элемента входящего в химическое соединение, М -- молярная масса соединения, кг/кмоль.Для приближенного расчета удельной теплоемкости разбавленных водных растворов (х < 0,2) можно не учитывать теплоемкость растворенного вещества:

с = 4,19·!03(1 -- х),

где 4,19·103 кДж/(кгК) -- удельная теплоемкость воды.

6. Соотношение температур и давлений в различных участках однокорпусной вакуум - выпарной установки:

где и -- температуры конденсации греющего пара в межтрубном пространстве греющей камеры при его давлении , кипения раствора при давлении на среднем его уровне , раствора при выводе его с верхнего уровня, насыщения вторичного пара в сепараторе при давлении

и конденсации вторичного пара в барометрическом конденсаторе при давлении .

7. Температуры кипения растворов и жидкостей при давлениях, отличных от атмосферного, как правило, подлежат расчету:

а) если известно только одно значение температуры кипения раствора при одном каком-либо давлении, то температуру кипения этого раствора при ином давлении можно найти на основе правила Бабо

где р-- давление паров над раствором, р0 -- давление насыщенного пара над чистым растворителем при той же температуре.

б) если известны температуры кипения раствора (или органической жидкости) при двух значениях давлений, то может быть использовано соотношение



Здесь и -- давления насыщенных паров двух жидкостей при одинаковой температуре t1; и -- давления насыщенных паров этих же жидкостей при температуре t2.

8. Средняя по высоте кипятильных труб температура кипения раствора превышает на величину гидростатической депрессии , представляющей собой повышение температуры кипения раствора вследствие дополнительного давления столба жидкости по сравнению с давлением в сепараторе (гидростатический эффект):

Значение давления для нахождения обычно определяют как среднее арифметическое (см. рис. 1):

где -- повышение давления на глубине , Па; -- высота слоя раствора без учета наличия паровых пузырей в кипящем растворе (по уровнемеру), м; -- плотность раствора, кг/м3.

9. Общей (располагаемой) разностью температур в процессе выпаривания называют разность между температурой конденсации греющего пара и температурой конденсации вторичного пара в барометрическом конденсаторе:



Полезная разность температур -- это разность между температурой греющего пара и температурой кипения раствора. Ее значение меньше общей разности температур на величину суммарных температурных потерь:

10.Площадь необходимой поверхности теплопередачи греющей камеры выпарного аппарата определяется по общей формуле, в которой значение средней разности температур теплоносителей заменяется значением , поскольку температура насыщенного греющего пара практически постоянна по всему межтрубному пространству, а уже усреднена по высоте кипятильных труб:

где -- общий тепловой поток, получаемый выпариваемым раствором от греющего пара, Вт; К -- рассчитываемый коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К).

11.Масса кристаллов, образующихся в единицу времени, (кг/с) определяется материальным балансом кристаллизатора:

где -- массовый расход исходного раствора, кг/с; х1, х2 -- массовые доли (в % или долях) безводной соли в исходном и маточном растворах; W -- расход испаренного растворителя, кг/с; хКР = М/МКР -- отношение молярных, масс безводного растворенного вещества и кристаллогидрата (хКР= 1 для кристаллов в безводной форме).

12.Высота барометрической трубы Н (м), необходимая для поддержания разрежения в конденсаторе:

где = 10,33 b/760; b -- разрежение в конденсаторе, мм рт. ст.;

;

- скорость воды в трубе, м/с; л - коэффициент трения трубы; d-- диаметр трубы, м; -- напор, теряемый в трубе, м.

13. Расход воды (Gв, кг/с), необходимой для конденсации вторичного пара в поверхностном барометрическом конденсаторе, определяется из уравнения теплового баланса:

где W- расход вторичного пара, поступающего в конденсатор, кг/с;

- удельные энтальпии вторичного пара и конденсата на выходе из конденсатора, Дж/кг; - конечная и начальная температура воды, єС(К);

с, сЖ--удельные теплоемкости охлаждающей воды и конденсата, Дж/(кг·К); r -- удельная теплота конденсации вторичного пара, Дж/кг; -- температура конденсации и конечная температура отводимого конденсата, °С (К)

14. Удельную теплоту растворения (или обратную ей удельную теплоту кристаллизации) qр (Дж/кг) твердых веществ небольшой растворимости можно определить по формуле:

в которой и -- растворимости вещества при температурах и (К); М -- молярная масса растворенного вещества, кг/кмоль.

