2.1. Divizarea materialelor solideTeoria sfrmrii (mcinrii)

Divizarea n industrie reprezint operaia prin care se micoreaz dimensiunile materialelor solide la gradul cerut de procesele tehnologice la care sunt folosite. Termenul de sfrmare este aplicat de obicei divizrii materialelor la dimensiuni mari, iar cel de mcinare pentru divizarea materialelor la dimensiuni mai mici (vezi tabelul II.1., Clasificarea principalelor tipuri de maini sfrmat)

Principiul teoretic al sfrmrii i mcinrii const n nvingerea coeziunii particulelor care formeaz corpul solid cu ajutorul unor fore i obinerea unor suprafee noi.

Scopul industrial al divizrii este multiplu: accelerarea operaiilor fizice (amestecare, dizolvare, uscare .a.), omogenizarea amestecurilor eterogene, accelerarea reaciilor chimice etc.

Dup natura forelor cu ajutorul crora se nvinge coeziunea dintre particulele materialelor, divizarea poate fi realizat prin: strivire (a), lovire (b), frecare (c) sau despicare (d). n majoritatea cazurilor, forele care provoac sfrmarea acioneaz combinat: strivire cu frecare, strivire cu lovire i frecare etc.

A

B

C

D

Principalii factori care influeneaz sfrmarea (mcinarea) sunt:

a. proprietile materialului supus sfrmrii (mcinrii): mrimea, forma i structura materialului, duritatea, elasticitatea i plasticitatea, umiditatea, sensibilitatea termic i temperatura de topire, cantitatea (debitul);

b. factori referitori la produsul obinut: mrimea sau granulometria produsului, forma i structura produsului, suprafaa specific, reactivitatea pulberii;

c. caracteristicile mainilor utilizate: modul i durata de acionare asupra materialului, gradul de divizare realizat, productivitatea, temperatura de lucru, uzura suprafeelor (pieselor) de sfrmare;

d. factori tehnologici: realizarea operaiei n flux continuu sau discontinuu (intermitent), mcinarea umed sau uscat, adugarea unor ingrediente care favorizeaz mcinarea;

e. factori economici: productivitatea, consumul specific de energie, preul de cost.

Dintre proprietile fizice i mecanice ale materialelor supuse sfrmrii o importan deosebit o au duritatea, structura cristalin i umiditatea. Astfel, pentru materialele dure se recomand sfrmarea prin lovire sau strivire, iar pentru celelalte se recomand strivirea i lovirea combinate cu frecarea etc.

Din punct de vedere al structurii se menioneaz c materialele fibroase sunt mai bine sfrmate prin smulgere dect prin presare sau lovire.

Umiditatea are o mare importan la alegerea mainilor de sfrmat. Sfrmarea materialelor cu peste 4-5% umiditate se realizeaz greu, deoarece materialul se lipete de suprafeele de sfrmare ale aparatului, iar eliminarea este mai dificil putndu-se produce chiar nfundarea utilajului. De cele mai multe ori, n funcie de structur, sfrmarea materialelor cu peste 50% umiditate devine mai uoar. Cantitatea mai mare de lichid spal i antreneaz particulele sfrmate, putndu-se astfel evita nfundarea aparatului.

Raportul ntre dimensiunile materiei prime i ale produsului final dorit este un factor care condiioneaz de asemeni alegerea aparatelor de sfrmat (mcinat). Unele aparate sunt realizate pentru sfrmarea materialelor de dimensiuni mari (concasoarele), iar altele sunt special construite pentru mcinare (morile). Acestea produc o divizare uniform sau neuniform ca dimensiune.

Criteriul de apreciere al sfrmrii i totodat caracteristica principal a utilajului folosit este gradul de divizare (de sfrmare sau de mcinare) n, care reprezint raportul dintre dimensiunile medii ale materialului nainte (d) i dup divizare (D).

Deoarece operaia de sfrmare/mcinare se desfoar cu un consum mare de energie mecanic este necesar s se aleag ct mai judicios, att metoda ct i aparatul. Tot n scopul reducerii consumului de energie, divizarea solidelor de la dimensiuni foarte mari pn la pulbere fin, cnd fluxul tehnologic o impune, nu se face dintr-o dat, n aceeai main. Acest proces se realizeaz n trepte, n cadrul mai multor operaii succesive, efectuate cu aparate diferite. n acest caz, fiecare operaie i are gradul su de sfrmare/mcinare, iar rezultatul final, pulberea fin, este suma tuturor operaiilor.

2.1.2. Procedee de divizare (sfrmare-mcinare)

Operaia de mrunire a materialelor solide se poate realiza prin procedee discontinue sau continue.n procedeul discontinuu materialul iniial este ncrcat n maina de sfrmat, iar apoi este supus operaiei de mrunire. Operaia se repet pn cnd tot materialul ajunge la dimensiunea final dorit.

n procedeele continue materialul parcurge o singur dat maina sau instalaia de mrunire, reducndu-i contunuu dimensiunile; se obine un produs neuniform din punct de vedere granulometric.

Procedeele continue urmresc obinerea unui produs cu granulometrie ct mai uniform, n condiiile unui consum de energie ct mai mic. Aceste procedee se realizeaz prin introducerea unui separator care permite evacuarea din circuitul de mrunire a materialului care a ajuns la dimensiunea dorit. Materialul cu dimensiuni mai mari este prelucrat n continuare pn la dimensiunea dorit.

2.1.3. Principiile de funcionare i clasificarea aparatelor de sfrmare/mcinare

La sfrmarea materialelor trebuie avut n vedere un principiu de baz: s nu se sfrme nimic inutil. Din aceast regul rezult urmtoarele:

a. s nu se depeasc gradul de divizare necesar prelucrrii sau utilizrii ulterioare a materialelor;

b. particulele trebuie evacuate din aparat imediat ce au atins granulaia dorit; aceasta reduce consumul de energie i micoreaz procentul de material prea mrunt (praf) care constituie att tehnologic, ct i economic, o pierdere. Din acest motiv instalaiile sunt prevzute cu dispozitive pentru eliminarea particulelor fine n afara zonei de sfrmare, fie prin ntrebuinarea unui curent de aer sau ap, fie prin aciunea forei centrifuge;

c. procesul de sfrmare trebuie s se efectueze naintea procesului de sortare;

d. sfrmarea trebuie s fie pe ct posibil liber, adic nu trebuie s fie nsoit de procese secundare (de exemplu frecarea, care consum iniial din energia necesar sfrmrii);

e. la grade mari de divizare (mcinare), procesul trebuie s se efectueze n cteva etape sau trepte.

Indiferent de natura eforturilor de sfrmare, de gradul de divizare i de proprietile materialelor iniiale, toate mainile de sfrmare/mcinare trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii generale:

( posibilitatea reglrii gradului de divizare (n) ntre anumite limite;

( uniformitatea dimensional a produsului rezultat;

( eliminarea din spaiul de lucru a materialului sfrmat;

( formarea a ct mai puin praf;

( ncrcarea i descrcarea continu i automat;

( posibilitatea nlocuirii uoare i rapide a pieselor uzate;

( consum redus de energie pe unitatea de mas de material sfrmat;

( cheltuieli de ntreinere ct mai reduse.

Clasificarea mainilor de sfrmare se face dup mai multe criterii:

a. duritatea materialului de sfrmat;

b. felul forei care produce sfrmarea;

c. dimensiunile materiei prime i a produsului finit (gradul de divizare).

a. Duritatea materialului de sfrmat. Se disting maini pentru sfrmarea materialelor dure, maini pentru sfrmarea materialelor de trie medie i maini pentru sfrmarea materialelor moi.

Materialele dure sunt considerate cele care au o rezisten la sfrmare de peste 500 kg/cm2, iar materialele de trie medie au o rezisten cuprins ntre 500-100 kg/cm2 i materialele moi sunt cele cu o rezisten sub 100 kg/cm2.

n cazul materialelor dure, pentru a realiza sfrmarea este nevoie de un efort mai mare i de aceea se ntrebuineaz aparate de construcie mai robust, iar n cazul materialelor semidure i friabile, se folosesc alte tipuri de maini, cu eforturi unitare mai mici, care au un consum mai redus de energie.

Umiditatea materialelor mai puin dure influeneaz n general negativ procesul de sfrmare. Prin tendina de nfundare care o genereaz, aceasta are ca rezultat micorarea randamentului utilajelor.

b. Felul forei care produce sfrmarea. Aceste fore pot fi de presare, lovire, forfecare. Clasificarea mainilor dup acest criteriu nu se poate face judicios; deoarece ele lucreaz printr-o nsumare de efecte.

c. Dimensiunile materiei prime i a produsului finit (gradul de divizare). Din acest punct de vedere mainile de sfrmat pot avea urmtoarele utilizri:

( sfrmare preliminar (primar, grosolan sau concasare);

( sfrmare intermediar (medie);

( sfrmare mrunt;

( sfrmare fin (mcinare);

( sfrmare extrafin (mcinare coloidal).

Caracteristicile acestor maini (gradul de divizare i efortul principal care produce sfrmarea) sunt redate n tabelul II.1.

Mainile pentru sfrmarea preliminar se numesc concasoare, iar toate celelalte sunr reunite sub denumirea general de mori.

