Классификация измельченного материала в фармацевтическом производстве. Сита и ситовой анализ измельченного сырья. Аппаратура.

Новый препарат российских медиков поможет победить язву, рак и туберкулез

Может ли медитация помочь от головной боли?

Измельчение

Процесс уменьшения размера частиц материала, приводящий к увеличению удельной поверхности измельчаемого вещества, называется измельчением, или дроблением. В фармацевтической технологии процесс измельчения применяется в следующих случаях:

1) при получении товарного продукта - порошки, сборы, присыпки; 2) для обеспечения проведения основного процесса (экстракции, растворения, грануляции). В этом случае измельчение является вспомогательным процессом.

При практическом осуществлении процесса измельчения необходимо знать, до какой степени следует измельчать лекарственное вещество.

Степенью измельчения называют отношение размера наиболее крупных кусков измельченного материала до измельчения к размерам наиболее крупных кусков материала после измельчения:

i =dn/dk

где dn - размер куска материала до измельчения; dK - размер куска материала после измельчения.

В зависимости от величины степени измельчения i различают следующие виды измельчения (дробления):

крупное 2-6

среднее 6-10

мелкое 10-50

тонкое 50-100

сверхтонкое 100-10 000 (1-100 нм)

Сверхтонкое измельчение приводит к получению коллоидных частиц. Выбор машины для измельчения определяется по ГФХ (статья №857) свойствами измельчаемых веществ и требуемой степенью измельчения.

В фармацевтической практике приходится иметь дело с двумя группами веществ:

1) аморфными - переохлажденные жидкости - стекло, смолы, полимеры (их иногда выделяют в особую группу твердых веществ);

2) твердыми кристаллическими.

Аморфные вещества (amorphus - бесформенный) характеризуются изотропией свойств, т. е. физические свойства данного вещества (упругость, теплопроводность, прочность п др.) распространяются одинаково по всем направлениям. Это означает, что при измельчении аморфное тело будет распадаться по самым разнообразным непредвиденным направлениям (неправильный излом). Если аморфное тело охладить, то оно будет образовывать ложнокристаллическую структуру и станет более хрупким. Измельчать его будет легче.

Вообще силы сцепления между элементарными частицами аморфных тел невелики и аморфные вещества легко измельчаются (смолы, полимеры, аморфный кремний, вольфрам и т. д.).

Кристаллические вещества характеризуются наличием кристаллической структуры. Кристаллы этой структуры могут быть самыми разнообразными по форме (в настоящее время различают 14 кристаллографических типов решеток). По характеру взаимодействия между частицами могут быть атомные, ионные и молекулярные решетки.

Просеивание

В результате дробления в измельченном материале образуются частицы самой разнообразной величины.

Для достаточно точного определения размера этих частиц (а это необходимо для оценки измельченного материала) существуют следующие методы:

1. Воздушная сепарация - разделение частиц в псевдоожи-женном слое. Более крупные частицы в этом случае располагаются внизу, менее крупные - в центре, мелкие - вверху. В фармацевтической практике этот метод разделения применяется редко.

2. Гидравлическая классификация - разделение частиц по скорости их оседания. Также редко применяют в фармацевтической практике.

3. Ситовая классификация - разделение материала на фракции с помощью сит. Является основным методом работы в фармацевтической технологии.

В результате простого просеивания, т. е. просеивания через одно сито (в дальнейшем мы будем говорить только о просеивании через одно сито), исходный материал делится на две фракции: 1) просев (нижний продукт)-материал, прошедший сквозь сито; 2) отсев (верхний продукт) -материал, не прошедший сквозь сито и оставшийся на сите, т. е. наверху.

Форма отверстий в сите (сетке) может быть круглой, квадратной, прямоугольной (две последние применяются крайне редко).

Форма отверстий сита выбирается в соответствии с природой просеиваемого материала и зависит от способа получения сита.

В зависимости от способа получения различают следующие виды сит: 1) сетчатые, 2) перфорированные (штампованные), 3) колосниковые.

По используемым материалам сетки сита бывают матерчатые и синтетические (тканые, плетеные, вязаные), проволочные (сварные, стержневые, крученые, сборные).

