Стадии растворения. Факторы, влияющие на процесс растворения: измельчение, изменение температуры, перемешивание.
Растворение – спонтанный, самопроизвольный диффузионно-кинетический процесс, протекающий при соприкосновении растворяемого вещества с растворителем.
В фармацевтической практике растворы получают из твердых, порошкообразных, жидких и газообразных веществ. Как правило, получение растворов из жидких веществ, взаимно растворимых друг в друге или смешивающихся между собой, протекает без особых трудностей как простое смешение двух жидкостей.
Растворение твердых веществ, особенно медленно и трудно растворимых, является сложным и трудоемким процессом. При растворении можно выделить условно следующие стадии:
· Поверхность твердого вещества контактирует с растворителем, контакт сопровождается смачиванием и адсорбцией растворителя, проникновением в макропоры частиц твердого вещества.
· Молекулы растворителя взаимодействуют со слоями твердого вещества на поверхности раздела фаз.
· Сольватированные молекулы или ионы переходят в жидкую фазу
· Выравнивание концентраций вещества во всех слоях растворителя.
Длительность 1 и 4 фаз зависит от скорости диффузионного процесса, 2 и 3 фазы протекают мгновенно и достаточно быстро и носят кинетический характер. Из этого следует, что в основном скорость растворения зависит от диффузионных процессов.
Показатели растворимости веществ в различных растворителях и обозначение растворимости в Государственной фармакопеи Республики Беларусь.
Под «растворимостью» подразумевают свойство вещества растворяться в различных растворителях, принятых в ГФ РБ. Показатели растворимости вещества в различных растворителях приводятся в частных фармакопейных статьях. Для обозначения растворимости в данном подразделе используются описательные термины, которые в температурном интервале от 15оС до 25оС имеют смысл, обозначенный в Табл.
Примечание: для определения растворимости навеску вещества вносят в отмеренное количество растворителя и непрерывно встряхивают в течение 10 минут при температуре 20±5°С. Предварительно образец может быть растерт. Для медленно растворимых образцов, требующих для своего растворения более 10 минут, допускается также нагревание на водяной бане до 30°С; наблюдение производят после охлаждения раствора до температуры 20±5°С и энергичного
встряхивания в течение 1-2 минут. Вещество считают растворившимся, если в растворе при наблюдении в проходящем свете не обнаруживаются частицы вещества. Для веществ, образующих при растворении мутные растворы, соответствующее указание должно быть приведено в частой фармакопейной статье. Если указано, что субстанция растворима в жирных маслах. то имеется в виду, что она растворима в любом масле, относящемуся к классу жирных масел.
Использование механического перемешивания в производстве медицинских растворов. Конструкции мешалок, их характеристики.
Наиболее распространенный способ перемешивания в жидких средах – механическое перемешивание.
В качестве основных составляющих оборудования для механического перемешивания используются: корпус, привод, уплотнение, вал и мешалка. Конструкция мешалки имеет наиболее важное значение в работе аппарата для перемешивания, в то время как тип используемого резервуара (сосуда) также может оказать значительное влияние на его работу.
В технике применяются различные типы аппаратов для перемешивания. Объем аппаратов составляет от 10 дм3 до 2000 м3. Корпус резервуаров (сосудов) имеет обычно вертикальную цилиндрическую обечайку с крышкой, на которой крепится привод перемешивающего механического устройства и днище. Материалом корпуса служит сталь высоких сортов.
У аппаратов, работающих при давлении выше или ниже атмосферного, форма днища и крышки сосуда, обычно эллиптическая. У аппаратов, предназначенных для работы при атмосферном давлении («под налив») крышка и днище сосуда плоские. У аппаратов с периодической выгрузкой вязких продуктов используются конические днища. Однако конические днища в общем случае затрудняют перемешивание и способствуют забивке выпускного патрубка. Недостатком конических днищ является также значительный объем перемешиваемой жидкости ниже уровня расположения мешалки. В результате этого прекращение перемешивания вызывает отложение большого количества осадка. Для подвода или отвода теплоты, корпуса аппарата имеют теплообменные рубашки.
В промышленности для перемешивания в основном используют механические мешалки с вращательным движением. При работе таких мешалок возникает сложное трехмерное течение жидкости (тангенциальное, радиальное, аксиальное) с преобладающей окружной составляющей скорости.
Виды течений
Профиль жидкости при тангенциальном (а), радиальном (б) и осевом (в) течении.
Циркуляция жидкости при перемешивании лопастными мешалками
Объем циркулирующей жидкости в единицу времени в аппарате с мешалкой называют насосным эффектом, который является важной характеристикой мешалки: чем больше насосный эффект, тем лучше в данном аппарате идет процесс перемешивания.