15. Тепловой поток Q (Вт), выделяющийся при кристаллизации, определяется из теплового баланса кристаллизатора

где -- массовый расход исходного раствора, кг/с; с -- удельная теплоемкость исходного раствора, Дж/(кг·К); -- конечная и начальная температуры раствора, °С (К); -- масса кристаллов, образующихся в единицу времени, кг/с; qр -- удельная теплота кристаллизации растворенного вещества, Дж/кг; W -- расход удаляемого растворителя, кг/с; -- удельная теплота парообразования растворителя, Дж/кг.

Если процесс кристаллизации сопровождается поглощением теплоты, то последнее слагаемое следует брать с положительным знаком [9.C.234].

1.3 Значение выпаривания в производстве лекарственных форм

Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. В процессе выпаривания растворитель удаляется из всего объема раствора, в то время как при температурах ниже температур кипения испарение происходит только с поверхности жидкости.

В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным образом водные растворы щелочей, солей и др.), а также растворы высококипящих жидкостей, обладающих при температуре выпаривания очень малым давлением пара (некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.).

Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и полученную воду используют для питьевых или технических целей[11.C.345].

В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в специальных выпарных аппаратах.

Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и дешевле перерабатывать, хранить и транспортировать.

Выпаривание применяют для концентрирования водных растворов щелочей (едкий натр, едкий калий), солей (NaCl, Na2S04, NH4NO3 и др.) и некоторых высококипящих жидкостей, для получения растворителя в чистом виде (например, для опреснения морской воды, используя аппараты-опреснители), перенасыщенных растворов, в которых проводят кристаллизацию (растворы сахарозы, фруктозы, молочного сахара). Данный процесс используется в сахарном, консервном, кондитерском, молочном и других производствах. Выпаривают также водные растворы разных веществ (соки), эмульсии (молоко), суспензии (барду) и прочее [7.C.123].



2. Выпарные установки, применяемые в современной фармации

Современная выпарная техника весьма многообразна, как по числу конструктивных схем применяемых конструкций выпарных установок, так и по числу агрегатов, составляющих эти установки, Описание и расчет всех существующих разновидностей этих схем приводит к излишней повторяемости и затуманиванию принципа работы установки, который для всех схем одинаков.

В фармацевтической и пищевой промышленности выпарные установки используются для производства концентрированных жидких экстрактов растительного сырья и для регенерации экстрагента. В химической промышленности - для концентрирования растворов минеральных и других солей, а также щелочей.

Конфигурация выпарного аппарата должна соответствовать установленным требованиям и иметь:

- простоту устройства;

- надёжность в использовании;

- высокую производительность и активность теплопередачи при возможно меньших объемах прибора и расходе металла на его производство;

- легкость очистки поверхности теплообмена;

- удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.

Выбор материала выпарного прибора и его конфигурации также определяется в каждом индивидуальном случае химическими и физическими свойствами самого выпариваемого раствора:

- кристаллизуемость;

- температурная депрессия;

- термическая стойкость;

- химическая агрессивность;

- вязкость и другие [12.C.211].



2.1 Однокорпусные выпарные установки

Однокорпусная выпарная установка включает лишь один выпарной аппарат, в который поступают греющий пар и исходный раствор; в результате выпаривания получаются концентрированный раствор и вторичный пар. Рассмотрим принципиальную схему одиночного непрерывно действующего выпарного аппарата с естественной циркуляцией раствора на примере аппарата с внутренней циркуляционной трубой (Рис. 2.1).

Рис. 2.1 Схема устройства (однокорпусного) выпарного аппарата

Аппарат состоит из теплообменного устройства -- нагревательной (греющей) камеры и сепаратора 2. Камера и сепаратор могут быть объединены в одном аппарате, или камера может быть вынесена и соединена с сепаратором трубами.

Камера обогревается обычно водяным насыщенным паром, поступающим в ее межтрубное пространство. Конденсат отводят снизу камеры.

Поднимаясь по трубам 3, выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе 2. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора.

Часть жидкости опускается по циркуляционной трубе 4 под нижнюю трубную решетку греющей камеры. Вследствие разности плотностей раствора в трубе 4 и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Упаренный (сконцентрированный) раствор удаляется через штуцер в днище аппарата.

Как показано ниже, имеются также конструкции выпарных аппаратов без циркуляционной трубы.

Если выпаривание производится под вакуумом, то вторичный пар отсасывается в конденсатор паров, соединенный с вакуум-насосом [6.C.569].