Сетчатые сита представляют собой сетку из матерчатых, проволочных или синтетических нитей (капрон, нейлон, лавсан). Из матерчатых нитей главным образом применяют шелковые (шелковые сита), а в случае использования проволоки - специальные сорта нержавеющей стали и латунь (сплав меди и цинка в равных соотношениях). Образование ситовой поверхности (переплетение) всегда производится в определенном порядке в соответствии с так называемой формулой сита.

Перфорированные (штампованные) сита - это металлические пластины с частыми круглыми или квадратными отверстиями (пробивными). Материалом для изготовления перфорированных сит являются нержавеющая сталь, алюминий, жесть. Сита прочные и долговечные. Недостаток металлических сит - невозможность получить мелкие отверстия (наименьший диаметр отверстия металлического сита 0, 3 мм).

Колосниковые сита представляют собой сочетания металлических фасонных пластин (стальных или чугунных). Их часто называют колосниковыми решетками. Это очень прочные и тяжелые сита. Производительность их невелика. Применяются редко и только в случае просеивания крупного твердого материала.

Все сита нумеруют в зависимости от величины отверстия и типа материала, из которого они изготовлены.

В ГФХ имеется статья № 857 «Измельчение и просеивание», содержащая номера сит по Государственному стандарту, которые применяются в фармации. Для фармацевтического ситового анализа лекарственного материала используется (по ГФХ) 16 сит с отверстиями размером в свету от 0, 1 до 10 мм.

Номер шелкового сита по ГОСТ 4403-67 указывает, какое количество отверстий приходится на 1 см. Номер металлического проволочного сита соответствует размеру стороны отверстия в свету в миллиметрах. Номер пробивных сит с круглыми отверстиями соответствует диаметру отверстий в миллиметрах, умноженному на 10. Полнота просеивания в большой степени зависит от влажностси материала. Излишняя влажность вызывает слипание отдельных частиц, забивающих сетки и прилипающих к ней. Сухой материал, как правило, просеивается лучше.

Однако если просеиваемый материал слишком сухой, может возникнуть явление электризации. Возникновение электрического заряда при трении различных тел (в данном случае сита и материала) носит название трибоэлектрического эффекта. В результате этого явления может произойти слипание частиц и увеличение их размера, что резко снижает просеиваемость. Кроме того, просеиваемый материал может принять противоположный по сравнению с ситом заряд. В этом случае будет происходить взаимное отталкивание сетки и материала и просеивание резко замедлится. Поэтому при просеивании необходимо каким-то образом снимать возникающие на сите и в материале заряды. Это можно сделать заземлением сита или с помощью радиоактивных изотопов (⁶⁰Со), которые обладают способностью снимать заряд с материала.

Еще одним неудобством просеивания слишком сухого материала является значительное пылеобразование, которое возникает при трении сухого материала и которое в случае, если сито не закрыто, может привести к большим материальным потерям и загрязнению воздуха. Поэтому просеивание пылящих порошков проводят под тягой, а сито накрывают крышкой.

Ситовые механизмы

Ситовые механизмы применяются двух типов: 1) машины с плоскими ситами; 2) барабанные просеивающие машины.

МАШИНЫ С ПЛОСКИМИ СИТАМИ. Наиболее широкое применение находят просеивающие механизмы, называемые грохотами (трясунки), и вибрационные сита.

Грохота, или трясунки. Наиболее простая конструкция с одним ситом показана на рис. 33. Установленное в слегка наклонном положении (2— 4°) на роликах сито при помощи коленчатого вала совершает поступательно-возвратное движение вдоль двух направляющих. Число качаний колеблется от 50 до 200, амплитуда колебания — до 200 мм. Более совершенны качающиеся грохота, в которых короб с ситом совершает поступательно-возвратное движение, будучи подвешенным на шарнирных подвесах (а), либо с помощью шарнирных или кривошипных опор (б), либо в сочетании тех и других (в).