Tabel II

Clasificarea principalelor tipuri de maini de sfrmat

Categoria sfrmriiDimensiuni maxime ale bucilor de material (mm)

iniiale ( finaleGradul de divizare realizatTipul utilajuluiEfortul principal care produce sfrmarea

preliminar (primar)1300-200 ( 250-405 - 6Concasor cu flci

Concasor girator (conic)strivire

strivire cu frecare

intermediar (medie)250-50 ( 40-105 - 6Concasor cu cilindri netezi

Concasor cu cilindri dinaistrivire, frecare, despicare

despicare cu frecare

mrunt50-10 ( 10-15 - 20Moar cu ciocane basculante

Moar centrifug cu discurilovire (for centrifug)

idem

fin (mcinare)25-3 ( 0,8-0,310 - 30Moar chilian (Colergeng)

Moar cu bilestrivire cu frecare

lovire cu frecare

extrafin (mcinare extrafin)sub 0,175 ( sub 0,0001peste 50Moar coloidal acionnd prin lovire

Moar coloidal acionnd prin frecarelovire

frecare

2.1.4. Maini pentru sfrmare preliminar

Mainile pentru sfrmarea preliminar (primar) numite i concasoare, prelucreaz materiale de dimensiuni mari de 1300-200 mm aducndu-le la dimensiuni cuprinse ntre 250-40 mm, astfel nct s permit o sfrmare ulterioar mai avansat.

Aparatele cele mai folosite sunt concasoarele cu flci i concasoarele giratoarii (conice). Sfrmarea n ambele tipuri de maini se face n principal printr-un efort combinat de strivire-frecare.

2.1.4.1. Concasorul cu flciEste format din dou componente principale numite flci: una mobil (1) i alta fix (2). Ambele sunt prevzute cu plci netede sau striate, demontabile, realizate din oel manganos rezistent la uzur. Partea mobil oscileaz n jurul unui ax (3) executnd o micare de tip biel-manivel (de du-te vino) prin intermediul unui arbore cu ax excentric (4) i a bielei (5). Reglarea distanei dintre flci i implicit a gradului de sfrmare se poate realiza cu ajutorul unor pene (6).

Sfrmarea materialului se face n spaiul dintre poriunea mobil i cea fix, iar evacuarea lui are loc n momentul cnd falca mobil se ndeprteaz de cea fix.

Printre avantajele concasoarelor cu flci se numr: construcia robust, puterea mare de sfrmare, reglarea uoar a gradului de sfrmare prin intermediul penelor, deservire simpl, schimbarea uoar a plcilor uzate, productivitatea mare, consum relativ mic de energie pe unitatea de mas de produs sfrmat, costuri de ntreinere mici.

Ca principale dezavantaje se pot meniona: granulaia neuniform a produsului obinut, producerea de trepidaii in timpul funcionrii precum i posibilitatea de nfundare.

2.1.4.2. Concasorul girator (conic)

Este alctuit din dou trunchiuri de con: unul exterior (manta sau camer de sfrmare) (2) i un altul interior, mobil (1), ambele construite din oel cromat. Suprafeele acestor conuri sunt canelate. Datorit aezrii celor dou trunchiuri de con (baza mare a trunchiului de con interior la nivelul bazei mici a trunchiului de con exterior) distana dintre ele se micoreaz de sus n jos.

Conul interior avnd o micare giratorie se rotete excentric apropiindu-se i deprtndu-se de conul exterior; prin aceasta materialul este antrenat i supus strivirii i frecrii ntre cele dou suprafee conice.

n comparaie cu concasoarele cu flci, concasoarele giratorii prezint urmtoarele avantaje: productivitate mai mare, funcionare continu i uniform (fr curse moarte i fr trepidaii), consum de energie mai mic pe masa de material sfrmat i obinerea unui material mai omogen din punct de vedere al granulaiei.

Ca inconveniente principale se pot meniona: construcia, ntreinerea i repararea sunt mai complicate (deci mai scumpe); de asemenea, exist pericolul de nfundare mai ales la materialele umede (uscate necorespunztor).

2.1.5. Maini pentru sfrmare intermediar

Aceste maini prelucreaz de cele mai multe ori materialul rezultat la sfrmarea preliminar pentru a-l aduce la dimensiuni de 40-10 mm. Mainile folosite n acest scop sunt concasoarele cu cilindri (cu valuri). n funcie de caracteristicile materialului de sfrmat (duritate), cilindrii se construiesc cu suprafaa neted, dinat sau canelet, din material rezistent (oel anticoroziv, granit, porelan etc.). Cilindri sunt netezi pentru materialele tari i dinai pentru materialele cu duritate (umiditate) medie sau mic.

2.1.5.1. Concasorul cu cilindri netezi (moar cu valuri)Este alctuit din doi cilindrii cu diametre egale, cu suprafee netede, aezai orizontal i paralel. Se rotesc n sens contrar unul fa de altul cu acelai numr de turaii sau cu viteze diferite.

Unul dintre cilindrii este aezat pe lagre deplasabile, pentru protejarea aparatului de deteriorri la trecerea unor buci de material de dimensiuni prea mari sau foarte dure. Fiind mobil acesta se deprteaz de cellalt cilindru fix, lsnd astfel s treac materialul. De asemenea, pentru a mri rezistena cilindrilor, acetia sunt mbrcai ntr-o cma de oel manganos care se poate nlocui uor.

Materialul de sfrmat este introdus pe la partea superioar a aparatului i este divizat treptat cu ajutorul celor doi cilindri, dup care este mpins ntr-un colector. Gradul de sfrmare se regleaz prin lrgirea sau micorarea spaiului dintre cilindrii cu ajutorul unui urub.

2.1.5.2. Concasorul cu cilindri dinaiPentru o productivitate mai mare i o sfrmare mai bun se construiesc concasoare cu cilindri dinai a cror funcionare este identic cu cea a morilor cu valuri. Principalul dezavantaj pe care l prezint concasoarele cu cilindrii netezi, este c multe ori sfrm numai parial materialul i, n cazul materialelor moi, de multe ori l turtesc. Suprafeele dinate ajut la zdrobirea mai ales a materialelor semitari i moi. Totodat aceste concasoare pot prinde i sfrma buci de material mult mai mari (aproape duble) dect morile cu valuri.

2.1.5.3. Tot pentru o mai bun sfrmare se construiesc i concasoare cu cilindri canelai (striai) care au pe suprafaa cilindrilor ridicturi sau adncituri dispuse paralel sau n zig-zag pentru a prinde mai bine materialul de sfrmat.

Pentru o uzur mic i uniform a cilindrilor, alimentarea acestor aparate trebuie s fie continu, uniform i pe toat lungimea cilindrilor.

2.1.6. Maini pentru sfrmare mrunt

Mainile folosite la acest tip de sfrmare prelucreaz de cele mai multe ori materialul rezultat din sfrmarea intermediar (sau de dimensiuni corespunztoare acestui tip) pentru a-l aduce la dimensiuni de 10-1 mm. Pentru sfrmarea mrunt se folosesc pe scar larg aa numitele mori centrifuge, care acioneaz prin lovire i despicare.

Morile sunt prevzute cu dispozitive speciale de lovire (cuie, ciocane, dini etc.) care se rotesc cu vitez foarte mare ntr-o incint nchisa. Tipurile cele mai rspndite sunt morile cu ciocane i morile cu discuri (dezintegratoare i dezmembratoare)

2.1.6.1. Moara cu ciocane basculanteAcest aparat este construit dintr-o carcas metalic (1) prevzut cu plci dinate din oel manganos (2) i un grtar (3) confecionat din bare de diferite grosimi, tot dintr-un oel rezistent la uzur. n interiorul carcasei se afl un arbore (4) pe care sunt fixate la distane egale mai multe discuri de oel (5) de care sunt prinse patru grupe de ciocane basculante (6) care la rotirea axului se dispun radiar datorit forei centrifuge. Arborele, discurile port-ciocane i ciocanele formeaz rotorul morii.

Datorit turaiei mari a rotorului, ciocanele lovesc, arunc i strivesc materialul de suprafaa interioar a corpului morii, prevzut cu plci dinate. Fora necesar sfrmrii este dat de ciocane, ca rezultant a energiei lor cinetice. Mcinarea materialului are loc att sub aciunea loviturilor ciocanelor i a frecrii particulelor una de alta, ct i datorit frecrii materialului de pereii morii, sub aciunea curentului de aer creat de ciocane.

Ele se folosesc la sfrmarea materialelor semitari i a cror umiditate nu trebuie s treac de 15%, deoarece astfel se produce nfundarea grtarului morii. Morile cu ciocane prezint avantajul c au un grad mare de mcinare, produc un material omogen din punct de vedere al granulometriei i au o capacitate de prelucrare foarte mare.

2.1.6.2. Morile centrifuge cu discuri (dezintegratoare i dezmembratoare)

Se folosesc pentru sfrmarea mrunt a materialelor de duritate mijlocie, servind n acelai timp i pentru omogenizare. Construcia acestor aparate este foarte variat, de unde i diferitele denumiri sub care se ntlnesc n practic.

