Теплообменные процессы, применяемые в фармации

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Теплообменные процессы, применяемые в фармации. Аппаратура

тепловой энергия электромагнитный волна

Конвективный теплообмен (теплоотдача) представляет собой процесс передачи тепла от твердой поверхности к газу или жидкости, или, наоборот, от жидкости или газа к поверхности. Механизм теплоотдачи включает в себя теплопроводность внутри тонкого неподвижного слоя газа или жидкости у поверхности (пограничный слой) и конвекцию, т.е. способ передачи тепла, связанный с перемещением макрообъемов газа или жидкости. Конвекция может быть свободной или вынужденной. При вынужденной конвекции перемещение различно нагретых объемов жидкости происходит под действием какого-либо постороннего источника движения. Тепловое излучение представляет собой процесс переноса тепловой энергии посредством электромагнитных волн. Количество тепла, передаваемого излучением, зависит от свойства излучающего тела и его температуры и не зависит от температуры окружающих тел. В общем случае тепловой поток, попадающий на тело, частично поглощается, частично отражается и частично проходит сквозь тело.

Теплопроводность представляет собой процесс распространения тепла путем непосредственного соприкосновения беспорядочно движущихся (колеблющихся) структурных частиц вещества - молекул, атомов, электронов. Это так называемый молекулярный способ переноса тепловой энергии, который может осуществляться в любых термически неравновесных (т.е. имеющих различные температуры) телах или системах тел. В основу теории теплопроводности положен закон Фурье - тепловой поток прямо пропорционален температурному градиенту.

Классификация теплообменников.

1) Классификация по конструкции:

а) аппараты, изготовленные из труб (кожухотрубчатые теплообменники; теплообменники типа «труба в трубе»; погружные змеевиковые; оросительные; АВО).

б) аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из листового материала (пластинчатые и спиральные).

в) аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из неметаллического материала (графитовые; пластмассовые; стеклянные).

2) Классификация по назначению:

а) холодильники.

б) подогреватели.

в) испарители.

г) конденсаторы.

3) По направлению движения теплоносителей:

а) прямоточные.

б) противоточные.

в) с перекрестным движением теплоносителей.

г) со смешанным движением.

При подборе аппарата для того или иного технологического процесса необходимо учитывать: температурный режим; давление; физико-химические свойства тепло обменивающихся средств, их агрессивность. Можно выделить несколько общих рекомендаций используемых при выборе типа аппарата:

1) для процессов, протекающих при высоком давлении предпочтительно использовать теплообменники выполненных из труб. При этом теплоноситель с большим давлением следует направлять в трубы, поскольку они выдерживают большое давление, чем кожух.

2) При использовании агрессивных и коррозионных теплоносителей предпочтительно использовать аппараты, выполненные из полимерных материалов (фторопласт). При использовании трубчатых теплообменников агрессивный теплоноситель лучше направлять в трубы, для того чтобы избежать коррозионного изнашивания корпуса.

3) При использовании загрязненных теплоносителей и теплоносителей, дающих отложение, их направляют с той стороны, которая наиболее доступна для очистки. Для кожухотрубчатых наиболее доступна очистка внутренней поверхности труб. Для погружных - более доступна наружная поверхность.

2. Непрерывное противоточное экстрагирование. Экстракторы непрерывного действия

Растительный материал при помощи транспортных устройств: шнеков, ковшей, дисков, лент, скребков или пружинно-лопастных механизмов перемещается навстречу движущемуся экстрагенту. Сырье, непрерывно поступающее в экстракционный аппарат, движется противотоком к экстрагенту. При этом свежее сырье контактирует с выходящим, насыщенным экстрактивными веществами, который еще более насыщается, так как в сырье концентрация еще выше. Истощенное сырье экстрагируется свежем экстрагентом, который еще полнее извлекает оставшиеся экстрактивные вещества. С точки зрения теории экстрагирования этот способ наиболее эффективен, так как в каждый момент процесса и в любом поперечном сечении по длине (или высоте) аппарата имеет место разность концентраций БАВ в сырье и экстрагенте, что позволяет с наибольшим выходом и наименьшими затратами проводить процесс. Кроме того, непрерывные процессы поддаются автоматизации, что позволяет исключить трудоемкие работы по загрузке и выгрузки сырья из перколяторов.