2.2 Многокорпусные выпарные установки

В многокорпусной выпарной установке вторичный пар каждого корпуса (кроме последнего) используется для обогрева следующего корпуса. Давление от корпуса к корпусу уменьшается так, чтобы температура кипения раствора в каждом корпусе была ниже температуры насыщения пара, обогревающего этот корпус.

Применение многокорпусных выпарных установок дает значительную экономию пара. Если приближенно принять, что с помощью 1 кг греющего пара в однокорпусном аппарате выпаривается 1 кг воды, то в многокорпусной выпарной установке на 1 кг греющего пара, поступившего в первый корпус, приходится количество килограммов выпаренной воды, равное числу корпусов, т. е. расход греющего пара на выпаривание 1 кг воды обратно пропорционален числу корпусов.

Так, в двухкорпусной выпарной установке одним килограммом греющего пара, поступившим в первый корпус, выпаривается в нем 1 кг воды, а образовавшимся при этом одним килограммом вторичного пара выпаривается во втором корпусе еще 1 кг воды; таким образом, всего на 1 кг греющего пара выпаривается 2 кг воды, а расход пара на 1 кг выпариваемой воды составляет 0,5 кг. Аналогично можно найти, что расход греющего пара на 1 кг выпариваемой воды в трехкорпусной выпарной установке составляет 0,33 кг, в четырехкорпусной - 0,25 кг и т. д.

Действительный расход греющего пара на 1 кг выпариваемой воды несколько выше.

Вторичный пар, образующийся в каждом корпусе, можно не целиком направлять на обогрев следующего корпуса, а частично отводить на сторону и использовать для предварительного подогрева раствора, поступающего на выпаривание, или для других технологических целей, не связанных с выпариванием [8.C.179].

Отводимый на сторону вторичный пар называется экстра-паром. Экстра-пар может быть отобран из любого корпуса, кроме последнего. Из последнего корпуса не производят отбора экстрапара, так как вторичный пар оттуда направляется в конденсатор; если же выпаривание ведется под давлением, вторичный пар можно полностью использовать вне выпарной установки.

Преимущество отбора заключается в том, что возрастание расхода греющего пара при отборе экстра-пара меньше, чем количество отбираемого экстра-пара; целесообразнее отбирать экстра-пар не из первых, а из последующих корпусов.

В многокорпусных выпарных установках экономия пара достигается за счет увеличения поверхности теплообмена.

Сравним, например, однокорпусную и двухкорпусную установки, работающие при одинаковой температуре греющего пара, равной 110° С и одинаковом вакууме в конденсаторе, соответствующем температуре конденсации вторичного пара 50° С.

В этом случае, пренебрегая температурными потерями, получим для однокорпусной установки температурный напор 110 - 50 = 60° С. В двухкорпусной установке температура кипения в первом корпусе должна быть выше 50° С и ниже 110° С; примем ее равной 80° С, так что температурный напор в первом корпусе будет 110 - 80 = 30° С, а во втором корпусе составит 80 - 50 = 30° С. Тепловая нагрузка каждого корпуса двухкорпусной установки в 2 раза меньше нагрузки однокорпусной установки, температурный напор в каждом корпусе тоже в 2 раза меньше. Следовательно, поверхность каждого корпуса будет такой же, как поверхность однокорпусного аппарата. Полная поверхность обоих корпусов двухкорпусной установки будет в 2 раза больше, чем поверхность однокорпусного аппарата [14.C.48].

Обобщая этот вывод, можно сказать, что поверхность многокорпусной установки больше поверхности однокорпусной в число раз, равное количеству корпусов. Если учесть температурные потери, то увеличение поверхности теплообмена многокорпусной установки будет еще больше.

В приведенном примере температура кипения в первом корпусе была выбрана произвольно для того, чтобы получить равные температурные напоры по корпусам. В действительности температуры кипения по корпусам устанавливаются сами собой в зависимости от поверхности отдельных корпусов и коэффициентов теплопередачи в них.

Если, например, в одном из корпусов коэффициент теплопередачи понизится, то поступающий на обогрев этого корпуса вторичный пар из предыдущего корпуса не будет полностью конденсироваться и давление (а, следовательно, и температура) в предыдущем корпусе повысится, пока не установится новое распределение температур.

Единственной возможностью регулирования этих температур является изменение отбора экстра-пара. При увеличении отбора экстра-пара из какого-либо корпуса количество пара, поступающего на обогрев следующего корпуса, уменьшится, и температура в нем понизится.

