OPERAŢII UNITARE

ÎN INDUSTRIA

CHIMICO-FARMACEUTICĂ

Industria Medicamentului

disciplină procese tehnologice de fabricare a

medicamentelor aparatură ramură a tehnologiei chimice

Proces tehnologic ansamblu ordonat de transformări chimice fizice combinate materii prime – produs finit operaţii unitare procese chimice fundamentale

Operaţii unitare procese fizice de prelucrare a materiilor

prime fără schimbarea compoziţiei fără schimbarea naturii lor

Operaţii unitare

Clasificarea operaţiilor unitare

1. operaţii mecanice2. operaţii hidrodinamice3. operaţii termice (cu transfer termic)4. operaţii de difuziune (cu transfer de masă)

OPERAŢII MECANICEDivizarea (sfărâmareaDivizarea (sfărâmarea/m/măcinarea) materialelor solideăcinarea) materialelor solide

Transportul materialelor solideTransportul materialelor solide

Clasarea materialelor solideClasarea materialelor solide

Depozitarea materialelor solideDepozitarea materialelor solide

Sfărâmarea micşorarea dimensiunilor bucăţilor de material solid la

gradul cerut de procesele tehnologice ulterioare sfărâmare măcinare învingerea coeziunii particulelor ce creează corpul solid crearea unor suprafeţe noi

Scopul sfărâmării accelerarea operaţiilor fizice şi a reacţiilor

chimice omogenizarea amestecurilor omogene obţinerea fineţii necesare pentru folosirea

optimă a produselor

Natura forţelor strivire lovire frecare despicare

TEORIA SFARÂMĂRII (MĂCINĂRII) Principiul teoretic al sfărâmării şi măcinării constă în învingerea coeziunii

particulelor care formează corpul solid cu ajutorul unor forţe şi obţinerea unor suprafeţe noi.

După natura forţelor cu ajutorul cărora se învinge coeziunea dintre particulele materialelor, divizarea poate fi realizată prin: strivire, lovire, frecare, despicare.

În majoritatea cazurilor, forţele care provoacă sfărâmarea acţionează combinat: strivire cu frecare, strivire cu lovire şi frecare etc.

Scopul industrial al divizării este multiplu: accelerarea operaţiilor fizice (amestecare, dizolvare, uscare ş.a.), omogenizarea amestecurilor eterogene, accelerarea reacţiilor chimice etc.

Factorii care influenţează sfărâmarea

materialul de sfărâmat produsul sfărâmat maşinile de sfărâmat factori tehnologici factori economici

proprietăţile materialului supus sfărâmării (măcinării):

mărimea forma structura materialului duritatea elasticitatea/plasticitatea umiditatea sensibilitatea termică temperatura de topire cantitatea (debitul)

factori referitori la produsul obţinut:

mărimea sau granulometria produsului forma structura produsului suprafaţa specifică reactivitatea pulberii

caracteristicile maşinilor utilizate:

modul de acţionare asupra materialului durata de acţionare asupra materialului gradul de divizare realizat productivitatea temperatura de lucru uzura suprafeţelor (pieselor) de sfărâmare

factori tehnologici:

realizarea operaţiei în flux continuu/discontinuu (intermitent)

măcinarea umedă (uscată) adăugarea unor ingrediente care favorizează

operaţia

factori economici:

productivitatea consumul specific de energie preţul de cost

GRADUL DE DIVIZARE(sfarâmare / măcinare)

• Raportul între dimensiunile materiei prime şi ale produsului final dorit este un factor care condiţionează de asemeni alegerea aparatelor de sfărâmat (măcinat).

• Criteriul de apreciere al sfărâmării şi totodată caracteristica principală a utilajului folosit este gradul de divizare (de sfărâmare sau de măcinare) n, care reprezintă raportul dintre dimensiunile medii ale materialului înainte (d) şi după divizare (D).