Экстрагирование проводится в экстракторах различной конструкции: шнековом горизонтальном или вертикальном, дисковом, пружинно-лопастном и др. Шнековый горизонтальный экстрактор имеет загрузочный бункер 1, в который подается измельченный растительный материал. Далее материал движется с помощью шнека 2, выполненного из листового перфорированного кислотоустойчивого материала, к противоположному концу корпуса, где с помощью наклонного шнека 3 освобождается от экстрагента и выгружается. Навстречу сырью через патрубок 4 подается экстрагент, который движется через отверстия перфорации и зазоры корпуса шнека к патрубку 5. Степень истощения сырья регулируется скоростью подачи экстрагента и сырья, длиной корпуса экстрактора.

Шнековый вертикальный экстрактор (рис. 1) состоит из трех основных частей: загрузочной колонны 1, поперечного соединяющего шнека 2 и экстракционной колонны 3.

Загрузочная колонна, в которой также протекает процесс экстрагирования, представляет собой вертикальный цилиндр с вращающимся внутри него шнековым валом.

Перья шнека имеют отверстия. Горизонтальный вал служит для передачи твердого материала (сырья) в экстракционную колонну, имеющую вид вертикального цилиндра, внутри которого вращается шнековый вал.

Экстрагируемое сырье постоянно загружается через люк, и движением шнека регулируется его подача вниз. Горизонтальным шнеком материал подается в экстракционную колонну, предназначенную для материала, и в ней он поднимается вверх шнековым валом. В верхней части материал (шрот) отжимается от излишков извлекателя и, лишенный экстрактивных веществ, выталкивается из экстрактора. В верхнюю часть экстракционной колонны непрерывно подается экстрагент, который движется навстречу материалу. При этом извлекатель постоянно насыщается экстрактивными веществами и в виде концентрированной вытяжки непрерывно вытекает из верхней части загрузочной колонны.



Рис. 1. Шнековый экстрактор непрерывного действия: 1, 2, 3 - загрузочная, горизонтальная и экстракц. колонны; 4-6 - шнеки; 7 - разделит. Сито

Дисковый экстрактор состоит из двух труб 1, расположенных под углом и соединенных внизу камерой 2. Трубы снабжены паровыми рубашками 3. Верхние концы труб входят в корыто 4 с установленными в нем двумя вращающимися звездочками 5, через которые проходит трос 6. На трое насажены дырчатые (перфорированные) диски 7. Трос с дисками проходит через наклонные трубы и нижнюю камеру со звездочкой 5. Звездочки приводятся в движение электродвигателем. Перед началом работы экстрактор через патрубок 8 заполняется экстрагентом, трос с дисками приводится в движение и одновременно из бункера 9 на диски движущегося троса подается сырье. Сырье опускается от места загрузки вниз, проходит через нижнюю камеру, поднимается по второй трубе вверх, выгружается в корыто 4 и далее в сборник 10. Одновременно через патрубок 8 с определенной скоростью подают экстрагент. Насыщенное извлечение вытекает из экстрактора через патрубок 11, снабженный фильтрующей сеткой, и собирается в сборнике 12.



Рис. 2. Схема дискового экстрактора

Пружинно-лопастной экстрактор (рис. 2) состоит из корпуса 1, разделенного на секции. В каждой секции имеется вал 2 с барабаном 3, на котором закреплены два ряда пружинных лопастей 4. Каждый вал приводится в движение. В днище аппарата находится камера подогрева 5. Извлечения собираются в камере 6 и выводятся через штуцер 7. Измельченный, подготовленный материал из бункера 8 с помощью питателя 9 поступает в первую секцию экстрактора, где находится экстрагент. Здесь сырье при помощи пружинных лопастей погружается в экстрагент и передается дальше, прижимаясь к стенке секции, где происходит частичное отделение экстрагента. При выходе лопастей из секции они выпрямляются и перебрасывают влажное сырье в соседнюю секцию. Так сырье переходит во 2-ю, 3-ю и все последующие секции до транспортера 10. Экстрагент из патрубка 11 поступает на истощенный материал, движущийся по транспортеру, после чего поступает в последнюю секцию, движется противотоком сырью и собирается в камере 6. Испытания экстрактора на различном растительном сырье (корень солодки, валерианы, горицвет, полынь) показали, что истощение сырья в нем заканчивается за 75-120 мин и может быть проведено и широком диапазоне температур.



