По гипотезе Риттингера, работа, затрачиваемая на измельчение, расходуется на образование трещин, расколов.
2) В.Н. Кирпичев в 1874году, а позднее Кик (нем.) предложили «объемную» гипотезу дробления, по которой расход энергии на измельчение данного материала приблизительно равен его объему или весу:
δ – величина разрушающих напряжений;
V – объем дробимого тела;
Е – модуль упругости измельчаемого материала.
Обе гипотезы были предметом многолетних дискуссий. Однако большее признание получила точка зрения, что ни одна из предложенных гипотез, взятых порознь, неприменима к объяснению природы измельчения.
Автором нового предложения является наш отечественный ученый – академик Петр Александрович Ребиндер, основоположник новой области науки – физико-химической механики. Ему принадлежит открытие, называемое «эффектом Ребиндера» – о понижении прочности твердых тел в адсорбционно-активной среде вследствие физических и химических взаимодействий в поверхностном слое (1927г.) Так вот, Ребиндер считал, что гипотеза, наиболее близкая к истине, находится где-то в середине предположений Риттингера и Кирпичева - Кика. По его наблюдениям, энергия, затрачиваемая на измельчение материала, представляет собой сумму работ, идущих на деформацию дробимого тела и на образование новых поверхностей. Эта энергия выражается формулой:
1-е слагаемое уравнения - формула Кирпичева-Кика;
2-е – формула Риттингера.
Таким образом, работа измельчения приблизительно равна как вновь образовавшейся поверхности, так и объему измельченного материала.
Расход энергии при измельчении возрастает с уменьшением размера частиц. В связи с этим во избежание непроизводственных затрат крайне важно, чтобы при организации процесса был заранее известен ожидаемый размер частиц после дробления. «Не дробить ничего лишнего» – таково основное правило дробления.
С целью уменьшения расхода энергии в ряде случаев целесообразно периодически удалять достаточно измельченные частицы из сфера помола.
Предварительное измельчение.
Предварительное измельчение применяется для сырья, поступающего на фармацевтическое производство в крупных или длинных кусках.
Смысл предварительного измельчения заключается в получении материала в таком виде, в котором он был бы удобен для дальнейшего измельчения. В предварительном измельчении
нуждаются корни и кора, заготовленные в виде длинных кусков (например, солодковый корень, корни элеутерококка, дубовая кора и др.), а также длинностеблевые травы термопсиса и др.
В предварительном измельчении нуждаются другие виды растительного сырья (плоды, семена, кожистые листья и др.).
В условиях фармацевтического производства предварительное измельчение охватывается классами измельчения, которые по принятой нами классификации (см. табл.2) определены как среднее и мелкое дробление с той лишь разницей, что исходная длина измельченных корней и трав могут быть значительно длиннее 25 см.
Окончательное измельчение (порошкование).
Измельчение в порошки разной степени тонкости достигается с помощью измельчителей различных конструкций.
2. Просеивание.
Раздробленные и испорошкованные материалы всегда неравномерны. Поэтому приходится отделять более крупные или более мелкие частицы от основной массы.
Эта операция называется просеиванием или грохочением и осуществляется при помощи сит. Таким образом, просеиванием, грохочением или ситовой классификацией называется процесс разделения смеси зерен различных размеров при помощи сит на две и более группы.
Сита.
Размер зерен, проходящих через ячейки сит, характеризуются его номером.
По ГФ Х для всех сит указывается № сита, соответствующий ГОСТу, размер отверстий в свету, материал сита, форма отверстий, крупность порошка.
№ шелкового сита по ГОСТ 4403-67 указывает, какое количество отверстий приходится на 1 погонный см. Чтобы определить № шелкового сита, следует с помощью лупы подсчитать количество отверстий в 1 погонном см по длине и ширине ткани.
№ металлического сита по ГОСТ 3924-47 соответствует размеру стороны отверстия в свету в мм. № пробивных сит по ГОСТ 214-57 с круглыми отверстиями соответствует диаметру отверстий в мм, умноженному на 10.
ГФ Х включает 16 разных сит, которым соответствует 7 степеней измельчения. Для крупных порошков и крупноизмельченных материалов, помимо названия, обязательно должен указываться и соответствующий № сита по ГОСТ.
Различают сита плетеные, пробивные и щелевые.
Плетеные сита ткутся из шелковых и капроновых ниток, из стальной , медной и латунной проволоки. Шелковые и капроновые сита применяются для мелких и среднекрупных порошков.
Они прочны и гарантируют однородность просева. У обычных проволочных сит проволока изогнута только в одном направлении. Отсюда - быстрая изнашиваемость сита и легкая изменяемость размеров отверстий. По этой причине рекомендуются сита или сварные, или вальцовые, или прессованные. Последние особенно прочны.
Проволочные сита – для всех категорий крупных порошков. Необходимо следить за состоянием сит, иначе в порошки могут попасть куски оборванной проволоки.
Пробивные сита (штампованные) делаются из листов оцинкованного железа путем пробивания в них круглых и прямоугольных отверстий. Применяются для крупноизмельченных материалов. Сита эти очень прочны.
Щелевые сита состоят из ряда параллельных стержней с прокладками между ними.
Отделение металлических примесей.
Для их удаления применяются электромагнитные сепараторы, установленные под спускным лотком во вращающемся металлическом барабане.