PRINCIPIILE DE FUNCŢIONARE AMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE

La sfărâmarea materialelor trebuie avut în vedere un principiu de bază: să nu se sfărâme nimic inutil.Din această regulă rezultă următoarele:

Să nu se depăşească gradul de divizare necesar prelucrării sau utilizării ulterioare a materialelor;

Particulele trebuie evacuate din aparat imediat ce au atins granulaţia dorită; aceasta reduce consumul de energie şi micşorează procentul de material prea mărunt (“praf”) care constituie atât tehnologic, cât şi economic, o pierdere.Din acest motiv instalaţiile sunt prevăzute cu dispozitive pentru eliminarea particulelor fine în afara zonei de sfărâmare, fie prin întrebuinţarea unui curent de aer sau apă, fie prin acţiunea forţei centrifuge;

Procesul de sfărâmare trebuie să se efectueze înaintea procesului de sortare;sfărâmarea trebuie să fie pe cât posibil “liberă”, adică nu trebuie să fie însoţită de procese secundare (de exemplu frecarea, care consumă iniţial din energia necesară sfărâmării);

La grade mari de divizare (măcinare), procesul trebuie să se efectueze în câteva etape sau trepte.

CONDIŢII GENERALE DE FUNCŢIONARE AMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE

Indiferent de natura eforturilor de sfărâmare, de gradul de divizare şi de proprietăţile materialelor iniţiale, toate maşinile de sfărâmare/măcinare trebuie să îndeplinească următoarele condiţii generale:

posibilitatea reglării gradului de divizare (n) între anumite limite;

uniformitatea dimensională a produsului rezultat;

eliminarea din spaţiul de lucru a materialului sfărâmat;

formarea a cât mai puţin praf;

încărcarea şi descărcarea continuă şi automată;

posibilitatea înlocuirii uşoare şi rapide a pieselor uzate;

consum redus de energie pe unitatea de masă de material sfărâmat;

cheltuieli de întreţinere cât mai reduse.

Maşinile şi instalaţiile pentru măcinat şi GRADUL DE DIVIZARE

(sfarâmare / măcinare)

• Raportul între dimensiunile materiei prime şi ale produsului final dorit este un factor care condiţionează de asemeni alegerea aparatelor de sfărâmat (măcinat).

– aparate realizate pentru sfărâmarea materialelor de dimensiuni mari (concasoarele)

– aparate construite pentru măcinare (morile)

PROCEDEE DE DIVIZARE (sfărâmare-măcinare)

Procedee discontinue

Procedee continue

CLASIFICAREAMAŞINILOR DE SFĂRÂMARE / MĂCINARE

CRITERII:

duritatea materialului de sfărâmat- maşini pentru sfărâmarea materialelor dure- maşini pentru sfărâmarea materialelor de tărie medie- maşini pentru sfărâmarea materialelor moi

felul forţei care produce sfărâmarea

dimensiunile materiei prime şi a produsului finit(gradul de divizare, n)- sfărâmare preliminară (primară, grosolană sau concasare)- sfărâmare intermediară (medie)- sfărâmare măruntă- sfărâmare fină (măcinare)- sfărâmare extrafină (măcinare coloidală)

Maşinile pentru sfărâmarea preliminară se numesc concasoare,iar toate celelalte sunt reunite sub denumirea generală de mori.

Clasificarea principalelor tipuri de maşini de sfărâmat

Categoria sfărâmării

Dimensiuni maxime ale bucăţilor de material (mm)

iniţiale finale

Gradul de divizare realizat

Tipul utilajului Efortul principal care produce sfărâmarea

preliminară (primară) 1300-200 250-40 5 - 6

Concasor cu fălciConcasor girator (conic)

StrivireStrivire cu frecare

intermediară (medie)

250-50 40-105 - 6

Concasor cu cilindri neteziConcasor cu cilindri canelaţiConcasor cu cilindri dinţaţi

Strivire, frecareStrivire, despicare cu frecareDespicare cu frecare

măruntă 50-10 10-1 5 - 20Moară cu ciocane basculanteMoară centrifugă cu discuri

Lovire (forţă centrifugă)