В зависимости от способа подачи раствора различают следующие основные схемы многокорпусных выпарных установок.

Схема с прямоточным питанием (Рис. 2.2) имеет наибольшее распространение [7.C.167].

Рис. 2.2 Схема трехкорпусной выпарной установки с прямоточным питанием

Слабый раствор подается в первый корпус, из него поступает во второй, из второго в третий и т. д. Таким образом, раствор и вторичный пар движутся в одном направлении. Раствор переходит из одного корпуса в другой вследствие разности давлений в корпусах. Так как температура кипения в каждом последующем корпусе понижается, то раствор поступает во все корпуса (кроме первого) с температурой более высокой, чем температура кипения.

В результате раствор охлаждается и за счет отдаваемого при этом тепла испаряется некоторое количество воды (самоиспарение). Однако при питании первого корпуса холодным раствором значительное количество греющего пара в этом корпусе затрачивается на подогрев раствора. Поэтому при прямоточном питании целесообразно подавать в первый корпус предварительно подогретый раствор (путем установки подогревателей, обогреваемых зкстра-паром или конденсатом).

Недостаток схемы с прямоточным питанием заключается в том, что в последнем корпусе, где температура кипения самая низкая, выпаривается наиболее концентрированный раствор.

Одновременное понижение температуры и повышение концентрации раствора приводит к повышению вязкости и снижению коэффициентов теплопередачи; поэтому в данной схеме коэффициенты теплопередачи уменьшаются от первого корпуса к последнему (Рис. 2.3) [3.C.143].

Рис. 2.3 Схема трехкорпусной выпарной установки с противоточным питанием

При схеме с противоточным питанием слабый раствор подается в последний корпус, из него в предпоследний и т. д.; следовательно, раствор и вторичный пар движутся из корпуса в корпус в противоположных направлениях. Так как в этом случае раствор поступает из корпуса с меньшим давлением в корпус с более высоким давлением, то для передачи раствора между корпусами устанавливаются насосы.

При противоточном питании наиболее высокая концентрация раствора достигается в первом корпусе, где и температура кипения наибольшая. Поэтому значительного падения коэффициента теплопередачи в корпусе с наиболее концентрированным раствором не происходит и коэффициенты теплопередачи мало изменяются по корпусам.

Это является наиболее существенным преимуществом противоточного питания перед прямоточным. Кроме того, при противоточном питании количество воды, выпариваемой в последнем корпусе, меньше, чем при прямоточном питании, что уменьшает нагрузку на конденсатор (при выпарке в вакууме). В отношении расхода тепла противоточное питание выгоднее прямоточного при питании холодным раствором, но уступает ему при питании горячим раствором.

Основным недостатком противоточной схемы является необходимость в установке насосов между корпусами, что связано с дополнительным расходом электроэнергии, усложняет установку данного аппарата и затрудняет ее регулирование.

?Выпарные установки с параллельным питанием применяются при выпаривании кристаллизующихся растворов и в тех случаях, когда не требуется большого концентрирования раствора. Выпариваемый раствор поступает одновременно во все корпуса, греющий пар поступает в первый корпус, а вторичные пары - из корпуса в корпус. Упаренный раствор отбирается также из каждого корпуса. Достоинством параллельной схемы является простая система коммуникаций для подачи исходного и отбора упаренного раствора.

При схеме с параллельным питанием (Рис. 2.4) слабый раствор подается одновременно во все корпуса, а упаренный раствор отбирается из всех корпусов [1.C.278].



Рис. 2.4 Схема трехкорпусной выпарной установки с параллельным питанием

Эта схема применяется редко, главным образом при незначительном повышении концентрации раствора и при выпаривании кристаллизующихся растворов, так как передача их из корпуса в корпус в этом случае затруднительна вследствие возможного закупоривания перепускных трубопроводов и арматуры.

?Для облегчения регулирования работы установки нередко к трехкорпусной установке присоединяют еще один аппарат, называемый концентратором, который воспринимает колебания нагрузки. При нормальной работе вторичный пар третьего корпуса полностью отбирается и в концентраторе происходит лишь самоиспарение поступающего из последнего корпуса раствора.

Если же потребление экстра-пара из последнего корпуса уменьшается, то излишек его автоматически направляется в паровую камеру концентратора. Наличие концентратора обеспечивает более устойчивую работу выпарной установки и получение концентрированного раствора равномерной плотности [13.C.245].