При работе вращающихся механических мешалок на поверхности жидкости возникает воронка, глубина которой растет с увеличением частоты вращения мешалки (в пределе она может достигать дна сосуда). Это явление отрицательно сказывается на эффективности перемешивания и значительно снижает устойчивость работы мешалки. На глубину и форму воронки большое влияние оказывают диаметр мешалки и частота ее вращения.
Для предотвращения образования воронки у стенок аппаратов с быстроходными мешалками устанавливают радиальные отражательные перегородки, причем наиболее часто – на некотором расстоянии от стенки корпуса (для снижения возможности образования застойных зон). Экспериментальным путем найдено, что оптимальное число отражательных перегородок равно четырем, а их ширина составляет примерно 10% от диаметра аппарата.
Перемешивание жидкости в сосудах с перегородками
Основной деталью любой мешалки является одна или несколько различающихся по форме лопастей, закрепленных на вращающемся валу. Вал приводится в движение при помощи обычной зубчатой передачи, чаще всего непосредственно от электродвигателя.
Механические мешалки разделяются по устройству лопастей на следующие группы:
1) Лопастные – с плоскими лопастями
2) Пропеллерные – с винтовыми лопастями
3) Турбинные
4) Специальные (барабанная, дисковая и вибрационная)
Все применяемые мешалки могут быть разделены на быстроходные и тихоходные. Под быстроходными понимаются мешалки, используемые для перемешивания жидких сред при турбулентном и переходном режимах движения жидкости; под тихоходными – при ламинарином движении жидкости.
Быстроходные
Пропеллерные
Открытые турбинные
Закрытые турбинные
Фрезерные
Тихоходные
Двулопастные
Трехлопастные
Лопастные мешалки
Лопастные мешалки являются наиболее старым типом перемешивающих механизмов. По своему устройству они наиболее простые вследствие чего широко распространены.
Достоинства лопастных мешалок
1) Простота устройства и дешевизны изготовления
2) Вполне удовлетворительное перемешивание умеренно вязких жидкостей
Недостатки
1) Малая интенсивность перемешивания вязких жидкостей
2) Непригодность для перемешивания легко расслаивающихся веществ.
Основные области применения лопастных мешалок
1) Перемешивание жидкостей небольшой вязкости
2) Растворение и суспендирование твердых веществ
3) Грубое смешение жидкостей
Лопастные мешалки простого типа наиболее эффективны при перемешивании маловязких сред.
Для перемешивания жидкостей с вязкостью выше более пригодны рамные мешалки или лопастные мешалки в сосудах с отражательными перегородками.
В указанных областях применения лопастные мешалки обеспечивают хорошее перемешивание при небольшом расходе энергии. Лопастные мешалки непригодны для быстрого растворения, тонкого диспергирования, а также для получения суспензий, содержащих твердую фазу большой плотности.
Аппарат с мешалкой с вертикальными лопатками.
Типы лопастных мешалок с вертикальными лопатками:
· Двухлопастная мешалка с прямыми вертикальными лопатками
· Трехлопастная мешалка с изогнутыми вертикальными лопатками
· Шестилопастная мешалка с наклонными лопастями
С целью уменьшения образования вокруг вала воронки и предупреждения выброса жидкости через край аппарата скорость вращения ограничивается 8 об/с.
Рамная мешалка
Область применения
Перемешивание вязких и «тяжелых» жидкостей
Предотвращение выпадения осадков на стенках и днище
Диспергирование твердых частиц в вязких средах
Интенсификация теплообмена.
Якорные мешалки. Устанавливаются в тех случаях, когда дно котла является сферическим. Скорость вращения до 80 об/мин.
аппарат с якорной мешалкой
Нижняя кромка якоря обычно соответствует форме дна реакционного сосуда. В стеклянных сосудах трущиеся о стенки и дно части мешалки должны быть обязательно снабжены протектором (покровом), например из резинового шланга или пластмассовых колец.
Особенно удобны в лабораторных условиях якорные мешалки со сменными лопастями, вырезанными из листовой пластмассы, например фторопласта или полиэтилена. Шарнирно закрепленные на оси они могут быть введены даже в колбу с узким горлом.
Область применения
Перемешивание вязких и «тяжелых» жидкостей
Предотвращение выпадения осадков на стенках и днище
Перемешивание твердых частиц в вязких средах
Интенсификация теплообмена
Планетарная мешалка
Производят перемешивание как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Планетарная мешалка вращается медленно, тем не менее, она весьма эффективна благодаря большому объему жидкости захватываемой мешалками. Планетарные мешалки пригодны для перемешивания мазей и суспензий, а также для изготовления эмульсий, которые легко образуются из их компонентов.
