Измельчение. Просеивание. Смешивание

Содержание

Введение……………………………………………….………………….3

Глава 1 Измельчение. Теории измельчения……………………………4

            1.1   Понятие об измельчении……………………………………4

            1.2   Теории измельчения твердых материалов………………..5

                   1.2.1 Поверхностная теория П. Реттингера…………………5

                   1.2.2 Объемная теория В. Л. Кирпичева……………………6

                   1.2.3 Обобщенная теория П. А. Ребиндера…………………8

            1.3 Машины и аппараты, используемые для измельчения материалов………………………………………………………………………9

Глава 2 Просеивание и  смешивание измельченных твердых тел……19

             2.1 Просеивание…………………………………………………19

             2.2 Смешивание измельченных и просеянных материалов……………………………………………………………………..22

Заключение………………………………………………………………26

Список литературы………………………………………………………27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Развитие фармацевтической промышленности, усложнение процессов  производства лекарственных препаратов, требует больших затрат энергии  и времени, что может быть оптимизировано путем автоматизации различных стадий технологического производства.

Интенсивность многих технологических  процессов зависит от величины поверхности  обрабатываемых твердых материалов; при этом увеличение их поверхности  путем уменьшения размеров кусков повышает скорость процесса, а также увеличивает  выход и повышает качество конечного  продукта.

Процесс измельчения широко применяется  в фармацевтическом производстве, особенно в фитохимических цехах и при производстве порошков, а так же таблеток. Измельчение представляет собой процесс механического деления твердых тел на части. В результате измельчения увеличивается поверхность обрабатываемых  материалов, что позволяет значительно ускорить растворение, химическое взаимодействие, выделение биологически активных веществ из измельченного материала, улучшить прессуемость и сыпучесть материала.

Стадии просеивания и  смешивания имеют так же важное значение в процессе фармацевтического производства, так как улучшает качество готового продукта. За счет просеивания получают частицы одного размера, очистить от крупных частиц не измельченного вещества, механических загрязнений. Смешивание влияет на точность дозирования и распределение действующих веществ в порошках, таблетках и т.д.

 

 

 

 

 

 

Глава  1 Измельчение. Теории измельчения

1.1Понятие об  измельчении

Измельчение – процесс  разделения твердого тела на части  путем приложения внешних сил, превосходящих  силы молекулярного сцепления частиц тела. В результате измельчения увеличивается поверхность обрабатываемых  материалов, что позволяет значительно ускорить растворение, химическое взаимодействие, выделение биологически активных веществ из измельченного материала, улучшить прессуемость и сыпучесть материала.

Переработка материалов в  измельченном виде позволяет значительно  ускорить экстрагирование и тепловую обработку материалов, провести указанные  процессы с незначительными потерями действующих веществ и меньшим  расходом тепла [1]. Так же улучшает прессуемость и сыпучесть порошков подвергаемых прессованию.

Применение твердых материалов, раздробленных на мелкие куски (путем  дробления) или измельченных в порошок (путем размола), позволяет значительно  ускорить растворение, обжиг, химическое взаимодействие, т.е. различные процессы, протекающие тем быстрее, чем  больше поверхность участвующего в  них твердого вещества.

Измельчение производят (Рисунок  1) путем раздавливания (1), удара (II), истирания (III) и раскалывания (IV).

 

Рисунок 1 - Способы измельчения материалов.

В большинстве случаев  происходит комбинированное воздействие  измельчающих усилий, например раздавливания  с истиранием, удар с раздавливанием и истиранием; иногда к главным  усилиям присоединяются побочные-изгибающие и разрывающие.

Способ измельчения выбирают с учетом физических свойств измельчаемого  материала, в первую очередь его твердости и характера излома.

Для материалов, отличающихся большой твердостью, более эффективными являются удар и раздавливание, для  материалов вязких предпочтительнее истирание, для хрупких - раскалывание.

1.2 Теории измельчения  твердых материалов

Существует несколько теорий измельчения: поверхностная, объемная и обобщенная.

1.2.1 Поверхностная  теория П. Реттингера

Поверхностная теория измельчения разработана немецким профессором                      П. Реттингером в 1867 г.  Согласно ней, работа, необходимая для измельчения тела, прямо пропорциональна вновь образовавшейся при измельчении поверхности, т.е.

, Дж     (1)

где - площадь вновь образованной поверхности.

Положим, что измельчению  подвергаются куски кубической формы  с длиной ребра D, до кубиков с длиной ребра d (рис. 2).

Рисунок 2 – Приращение новых  поверхностей

Число полученных частиц составит:

.

Приращение удельной площади  поверхности при этом составит:

                             , м²              (2)

Если образование единицы  площади новой поверхности затрачивается  работа А_уд, то полная работа, затраченная на процесс измельчения составит

                               , Дж                                      (3)

Принимая, что  = const и λ = const, то полная работа

                                               ,Дж                                     (4)

где - коэффициент пропорциональности (определяется опытным путем).

Поверхностная теория измельчения  с достаточной степенью достоверности  применима для оценки тонкого  измельчения (d ≤ 0,4…0,6 мм) когда получается продукт с высокоразвитой удельной площадью поверхности [2].