Una din cele mai utilizate mori centrifuge cu discuri i care are un mare randament pe unitatea de timp este moara cu coroane dinate. Sfrmarea la acest aparat se face cu ajutorul a dou discuri, unul mobil (1), situat n corpul morii i altul fix (2), pe capac. Pe discuri sunt fixate n cercuri concentrice, un numr de dini (cuie) din oel foarte dur. Discurile sunt aezate, astfel nct dinii unui disc se ntreptrund cu ai celuilalt. Prin nvrtirea discului mobil materialul de sfrmat este aruncat de fora centrifug spre periferia aparatului, intrnd n spaiile dintre dinii fici i mobili, unde se mrunete treptat prin lovire repetat. Pulberea rezultat prsete aparatul printr-o sit situat la partea inferioar.

Numrul dinilor ca i rndurile de dini de pe discuri variaz cu natura materialului de mcinat i cu gradul de mcinare dorit (un numr mai mare de dini aezai pe rnduri dese produce o mcinare mai fin). Sub influena forei centrifuge, aparatul acioneaz prin presare, lovire, frecare. Este util pentru materialele uscate care se sparg uor.

Datorit turaiei mari a discului mobil, materialul se nclzete, fiind necesar de multe ori rcirea cu ap a carcasei prin intermediul unei cmi de rcire. De aceea, aparatul nu se poate folosi pentru materialele care se nmoaie prin nclzire, deoarece se pot nfunda sitele de evacuare.

La dezintegratoare, datorit turaiilor mari (1000-3000 rot/min) i a vitezelor periferice mari (20-30 m/s), ptrunderea printre dini a obiectelor tari (metalice) poate provoca distrugerea ntregului aparat. Din acest motiv este necesar ca plnia de intrare n aparat a materialului de mcinat s fie prevzut cu site i separatoare magnetice. Pentru buna funcionare a acestor mori este necesar ca alimentarea cu material s se fac uniform i continuu, numai dup ce aparatul a atins numrul de rotaii prescris.

2.1.7. Maini pentru sfrmare fin (mcinare)

Aparatele care sunt utilizate pentru sfrmarea fin a materialelor (n fragmente de civa mm sau sub 1 mm) se numesc n general mori. Acioneaz prin presare, frecare sau prin aciuni combinate (frecare-lovire etc.). Construcia morilor este n funcie de gradul de mcinare urmrit, de cantitatea i proprietile materialului de prelucrat. Cele mai folosite mori pentru mcinare sunt: moara chilian i morile cu bile.

2.1.7.1. Moara chilian (colergangul sau moara cu tvlugi) lucreaz prin strivire (presare) i frecare.

Aparatul este format din doi cilindri mari, grei (A, B), construii din font sau piatr (tvlugi), prevzui cu bandaje de oel dur i care se rostogolesc ntr-o cuv metalic rezistent (albia morii), unde se afl materialul de prelucrat. Cei doi cilindri execut concomitent dou micri distincte de rotaie: una n jurul axului vertical al morii (1) i alta n jurul axului orizontal (2). Tvlugii trecnd peste materialul din cuv l strivesc prin presare i frecare. Pentru a avea o aciune mai eficient de mcinare, tvlugii trebuie s aib o greutate foarte mare. Moara este prevzut cu raclete care aduc materialul din cuv n dreptul tvlugilor.

Dup modelul de construcie se deosebesc dou tipuri de colerganguri:

- cu tvlugi mobili i cuv fix;

- cu tvlugi fici i cuv rotativ, la care cuva mobil exercit o micare de rotaie n jurul axului orizontal, care rmne fix.

Ambele tipuri de aparate acioneaz la fel, prin strivirea i frecarea materialului ntre cuv i cilindri. Colergangurile care au cuv rotativ sunt mai avantajoase deoarece la aceste aparate nu intervine fora centrifug care tinde s ndeprteze tvlugul de axa principal (vertical); prin aceasta cuva poate executa un numr mai mare de rotaii i astfel aparatul poate avea o productivitate mai mare. Aceste tipuri de mori sunt folosite la mcinarea materialelor semitari i moi, uscate sau umede, n mod continuu sau n arje.

2.1.7.2. Morile cu bileSunt mainile de mcinare cele mai larg folosite n industria chimico-farmaceutic, ndeosebi pentru mcinarea fin.

Operaia de mcinare se realizeaz prin lovirea materialului, provocat de cderea unor bile (confecionate din oel, font, porelan etc.) care formeaz umplutura corpului cilindric al morii, peste care se introduce materialul de mcinat. De asemenea, mcinarea se mai produce i prin frecarea materiei de prelucrat ntre bilele n micare i suprafaa interioar a corpului morii. Datorit rotaiei aparatului, prin intermediul forei centrifuge, bilele se vor ridica n direcia de rotaie pn la o nlime oarecare, de unde vor cdea descriind o traiectorie parabolic, lovind i frecnd materialul de mcinat.

n schema de micare a bilelor la diferite viteze de rotire a corpului morii se observ c la o vitez de rotaie mic (a), bilele se ridic pn la o nlime mic, de unde se rostogolesc fr a lovi materialul, rezultnd o mcinare neuniform. La o vitez mai mare de rotaie (b), bilele se ridic pn la un punct considerat optim, de unde cad cu putere provocnd o mcinare eficace (mcinarea are loc datorit lovirii i frecrii de bilele n cdere). Dac viteza de rotaie a morii devine prea mare (c), datorit forei centrifuge, bilele rmn lipite de peretele interior al morii i nu vor mai cdea, micndu-se mpreun cu aceasta.

Viteza la care bilele ncep s nu mai cad este numit vitez critic i este dat de numrul de rotaii al tamburului morii, numit numr critic. n mod practic, viteza de rotaie a morii trebuie s fie de 70-80% din viteza critic. Se observ c numrul de rotaii optim pentru mcinare depinde de diametrul tamburului morii.

Efectul de mcinare depinde n afar de viteza de rotaie i diametrul tamburului, de numrul, dimensiunile i greutatea bilelor, ca i de raportul dintre lungimea (L) i diametrul (D) tamburului. Dimensiunea i greutatea bilelor trebuie s fie destul de mari pentru a putea sfrma prin lovire bucile cele mai mari de material supus mcinrii. Pentru o bun mcinare este necesar ca bilele s nu aib toate acelai diametru; n acest caz, bilele mici au tendina de a ocupa spaiul dintre cele mari, iar lovirea i frecarea materialului este maxim. Bilele trebuie s reprezinte un volum de 32-40% din interiorul tamburului.

Randamentul morilor cu bile crete proporional cu diametrul tamburului. Din acest motiv tipurile moderne de mori au diametre mari i lungimea tamburului mic. Raportul optim, stabilit practic, este de L/D = 1,56/1,64.

De asemenea, randamentul morilor crete dac mcinarea se face pe cale umed sau dac procesul de sfrmare are loc concomitent cu sortarea, adic materialul odat ce a ajuns la gradul de mcinare dorit, este evacuat din moar, fie prin site, fie prin aspiraie cu un curent de aer.

Printre avantajele morilor cu bile se numr: productivitatea mare, mcinarea unei game foarte variate de produse, obinerea de pulberi destul de fine, siguran n funcionare, deservire simpl. Funcioneaz fr separator magnetic. Mcinarea poate fi simultan cu uscarea. Fiind nchise, pot pulveriza chiar substane higroscopice sau toxice.

Dezavantajele constau n consumul specific mare de energie, volumul i greutatea mare precum i producerea zgomotului n timpul funcionrii.

Clasificarea morilor cu bile

( Dup modul de funcionare morile cu bile se mpart n dou categorii:

- mori cu funcionare periodic;

- mori cu funcionare continu.

Morile cu funcionare periodic sunt folosite atunci cnd se urmrete mai mult fineea sau gradul de mcinare dect randamentul.

La morile cu bile cu funcionare continu alimentarea se face central, iar evacuarea se poate face fie central (a), fie printr-o camer de evacuare (b), care rezult ca urmare a montrii unui perete cu orificii la captul de descrcare al tamburului.

( Dup modalitatea de descrcare al produsului mcinat, morile se clasific n:

- mori cu descrcare periferic (prin site);

- mori cu descrcare prin fus tubular;

- mori cu separator exterior (n care separarea produsului finit de materialul incomplet mcinat se face n afara tamburului morii).

( Dup construcia tamburului, se deosebesc:

- mori cilindrice;

- mori conice.

Morile cilindrice cu bile se construiesc n dou variante: cu cilindrul scurt (mori cilindrice propriu-zise) i cu cilindrul lung (mori tubulare).

a) Moara cilindric cu bileEste format dintr-un tambur cilindric avnd diametrul mai mare dect lungimea corpului. Tamburul are la exterior dou site concentrice, iar n interior un blindaj dintr-o plac de oel, ale crei margini se petrec una peste alta, cu un mic spaiu ntre ele pentru a se putea evacua meterialul mcinat prin site. Tamburul rotativ este montat pe un arbore sprijinit la capete pe lagre. Antrenarea se face prin transmisie cu ajutorul unei roi dinate.

Materialul de prelucrat, introdus n moar prin plnie, este dozat uniform de dozator i mcinat prin frecare i lovire de ctre bile. Cnd s-a atins granulaia dorit, materialul trece prin spaiile dintre plci prin nite site i este evacuat prin plnia de evacuare.

Pentru a evita impurificarea atmosferei, tamburul morii este nchis ntr-o carcas cilindric, prevzut la partea superioar cu un racord pus n legtur cu un ventilator pentru evacuarea prafului produs n timpul mcinrii.