Пропеллерные мешалки
У пропеллерных мешалок лопатки имеют постепенно меняющийся наклон по длине радиуса, причем этот наклон изменяется почти от 00 у вала до 900 на конце лопатки. В связи с этим различные участки лопатки будут отражать частицы жидкости под разными углами. В результате возникают встречные токи, способствующие лучшему перемешиванию. Перемешивание пропеллерными мешалками происходит под действием движения жидкости, возникающего в результате сложения двух потоков: 1) аксиального, обусловленного напором пропеллера (основного) и 2) спирального вихревого потока всего содержимого вызванного разными скоростями слоев жидкости на различном расстоянии от мешалки.
Перемешивание пропеллерными мешалками также улучшается при установке в аппарате диффузора – короткого цилиндрического (иногда слегка конического) стакана, в котором помещается пропеллер. Диффузор направляет циркуляцию жидкости в осевом направлении и благоприятно влияет на перемешивание в аппаратах с большим отношением высоты к диаметру.
Пропеллерная мешалка с диффузором.
Для улучшения перемешивания массы жидкости по всей высоте применяют пропеллерные мешалки с несколькими пропеллерами и диффузором в виде змеевика с витками, плотно прилегающими друг к другу. Такое устройство диффузора позволяет легко регулировать температурный режим перемешивания.
Достоинства пропеллерных мешалок:
1) Интенсивное перемешивание
2) Умеренный расход энергии, даже при значительном числе оборотов
3) Невысокая стоимость
Недостатки
1) Малая эффективность перемешивания вязких жидкостей
2) Ограниченный объем интенсивно перемешиваемой жидкости
Пропеллерные мешалки применяются главным образом для следующих целей:
1) Интенсивное перемешивание маловязких жидкостей
2) Приготовление суспензий и эмульсий
3) Взмучивание осадков, содержащих до 10% твердой фазы, состоящей из частиц размером до 0,15 мм.
Турбинные мешалки
Турбинные мешалки состоят из одного или нескольких центробежных колес (турбинок), укрепленных на вертикальном валу и снабженных большим числом лопаток – от 6 до 16 и более. Лопатки турбинок могут быть плоскими (прямые или наклонные) или изогнутыми по кривой, как в пропеллерных мешалках. Выбор турбинки зависит от характера перемешиваемой жидкости. Так, при перемешивании подвижных жидкостей применяют турбинки с прямыми лопатками, а при более вязких жидкостях и содержащих взвесь твердых частичек более целесообразны турбинки с наклонными или криволинейными лопатками.
Достоинства турбинных мешалок:
1) Быстрота перемешивания и растворения
2) Эффективное перемешивание вязких жидкостей
3) Пригодность для непрерывных процессов
Недостатком турбинных мешалок является сравнительная сложность и высокая стоимость изготовления.
Область применения
1) Интенсивное перемешивание и смешивание жидкостей различной вязкости, которая может изменяться в широких пределах
2) Тонкое диспергирование быстрое растворение
3) Взмучивание осадков и жидкостях, содержащих 60% и более твердой фазы (для открытых мешалок – до 60%); допустимые размеры твердых частиц: до 1,5 мм для открытых мешалок, до 25 мм для закрытых мешалок.
Специальные мешалки
К этой группе относятся мешалки, имеющие ограниченное применение. Некоторые мешалки, предложенные сравнительно недавно (исковые и вибрационные) приобретают в последнее время более широкое распространение.
Барабанные мешалки
Барабанные мешалка состоит из двух цилиндрических колец, соединенных между собой вертикальными лопастями прямоугольного сечения называемого беличьего колеса. Мешалки этой конструкции создают большую подъемную силу и потому весьма эффективны при проведении реакций между газом и жидкостью, а также при получении эмульсий, обработке быстро расслаивающихся суспензий и взмучивании тяжелых осадков.
Барабанная мешалка
Рекомендуемые условия применения барабанных мешалок: отношение диаметра барабана к диаметру сосуда от 1:4 до 1:6, отношение диаметра барабана к высоте должна быть 2:3, отношение высоты жидкости к диаметру барабана не менее 10.
Дисковые мешалки
Дисковые мешалки представляют собой один или несколько гладких дисков, укрепленных на небольшом расстоянии друг от друга на вертикальном валу и вращающихся с большой скоростью в направляющих цилиндрах.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 1699; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!