Lovire (forţă centrifugă)

fină (măcinare) 25-3 0,8-0,3

10 - 30 Moară chiliană (Colergeng)Moară cu bile

Strivire cu frecareLovire cu frecare

extrafină (măcinare extrafină)

sub 0,175 sub 0,0001 peste 50Moară coloidală acţionând prin lovireMoară coloidală acţionând prin frecare

Lovire

Frecare

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE PRELIMINARĂ

CONCASORUL CU FĂLCI

CONCASORUL CU FĂLCI

Avantaje• Construcţie robustă• Putere mare de sfărâmare • Reglare uşoară a gradului de

sfărâmare• Deservire simplă• Schimbare uşoară a plăcilor• Ocupă spaţii mici• Productivitate mare• Întreţinere uşoară• Consum mic de energie pe

unitatea de greutate de produs sfărâmat

Dezavantaje • Granulaţie neuniformă• Produce trepidaţii• Posibilitate de înfundare

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE PRELIMINARĂ

CONCASORUL GIRATOR [CONIC]

CONCASORUL GIRATOR [CONIC]

Avantaje• Productivitate mare • Funcţionare continuă şi

uniformă• Fără curse moarte • Fără zguduituri• Consum de energie mai mic

pe tona de material sfîrâmat• Obţinerea unui material mai

omogen ca granulaţie

Dezavantaje• Întreţinerea şi repararea mai

complicate• Întreţinerea şi repararea mai

scumpe• Posibilitate de înfundare, mai

ales la materialele umede

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ

CONCASORUL CU CILINDRI NETEZI[MOARA CU VALŢURI]

CONCASORUL CU CILINDRI NETEZI[MOARA CU VALŢURI]Avantaje

• Productivitate mare • Funcţionare continuă şi

uniformă• Fără curse moarte • Fără zguduituri• Consum de energie mai mic

pe tona de material sfărâmat• Obţinerea unui material mai

omogen ca granulaţie

Dezavantaje• Întreţinerea şi repararea

moderat complicate• Dificultăţi de mărunţire pentru

materialele umede

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ

MOARĂ CU SISTEM DE 3 VALŢURI

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE INTERMEDIARĂ

CONCASORUL CU CILINDRI DINŢAŢI

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE MĂRUNTĂ

MOARA CU CIOCANE BASCULANTE

MOARA CU CIOCANE BASCULANTE

Avantaje• Un grad mare de sfărâmare• Se obţine un material omogen

granulometric• O capacitate mare de

prelucrare

Dezavantaje• Zgomot

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE MĂRUNTĂ

MOARA CU COROANE DINŢATE

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)Moara chiliană (Colergang)

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)

AVANTAJE: productivitate mare măcinarea unei game foarte variate de produse

(substanţe toxice) obţinerea de pulberi fine siguranţă în funcţionare deservire simplă funcţionează fără separator magnetic măcinarea poate fi simultană cu uscarea

DEZAVANTAJE: consumul specific mare de energie volum şi greutate mare producerea zgomotului în timpul funcţionării

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE FINĂ (MĂCINARE)Moara cu bile

CLASIFICAREA MORILOR CU BILE

După modul de funcţionare: mori cu funcţionare periodică; mori cu funcţionare continuă

După modalitatea de descărcare al produsului măcinat : mori cu descărcare periferică (prin site); mori cu separator exterior

După construcţia tamburului: mori cilindrice tubulare mori conice

Moara cu bile

Efectul de măcinare depinde de:

Viteza de rotaţie a tamburului

Diametrul şi lungimea tamburului

Greutatea, dimensiunea şi numărul bilelor

Modul de realizare al măcinării

Viteza de rotaţie a morii

mică optimă prea mare viteza critică = 42,3/√D nr. rot./min. 70-80% viteza critică n optim = 23/√D ↔ 28/√D 32-37% din volumul interior al tamburului L/D = 1,56/1,64