La aceste mori poate apare fenomenul de nfundare a sitelor, deoarece suprafaa de cernere este mai mic dect suprafaa de mcinare. Aceste inconveniente sunt eliminate la morile tubulare cu bile.

b) Moara tubular cu bile (Lungime >>> Diametru)

Este format dintr-un tambur orizontal (1) cptuit cu plci de oel dur, terminat cu dou fusuri largi (2), sprijinite pe lagre puternice (3). Tamburul este rotit cu ajutorul unei coroane dinate (4). Alimentarea morii se face printr-o plnie (5) cu ajutorul unui dozator (6). Produsul mcinat este evacuat prin cellalt capt al tamburului cu un transportor elicoidal (nec) (7) ntr-o camer de colectare (8).

c) Moara conic cu bile (moara Hardinge) (Lungime < Diametru)Este format dintr-o parte cilindric (1) i dou pri conice (conul de intrare este mai scurt, iar cel de ieire mai lung) ambele fixate pe lagre (2). Moara este pus n micare cu ajutorul unei coroane dinate (3). Materialul ajuns n moar prin gura de alimentare (4) este supus aciunii de mcinare a bilelor (6) i evacuat prin gura de descrcare (5).

Moara este umplut cu bile de diferite dimensiuni care n timpul rotaiei, datorit diametrelor diferite ale tamburului, se vor aeza de la sine n anumite zone. Astfel n zona cilindric cu diametrul mare se vor aeza bilele cu dimensiunile cele mai mari, iar n zonele conice se vor aeza bilele cu diametrul mai mic.

Moara conic produce o pulbere mai uniform i consum mai puin energie. Poate funciona n mod continuu sau discontinuu, n mediu umed sau uscat.

2.1.8. Maini pentru sfrmare extrafin (mcinare coloidal)

n multe procese tehnologice ale industriei farmaceutice se cere o finee de mcinare mult superioar aceleia care se poate obine cu morile descrise anterior. Acest efect se obine fie cu ajutorul unor mori cu valuri la care distana dintre cilindri este foarte mic (cteva sutimi de milimetru), fie cu ajutorul unor mori speciale (mori coloidale) ce pot mcina pn la mrimi de ordinul fraciunilor de microni (0,2-0,4 (). Aceste mori sunt folosite att la mcinarea fin propriu-zis, ct i la obinerea suspensiilor coloidale.

Morile coloidale lucreaz prin lovire i frecare mai ales n mediu umed.

2.1.8.1. Moara coloidal care acioneaz prin lovireEste format dintr-o carcas cilindric (1), n care se nvrtete cu vitez foarte mare un disc (2) prevzut cu dini (3). Carcasa este i ea prevzut cu dini (4) plasai astfel nct s se ntreptrund cu dinii discului. Materialul sub form de suspensie lichid este adus n moar prin gura de ncrcare (5), este macinat fin sub aciunea dinilor i iese din moar prin gura de evacuare (6). Rotorul are o vitez de 12000-15000 rot/min i pulverizeaz materalul prin lovire.

Aceste mori lucreaz n circuit nchis. Materia prim mcinat parial este sortat cu ajutorul unei site i ndrumat la un rezervor, iar fragmentele mai mari sunt readuse n circuit.

2.1.8.2. Moara coloidal care acioneaz prin frecareEste format dintr-un corp de form tronconic (1) n interiorul cruia se nvrte rotorul (2) cu vitez foarte mare (20000 rot/min). Distana dintre rotor i corpul morii este foarte mic, de circa 0,025 mm i poate fi reglat cu ajutorul unui urub micrometric (5).

Datorit turaiei mari, rotorul lucreaz ca o pomp centrifug, aspirnd suspensia lichid prin orificiul (3), trecnd-o printre cele dou suprafee conice ale corpului i rotorului foarte apropiate i apoi evacund materialul mcinat prin gura de ieire (4). Suprafeele locaului tronconic i ale rotorului pot fi netede sau cu mici asperiti. Moara mai poate fi prevzut cu o manta de nclzire sau rcire.

2.2. Clasarea materialelor solide

Materialele solide, att nainte, ct i dup sfrmare sunt amestecuri de granule de diferite dimensiuni care necesit, de cele mai multe ori o separare. Aceast separare a materialului este necesar uneori chiar n timpul operaiei de mrunire pentru a evita mcinarea inutil a particulelor care au atins gradul de sfrmare dorit. Prin aceast separare se reduce consumul specific al aparatelor de sfrmat, iar productivitatea i randamentul acestora crete.

Separarea se realizeaz prin dispozitive mecanice care acioneaz pe baza deosebirilor dintre proprietile fizice ale componentelor amestecului (greutate specific, proprieti magnetice etc.) precum i pe baza diferitelor mrimi ale particulelor din care este alctuit materialul.

Dac separarea se face pe sorturi (caliti de materiale), operaia se numete sortare, iar dac se realizeaz inndu-se seama de mrimea particulelor (de granulaie), operaia se numete clasare.

Operaia de clasare se poate executa prin dou metode:

- pe baza difetenei de dimensiuni (clasare volumetric);

- pe baza diferenei dintre vitezele limit de cdere n fluide a granulelor de diferite mrimi (clasare simptotic sau gravimetric).

2.1. Clasarea volumetric

Clasarea volumetric (ciuruirea) se realizeaz prin metode mecanice, n aparate numite site, grtare sau ciururi. Clasele obinute se caracterizeaz prin aceea c materialele care le constituie au dimensiuni cuprinse ntre anumite limite. Aceast operaie se aplic de obicei cnd materialul este constituit din granule cu diametrul cuprins ntre 3-300 mm sau chiar sub 0,1 mm.

Principiul de clasare const n trecerea materialelor de clasat pe suprafee perforate. Particulele cu dimensiuni mai mici dect ochiurile grtarului sau ciurului alctuiesc trecerea sau produsul inferior i se noteaz convenional cu semnul minus, iar cele cu dimensiuni mai mari rmn pe grtar sau ciur, constituind refuzul i se noteaz cu semnul plus.

Clasarea volumetric se poate realiza n 3 moduri:

- prin refuz;

- prin trecere;

- mixt.

2..1.1. Clasarea prin refuz (fig. nr. ...) const n aducerea materialului de clasat ntr-un sistem de suprafee ciuruite dispuse unele sub altele i avnd ochiurile din ce n ce mai mici. La nceput, materialul este trecut pe suprafaa cu ochiurile cele mai mari (sita 1), cnd se obine un refuz sau prima clas de material cu diametrul cel mai mare i o trecere care ajunge pe surafaa urmtoare cu ochiuri mai mici (sita 2). {i de data aceasta se obine un refuz i o trecere, operaie care se repet de mai multe ori. n acest caz, clasele rezultate sunt refuzuri, cu excepia ultimei, care constituie trecerea prin suprafaa de ciuruire cu ochiurile cele mai ici.

Avantajul acestui sistem de clasare const n aceea c materialul mare se elimin de la nceput, iar uzura aparatului este redus deoarece suprafaa cea mai robust suport cantitatea cea mai mare de clasat. Dispunerea pe vertical a sitelor, constituie un dezavantaj pentru c necesit spaiu mare, mai ales n nlime.

2..1.2. Clasarea prin trecere (fig. nr. ...). n acest caz, suprafeele de clasare sunt dispuse n prelungire ncepnd cu suprafaa cu ochiurile cele mai mici i sfrind cu suprafaa de separare cu ochiurile cele mai mari.

Materialul este adus pe suprafaa cu ochiurile cele mai mici. Refuzul rezultat este trecut n continuare pe suprafeele de ciuruire cu ochiuri din ce n ce mai mari. Clasele obinute sunt constituite din treceri, cu excepia ultimei clase, care este refuzul suprafeei cu ochiurile cele mai mari.

Ca avantaje, clasarea volumetric prin trecere prezint suprafee de ciuruit uor accesibile, spaiu i nlime redus. Dezavantajul const n faptul c materialul este n ntregime adus pe ochiurile cele mai mici, care se nfund mai uor i este cel mai puin robust, fiind expus astfel la o uzur mai avansat.

2.1.3. Clasarea mixt (fig. nr. ...). Acest tip de clasare combin cele dou metode precedente pentru a folosi avantajele fiecreia. Schema sistemului este przentat n fig. (...).

Aparate de clasare volumetric

Aparatele de clasare volumetric sunt grtarele, ciururile i sitele de diferite forme i construcii.

1. Grtarele sunt alctuite dintr-o serie de bare metalice din oel forjat, paralele, fixate ntre ele prin altele transversale, aezate la distane egale unele de altele (50-300 mm). Dup modul de funcionare, grtarele sunt fixe i mobile.

2. Ciururile i sitele sunt alctuite din tabl perforat sau esturi metalice ori textile. n mod convenional, denumirea de site este dat acelor aparate de clasare cu ochiuri ale cror diametre sau laturi sunt mai mici de 1mm, iar aceea de ciururi - aparatelor cu ochiuri avnd diametrul sau laturile mai mari de 1 mm.

Ciururile i sitele se pot clasifica dup urmtoarele criterii:

- modul de funcionare (fixe i mobile);

- forma mpletiturii (plane i cilindrice);

- felul mpletuturii (cu grtar sau cu reea de srm).

Ciururile fixe sunt mai puin utilizate din cauza eficienei sczute. Se folosesc de obicei ciururile i sitele mobile. Ciururile i sitele plane execut o micare oscilant sau vibratorie, iar cele cilindrice o micare de rotaie. Dintre utilajele de cernut utilizate n separrile industriale se pot meniona: ciururile oscilante, vibratorii i rotative.