1.2.2 Объемная теория  В. Л. Кирпичева

Объемная  теория измельчения разработана русским ученым                 В.Л. Кирпичевым (1874 г.), а позднее уточнена немецким профессором             Ф. Киком (1885 г.). Согласной ней, работа A_v, затраченная на измельчение, прямо пропорциональна объему V или массе деформируемой части тела

                                                 ,Дж                                (5)

где - величина деформации тела, м;

        Р – сила деформации, Н.

При скорости удара υ_уд = 0 величина деформации можно представить формулой закона Гука

                                                   ,м                                      (6)

Где F – площадь поперечного сечения деформируемого тела, м²;

Е – модуль упругости (модуль юнга), Н/м² (Па).

Тогда при интегрировании уравнение (5) запишется как

                                                                                                            (7)

Принимая, что деформируемый  объем тела имеет форму куба со стороной D выражение (7) можно записать как

                                                                                                           (8)

Сравнение выражений (4) и (8) показывает, что они различаются  коэффициентами пропорциональности и  в законе Реттингера D², а в законе Кирпичева – Кика – D³ [2].

Сторонники обеих теорий более полувека вели дискуссию между  собой, пытаясь доказать преимущество одной из них, но сделать это никому не удалось, так как и первая, и вторая страдают односторонностью и не учитывают влияние конкретных условий процесса измельчения на его энергоемкость (дисперсность материала, конструкцию и режимы работы измельчителей и т.д.).

Из сравнения изложенных выше законов следует, что закон  поверхностей П. Риттингера учитывает только затраты энергии, потребной для образования новых поверхностей, а закон объемов В. Л. Кирпичева, наоборот, принимает во внимание затраты энергии на деформацию тела и исключает расход энергии на образование новых поверхностей. Отсюда следует, что при дроблении, когда величина вновь образуемых поверхностей относительно невелика, наиболее приемлем закон объемов. При помоле материалов, когда интенсивно обнажаются новые поверхности, более приемлем закон поверхностей.

При объемном измельчении  приложенные силы перпендикулярны  к поверхности измельчаемого  тела, при этом оно испытывает деформации сжатия, растяжения, изгиба, кручения и  др. Измельчение — сложный процесс, протекающий через ряд последовательных стадий. Под влиянием приложенной  силы тело подвергается упругой деформации, которая (при достижении предела  упругости) переходит в пластическую. Когда превзойден предел прочности тела, напряжение в материале превышает внутренние силы сцепления частиц, наступает стадия его разрушения.

При поверхностном дроблении  в основном используется деформация сдвига. В этом случае на тело действуют  две силы: одна перпендикулярно, другая — параллельно его поверхности, при этом разрушение проходит через  те же стадии, что и при объемном измельчении. В стадии разрушения с  поверхности тела срываются тонкие пластинки и измельченный продукт имеет вид мелкого порошка.

1.2.3 Обобщенная  теория П. А. Ребиндера

Обобщенная теория измельчения создана советским академиков                 П.А. Ребиндером в 1928 г., она учитывает положения объемной и поверхностной теорий.

Ребиндер исходил из справедливого заключения, что большая часть энергии измельчения расходуется бесполезно – на нагрев материала и образование микротрещин в продукте, которые при снятии нагрузки «смыкаются» и целостность частиц восстанавливается за счет сил молекулярного сцепления [2].

Аналитическое выражение  теории Ребиндера записывается в виде

                                         , Дж                               (9)

где А – работа, необходимая на измельчение;

      А_v – работа деформации в объеме куска;

      А_s – работа, затраченная на образование новых поверхностей;

      K – коэффициент пропорциональности;

      ΔV – деформированная часть объема куска;

       α – коэффициент пропорциональности, учитывающий энергию поверхностного натяжения твердого тела;

     ΔS – приращение площади поверхности материала [2].

Уравнение (9) дает лишь качественное описание процесса измельчения и  не позволяет выполнить количественные расчеты в силу того, что значения всех величин, входящих в него, не поддаются  численному выражению. Однако качественное описание тоже достаточно ценно и позволяет сделать правильные заключения. Уравнения является  по сути законом сохранения энергии, согласно которому процесс дробления характеризуется переходом одного вида энергии твердого тела в другой. До разрушения тело обладает потенциальной энергией, т. е. находится под действием внешних сил в состоянии упругой деформации. В результате разрушения потенциальная энергия переходит в кинетическую, причем энергия деформации превращается в тепло и рассеивается в окружающую среду [2].

1.3 Машины и аппараты, используемые для измельчения материалов

Все измельчители применительно к условиям фармацевтического производства можно разделить на:

1. машины для предварительного измельчения;

2. машины для окончательного измельчения.

В новейших отечественных  руководствах измельчители предпочитают классифицировать по способам измельчения. В этом случае все измельчители, применяемые в фармацевтическом производстве, можно условно разделить на следующие группы:

1. изрезывающего и распиливающего действий (траворезки-соломорезки, корнерезки, машины с дисковыми пилами);
2. раскалывающего и разламывающего действий (щековые дробилки);
3. раздавливающего действия (гладковалковые дробилки – вальцовые мельницы, валковые дробилки с нарезной рифленой поверхностью);
4. истирающе – раздавливающего действия (дисковые мельницы –дезинтегратор);
5. ударного действия (дисмембраторы, струйные мельницы);
6. ударно–истирающего действия (шаровые мельницы, вибромельницы);
7. коллоидные измельчители (струйные, вибрационные) [1].