Многие процессы, протекающие в фармацевтическом производстве, для их интенсификации нуждаются в перемешивании материалов. Так, например, перемешивание необходимо для ускорения растворения веществ, для поддержания скорости диффузионного процесса при извлечении действующих веществ из природных материалов с целью интенсификации теплообмена при нагревании и охлаждении жидкостей, для достижения гомогенности среды и т.д.
Перемешивание в жидкостной среде осуществляется следующими способами:
- механическим с помощью мешалок различных конструкций;
- пневматическим – сжатым воздухом или инертным газом;
- перемешивание в трубопроводе;
- акустическим (с помощью ультразвука);
- циркуляционным.
Наиболее распространенным является перемешивание с помощью мешалок различных конструкций, которые различаются по скорости вращения и по устройству лопастей.
Лопастные мешалки состоят из 2-х или более числа лопастей, расположенных перпендикулярно или наклонно к оси вала, является наиболее старым типом перемешивания устройства, наиболее простым и поэтому широко распространено.
К лопастным относятся якорные, рамные, планетарные мешалки.
Якорные мешалки, имеющие форму, соответствующую внутренней поверхности реактора. Они служат для перемешивания вязких жидкостей. При вращении лопасти постоянно очищаются стенки и дно аппарата. Скорость вращения – 1,3 об/сек.
Рамные мешалки - для вязких жидкостей, состоят из нескольких лопастей, соединенных в виде рамы, обеспечивающие перемешивание жидкостей во всех ее слоях.
Планетарные мешалки - производят перемешивание как в горизонтальном, так и вертикальном направлении. Состоят из центральной мешалки и боковых мешалок, связанных с главной мешалкой системой зубчатых передач. Боковые мешалки вращаются вместе с центром, а также имеют собственное вращение вокруг своей оси. Обеспечивают равномерное перемешивание вязких и густых жидкостей во всех слоях аппарата и пригодны для перемешивания мазей и суспензий, а также для изготовления эмульсий.
Пропеллерные мешалки.Одним из преимуществ является большая скоростей вращения (для вязких жидкостей 2-8 об/с, для подвижных жидкостей 3-30 об/с), среди них – переносные мешалки . Пропеллерные мешалки обеспечивают захват жидкости во всем объеме.
Турбинные мешалки бывают открытого и закрытого типа, обеспечивают интенсивное перемешивание во всем объеме, скорость 2-30 об/с. Состоят из одного или нескольких центробежных колес (турбинок), укрепленных на вертикальном валу и снабженных большим числом лопаток – от 6 до 16.
Пропеллерные и турбинные мешалки работают без передаточных механизмов, на полных оборотах электродвигателя.
Скорость вращения мешалок не должна превышать:
______
Vкрит. = 1 / R Ö 1800 n
R - радиус сосуда, м;
n - расстояние от поверхности жидкости до верхнего края сосуда, м.
При больших скоростях образуется «воронка»: начинается круговое движение жидкости вместе с мешалкой. Чтобы предотвратить это, в аппарате устанавливают на стенках неподвижные перегородки.
Эффективность перемешивания для всех типов мешалок характеризуется степенью однородности перешивания объема жидкости во всех ее частях.
* Пневматическое перемешивание (барботирование) применяется в тех случаях, когда воздух (или инертный воздух) нужен для интенсификации химических или биологических процессов.
Этот способ очень эффективный, но применяется в тех случаях, когда не происходит нежелательных явлений (окисление, осмоление, улетучивание ценных веществ).
Представляет собой перфорированную трубку, установленную в горизонтальном положении. Для глубоких сосудов барботер в виде вертикальной трубки с подачей воздуха через отверстия. Воздух (или газ) для барботирования подается под давлением, достаточным для преодоления гидростатического сопротивления столба жидкости (Р £ 0,2 Мпа).
* Перемешивание в трубопроводе проводят в У-образном устройстве. По 2-м трубам подают две жидкости, которые попадают в 3-ю – смеситель, где за счет большой скорости и за счет значительной длины трубопровода жидкости успевают смешиваться.
* Акустическое перемешивание (с помощью генераторов ультразвука). Оно достигается с применением жидкостных свистков и роторно-пульсационного аппарата РПА
Ультразвук значительно ускоряет растворение трудно растворимых веществ за счет образующихся быстрых омывающих потоков вокруг частиц и их дробящего действия. Из-за явления кавитации акустическое перемешивание непригодно для химически нестойких лекарственных веществ. Положительное действие кавитации – измельчается твердая фаза.
Кавитация (лат. пустота)–образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков), заполненных газом или паром. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которая может происходить либо при увеличении ее скорости, либо при прохождении акустической волны. Перемещаясь с потоком в область с более высоким давлением, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну.
* Циркуляционное перемешивание - осуществляется с помощью насоса из емкости и возвращается в нее через разбрызгивающее устройство. Этот способ применяется, когда нужно перемешать жидкости с различной плотностью. Более тяжелая жидкость у дна резервуара засасывается насосом и разбрызгивается мелкими каплями на поверхности более легкой жидкости. Циркуляционное перемешивание может осуществляться и с помощью сопла, которое снабжено выходным отверстием напорной трубы.
Поток жидкости, вытекающий из сопла, захватывает собой жидкость, находящуюся в этот момент перед соплом. На какой-то промежуток времени в пространстве, которое жидкость занимала, создается разрежение. Это вызывает подсасывание окружающей сопло жидкости в эту часть пространства. И такой цикл повторяется непрерывно. Перемешивание при помощи сопла выгодно сочетать с нагревом жидкости прямой подачей пара.