Moara cu bile

AVANTAJE:

productivitate mare, măcinarea unei game foarte variate de produse (substanţe

higroscopice sau toxice), obţinerea de pulberi fine siguranţă în funcţionare deservire simplă funcţionează fără separator magnetic măcinarea poate fi simultană cu uscarea

DEZAVANTAJE: consumul specific mare de energie, volum şi greutate mare producerea zgomotului în timpul funcţionării

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE EXTRAFINĂ(MĂCINARE COLOIDALĂ)

Moara coloidală acţionând prin lovire

MAŞINI PENTRU SFĂRÂMARE EXTRAFINĂ(MĂCINARE COLOIDALĂ)

Moara coloidală acţionând prin frecare

TRANSPORTUL MATERIALELOR SOLIDE

Transportorul cu bandă

Elevatorul

Transportorul elicoidal (Şnec)

TRANSPORTUL CU BANDĂ

ELEVATORUL

TRANSPORTORUL ELICOIDAL (ŞNEC)

CLASAREA MATERIALELOR SOLIDE

METODE:

clasare volumetrică(pe baza diferenţei de dimensiuni)

clasare simptotică sau gravimetrică(pe baza diferenţei dintre vitezele limită de cădere în fluide a granulelor de diferite mărimi)

CLASAREA VOLUMETRICĂ

Principiul de clasare trecerea materialelor de clasat pe suprafeţe perforateParticulele cu dimensiuni mai mici decât ochiurile grătarului sau

ciurului alcătuiesc trecerea sau produsul inferior şi se notează convenţional cu semnul minus;

cu dimensiuni mai mari rămân pe grătar sau ciur, constituind refuzul şi se notează cu semnul plus

Moduri de realizare a clasării volumetrice: prin refuz prin trecere mixt

APARATE DE CLASARE

CLASAREA VOLUMETRICĂ:

Site

Grătare

Ciururi

CLASARE GRAVIMETRICĂ:

Clasoare pneumatice

Clasoare hidraulice

APARATE DE CLASARE

Ciur rotativ cu mantale dispuse concentric

Ciur rotativ cu mantale dispuse în prelungire

CIURURI ROTATIVE

Avantaje Construcţie simplă Funcţionare sigură Deservire uşoară

Dezavantaje Sortarea nu este omogenă Capacitate de cernere redusă

Clasor pneumatic

OPERAŢIIHIDRODINAMICE

TRANSPORTUL LICHIDELOR

Dispozitive de transport fără elemente mobile:

Sifonul

Montejus

Pompa cu aer comprimat

SIFONUL

1. Ramura descendentă

2. Ramura ascendentă

3. Ventil

4. Pâlnie de amorsare

5. Ventil

SIFONUL

Avantaje Construcţie simplă Funcţionare sigură Întreţinere comodă

Dezavantaje Randament scăzut Capacitate de transfer

MONTEJUS

1. Conductă de alimentare

2. Ventil (clapetă)

3. Conductă de refulare

4. Ventil

5. Conductă de introducere a gazului comprimat

6, 7 - Ventil (robinet)

8. Conductă de evacuare a aerului

POMPA CU AER COMPRIMAT

1. Conductă de refulare

2. Conductă de introducere a aerului comprimat

3. Cameră de amestec

4. Cameră de separare

5. Canal de evacuare

POMPA CU AER COMPRIMAT

Avantaje Construcţie simplă Fără elemente mobile Posibilitate redusă de

defectare Poate lucra la temperaturi

înalte

Dezavantaje Randament scăzut (25-35%) Debit mic Necesită adâncime mare de

scufundare

Operaţii hidrodinamice

Separarea sistemelor eterogene

METODE: Sedimentare Filtrare (Centrifugare)

FILTRAREAFiltrarea este operaţia de separare a fazelor unui amestec eterogen solid-fluid, cu

ajutorul unei suprafeţe poroase sau a unui strat poros, prin care trece numai faza fluidă (dispersantă).

Scopul filtrării este de a separa fazele unei suspensii într-un precipitat care conţine cât mai mult din faza solidă a suspensiei şi într-un filtrat cu cât mai puţină fază solidă.