Рис. 3. Схема пружинно-лопастного экстрактора

Преимущество работы экстрактора состоит в том, что на сырье осуществляется механическое воздействие, значительно увеличивающее выход экстрактивных веществ. К недостаткам следует отнести многочисленность вращающихся валов аппарата, создающих неудобство в обслуживании и повышающих расход электроэнергии. Это тоже горизонтальный экстрактор непрерывного действия. Вращающийся барабан диаметром в 1-1,5 м и длиной 10 м, разделен перегородками на 44 изолированные секции. В каждой перегородке имеется по 3 эллиптических отверстия, расположенных эксцентрично и несколько смещенных относительно отверстий соседней перегородки. У каждого отверстия имеются индивидуальные сетки-карманы, расположенные, допустим, только с левой стороны. Измельченный, отсеянный от пыли сухой растительный материал поступает из бункера в первую секцию с экстрагентом. При вращении барабана (1/2 оборота в минуту) сырье захватывается сетками-карманами, вынимается из экстрагента, при подъеме переливается через отверстие в соседнюю ІІ-секцию, падает в экстрагент, истощается и такими же карманами вылавливается из жидкости и переводится в ІІІ-ю, затем в IV и т.д. секцию.

Экстрагент, естественно, идет навстречу сырью, вначале контактирует с истощенным сырьем, находящимся в хвостовом последнем 44-ом секторе, затем через эллиптические отверстия переливается в соседний сосуд, обрабатывает новую порцию сырья и так добирается до 1-й камеры (головной секции), где встречается с совершенно неистощенным материалом, донасыщается до предела и сливается через штуцер в сборник готового продукта - первичной вытяжки. Незначительное смещение отверстий по отношению друг друга образуют спиралевидный канал по оси экстрактора, не позволяющий чистому экстрагенту непосредственно поступать из хвостового сектора в головные. Производительность такого экстрактора - 350 л/час. Например, такой экстрактор используется на ОХФЗ предприятием “Биостимулятор” для получения экстракта плодов шиповника.

Достоинства - общие для всех. Отличие - в принципе перемещения материала и конструкционные особенности.

Дисковой экстракционный диффузор А.Г. Натрадзе-М.Д. Рязанцева с успехом используется для получения экстрактов, природных веществ. В настоящее время с помощью этого экстрактора проводят экстракцию сантонина из цитварного семени, недавно получали кофеин из отходов чайного производства. Аппарат представляет собой две трубы диаметром 110,5 см и длиной 3,7 м, расположенные под острым углом (30°). Трубы снабжены паровой рубашкой. Внизу они соединены между собой камерой, в которой расположена ведущая звездочка, несущая трос с насаженными на расстоянии 12 см перфорированными дисками диаметром-10 см. Этот бесконечный трос проходит через обе трубы экстрактора, захватывает дисками растительный материал, увлекая его в трубу, проталкивает через нее и в конце выбрасывает в разгрузочный люк.

Извлекатель поступает в противоположную часть аппарата, проходит через материал, отверстия в дисках и выходит в качестве мисцеллы через сливной патрубок. Экстракцию можно вести при нагревании, что и делают при получении сантонина, кофеина. Трубы прогревают глухим паром (под давлением).

Рис. 4. Ленточный экстрактор непрерывного действия: 1 - корпус; 2 - бункер; 3 - ленточный транспортер; 4 - воронка; 5 - насосы

3. Технология препаратов, содержащих сердечные гликозиды. Частная технология препаратов

Сердечными гликозидами называются гликозиды, агликоном которых являются производные циклопентанопергидрофенантрена, содержащие в положении 17 ненасыщенное пятичленное или шестичленное лактонное кольцо и оказывающие специфическое действие на сердечную мышцу. Сердечные гликозиды пока не имеют себе равных синтетических заменителей, растения служат - единственным источником их получения. Действие сердечных гликозидов проявляется в изменении всех основных функций сердца. Под влиянием терапевтических доз сердечных гликозидов наблюдается: усиление систолических сокращений сердца, удлинение диастолы, понижение возбудимости приводящей системы сердца.

Методы выделения. При выделении сердечных гликозидов используются органические растворители (этиловый, метиловый спирты), которые не вызывают гидролиза сердечных гликозидов, а если нужно получать не нативные, а вторичные гликозиды, то заранее проводят ферментации и гидролиз. Извлечение сердечных гликозидов из растительного сырья можно разделить на следующие этапы:

1) экстракция сердечных гликозидов растительного сырья;

2) очистка полученного извлечения;

3) разделение суммы сердечных гликозидов;

4) перекристаллизация индивидуальных сердечных гликозидов.

