Изучение технологического процесса выпаривания в фармацевтической технологии - Курсовая работа

Выпаривание применяют для концентрирования растворов нелетучих веществ, выделения из растворов чистого растворителя (дистилляция) и кристаллизации растворенных веществ, т.е. нелетучих веществ в твердом виде. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. 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. Выпаривание под вакуумом имеет определенные 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). В случае одинаковой полезной разности температур, при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий агент более низких рабочих параметров (температура и давление).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), ?С; - 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. 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 ? - температуры кипения жидкостей при давлении р, K, d? и DT - дифференциалы температур кипения эталонной жидкости и жидкости, для которой определяется теплота парообразования, К. 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 . 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 Давление от корпуса к корпусу уменьшается так, чтобы температура кипения раствора в каждом корпусе была ниже температуры насыщения пара, обогревающего этот корпус.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.

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 определенные 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].

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.

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 .ru