Condiţiile care se cer unei bune filtrări sunt:- puritatea filtratului, (absenţa fazei solide din filtrat);- puritatea precipitatului (absenţa substanţei solubile în precipitat; umiditatea scăzută a

precipitatului);- productivitatea mare a filtrului (viteză mare de filtrare);- utilizarea unei cantităţi cât mai mici de apă de spălare, pentru a nu dilua prea mult

substanţa solubilă;- regenerarea uşoară şi completă a suprafeţei filtrante sau a stratului filtrant;- consum minim de energie;- manoperă minimă.

ETAPELE FILTRĂRII1. În prima etapă suprafaţa filtrantă sau stratul granular filtrant

reţine faza solidă; la începutul acestei etape filtratul este, de obicei, tulbure şi trebuie refiltrat;

2. În a doua etapă, reţinerea fazei solide se realizează în principal de către stratul de precipitat format pe suprafaţa filtrantă, care rămâne cu rolul de suport al precipitatului;

3. A treia etapă constă în spălarea precipitatului pentru îndepărtarea substanţelor solubile a căror soluţie îmbibă precipitatul la sfârşitul etapei precedente;

4. Ultima etapă constă în regenerarea suprafeţei sau stratului filtrant (spălarea şi destuparea porilor).

Uneori după etapele 2 şi 3, se aspiră aer prin stratul de precipitat, pentru a îndepărta o parte din soluţie sau din apa care îmbibă precipitatul (deshidratarea şi uscarea precipitatului).

FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ FILTRAREA [I]

a. Factori referitori la suspensie natura suspensiei (natura fazei solide sau a fazei lichide); structura şi granulometria suspensiei; concentraţia; modul de obţinere; vârsta suspensiei (durata de la obţinere până la filtrare); cantitatea (debitul) suspensiei.b. Factori referitori la materialul filtrant natura materialului filtrant; dimensiunea porilor (permeabilitatea); grosimea stratului filtrant; aria suprafeţei filtrului.c. Factori referitori la precipitat omogenitatea precipitatului; tasarea precipitatului; umiditatea finală a precipitatului.

FACTORII CARE INFLUENŢEAZĂ FILTRAREA [II]

d. Factori referitori la perioada de spălare cantitatea (debitul) apei de spălare; durata spălării; capacitatea apei de spălare.e. Factori referitori la regenerarea materialului filtrant modul (operaţiunile) de regenerare; cantitatea apei necesară regenerării; cantitatea şi debitul aerului comprimat necesar regenerării; durata regenerării.f. Factori referitori la condiţiile de filtrare presiunea de filtrare; temperatura de filtrare; debitul (viteza) de filtrare; durata filtrării.

METODE DE FILTRARE

Separarea suspensiilor prin filtrare se poate realiza prin mai multe metode:

filtrarea cu formarea pe suprafaţa membranei filtrante a unui precipitat format din faza solidă a suspensiei;

filtrarea cu astuparea porilor membranei filtrante de către faza solidă a suspensiei;

filtrarea cu formarea pe suprafaţa membranei filtrante a unui precipitat format din substanţă auxiliară şi din faza solidă a suspensiei;

filtrarea cu separarea parţială şi cu îngroşarea suspensiei.

Alegerea metodei de separare prin filtrare a suspensiilor

este determinată în special de concentraţia suspensiei.

TIPURI DE FILTRE [I]

a. După modul de funcţionare: filtre cu funcţionare continuă; filtre cu funcţionare discontinuă (periodică).

La filtrele cu acţiune periodică membrana filtrantă este fixă, iar pe toate elementele membranei poroase au loc simultan aceleaşi procese, de exemplu: pătrunderea suspensiei, formarea precipitatului sau eliminarea acestuia.