Ciururile rotative se pot construi din mantale cu ochiuri de mrimi diferite, dispuse concentric, de form tronconic sau n prelungire.

2.3. Clasarea simptotic (gravimetric)

La clasarea gravimetric micarea solidelor n fluide aer un rol determinant, iar legile i formulele care stau la baza acestei micri i gsesc aplicare n cadrul diferitelor metode de clasare simptotic. Mediile de separare folosite sunt de obicei, aerul i apa, iar metodele i aparatele, denumite clasoare - pot fi pneumatice i respectiv hidraulice.

2.3.1. Clasarea pneumatic. Se tie c n operaiile de mcinare praful produs mpiedic n mare msur mcinarea. ndeprtarea acestuia i clasarea materialului mcinat se face n clasoare pneumatice care pot funciona fie cu un curent orizontal de aer, fie cu un curent vertical (clasoare cu ventilator), utiliznd efectu forei de gravitaie sau al forei centrifuge.

a) Clasorul n curent orizontal de aer (fig. nr. ...). n acest aparat materialul intr printr-o deschidere (1) n camera de clasare (2), unde ntlnete curentul de aer care vine printr-o suflant (3) i se separ ntr-o serie de compartimente (4), n funcie de fineea particulelor. n primele compartimente se va colecta materialul mai mare, iar n celelalte, materialul din ce n ce mai fin. Particulele foarte fine sunt evacuate cu aerul prin deschiderea (5).

2.2.3.2. Clasarea hidraulic separ materialul fie dup viteza lin de cdere liber n ap a granulelor, fie prin cdere stnjenit. Este frecvent folosit n circuitele de mcinare sau ca operaie preliminar la concentrare.

Clasoarele hidraulice se pot grupa n clasore gravimetrice i clasoare centrifuge.

Dintre clasoarele hidraulice se va descrie numai hidrociclonul (fig. nr. ...) care are mai multe domenii de aplicare. El este format dintr-o manta cilindric (1), n care amestecul de solid-lichid este introdus printr-o conduct tangebial (5), i o parte tronconic (2), terminat cu un orificiu reglabil (3) prin care se evacueaz particulele de dimensiuni mai mari. Particulele fine sunt evacuate central (4) pe la partea superioar a hidrociclonului.2.3. Transportul materialelor solide, granulare i pulverulenteTransportul n interiorul ntreprinderilor se poate realiza discontinuu (cu mijloace auto, vagonete etc.) sau continuu (transportoare cu band, elevatoare etc.).

n prezent se folosesc mijloace de tramsport cu aciune continu care permit mecanizarea i automatizarea naintat a proceselor de producie.

Instalaiile pentru transportul materialelor solide pot fi: mecanice, pneumatice i hidraulice.

Alegerea utilajelor se face n funcie de distanele care trebuiesc acoperite, de natura materialelor transportate i de planul n care este transportat materialul.

n industria chimico-farmaceutic, instalaiile mecanice de transport sunt cel mai frecvent ntlnite.

2.3.1.1. Transportorul cu band este constituit dintr-o band flexibil din cauciuc (band transportoare) (1), plas metalic (band metalic), nfurat pe doi tamburi (2, 3) dintre care primul transmite benzii micarea, iar al doilea este prevzut cu un dispozitiv de ntindere (6, 7). Banda transportoare este susinut de mai multe role cilindrice purttoare (4, 5) aezate la distane constante ntre ele de aproximativ 1,5-2 m. Pentru mrirea productivitii transportului, partea ncrcat a benzii transportoare are form de jgheab, form pe care i-o confer rolele care au o construcie special. Cei doi tamburi i rolele sunt aezate pe un schelet metalic construit din oel. Alimentarea benzii se realizeaz printr-o plnie cu dispozitiv de repartizare uniform i grosime reglabil, iar descrcarea se face prin cdere liber sau aruncare la captul transportorului. Acesta poate fi prevzut i cu dispozitive speciale care permit descrcarea materialului din orice punct al benzii.

Transportorul cu band poate lucra pe orizontal precum i n ramp sau pant pe distane pn la aproximativ 200 m. Se pot transporta att materiale sub form de granule sau pulberi, ct i ambalaje.

2.3.1.2. Elevatorul se folosete pentru transportul materialelor solide (uscate sau umede) n plan vertical sau aproape vertical.

Este constituit dintr-o band flexibil (care uneori poate fi constituit din unul sau dou lanuri) (1) pe care sunt fixate cupele (2) n care este ncrcat materialul de transportat. Banda este pus n micare datorit celor doi tamburi da la capatele utilajului (tamburul motor - 3 i tamburul de ntindere - 4). ncrcarea cupelor se realizaez pe la partea inferioar a elevatorului. n momentul cnd cupele ajung la partea superioar, datorit miscrii benzii pe cei doi tamburi, materialul este descrcat fiind preluat n diferite recipientesau preluat mai departe de alte transportoare. Pentru a mpiedica rspndirea prafului i din motive de secutitate a muncii, elevatorul este nchis ntr-o carcas protectoare.

2.3.1.3. Transportorul elicoidal (melcul transportor sau nec) este format dintr-un jgheab n form de U (1) n interiorul cruia se rotete, cu turaie mic, o suprafa elicoidal (5) fixat pe un arbore (un urub cu pasul mare) (2) sprijinit pe lagrele de cap (3) precum i pe unul sau mai multe lagre intermediare (4).

Suprafaa elicoidal poate avea diferite forme: elice plan, elice band, elice cu margine dinat sau palete dispuse n elice. Elicea poart denumirea de nec. {necul este pus n micare printr-un angrenaj cu role conice (6). Prin rotirea arborelui, materialul introdus prin gura de alimentare (7) este transportat de-a lungul axei sale ctre captul de descrcare (8).

Utilajul este folosit pentru transportul materialelor pulverulente i granulare pe orizontal sau cu nclinri pn la maxim 20o pe distane mici de 30-40 m.

3. 1. Transportul lichidelor

Transportul fluidelor ntre utilaje se efectueaza prin curgerea (deplasarea) acestora prin conducte speciale, pe baza unoi energii, care poate fi energia potentiala a lichidului aflat n cadere libera sub actiunea fortei gravitationale, sau energia furnizata de catre diferitele dispozitive de pompat (care transporta un lichid catre un nivel mai nalt sau i ridica presiunea).

Aparatele folosite la transportul lichidelor se numesc pompe, iar aparatele folosite la transportul si comprimarea gazelor se numesc compresoare.

Datorita conditiilor de lucru foarte variate n care trebuie sa functioneze (presiune, debit, temperatura, natura fizico-chimica a lichidului etc.) pompele pentru lichide se construiesc ntr-o mare varietate de tipuri.

Dupa tipul de lichide pe care le transporta si dupa principiul de functionare, pompele se pot clasifica n patru mari categorii:

a) dispozitive de transport fara elemente mobile (sifonul, montejusul, pompa cu aer comprimat, pompa cu jet de fluid);

b) pompe cu miscari alternative (pompa cu piston simplu si dublu efect, pompe diferentiale, pompe cu membrana, pompe de mna);

c) pompe centrifuge (simple sau etajate);

d) pompe rotative (cu palete sau cu roti dintate).

3.1.1. Dispozitive de transport fara elemente mobile

Pentru a se asigura transportul lichidelor se folosesc dispozitive care utilizeaza energia potentiala a lichidului de transportat (sifonul) sau energia unui fluid motor (montejus, pompa cu aer comprimat, injectorul).

1. Sifonul este un dispozitiv format dintr-o teava curbata n forma de U, care se foloseste pentru a transvaza un lichid dintr-un vas asezat la un nivel superior, n altul la un nivel inferior pna la egalizarea nivelelor. Pentru a functiona, sifonul trebuie amorsat (adica umplut cu lichid), iar presiunea n punctul sau cel mai nalt sa fie mai maer dect presiunea de saturatie a fluidului la temperatura de lucru. Ridicarea lichidului din vas si umplerea lui se face sub actiunea presiunii create de diferenta de nivel.

Mod de functionare: prin ramura descendenta (1) care este mai lunga, lichidul curge continuu sub actiunea gravitatiei, crend o depresiune n ramura descendenta. Pentru a functiona, se realizeaza amorsarea sifonului, care se face prin umplerea acestuia cu lichid printr-o plnie (4). n acest scop sifonul este prevazut cu doua ventile: unul la capatul ramurei descendente (5) si altul sub plnie (3). Umplerea se realizeaza prin desfacerea ventilului (3) si nchiderea ventilului (5). Dupa umplere se nchide ventilul (3) si se deschide ventilul (5). Umplerea sifonului se poate face si prin crearea unei depresiuni n interiorul tevii curbate.

Transvazarea cu ajutorul sifonului are avantajul unei aparaturi simple, dispozitivul fiind usor de executat din diverse materiale: otel-carbon si inox, plumb, ebonia, portelan, sticla etc.

2. Montejusul este un dispozitiv semiautomat, folosit la transportul si pomparea la naltimi a lichidelor, n special al celor corozive (acizi, baze) cu ajutorul aerului sau altor gaze comprimate (de obicei la 3-5 at).