Значительно удобнее грохота, состоящие из 2—3 сит, которые могут компоноваться либо на высоте, либо по длине. Например, изрезанные корни и корневища перед приготовлением из них настойки целесообразно пропустить через трясунок с двумя ситами, установленными последовательно. Сырье из загрузочной воронки вначале поступает на более мелкое сито, которое пропускает только частички размером менее 0, 5 мм (пыль, комочки земли и весьма незначительное количество порошка валерианы). Просеянный таким образом материал переходит на следующее сито, которое пропустит все кусочки, имеющие размеры меньше 3 мм. Более крупные кусочки сбрасываются с конца сита и поступают для дополнительного измельчения.

Вибрационные сита. Вибрационные сита подразделяются на электромагнитные, гирационные и инерционные. Вибрационные сита особенно эффективны при провеивании мелких порошков, поскольку вибрирующие движения предупреждают забивание отверстий ситовой ткани. На рис. 34 приведена схема устройства электромагнитного вибрационного сита, в котором поступательно-возвратное движение сита 3 осуществляется за счет периодического намагничивания и размагничивания якоря 2, прикрепленного к ситу. При пропускании тока электромагнит / притягивает якорь и вместе с ним сито. Но это движение вправо влечет за собой размыкание контактов 4. Обратное движение (влево) сито совершает уже при помощи мощных пружин 5. Происходит замыкание контактов и якорь вновь тащит сито вправо: следует размыкгжие и пружины оттягивают сито на старое место и т. д. Число вибраций у такого сита превышает 200, амплитуда колебаний до 3 мм.

Гирационные сита. Гирационные сита получили название от гираци-онного привода. Изготовляются они с одним, двумя и тремя ситами различных размеров. Гирационное сито, изображенное на рис. 35, состоит из короба с ситами 3, который крепится с помощью пружинящих

Рис. 33. Качающие грохота. Объяснение в тексте.

5 WW

Ижф яяяг¹-

4 5

Рис. 34. Вибрационное сито. Объяснение в тексте.

Рис. 35. Схема гирационного грохота. Объяснение в тексте.

опор 2 на опорной раме Л Приводной механизм состоит из эксцентрикового вала 4, который получает движение от шкива 6. На валу закреплены два маховика 5 с балансирующими грузами. Маховики с противовесами уравновешивают силы вибрации. При вращении эксцентрикового вала короб с ситами получает круговые движения, которые направлены навстречу потоку материала, что способствует его хорошей сортировке.

БАРАБАННЫЕ ПРОСЕИВАЮЩИЕ МАШИНЫ. Барабанные просеивающие машины (бураты) представляют собой вращающиеся барабаны с ситовой поверхностью, устанавливаемые слегка наклонно, под углом 3—8°. Материал для просеивания, попав внутрь барабана, проходит через отверстия сита, а более крупные кусочки и отходы перемещаются вдоль барабана и высыпаются из него в другом конце. Барабан заключен в кожух.

Бураты могут быть с одним или 2—3 ситовыми поверхностями. Приводятся барабаны в движение при помощи зубчатой или фрикционной передачи. В последнем случае барабан устанавливается на вращающиеся ролики. Имеются конструкции бурата внутри со щеточными приспо-

соблениями, значительно ускоряющими процесс просеивания. Бураты вращаются со скоростью от 10 до 25 об/мин.

ОТДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ. В измельчаемых и просеиваемых материалах могут оказаться металлические примеси. Для их удаления применяются электромагнитные сепараторы, устанавливаемые под спускным лотком во вращающемся металлическом барабане.

Трибоэлектрические явления при просеивании

Трибоэлектричество — явление возникновения электрических зарядов п-ри трении. Такие явления происходят иногда при просеивании различных медикаментов, причем заряд, который возникает в просеянном порошке, может быть разного знака. Так, порошки из серы и свинца окиси, просеянные отдельно, заряжаются отрицательно, вместе — зарядами разного знака (сера— отрицательно, окись свинца — положительно) за счет степени трения между частицами. У порошка может возникать заряд, противоположный по знаку самому ситу. Часть электрически-активных порошков при снятии заряда или его утечке могут образовывать прочные агрегаты. К таким веществам относятся окись цинка, пшеничный крахмал, сахар и др. Трибоэлектрические явления затрудняют процесс просеивания, поэтому необходимо предотвращать их возникновение. Лучше всего это делать, меняя материал сита или используя различные условия просеивания порошков.

