OPERAII UNITARE

N INDUSTRIA

CHIMICO-FARMACEUTIC

Industria Medicamentuluidisciplin procese tehnologice de fabricare a medicamenteloraparaturramur a tehnologiei chimice

Proces tehnologicansamblu ordonat de transformri chimicefizicecombinatematerii prime produs finitoperaii unitareprocese chimice fundamentale

Operaii unitareprocese fizice de prelucrare a materiilor primefr schimbarea compoziieifr schimbarea naturii lor

Operaii unitare

Clasificarea operaiilor unitare

1. operaii mecanice2. operaii hidrodinamice3. operaii termice (cu transfer termic)4. operaii de difuziune (cu transfer de mas)

OPERAII MECANICE

Divizarea (sfrmarea/mcinarea) materialelor solide

Transportul materialelor solide

Clasarea materialelor solide

Depozitarea materialelor solide

Sfrmareamicorarea dimensiunilor bucilor de material solid la gradul cerut de procesele tehnologice ulterioaresfrmaremcinarenvingerea coeziunii particulelor ce creeaz corpul solidcrearea unor suprafee noi

Scopul sfrmriiaccelerarea operaiilor fizice i a reaciilor chimiceomogenizarea amestecurilor omogeneobinerea fineii necesare pentru folosirea optim a produselor

Natura forelorstrivirelovirefrecaredespicare

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

Dup natura forelor cu ajutorul crora se nvinge coeziunea dintre particulele materialelor, divizarea poate fi realizat prin: strivire, lovire, frecare, despicare.

n majoritatea cazurilor, forele care provoac sfrmarea acioneaz combinat: strivire cu frecare, strivire cu lovire i frecare etc.

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

Factorii care influeneaz sfrmareamaterialul de sfrmatprodusul sfrmatmainile de sfrmatfactori tehnologicifactori economici

proprietile materialului supus sfrmrii (mcinrii): mrimeaformastructura materialuluiduritateaelasticitatea/plasticitateaumiditateasensibilitatea termictemperatura de topirecantitatea (debitul)

factori referitori la produsul obinut:mrimea sau granulometria produsuluiformastructura produsuluisuprafaa specificreactivitatea pulberii

caracteristicile mainilor utilizate:modul de acionare asupra materialuluidurata de acionare asupra materialuluigradul de divizare realizatproductivitateatemperatura de lucruuzura suprafeelor (pieselor) de sfrmare

factori tehnologici:realizarea operaiei n flux continuu/discontinuu (intermitent)mcinarea umed (uscat)adugarea unor ingrediente care favorizeaz operaia

factori economici:productivitateaconsumul specific de energiepreul de cost

GRADUL DE DIVIZARE(sfarmare / mcinare)Raportul ntre dimensiunile materiei prime i ale produsului final dorit este un factor care condiioneaz de asemeni alegerea aparatelor de sfrmat (mcinat). 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).

PRINCIPIILE DE FUNCIONARE AMAINILOR 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:

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

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;

Procesul de sfrmare trebuie s se efectueze naintea procesului de sortare;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);

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

CONDIII GENERALE DE FUNCIONARE AMAINILOR DE SFRMARE / MCINARE

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.

Mainile i instalaiile pentru mcinat i GRADUL DE DIVIZARE(sfarmare / mcinare)Raportul ntre dimensiunile materiei prime i ale produsului final dorit este un factor care condiioneaz de asemeni alegerea aparatelor de sfrmat (mcinat).

aparate realizate pentru sfrmarea materialelor de dimensiuni mari (concasoarele)aparate construite pentru mcinare (morile)

PROCEDEE DE DIVIZARE (sfrmare-mcinare)

Procedee discontinue

Procedee continue

CLASIFICAREAMAINILOR DE SFRMARE / MCINARECRITERII:

duritatea materialului de sfrmat- maini pentru sfrmarea materialelor dure- maini pentru sfrmarea materialelor de trie medie- maini pentru sfrmarea materialelor moi

felul forei care produce sfrmarea

dimensiunile materiei prime i a produsului finit(gradul de divizare, n)- sfrmare preliminar (primar, grosolan sau concasare)- sfrmare intermediar (medie)- sfrmare mrunt- sfrmare fin (mcinare)- sfrmare extrafin (mcinare coloidal)

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

Clasificarea principalelor tipuri de maini de sfrmat

Categoria sfrmriiDimensiuni maxime ale bucilor de material (mm)iniiale finaleGradul de divizare realizatTipul utilajuluiEfortul principal care produce sfrmareapreliminar (primar)1300-200 250-405 - 6Concasor cu flciConcasor girator (conic)StrivireStrivire cu frecareintermediar (medie)250-50 40-105 - 6Concasor cu cilindri neteziConcasor cu cilindri canelaiConcasor cu cilindri dinaiStrivire, frecareStrivire, despicare cu frecareDespicare cu frecaremrunt50-10 10-15 - 20Moar cu ciocane basculanteMoar centrifug cu discuriLovire (for centrifug)