Основная трудность при выделении сердечных гликозидов заключается в том, что это крайне лабильные соединения, а поэтому малейшее нарушение в температурном режиме приводит к их разрушению. Экстракцию сердечных гликозидов из растительного сырья чаще проводят метиловым или этиловым спиртами (концентрация 80 %). Полученное спиртовое извлечение, содержащее сумму типичных гликозидов, подвергают очистке от сопутствующих веществ. Сопутствующими веществами бывают пигменты (хлорофилл, каротиноиды), смолы и другие органические вещества растворимые в спиртах. Для отчистки упаренное под вакуумом (при температуре 51) спиртовое извлечение подвергают многократной обработке техническими растворителями, чаще всего четыреххлористым углеродом до полного удаления сопутствующих веществ или же применяют сорбционные методы очистки, используя оксид алюминия, который наносится на стеклянные фильтры, Разделение суммы сердечных гликозидов проводят чаще всего на хроматографических колонках, заполненных сорбентами (оксид алюминия, силикагель). В дальнейшем нужные зоны элюируют определенными растворителями. Так, для нативных гликозидов наперстянки элюирование проводят смесью хлороформа с изопропиловым спиртом (3*Л). Полученные элюаты выпаривают под вакуумом досуха при 2 = 51-- 52 °С, затем проводят перекристаллизацию до получения индивидуально чистых веществ. Для установления строения сердечных гликозидов используются различные физико-химические методы: УФ, ИК, ЯМР-спектроскопия и др. Так в УФ области спектра пятичленное лактонное кольцо вызывает интенсивное поглощение при 215--220 нм, а ИК область характеризуется расщепленной полосой, при 1750 см-1 (--С=О группа) и полосой при 1625 см-1 (--С~С-связь).

Отсутствие строго специфических реактивов на шестичленное лактонное кольцо требует снятия для этих веществ УФ спектров, где они показывают характерную полосу поглощения при 300 ш. Поглощение в этой области использовано также для проявления хроматограммы при облучении УФ светом с длинами волн 290-- 360 нм. В ИК области спектра шестичленное лактонное кольцо характеризуется интенсивной полосой поглощения при 1730 см"1 (С=О-группа) и двумя полосами при 1640 и 1540 см^1 (сопряженные С=С-связи).

Большое значение для выяснения строения вещества имеет установление в нем числа спиртовых групп и числа ацетилирующихся из них, т. е. первичных и вторичных. Общее число ОН-групп можно установить либо методом Церевитинова (определение активного водорода), либо с помощью ИК спектроскопии. Однако первый метод требует значительного количества вещества и поэтому, в основном, используется метод ИК спектроскопии, при использовании которого достаточно 1--2 мг вещества. К сожалению, применение этих методов в отношении сердечных гликозидов и агликонов встречает препятствия. Главное из них то, что карденолиды и буфадиенолиды, будучи высокомолекулярными многоатомными спиртами, дают сложные для идентификации спектры.

Технология получения препаратов.

Адонизид (Adonisidura) получают из травы адониса весеннего (горицвета или черногорки) (Adonis vernalis L.). Технология препарата разработана Ф.Д. Зильбергом (ВНИХФИ). Измельченную траву адониса весеннего (активность не менее 50--66 ЛЕД в 1 г) экстрагируют циркуляционным способом в аппарате типа Сокслета. В качестве экстрагента используют смесь, состоящую из 95 частей хлороформа и 5 частей 96% этанола по объему. Указанный экстрагент получил название универсального, так как относительно хорошо извлекает все сердечные гликозиды. В то же время сопутствующие гидрофильные вещества переходят в эту смесь в незначительных количествах. Экстракцию растительного сырья проводят до полного извлечения гликозидов. В полученном извлечении наряду с гликозидами (адонитоксин, цимарин и др.) содержатся хлорофилл, органические кислоты, смолоподобные вещества и др.

Отделение суммы гликозидов от основной массы гидрофобных сопутствующих веществ осуществляют путем смены растворителя. Для этого из полученного извлечения отгоняют экстрагент при температуре не выше 60 °С и разрежении не менее 59994,9 Н/м2. Когда кубовый остаток в испарителе по массе приблизительно будет равен взятому сырью, к нему добавляют равное количество воды и продолжают упаривание до полного удаления хлороформа и этанола. При этом в осадок выпадают нерастворимые в воде вещества (хлорофилл, смолы и др.). Водный раствор, содержащий сумму гликозидов, небольшое количество пигментов и других сопутствующих веществ, сливают с осадка и фильтруют на нутч-фильтре через двойной слой фильтровальной бумаги и слой алюминия оксида толщиной 1--1,5 см. Эту операцию применяют для удаления оставшихся в растворе сопутствующих веществ, причем алюминия оксид практически не адсорбирует сердечные гликозиды и они переходят в фильтрат.

4. Рассчитайте необходимое количество сырья и экстрагента (рассчитать также количество воды) для получения 80 мл настойки пиона

1) Расчёт количества сырья:

Настойка пиона готовится на 40% спирте в соотношении 1:5, т.к. данное сырьё относится к несильно действующим. Т.е. из 1 части сырья по массе получают 5 частей настойки по объёму.

Следовательно, необходимо взять.