Ситовые механизмы

Ситовые механизмы применяются двух типов: 1) машины с плоскими ситами; 2) барабанные просеивающие машины.

Рис. 33. Качающие грохота. Объяснение в тексте.

5 WW

Ижф яяяг¹-

4 5

Рис. 34. Вибрационное сито. Объяснение в тексте.

Рис. 35. Схема гирационного грохота. Объяснение в тексте.

соблениями, значительно ускоряющими процесс просеивания. Бураты вращаются со скоростью от 10 до 25 об/мин.

Трибоэлектрические явления при просеивании

Спиральный классификатор — аппарат, в виде наклонного корыта, в которое помещены один или два вращающегося вала с насаженными на них ленточными спиралями, выполненными на винтовой линии, предназначенный для разделения по крупности тонкоизмельченного материала в водной среде при обогащении руд цветных и черных металлов и других полезных ископаемых.

Гидроциклоны (рис. 2.10, а, б) широко используются при классификации тонкодисперсных материалов различных полезных ископаемых, особенно при их измельчении.

Рис. 2.10. Схемы гидроциклона (а), трехпродуктового гидроциклона (б) и центробежного воздушного сепаратора (в)

Из многочисленных конструкций гидроциклонов на рудообогатительных фабриках применяют главным образом цилиндроконические с углом конусности 20° и малых типоразмеров с углом конусности 10°. В условное обозначение входят слово «гидроциклон», угол конусности (если он отличается от 20°), буквенные обозначения материала рабочих поверхностей гидроциклонов, диаметр гидроциклона (в мм) и обозначение климатического исполнения (для стран с жарким климатом Т).

Пример: ГЦР-150, ГЦК-710, где Р - резина; К - каменное литьё.

Технологические характеристики гидроциклонов приведены в табл. 2.7.

При выборе и расчете гидроциклонов должны быть известны схемы измельчения и классификации, производительность мельницы по исходному питанию и её удельная производительность, циркулирующая нагрузка, характеристика крупности и содержание твердого в продукте измельчения, а также характеристики крупности продукта, поступающего в цикл измельчения.

Таблица 2.7

Основные параметры классифицирующих гидроциклонов

Диаметр гидроци-клона D, мм	Угол конусно-сти α , град.	Средняя производительность V_n, м³/ч (приР₀=0, 1МПа)	Круп-ность слива d_н(при ρ _т=2, 7 г/см³)	Стандартный эквивал. диаметр питающего отверстия d_н, мм	Стандартный диаметр сливного патрубка d, мм	Диаметр песковой насадки Δ, мм
		0, 15-0, 3	-			-
		0, 45-0, 9	-			4-8
		1, 8-3, 6				6-12
		3-10	10-20	15-20	18-25	8-17
	10, 20	12-30	20-50	30-40	40-50	12-34
		27-80	30-100			24-75
		50-150	40-150			34-96
		100-300	50-200			48-150
		200-500	60-250			48-200
		360-1000	70-280			75-250
		700-2000	80-300			150-300
		1100-3800	90-330			250-500

Расчет гидроциклонов начинают с расчета количественной и шламовой схемы, т. е. с определения производительности каждого продукта по твердому, по количеству воды и пульпы. По условиям классификации предварительно выбирается гидроциклон определенного типоразмера (Д). Необходимое давление пульпы на входе в гидроциклон (P₀) определяется по формуле [3, 4]

где V— производительность, м³/ч;

К_α - поправка на угол конусности гидроциклона (α = 10°, К_α= 1, 15; α = 20°,

К_α = 10);

К_D- поправка на диаметр гидроциклона (табл.2.8);

d_п- эквивалентный диаметр питающего отверстия, см;

d - диаметр сливного патрубка, см.