Este un utilaj static, fara piese care sa se distruga usor prin uzura. Poate fi protejat prin captusire cu materiale antiacide sau antialcaline, fara sa prezinte dificultati la constructie si n exploatare. Are o functionare sigura, necesitnd o manipulare foarte simpla.

Montejusul este alcatuit dintr-un recipient de presiune prevazut cu trei conducte: o conducta (1), prevazuta cu un ventil de retinere (2), care serveste pentru alimentarea cu lichid; o conducta (3) care patrunde pna la limita inferioara a recipientului, care este prevazuta un ventil (4) pentru refularea lichidului si o conducta (5) prevazuta cu ventil de reglare (6) si manometru pentru aer sau alt gaz comprimat.

Prin deschiderea automata a ventilului (2) de pe conducta de alimentare (1) are loc umplerea recipientului prin cadere libera. Aerul sau gazul dezlocuit iese afara prin ventilul (7) si conducta (8). n acest timp ventilele (4) si (6) sunt nchise. Atunci cnd nivelul lichidului n recipient atinge naltimea dorita, se nchide ventilul (7) si se deschide ventilul (6) pentru introducerea aerului comprimat. Presiunea exercitata de aer pe suprafata lichidului l obliga sa iasa prin conducta de refulare (3), a carui ventil (4) se deschde automat. Dupa golirea recipientului operatia se repeta. Daca vaporii lichidului transportat formeaza amestecuri explozive cu aerul, acesta se nlocuieste cu un gaz inert (azot, dioxid de carbon etc.).

3. Pompa cu aer comprimat este un dispozitiv cu functionare continua folosit la ridicarea lichidelor cu ajutorul aerului comprimat.

Functionarea ei se bazeaza pe principiul vaselor comunicante umplute cu lichide nemiscibile de greutati specifice diferite. Micsorarea greutatii specifice a lichidului din conducta de ridicare se obtine prin amestecarea acestuia cu aer. Pentru punerea pompei n functiune, se scufunda n lichid camera de amestec (3) care este prevazuta cu un stut de aspirare. Aerul venind de la un compresor prin conducta (2) se amesteca cu lichidul de transportat n camera de amestec (3), micsornd greutatea specifica a lichidului. Conform principiului vaselor comunicante, amestecul lichid-aer se ridica n conducta de refulare (1) pna la camera de separare (4). Aici aerul se separa, iar lichidul curge liber din vasul separator prin conducta de evacuare (5).

Aceasta pompa este folosita att la ridicarea lichidelor pure ct si a suspensiilor.

Prezinta urmatoarele avantaje: are o constructie simpla, fara mecanisme mobile (mers sigur, cu posibilitati reduse de defectare) si poate lucra la temperaturi mai nalte la care celelalte pompe nu pot aspira lichidul din cauza presiunii vaporilor degajati.

Ca dezavantaje se poate mentiona: randamentul mic (25-35%), debitul mic precum si faptul ca necesita o adncime mare de scufundare.3.2. Separarea sistemelor eterogene

Prin sisteme eterogene se neleg sistemele formate din dou sau mai multe faze diferite. Una dintre faze care le delimiteaz sau le cuprinde pe celelalte se numete faz continu, faz dispersant sau faz extern (mediu de dispersie), iar cealalt, faz discontinu, intern sau dispersant. Faza continu nconjoar unitile de volum ale fazei interne i constituie mediul de dispersie n care sunt distribuite fazele interne; aceast faz determin starea (lichid sau gazoas) a sistemului considerat. Unitile de volum ale fazei disperse se numesc bule pentru gaze, picturi pentru lichide i granule sau particule pentru solide.

Pentru sinteza industrial a medicamentelor, o deosebit importan o prezint sitemele eterogene gazoase G-L i G-S i sistemele eterogene lichide, n special L-L i L-S.

n funcie de natura sistemelor eterogene, de proprietile fizice ale fazelor componente, precum i de puritatea impus fazelor, separarea sistemelor eterogene lichide i gazoase se realizeaz prin procedee de sedimentare, filtrare, procedee umede i procedee electrice (ultimele n special pentru gaze). Separarea prin sedimentare i filtrare poate fi realizat n cmp gravitaional sau n cmp centrifugal (centrifugare).

3.5.1. Separarea sistemelor eterogene lichide

A. Sedimentarea i decantarea

Sedimentarea este operaia de separare a fazei solide (a unui amestec eterogen lichid) de cea lichid sub aciunea forei gravitaionale. Particulele care sedimenteaz se mic la nceput accelerat, dar capt dup un anumit interval de timp o vitez de sedimentare constant i cad uniform, deoarece rezistana de fecare a mediului echilibreaz aciunea gravitiei.

Decantarea este operaia de ndeprtare a lichidului (decantatului) dup sedimentare.

Separarea suspensiilor lichid-solid n fazele componente se poate face prin: sedimentare, filtrare, centrifugare sau presare (stoarcere).

.Sedimentarea i decantarea au loc n aparate numite decantoare

B. Filtrarea

Filtrarea este operaia de separare a fazelor unui amestec eterogen solid-fluid, cu ajutorul unei suprafee poroase sau a unui strat poros, prin care trece numai faza fluid (dispersant).

Comparat cu sedimentarea, filtrarea se caracterizeaz prin faptul c nu este condiionat de o diferen ntre densitile fazelor care se separ.

Scopul filtrrii este de a separa fazele unei suspensii ntr-un precipitat care conine ct mai mult din faza solid a suspensiei i ntr-un filtrat cu ct mai puin faz solid. Deoarece n majoritatea cazurilor faza lichid este o soluie, separarea prin filtrare este o separare ntre faza solid a suspensiei i substana dizolvat n faza lichid a suspensiei.

Separarea prin filtrare este, de obicei, foarte naintat n privina filtratului i mai puin n privina puritii precipitatului, care rmne mbibat cu lichidul din care a fost splat. Cnd lichidul este preios sau cnd precipitatul trebuie purificat, filtrarea este urmat de splarea precipitatului cu un lichid potrivit, de cele mai multe ori apa, care ndeprtez soluia din precipitat i recupereaz substana solubil valoroas.

Condiiile care se cer unei bune filtrri sunt:

- puritatea filtratului, (absena fazei solide din filtrat);

- puritatea precipitatului (absena substanei solubile n precipitat; umiditatea sczut a precipitatului);

- productivitatea mare a filtrului (vitez mare de filtrare);

- utilizarea unei cantiti ct mai mici de ap de splare, pentru a nu dilua prea mult substana solubil;

- regenerarea uoar i complet a suprafeei filtrante sau a stratului filtrant;

- consum minim de energie;

- manoper minim.

Etapele filtrrii. Filtrarea unei suspensii decurge n patru etape:

1. n prima etap suprafaa filtrant sau stratul granular filtrant reine faza solid; la nceputul acestei etape filtratul este, de obicei, tulbure i trebuie refiltrat;

2. n a doua etap, reinerea fazei solide se realizeaz n principal de ctre stratul de precipitat format pe suprafaa filtrant, care rmne cu rolul de suport al precipitatului;

3. A treia etap const n splarea precipitatului pentru ndeprtarea substanelor solubile a cror soluie mbib precipitatul la sfritul etapei precedente;

4. Ultima etap const n regenerarea suprafeei sau stratului filtrant (splarea i destuparea porilor).

Uneori dup etapele 2 i 3, se aspir aer prin stratul de precipitat, pentru a ndeprta o parte din soluie sau din apa care mbib precipitatul (deshidratarea i uscarea precipitatului).

Factorii care influeneaz filtrarea. Un numr mare de factori influeneaz operaia de filtrare. Unii dintre aceti factori au valori constante pe ntreaga durat a filtrrii, alii au valori variabile n timp i depind adesea de modul n care este condus filtrarea sau de condiiile de funcionare ale filtrului folosit.

Principalele categorii de factori care influeneaz filtrarea sunt:

a. Factori referitori la suspensie

- natura suspensiei (natura fazei solide sau a fazei lichide);

- structura i granulometria suspensiei;

- concentraia;

- modul de obinere;

- vrsta suspensiei (durata de la obinere pn la filtrare);

- cantitatea (debitul) suspensiei.

b. Factori referitori la materialul filtrant

- natura materialului filtrant;

- dimensiunea porilor (permeabilitatea);

- grosimea stratului filtrant;

- aria suprafeei filtrului.

c. Factori referitori la precipitat- omogenitatea precipitatului;

- tasarea precipitatului;

- umiditatea final a precipitatului.

d. Factori referitori la perioada de splare

- cantitatea (debitul) apei de splare;

- durata splrii;

- capacitatea apei de splare.

e. Factori referitori la regenerarea materialului filtrant

- modul (operaiunile) de regenerare;

- cantitatea apei necesar regenerrii;

- cantitatea i debitul aerului comprimat necesar regenerrii;

- durata regenerrii.

f. Factori referitori la condiiile de filtrare

- presiunea de filtrare;

- temperatura de filtrare;

- debitul (viteza) de filtrare;

- durata filtrrii.

Metode de filtrare. Separarea suspensiilor prin filtrare se poate realiza prin mai multe metode:

- filtrarea cu formarea pe suprafaa membranei filtrante a unui precipitat format din faza solid a suspensiei;

- filtrarea cu astuparea porilor membranei filtrante de ctre faza solid a suspensiei;

- filtrarea cu formarea pe suprafaa membranei filtrante a unui precipitat format din substan auxiliar i din faza solid a suspensiei;

- filtrarea cu separarea parial i cu ngroarea suspensiei.