Lovire (for centrifug)fin (mcinare)25-3 0,8-0,310 - 30Moar chilian (Colergeng)Moar cu bileStrivire cu frecareLovire cu frecareextrafin (mcinare extrafin)sub 0,175 sub 0,0001peste 50Moar coloidal acionnd prin lovireMoar coloidal acionnd prin frecareLovire

Frecare

MAINI PENTRU SFRMARE PRELIMINARCONCASORUL CU FLCI

CONCASORUL CU FLCIAvantajeConstrucie robustPutere mare de sfrmare Reglare uoar a gradului de sfrmareDeservire simplSchimbare uoar a plcilorOcup spaii miciProductivitate marentreinere uoarConsum mic de energie pe unitatea de greutate de produs sfrmat

Dezavantaje Granulaie neuniformProduce trepidaiiPosibilitate de nfundare

MAINI PENTRU SFRMARE PRELIMINARCONCASORUL GIRATOR [CONIC]

CONCASORUL GIRATOR [CONIC]AvantajeProductivitate mare Funcionare continu i uniformFr curse moarte Fr zguduituriConsum de energie mai mic pe tona de material sfrmatObinerea unui material mai omogen ca granulaieDezavantajentreinerea i repararea mai complicatentreinerea i repararea mai scumpePosibilitate de nfundare, mai ales la materialele umede

MAINI PENTRU SFRMARE INTERMEDIARCONCASORUL CU CILINDRI NETEZI[MOARA CU VALURI]

CONCASORUL CU CILINDRI NETEZI[MOARA CU VALURI]AvantajeProductivitate mare Funcionare continu i uniformFr curse moarte Fr zguduituriConsum de energie mai mic pe tona de material sfrmatObinerea unui material mai omogen ca granulaieDezavantajentreinerea i repararea moderat complicateDificulti de mrunire pentru materialele umede

MAINI PENTRU SFRMARE INTERMEDIARMOAR CU SISTEM DE 3 VALURI

MAINI PENTRU SFRMARE INTERMEDIARCONCASORUL CU CILINDRI DINAI

MAINI PENTRU SFRMARE MRUNTMOARA CU CIOCANE BASCULANTE

MOARA CU CIOCANE BASCULANTEAvantajeUn grad mare de sfrmareSe obine un material omogen granulometricO capacitate mare de prelucrareDezavantajeZgomot

MAINI PENTRU SFRMARE MRUNTMOARA CU COROANE DINATE

MAINI PENTRU SFRMARE FIN (MCINARE)

Moara chilian (Colergang)

MAINI PENTRU SFRMARE FIN (MCINARE)

AVANTAJE: productivitate mare mcinarea unei game foarte variate de produse (substane toxice) obinerea de pulberi fine siguran n funcionare deservire simpl funcioneaz fr separator magnetic mcinarea poate fi simultan cu uscarea

DEZAVANTAJE: consumul specific mare de energie volum i greutate mare producerea zgomotului n timpul funcionrii

MAINI PENTRU SFRMARE FIN (MCINARE)

Moara cu bile

CLASIFICAREA MORILOR CU BILE

Dup modul de funcionare: mori cu funcionare periodic; mori cu funcionare continu

Dup modalitatea de descrcare al produsului mcinat : mori cu descrcare periferic (prin site); mori cu separator exterior

Dup construcia tamburului: mori cilindrice tubulare mori conice

Moara cu bileEfectul de mcinare depinde de:

Viteza de rotaie a tamburului

Diametrul i lungimea tamburului

Greutatea, dimensiunea i numrul bilelor

Modul de realizare al mcinrii

Viteza de rotaie a moriimicoptimprea mareviteza critic = 42,3/D nr. rot./min.70-80% viteza criticn optim = 23/D 28/D 32-37% din volumul interior al tamburuluiL/D = 1,56/1,64

Moara cu bile

AVANTAJE:

productivitate mare, mcinarea unei game foarte variate de produse (substane higroscopice sau toxice), obinerea de pulberi fine siguran n funcionare deservire simpl funcioneaz fr separator magnetic mcinarea poate fi simultan cu uscarea

DEZAVANTAJE: consumul specific mare de energie, volum i greutate mare producerea zgomotului n timpul funcionrii

MAINI PENTRU SFRMARE EXTRAFIN(MCINARE COLOIDAL)

Moara coloidal acionnd prin lovire

MAINI PENTRU SFRMARE EXTRAFIN(MCINARE COLOIDAL)

Moara coloidal acionnd prin frecare

TRANSPORTUL MATERIALELOR SOLIDETransportorul cu band

Elevatorul

Transportorul elicoidal (nec)

TRANSPORTUL CU BAND

ELEVATORUL

TRANSPORTORUL ELICOIDAL (NEC)

CLASAREA MATERIALELOR SOLIDEMETODE:

clasare volumetric(pe baza diferenei de dimensiuni)