Таблица 2.8

Значения коэффициента К₀для расчета гидроциклона

Диаметр гидроциклона D, см
Поправочный коэффициент К_D	1, 28	1, 14	1, 06	1, 0	0, 95	0, 91	0, 88	0, 81
Высота гидроциклона, H_г„м	-	-	-	-	3, 5	4, 5

Для гидроциклонов диаметром больше 500 мм необходимо учитывать высоту гидроциклона [3, 4]:

(2.35)

где Р_t- давление, создаваемое насосом на входе в гидроциклон, МПа;

Н_г— высота гидроциклона, м;

ρ _п — плотность исходной пульпы, г/см³.

У выбранного типоразмера гидроциклона проверяется величина нагрузки на песковое отверстие и её соответствие норме (0, 5-2, 5 г/ч • см²) по формуле [3, 4]

(2.36)

где Q_п — производительность по пескам, т/ч;

S_n— площадь пескового отверстия, см².

Проверка номинальной крупности d_n слива гидроциклона производится по формуле [3, 4]

(2.37)

где β _п^тв - содержание твердого в исходной пульпе (табл.2.39), %;

Δ - диаметр пескового отверстия (насадка), см;

ρ _т и ρ — плотность твердой и жидкой фаз, г/см³.

Таблица 2.9

Зависимость содержания твердого в песках гидроциклона от крупности слива

Содержание класса -0, 074 мм в сливе, β _с^-74, %	50-60	60-70	70-80	80-85	85-90	90-95	95-100
Содержание твердого в песках, Β _п^тв, %
Разжижение песков Т: Ж	0, 25	0, 33	0, 39	0, 43	0, 43	0, 49	0, 54

Исходная пульпа под давлением от 5 до 50 Н/см² (0, 5— 5 кгс/см²) подается через патрубок тангенциально к внутренней поверхности цилиндрической части гидроциклона и приобретает в нем вращательное движение.

Тяжелые и крупные частицы под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам аппарата и нисходящим спиральным потоком движутся вниз, разгружаясь через насадку для песков. Мелкие же частицы вместе с основной массой воды образуют внутренний поток, который поднимается вверх, и выносится через сливной патрубок.

Трехпродуктовый гидроциклон (см. рис. 2.10, б) имеет двойную сливную трубу. Крупность слива возрастает с увеличением плотности и вязкости исходного материала и с уменьшением диаметра песковой насадки. Большое влияние на эффективность разделения оказывает отношение диаметров песковой насадки и сливного патрубка, равное обычно 0, 5-6, 6. Диаметр сливного патрубка составляет 0, 2-0, 4 диаметра цилиндрической части гидроциклона, размер которой достигает 1500 мм. Для получения тонких сливов (менее 5-10 мкм) применяют батареи из гидроциклонов диаметром 15-100 мм, работающих при давлении пульпы на входе в гидроциклоны до 90 Н/см² (9 кгс/см²). Преимуществами гидроциклонов являются простота конструкции, отсутствие движущих частей, малые размеры; недостатками — повышенный износ внутренней поверхности корпуса и насадок, для предотвращения чего их футеруют каменным литьем или гуммируют.

В центробежных воздушных сепараторах (рис. 2.10, в) вращающаяся тарелка разбрасывает исходный материал во внутренней камере. Крупные зерна оседают в воронке, а тонкий продукт выносится потоком воздуха и оседает во внешней камере. Крупность разделения регулируют скоростью воздушного потока.

Разделение материала по крупности в гравитационных классификаторах происходит в результате неодинаковых скоростей оседания твердых частиц разного размера в жидкой среде под действием гравитационных сил. Чем меньше размер частиц, тем медленнее они оседают. Простейшими гравитационными классификаторами являются конусные воронки, используемые для сгущения пульпы и удаления из нее нежелательных включений. Пульпа в открытую воронку подается сверху, при этом крупные частицы оседают в ней, а вода с мелкими частицами переливается через края воронки и удаляется. Скоростью подачи пульпы регулируют крупность уносимых водой частиц. [8]

⇐ Предыдущая 4 5 6 7 8910 11 12 13 Следующая ⇒

Последнее изменение этой страницы: 2019-04-09; Просмотров: 531; Нарушение авторского права страницы