Alegerea metodei de separare prin filtrare a suspensiilor este determinat n special de concentraia suspensiei.

Flitrarea cu formarea pe suprafaa membranei filtrante a unui precipitat format din faza solid a suspensiei este metoda cea mai rspndit n industrie i se caracterizeaz prin ndeprtarea periodic a stratului de precipitat de pe pnza filtrant.

Tipuri de filtre. Utilajele n care se realizeaz operaia de filtrare se numesc filtre. Filtrele se pot clasifica, n funcie de diferite criterii, astfel:

a. Dup modul de funcionare:

- filtre cu funcionare continu;

- filtre cu funcionare discontinu.

b. Dup mijloacele cu care se creaz presiunea necesar pentru trecerea lichidului prin porii stratului filtrant:

- filtre care funcioneaz sub aciunea presiunii hidrostatice a coloanei de lichid care se filtreaz;

- filtre de vid, care funcionaez datorit vidului produs de pompele de vid;

- filtre pres, care funcioneaz sub aciunea presiunii produse de pompe sau compresoare.

c. n funcie de caracterul stratului filtrant, toate filtrele pot fi mprite n:

- filtre cu strat filtrant din granule libere;

- filtre cu strat filtrant din estur;

- filtre cu strat filtrant rigid;

- filtre cu strat filtrant semipermeabil.

Alegerea stratului filtrant este determinat de o serie de factori, dintre care cei mai importani sunt:

- proprietile fizico-chimice ale suspensiei care se filtreaz;

- presiunea de regim la care se face filtrarea;

- gradul de dispersie al particulelor solide n amestecul care se filtreaz;

- capacitatea de producie.

La filtrele cu aciune periodic membrana filtrant este fix, iar pe toate elementele membranei poroase au loc simultan aceleai procese, de exemplu: ptrunderea suspensiei, formarea precipitatului sau eliminarea acestuia.

La filtrele cu aciune continu membrana se deplaseaz continuu n circuit nchis, iar pe diferitele elemente ale membranei au loc procese diferite, n funcie de sectorul circuitului nchis n care se afl la momentul respectiv elementul de membran, de exemplu: pe una din poriunile membranei este adus suspensia, iar pe alte poriuni are loc formarea i eliminarea precipitatului.

Filtrele se mai pot mpri i dup direcia de deplasare a filtratului i a aciunii forei de gravitaie. Aceste direcii pot s coincid (filtru cu membran filtrant orizontal, deasupra creia se gsete suspensia), pot fi opuse (filtru cu vid cu tambur rotativ, partea inferioar fiind cufundat n suspensie) sau perpendiculare una pe alta (filtru - pres cu plci i rame, avnd membrane verticale).

1. Filtre cu strat filtrant granular. Cel mai simplu filtru poate fi format dintr-un vas avnd fundul n form de grtar n care mediul filtrant este stratul de precipitat care se depune la fund, iar presiunea este creat de presiunea hidrostatic a coloanei de lichid care se filtreaz. Pentru construcia acestor filtre se folosete nisip fin de cuar, marmur pisat, calcar, crbune.

Dimensiunea granulelor straturilor filtrante depinde de mrimea particulelor solide. Alegerea materialului filtrant depinde de caracterul suspensiei. Astfel, pentru acizi i soluii de sruri se utilizeaz un nisip fin de cuar, deoarece acesta nu reacioneaz cu srurile i acizii; pentru lichidele alcaline se utilizeaz marmur sau calcar pur.

Pe msura funcionrii lor filtrele cu strat granular filtrant se nfund, iar capacitatea lor de filtrare se micoreaz. Curirea flitrului se poate face cu ap, de jos n sus.

Cele mai rspndite aparate cu strat filtrant n granule sunt filtrele cu nisip care se folosesc la epurarea apei. Ele sunt alctuite din rezervoare umplute cu straturi de nisip de cuar i pietri. Filtrele cu nisip pot fi lente sau rapide, n funcie de granulaia nisipului folosit.

2. Filtre cu strat filtrant din pnz. Aceste tipuri de filtre se utilizeaz cnd cantitatea de faz solid n suspensie este mare. Astfel de straturi se confecioneaz din materiale fibroase de provenien animal, vegetal i mineral sau din site metalice.

Alegerea materialului testurii se face n funcie de rezistena lui chimic fa de lichidul care se filtreaz. }esturile din fibre animale rezist la aciunea lichidelor acide cu temperatura de cel mult 40-50 oC; cele din bumbac se ntrebuineaz la filtrarea lichidelor slab acide, alcaline i neutre, iar esturile din fibre minerale, n special cele din azbest, rezist la aciunea lichidelor puternic acide, att reci ct i calde, de aceea se folosesc la filtrarea acizilor minerali concentrai. }esturile metalice din oel sau nichel se folosesc la filtrarea lichidelor puternic alcaline.

Cele mai rspndite filtre cu funcionare periodic cu strat filtrant de pnz sunt filtrele nuce, filtrele cu saci i filtrele pres.

a. Filtrul nuce reprezint un utilaj de filtrare cu suprafa filtrant orizontal, asemntor plniei Bhner. Filtrele nuce pot fi deschise (lucrnd sub vid) i nchise (acionnd sub presiune).

Un astfel de filtru este confecionat dintr-un rezervor cilindric (1) prevzut cu o suprafa filtrant (3) dispus la o oarecare distan de fundul adevrat, constituind fundul fals (2) care servete la susinerea stratului de material filtrant i permite curgerea liber a lichidului n partea inferioar a filtrului prin conducta de vacuare (4). Aceast plac filtrant desparte spaiul superior (unde se aduce suspensia i se depune precipitatul) de spaiul inferior pus n legtur cu o pomp de vid.

Filtrul funcioneaz datorit presiunii coloanei de lichid ce se introduce deasupra suprafeei filtrante i vidului care se creaz sub suprafaa filtrant. ndeprtarea precipitatului se poate face manual. Pentru evitarea acestei manopere s-au construit filtre nuce cu dispozitive de rsturnare, fie a ntregului aparat, fie numai a plcii filtrante. Debitul acestui tip de filtru depinde de suprafaa stratului filtrant (care variaz, de obicei, ntre 1 i 6 m2) i de grosimea stratului de precipitat (care poate varia ntre 50 i 400 nm). Filtrul nuce se folosete atunci cnd predomin faza solid.

Pentru filtrarea suspensiilor inflamabile sau toxice se construiesc filtre nuce de tip nchis, care lucreaz sub presiunea aerului sau gazelor inerte.

Filtrele nuce prezint urmtoarele avantaje: construcie simpl, funcionare sigur, uurin n supraveghere, pre de cost mic, adaptabilitate la diferite condiii de filtrare, posibilitatea de a fi confecionate din materiale anticorozive (font, inox, porelan).

Ca dezavantaje se pot meniona: suprafaa mare, manoper la descrcare, splare defectuas a precipitatului i vitez de filtrare relativ mic (deoarece diferena de presiune care se poate realiza n timpul filtrrii se limiteaz numai la 1 atm).

b. Filtre cu elemente filtrante verticale. Sunt construite din mai multe elemente filtrante verticale, paralele i legate ntre ele printr-o conduct pentru colectarea filtratului.

Elementele filtrante au n comun: sacul sau pnza filtrant care mbrac sitele i eava cu orificii pentru aspirarea filtratului n interiorul pnzei filtrante.

Filtrul cu saci este cel mai simplu filtru cu strat filtrant din pnz cu elemente verticale. Acesta este format dintr-un cadru de eav gurit cu lanuri de distanare care se mbrac ntr-un material textil. }evile gurite sunt legate de o conduct colectoare comun mai multor saci aezai paralel i vertical.

Se ntrebuineaz la filtrarea suspensiilor care conin cantiti foarte mici de faz solid (pn la 3%).

Elementele de filtrare ale acestor filtre, sacii de pnz, se scufund n ntregime n suspensie, iar filtratul se aspir din interiorul sacului astfel ca precipitatul s se depun pe suprafaa exterioar a sacului. Pentru ca la aspirarea filtratului pereii sacului s nu se lipeasc, sacul se mbrac pe un cadru cu suprafaa ondulat sau din sit. Filtrele cu saci au o suprafa activ foarte mare, iar de obicei filtrarea se face sub vid.

Filtrele pres. Caracteristica principal a acestor filtre este concentrarea unei mari suprafee de filtrare ntr-un aparat de dimensiuni mici. De asemenea, stratul de precipitat are o grosime mare, putnd fi trecut direct la uscare. Ca avantaje se mai pot meniona: adaptabilitatea la condiii variate de filtrare i posibilitatea de a fi construite din materiale rezistente la aciunea coroziv a suspensiei care se filtreaz.

Ca dezavantaje se numr: funcionarea intermitent, splare defectuas a precipitatului, consum mare de pnz filtrant, manipulare la montarea i demontarea elementelor filtrante dup fiecare arj.

Aceste tipuri de filtre se folosesc pe scar larg n industria chimico-farmaceutic, accelerarea filtrrii realizndu-se prin mpingerea suspensiei prin filtru la o presiune ridicat (3-4 atm).