2.3 Современные конструкции выпарных аппаратов

При конструировании новейших типов выпарных установок усовершенствуется главным образом парообразователь. Эта задача решается в двух направлениях. Первое направление идет по линии осуществления непрерывности процесса выпаривания. Второе направление, сопутствующее первому, по линии получения оптимальных габаритов. Рассмотренные в предыдущей главе конструкции выпарных установок работают периодически. В современных непрерывно действующих технологических линиях производства каждый аппарат должен осуществлять непрерывность процесса. Периодически действующие выпарные установки останавливаются на длительное время для чистки и мойки.

Современные нормы охраны окружающей среды требуют наличия оборудования для очистки стоков гальванических линий - выпарных аппаратов и установок. Особенностью таких аппаратов является то, что корпус бака, внутренние перегородки и силовые конструкции аппарата изготовлены из полиэтилена и полипропилена, которые инертны практически ко всем химически агрессивным средам. Теплообменные змеевики изготовлены из титановой трубки. Выпарной аппарат может поставляться совместно с кристаллизатором, позволяющим получить сухую фракцию.

Сегодня в современной промышленности существует потребность в более крупных выпарных установках - аппаратах производительностью 260 л/час, 520 л/час и более. При работе выпарной станции совместно с кристаллизатором и НУТЧ-фильтром, и сушильной камерой из начального раствора соли в воде (~ 90% воды) из очистной линии получают влажные кристаллы соли и чистую дистиллированную воду (Рис. 2.5).

Ранее для этих целей применялись громоздкие линии, требующие подвод пара, отвод тепла, потребляющие большое количество энергии и холодной воды. Новый выпарной аппарат имеет значительное преимущество: экономия энергии в аппарате достигается благодаря сложению двух технологий: низкотемпературное испарение воды в вакууме (кипение воды при 45 С), и переноса тепловой энергии от конденсатора к испарителю при помощи теплового насоса - (что-то вроде обычного холодильника, в котором одна часть охлаждается, а другая нагревается) [5.C.479].

Рис. 2.5 Современная модель выпарной установки

Существуют несколько режимов работы данных аппаратов. Первый режим аппарата - пуск. Раствор в нижней части моно-бака аппарата подогревается до определенной температуры. При этом нагрев бака происходит с помощью теплового насоса. На нагревательных элементах бака тепла получается в три раза! больше, чем потребляется электроэнергии. Тепловая энергия берется в прямом смысле из воздуха! Воздух в помещении временно охлаждается. Это происходит только при первом запуске. Одновременно с подогревом раствора, происходит откачка воздуха из бака эжекторным насосом.

Второй режим аппарата - выпарка. За счет переноса энергии верхняя емкость моно бака начинает охлаждаться, при этом нижняя - нагревается. Происходит кипение раствора, и конденсация водяного пара в верхней части бака. По мере испарения воды, производится автоматическая дозаправка выпарного аппарата новым раствором, а накопленная дистиллированная вода удаляется во внешний накопитель.

Третий режим работы выпарной установки возможен в двух вариантах исполнения (в зависимости от требований заказчика):

- Cлив концентрированного перенасыщенного соленого раствора во внешнюю емкость аппарата, самостоятельного охлаждения до комнатной температуры.

- Принудительное охлаждение раствора в монобаке аппарата.

Оба варианта преследуют одну цель - охладить раствор до температуры выпадения кристаллов соли. 1 вариант исполнения занимает больше площадей, требует больше времени, не потребляет электроэнергии. 2 вариант исполнения наоборот компактный, скоростной, но требует хоть и небольших, но затрат электроэнергии. (Заказчик сам выбирает вариант исполнения исходя из экономических показателей) [4.C.24].

В конструкцию выпарных аппаратов внедрены датчики, автоматика и системы защиты, позволяющие свести управление процессами к минимуму.

В последних выпарных станциях применены микроконтроллеры импортного производства, совместно с устройствами обратной связи и защитой. Такая выпарная установка способна работать в полностью автоматическом режиме круглосуточно, не требует специально обученного персонала. Кроме того, данный выпарной аппарат исключает человеческую ошибку, позволяет снизить количество обслуживающего персонала.

технологический выпаривание фармацевтический лекарственный



Заключение

Выпариванием называют процесс концентрирования жидких растворов практически нелетучих веществ путем частичного удаления растворителя испарением при кипении жидкости. В процессе выпаривания растворитель удаляется из всего объема раствора, в то время как при температурах ниже температур кипения испарение происходит только с поверхности жидкости.