La filtrele cu acţiune continuă membrana se deplasează continuu în circuit închis, iar pe diferitele elemente ale membranei au loc procese diferite, în funcţie de sectorul circuitului închis în care se află la momentul respectiv elementul de membrană, de exemplu: pe una din porţiunile membranei este adusă suspensia, iar pe alte porţiuni are loc formarea şi eliminarea precipitatului.

b. După mijloacele cu care se crează presiunea necesară pentru trecerea lichidului prin porii stratului filtrant:

filtre care funcţionează sub acţiunea presiunii hidrostatice a coloanei de lichid ce se filtrează; filtre de vid, care funcţionaeză datorită vidului produs de pompele de vid; filtre presă, care funcţionează sub acţiunea presiunii produse de pompe sau compresoare.

TIPURI DE FILTRE [II]

c. În funcţie de caracterul stratului filtrant, toate filtrele pot fi împărţite în: filtre cu strat filtrant din granule libere; filtre cu strat filtrant din ţesătură; filtre cu strat filtrant rigid; filtre cu strat filtrant semipermeabil.

Alegerea stratului filtrant este determinată de o serie de factori,dintre care cei mai importanţi sunt: proprietăţile fizico-chimice ale suspensiei care se filtrează; presiunea de regim la care se face filtrarea; gradul de dispersie al particulelor solide în amestecul care se filtrează; capacitatea de producţie.

TIPURI DE FILTRE [III]

1. FILTRE CU STRAT GRANULAR

Cel mai simplu filtru poate fi format dintr-un vas având fundul în formă de grătar în care mediul filtrant este stratul de precipitat care se depune la fund, iar presiunea este creată de presiunea hidrostatică a coloanei de lichid care se filtrează.

Pentru construcţia acestor filtre se foloseşte nisip fin de cuarţ, marmură pisată, calcar, cărbune.

Ex. folosite la epurarea apei

2. FILTRE CU STRAT FILTRANT DE PÂNZĂ (Material fibros de provenienţă animală, vegetală sau minerală)

Ex. Filtrul NUCEFiltrele cu saciFiltrele presă (ex. filtrul cu discuri, filtru lentilă)

FILTRUL NUCEAvantaje: construcţie simplă, funcţionare sigură, uşurinţă în supraveghere, preţ de cost

mic, adaptabilitate la diferite condiţii de filtrare, posibilitatea de a fi confecţionate din materiale anticorozive (fontă, inox, porţelan).

Dezavantaje: suprafaţa mare, manoperă la descărcare, spălare defectuasă a precipitatului şi viteză de filtrare relativ mică (deoarece diferenţa de presiune care se poate realiza în timpul filtrării se limitează numai la 1 atm).

FILTRUL CU SACI

FILTRU CU DISCURI(DRUCK-FILTRU; FILTRU PRESĂ TIP CEH)

1. corp cilindric cu manta; 2. elementul filtrant (ţeavă perforată); 3. discuri metalice de susţinere a materialului filtrant; 4. material filtrant (pânză de bumbac); 5. gură de alimentare; 6. conductă de evacuare

FILTRUL CELULAR ROTATIV (OLIVER)

CENTRIFUGAREA

Centrifugarea este o tehnică de lucru care foloseşte proprietatea câmpului centrifugal pentru intensificarea operaţiei de separare a sistemelor eterogene lichide.

Factorul de separare (Z) reprezintă raportul dintre acceleraţia câmpului centrifugal şi acceleraţia câmpului gravitaţional.

Sedimentarea într-un câmp de forţe centrifuge prezintă următoarele avantaje: se realizează viteze mari de sedimentare, se atinge un grad înaintat de separare, se pot separa faze de densităţi apropiate, se realizează precipitate cu un conţinut redus de fază lichidă.

După modul de funcţionare se deosebesc 2 feluri de centrifuge:- cu funcţionare periodică, (necesită oprirea pentru încărcare şi golire);- cu funcţionare continuă, (separarea se efectuează fără întrerupere).

Centrifuga cu transmisie la partea inferioară

Centrifuga cu transmisie la partea superioară (suspendată)

1. Tambur perforat

2. Arbore

3. Disc pt. proiectarea suspensiei pe tambur

4. Carcasă

5. Spiţe