Filtrul pres este format dintr-un numr de camere desprite prin perei (plci) ntre care sunt aezate pnzele filtrante. Plcile sunt prevzute cu canale pentru repartiia suspensiei care se filtreaz, a scurgerii filtratului, a introducerii i scurgerii lichidului de splare. Suspensia ce se filtreaz se introduce n camere sub o presiune oarecare, lichidul trece prin pnze i se scurge n jgheab, iar precipitatul ader de pnz. Cnd filtrarea trebuie fcut la cald sau la rece, filtrul pres este prevzut cu canale speciale pentru introducerea apei calde sau aburului.

Se deosebesc dou tipuri de filtre pres:

- cu rame;

- cu camere.

Filtrul pres cu rame este format dintr-o serie de rame i plci dreptunghiulare care alterneaz, iar intre ele se prinde pnza filtrant. Plcile au n partea de jos pe ambele fee dou orificii de scurgere, care servesc la evacuarea filtratului n canalele colectoare. n partea superioar a plcilor i ramelor se gsesc guri ce formeaz un singur canal, care servete la introducerea suspensiei care trebuie filtrat.

Suspensia se pompeaz n canalul central de unde trece prin orificiile care se gsesc n partea superioar a ramelor, n spaiul gol dintre rame. Lichidul trece prin pnzele filtrante, se scurge prin orificiile plcilor i se elimin, iar precipitatul rmne pe pnza filtrant n interiorul spaiilor dintre rame. Se trece apoi la splarea precipitatului, iar uscarea sa se face cu aer comprimat.

Filtrul pres cu camere. Acest tip de filtru nu are rame separate; este format numai din plci filtrante ce sunt prevzute cu guri centrale care formeaz un canal de legtur pentru toate camerele presei, canal ce servete la introducerea suspensiei n camere. Pnza se mbrac pe plac, filtratul trece prin pnz i se scurge pe pereii plcilor n canalele care se gsesc n partea inferioar.

Filtrele pres cu camere sunt mai puin rspndite dect filtrele pres cu rame, deoarece fixarea pnzelor filtrante este mai complicat i volumul de precipitat este mai mic. Spre deosebire de filtrele cu rame, aceste filtre cu camere sunt construite exclusiv din font.

Filtrul pres tip ceh (druck-filtru; filtru cu discuri) este format dintr-un corp cilindric cu manta (pentru nclzire sau rcire) (1) confecionat din font sau inox, prevzut cu un capac bombat cu nchidere eten. Elementul filtrant const dintr-o eav perforat (2) pe care se gsesc nite discuri metalice de susinere (3) a materialului filtrant (4) (pnz de bumbac). Suspensia este introdus cu presiune prin gura de alimentare (5), precipitatul n cantitate mic, rmne pe pnz, iar lichidul este mpins prin orificiile evei filtrante i evacuat prin conducta de evacuare (6).

Acest tip de aparat este folosit la filtrarea suspensiilor n care predomin faza lichid (purificarea soluiilor de impuriti).

c. Filtrul lentil (fig. nr. ...) este format din dou emisfere de metal avnd la mijloc o plac filtrant gurit confecionat dintr-un material dur, pe care se aeaz materialul filtrant.

Acest filtru se ntrebuineaz pentru filtrarea cantitilor mici de suspensie.

3. Filtre cu funcionare continu. Sunt filtre care se caracterizeaz prin realizarea continu a operaiei de filtrare, splare, ndeprtare a precipitatului, regenerarea suprafeei filtrante. Deoarece construcia unor asemenea aparate este costisitoare, acestea se folosesc numai cnd este necesar filtrarea unor cantiti mari de suspensie concentrat.

n practic, cel mai utilizat este filtrul celular rotativ (filtrul Oliver). Acesta este constituit dintr-un tambur rotativ (1) format din doi cilindri coaxiali orizontali, destul de apropiai ntre ei; cilindrul exterior este perforat i acoperit cu o pnz filtrant (3). Spaiul dintre cei doi cilindri este mprit prin perei radiali n 6-20 celule (2) care pot funciona succesiv i independent ca un filtru nuce.

Tamburul este parial cufundat n cuva (9) alimentat prin conducta (12) cu suspensie de filtrat, care se agt tot timpul cu un agitator pendular (10) pentru ca s nu se depun. Coaxial cu tamburul este montat un arbore (cilindru) (5), care reunete conductele de legtur (4) ntre celule i capul de distribuie (7), care are rolul de a le lega la pompa de vid sau aer comprimat, corespunztor fazei de diltrare. Tamburul se rotete lent, sub aciunea unui sistem de antrenare, care acioneaz roata dinat (6). Din aceast cauz, suspensia se filtreaz; filtratul se evacueaz prin conductele interioare, iar precipitatul se depune sub forma unui strat la exterior pe pnza filtrant.

Datorit rotaiei tamburului, celulele ies din cuv rmnnd ns n continuare sub vid. Aerul aspirat antreneaz ct mai mult din lichidul rmas n precipitat. n faza urmtoare precipitatul este splat cu ap de la un du (11) i din nou uscat, prin aspirarea aerului din el. nainte ca celula respectiv s intre din nou n cuv, se desprinde precipitatul cu ajutorul aerului comprimat, trimis din interior spre exterior i a unui cuit (8). Concomitent cu desprinderea precipitatului se realizeaz i desfundarea porilor filtrului sub aciunea aerului comprimat, pregtindu-l astfel pentru o nou filtrare.

C. Centrifugarea

Centrifugarea este o tehnic de lucru care folosete proprietatea cmpului centrifugal pentru intensificarea operaiei de separare a sistemelor eterogene lichide. Ea nu trebuie privit ca o operaie unitar (tip) de sine stttoare. Pentru efectuarea operaiilor de sedimentare i filtrare ntr-un cmp centrifugal, creat prin rotirea unui tambur n care se gsete suspensia, aceste operaii decurg cu viteze mai mari, datorit faptului c fora centrifug ce se exercit asupra fazelor suspensiei depete de multe ori fora care se exercit n cmpul gravitaional.

Fora centrifug depinde de masa corpului, de turaia i de raza traiectoriei. Exist posibilitatea de a varia fora centrifug, fie prin mrirea turaiei, fie prin mrirea razei sau ambele rimi.

Factorul de separare (Z) reprezint raportul dintre acceleraia cmpului centrifugal i acceleraia cmpului gravitaional,

Centrifugele se construiesc avnd factori de eficacitate cu valori ncepnd de la cteva zeci pn la valori de ordinul milioanelor, n cazul ultracentrifugelor.

Prin rotrea suspensiei mpreun cu tamburul n care are loc separarea, datorit forei centrifuge care se dezvolt, suspensia ia forma unui parabolid. La turaii mari ale tamburului centrifugii se poate considera c suprafaa suspensiei centrifugate are form cilindric. Ca rezultat al aciunii difereniale a forei centrifuge asupra celor dou faze, se formeaz un strat de sediment pe peretele tamburului i un strat de lichid limpede, decantatul, ctre interiorul tamburului; lichidul decantat se scurge n spaiul dintre tambur i mantaua protectoare i se ndeprteaz.

Sedimentarea ntr-un cmp de fore centrifuge prezint urmtoarele avantaje: se realizeaz viteze mari de sedimentare, se atinge un grad naintat de separare, se pot separa faze de densiti apropiate i se realizeaz precipitate cu un coninut redus de faz lichid.

Dup modul de funcionare se deosebese dou feluri de centrifuge:

- cu funcionare periodic, care necesit oprirea pentru ncrcare i golire;

- cu funcionare continu, la care procesul de separare se efectueaz fr ntrerupere.

n industria de sintez a medicamentelor dintre centrifugele cu funcionare periodic se ntlnesc dou tipuri de astfel de centrifuge: cu transmisie la partea inferioar i cu transmisie la partea superioar (suspendate).

1. Centrifugele cu transmisie la partea inferioar sunt formate dintr-un tambur perforat care este fixat pe arborele e rotire, pe care l rotete n interiorul mantalei de protecie. Pe tambur se fixeaz o pnz filtrant care reine precipitatul, iar filtratul se evacueaz pe o conduct.

Pentru splarea precipitatului exist o conduct de stropire. Centrifuga este acionat de un motor electric, iar descrcarea precipitaului se face periodic, manual.

Aceste aparate sunt recomandate pentru suspensiile care necesit o durat mai lung de centrifugare i splare. Cu aceste centrifuge se lucreaz n arje, iar fazele care formeaz operaia de centrifugare sunt: ncrcarea, pornirea, centrifugarea la turaia de regim, splarea sedimentului solid, uscarea, oprirea i descrcarea.

Centrifugele cu funcionare periodic consum o cantitate mare de energie la pornire, au o uzur mare i un randament necorespunztor datorit ntreruperilor dese pentru golire, ncrcare, curire.

2. Centrifugele cu transmisie la partea superioar (suspendate) au sprijnul deasupra centrului de greutate, din care cauz sunt mai uor de echilibrat i mai puin sensibile.

Tamburul centrifugei este suspendat de un arbore cu ajutorul unor spie. Tamburul nu are fund, iar la partea inferioar este conic. ntreg tamburul este mbrcat ntr-o carcas. Pe arborele centrifugei este fixat un disc care servete la distribuirea uniform a suspensiei n timpul ncrcrii. Precipitatul rmne aderent pe perei i se desprinde atunci cnd fora centrifug se micoreaz.13

_1107027919.unknown