В химической промышленности выпариванию подвергают растворы твердых веществ (главным образом водные растворы щелочей, солей и др.), а также растворы высококипящих жидкостей, обладающих при температуре выпаривания очень малым давлением пара (некоторые минеральные и органические кислоты, многоатомные спирты и др.) [7.C.154].

Выпаривание иногда применяют также для выделения растворителя в чистом виде: при опреснении морской воды выпариванием образующийся из нее водяной пар конденсируют и полученную воду используют для питьевых или технических целей.

В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в специальных выпарных аппаратах.

Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и дешевле перерабатывать, хранить и транспортировать.

Процессы выпаривания проводят под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления связан со свойствами выпариваемого раствора и возможностью использования тепла вторичного пара.

В химической промышленности применяются в основном непрерывно действующие выпарные установки. Лишь в производствах малого масштаба, а также при выпаривании растворов до высоких конечных концентраций иногда используют выпарные аппараты периодического действия.

Концентрация раствора в таком аппарате приближается к конечной лишь в конечный период процесса. Поэтому средний коэффициент теплопередачи здесь может быть несколько выше, чем в непрерывно действующем аппарате, где концентрация раствора ближе к конечной в течение всего процесса выпаривания [4.C.45].

Современные выпарные установки имеют очень большие поверхности нагрева (иногда превышающие 2000 м2 в каждом корпусе) и являются крупными потребителями тепла.

Исходя, из проделанной работы можно сделать следующий вывод:

Была рассмотрена общая характеристика и виды выпаривания;

были рассмотрены принципы работы выпарных установок различных конструкций.



Список использованных источников

1. Государственная фармакопея СССР X издания, М.: Медицина, 1968. - 540с.

2. Государственная фармакопея СССР XI издания, М.: МЗ СССР, вып. 1,2. 1987, 1990. - 480с.

3. Авамесьянц Э. М. Технология изготовления лекарственных форм. Ростов-на-Дону, "Феникс", 2012. -423 с.

4. Ажихин И.С., ГандальВ.Г. Избранные лекции по курсу технологии лекарств заводского производства. - М.: Медицина, 2012. -124 с.

5. Бобылев Р.В., Чуешов В.И., Чернов М.Ю., Хохлова Л.Н.Технология лекарств. Учебник в 2-х томах. - Х.: МТК - книга; НФАУ, 2013. - 716 с.

6. Васильев А.Е., Краснюк И.И., Равикумар С, Максименко О. О. Трансдермальные терапевтические системы с индометацином. // Хим. - фарм. ж. - 2014. - 615 с.

7. Грецкий М. В., Хоменок В. С. Руководство к практическим занятиям по технологии лекарств - М. Медицина, 2013. -245 с.

8. Грядунова Г.П., Л.М. Козлова, Т.П. Литвинова, под ред. проф. А.И.Тенцовой Руководство к лабораторным занятиям по заводской технологии лекарственных форм.- М.: Медицина, 2012. -434 с.

9. Краснюк И.И. , Г.В. Михайлова, Е.Т. Чижова//. Фармацевтическая технология: Технологиялекарственных форм:- М.:Издательский центр "Академия", 2014. -432 с.

10. Кривошеев СЛ., Иванов К.А. Оптимизация конструкции и производства бактерицидного пластыря. Технология получения и свойства нового бактерицидного пластыря // Хим.-фарм. журнал.- 2013.- 560 с.

11. Муравьев И.А. Технология лекарственных форм. - М.: Медицина, 2012. - 452с.

12. Новиков Е.Д., О.А. Тютенков и др. Автоматы для изготовления лекарственных форм и фасовки. - М.: Медицина, 2013 - 296 с.

13. Синев Д.Н., Гуревич И.Я. Технология и анализ лекарств. - Л.: Медицина, 2014. - 367 с.

14. Технология лекарственных форм.: Учебник в 2 Т./Под редТ.С.Кондратьевой и Л.А.Ивановой.-М.:Медицина,2015.- 365с.

15. Чуешов В.И., М.Ю. Чернов, Л.М. Хохлова и др.; -Промышленная технология лекарств. учебник в 2-х т. Том 2.- Харьков, Изд-во НФАУ, МТК-книга, 2012.-360 с.

Размещено на Allbest.ru

...