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

CLASAREA VOLUMETRICPrincipiul de clasare trecerea materialelor de clasat pe suprafee perforateParticulele cu dimensiuni mai mici dect ochiurile grtarului sau ciurului alctuiesc trecerea sau produsul inferior i se noteaz convenional cu semnul minus;cu dimensiuni mai mari rmn pe grtar sau ciur, constituind refuzul i se noteaz cu semnul plusModuri de realizare a clasrii volumetrice:prin refuzprin treceremixt

APARATE DE CLASARECLASAREA VOLUMETRIC: Site Grtare Ciururi

CLASARE GRAVIMETRIC: Clasoare pneumatice Clasoare hidraulice

APARATE DE CLASARE

Ciur rotativ cu mantale dispuse concentricCiur rotativ cu mantale dispuse n prelungire

CIURURI ROTATIVEAvantajeConstrucie simplFuncionare sigur Deservire uoar

Dezavantaje Sortarea nu este omogenCapacitate de cernere redus

Clasor pneumatic

OPERAIIHIDRODINAMICE

TRANSPORTUL LICHIDELORDispozitive de transport fr elemente mobile:

Sifonul

Montejus

Pompa cu aer comprimat

SIFONULRamura descendentRamura ascendentVentilPlnie de amorsareVentil

SIFONULAvantajeConstrucie simplFuncionare sigur ntreinere comodDezavantaje Randament sczut Capacitate de transfer

MONTEJUS1. Conduct de alimentare2. Ventil (clapet)3. Conduct de refulare4. Ventil5. Conduct de introducere a gazului comprimat6, 7 - Ventil (robinet)8. Conduct de evacuare a aerului

POMPA CU AER COMPRIMATConduct de refulareConduct de introducere a aerului comprimatCamer de amestecCamer de separareCanal de evacuare

POMPA CU AER COMPRIMATAvantaje Construcie simpl Fr elemente mobilePosibilitate redus de defectarePoate lucra la temperaturi nalte

Dezavantaje Randament sczut (25-35%)Debit micNecesit adncime mare de scufundare

Operaii hidrodinamice

Separarea sistemelor eterogene

METODE: Sedimentare Filtrare (Centrifugare)

FILTRAREAFiltrarea 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).

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.

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 FILTRRII1. 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 [I]a. Factori referitori la suspensienatura 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 filtrantnatura materialului filtrant;dimensiunea porilor (permeabilitatea);grosimea stratului filtrant;aria suprafeei filtrului.c. Factori referitori la precipitatomogenitatea precipitatului;tasarea precipitatului;umiditatea final a precipitatului.

FACTORII CARE INFLUENEAZ FILTRAREA [II]d. Factori referitori la perioada de splarecantitatea (debitul) apei de splare;durata splrii;capacitatea apei de splare.e. Factori referitori la regenerarea materialului filtrantmodul (operaiunile) de regenerare;cantitatea apei necesar regenerrii;cantitatea i debitul aerului comprimat necesar regenerrii;durata regenerrii.f. Factori referitori la condiiile de filtrarepresiunea de filtrare;temperatura de filtrare;debitul (viteza) de filtrare;durata filtrrii.

METODE DE FILTRARESepararea 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 suspensiiloreste determinat n special de concentraia suspensiei.

TIPURI DE FILTRE [I]a. Dup modul de funcionare:filtre cu funcionare continu;filtre cu funcionare discontinu (periodic).

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.

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 ce 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.

TIPURI DE FILTRE [II]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.

TIPURI DE FILTRE [III]1. FILTRE CU STRAT 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.Ex. folosite la epurarea apei

2. FILTRE CU STRAT FILTRANT DE PNZ (Material fibros de provenien animal, vegetal sau mineral)

Ex. Filtrul NUCEFiltrele cu saciFiltrele pres (ex. filtrul cu discuri, filtru lentil)

FILTRUL NUCEAvantaje: 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).

Dezavantaje: 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).

FILTRUL CU SACI

FILTRU CU DISCURI(DRUCK-FILTRU; FILTRU PRES TIP CEH)1. corp cilindric cu manta; 2. elementul filtrant (eav perforat); 3. discuri metalice de susinere a materialului filtrant; 4. material filtrant (pnz de bumbac); 5. gur de alimentare; 6. conduct de evacuare

FILTRUL CELULAR ROTATIV (OLIVER)

CENTRIFUGAREACentrifugarea este o tehnic de lucru care folosete proprietatea cmpului centrifugal pentru intensificarea operaiei de separare a sistemelor eterogene lichide.

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

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,se realizeaz precipitate cu un coninut redus de faz lichid.

Dup modul de funcionare se deosebesc 2 feluri de centrifuge:- cu funcionare periodic, (necesit oprirea pentru ncrcare i golire);- cu funcionare continu, (separarea se efectueaz fr ntrerupere).

Centrifuga cu transmisie la partea inferioar

Centrifuga cu transmisie la partea superioar (suspendat)Tambur perforatArboreDisc pt. proiectarea suspensiei pe tamburCarcasSpie