1 - 5.

Х - 80.

Х = 16,0 травы пиона уклоняющегося (или корневищ и корней пиона уклоняющегося).

2) Расчёт количества экстрагента:

Соотношение сырьё: экстрагент = 1:13.

1 - 13.

16,0 - Х.

Х = 208 мл 40% спирта.

3) Расчёт количества 96% спирта:

По алкоголеметрической таблице ГФ XI находим плотность 40% спирта:

с40% - плотность 40% этилового спирта, равная 0,9480 г/мл.

М40%= V40% Ч p40% = 208 Ч 0,9480 = 197,2.

где Х - необходимое количество 96% спирта, г.

М - масса спирта нужной концентрации (экстрагент 40% спирт), г.

b - массовая доля спирта нужной концентрации, %.

а - массовая доля 96% спирта, %.

V - объём 40% спирта, мл.

По алкоголеметрической таблице ГФ XI находим массовую долю спирта, исходя из объемной:

b40% = 33,33%;

а96% = 93,86%.

Необходимое количество воды:

M (воды) = 197,2 - 70,03 = 127,2 (мл).

Рассчитываем объём (V) необходимого количества 96% спирта:

с96% = 0,8074 мл.



5. Определить концентрацию спирта в настойке, если масса пустого пикнометра м = 10,4589 г, масса пикнометра с водой м₁ = 16,3644 г и масса пикнометра с отгоном м₂ = 15,3581 г.

m - масса пустого пикнометра, г

m1 - масса пикнометра с водой, г

m2 - масса пикнометра с отгоном, г

0,99703 - р Н₂О с учетом воздуха

0,0012 - р воздуха пр. 760 мм

При 20°С используем «Алкоголеметрическую таблицу 1» ГФ XI - 72,94 % и 66,27% (m).

6. Составить материальные балансы, найти выходы, траты, расходные коэффициенты для производства сложного порошка в целом и по отдельным стадиям, если количество исходных материалов равно 6 кг, после сушки получено 5,95 кг, после просеивания - 5,73 кг и после смешения - 5,64 кг

Израсходовано	масса, кг	Получено	масса, кг
ТП 1.
Исходные материалы	6	Продукт 1	5,95
		Потери 1	0,05
Итого:	6		6
ТП 2.
Продукт 1	5,95	Продукт 2	5,73
		Потери 2	0,22
Итого:	5,95		5,95
ТП 3.
Продукт 2	5,73	Продукт 3	5,64
		Потери 3	0,09
Итого:	5,73	Итого:	5,73



G₁ = G₂ + G₅

I стадия.

6 = 5,95 + 0,05

Технологический выход:

Технологическая трата:

Расходный коэффициент:

II стадия.

5,95 = 5,73 + 0,22

Технологический выход:

Технологическая трата:



Расходный коэффициент:

III стадия.

5,73 = 5,64 + 0,09

Технологический выход:

Технологическая трата:

Расходный коэффициент:

В общем:

6 = 5,64 + 0,36

Технологический выход:



Технологическая трата:

Расходный коэффициент:



Список используемой литературы

1. Государственная Фармакопея СССР Вып. 1, Общие методы анализа/ МЗ СССР, 11-е изд., доп., М.: Медицина, 1987 - 336 с.

2. Государственная фармакопея СССР: Вып. 2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырье/ МЗ СССР.-11-е изд., доп.-М.: Медицина, 1989.- 400 с.

3. Муравьев И.А. Технология лекарств. Изд. 3-е, перераб. и доп. Т.1 и 2, М: Медицина, 1980. - 704 с.

4. Настойки, экстракты, эликсиры и их стандартизация / под ред. проф. В.Л. Багировой, проф. В.А. Северцева. СПб.: Спецлит, 2001 - 223 с.

5. Промышленная технология лекарств: учебник в 2-х томах, Т.1-2. /Под ред. проф. В.И. Чуешова. - Х.: МКТ-Книга; изд. НФАУ, 2002. - 716с.

6. Таблицы для определения содержания спирта этилового в водноспиртовых растворах. - М.: 1972. - 364 с.

7. Технология лекарственных форм в 2-х томах: т.1, под ред. Т.С. Кондратьевой, т.2, под ред. Л.А. Ивановой, М., Медицина, 1991. -554 с.

8. Технология фитопрепаратов. I часть. Методические указания к лабораторным работам / сост. Л.Ф. Жезняковская; НовГУ им. Ярослава Мудрого. - Великий Новгород, 2011. - 65 с.

9. Химия и технология фитопрепаратов. /Авт. Минина С.А., Каухова И.Е. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004 - 560 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru

...