Skladování sypkých látek » V kontejnerech Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Sypké hmoty Doprava a skladování
» menší objemy » zpracování a logistika na úrovni malých šarží » dlouhodobější skladování
» V zásobnících (silech) » velké objemy (např. sušené byliny) » vstup do kontinuálních procesů » rozhraní mezi kontinuální a vsádkovou částí procesu » např. zásobník u tabletovačky
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Režim spotřeby skladové zásoby
Tok prášku
» Kontejnerové skladování
» Podmínky toku práškového lože
» na úrovni logistiky
» Zásobníky » ovlivněné režimem toku » režim vyprazdňování FIFO » first in first out » požadovaný režim pro farmaceutický průmysl
» režim vyprazdňování LIFO » last in first out » možnost degradace, expirace skladovaného materiálu
» překonání mezičásticových sil » zvýšení mezičásticových vzdáleností » expanze práškového lože
» Režimy práškového toku » » » »
tok plastické pevné látky setrvačný režim režim fluidní vrstvy suspenzní režim
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Vliv vlastností prášku na jeho tok » Charakter toku prášku určují » adhezivní vlastnosti » kohezní vlastnosti » často měřené společně jako empirické kritérium tokovosti
Tok sypkých látek v zásobnících mobilní
Nálevkový (jádrový tok)
» Adhezivnost a kohezivnost jsou ovlivněny » » » »
velikostí a tvarem částic texturou povrchu částic elektrickými vlastnostmi vlhkostí
Objemový tok
stagnantní
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
1
Poruchy toku sypkých látek
Příklady poruchy toku sypkých látek
» Zablokování výsypného otvoru (klenbování) » Snížení využitelného prostoru zásobníku » Nekontrolovaný tok (flooding) » Konsolidace nehybného lože » Segregace
» Tvorba můstků, klenbování (bridging, arching) stagnantní
» různě velikých částic » složek směsí klenba
kohezivní můstek
» Tvorba děr (ratholing)
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Volba režimu toku při návrhu
Zajištění objemového toku
» Nálevkový tok = ekonomické řešení
» Překonání tření na výsypce » Dostatečná velikost výsypného otvoru
» malé zkosení ve spodní části = prostorová úspornost » pohyblivé částice mimo kontakt se stěnou = nízká abraze » !!! nepůsobí problémy pouze pokud hmota obsahuje » » » »
hrubé částice nelepivé částice nedochází k segregaci materiál se nekazí, nedegraduje, nemění vlastnosti
» Ve většině farmaceutických aplikací je třeba zajistit objemový tok
» zamezení tvorby můstků » překonání kohezní síly vrstvy
» Modifikace výsypky » Modifikace tokových vlastností aditivy » stearan hořečnatý » koloidní oxid křemičitý – „Aerosil“
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Podmínka toku » Prášek, je-li vystaven tlaku, si vytvoří určitou soudržnost » Tato soudržnost (koheze) může působit zablokování / poruchy toku » σD … napětí v prášku » závisí na vlastnostech prášku » stěně zařízení » geometrii
» σy … prostá mez kluzu
Tokový faktor (zásobníku) ff prášek klenba blokuje tok
» Vyšší hodnoty ff znamenají horší tokové podmínky
ff
c D
» σc … kompaktační napětí » jaký tlak působí na prášek v loži
» Podmínka toku v zásobníku c y ff
» nulové napětí – volný povrch práškového lože
TOK
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
2
Toková funkce prášku
Podmínka toku – kritické napětí » Pro zajištění toku musíme znát tokovou funkci prášku a tokový faktor zásobníku
Závislost prosté meze kluzu na kompaktačním napětí Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Vliv konsolidačního tlaku
Kohezivita sypkého materiálu
na vztah napětí a deformace
» Měření smykového napětí normálový tlak na vrstvu
kryt 2 prstence
» Smykové napětí (úměrné síle nutné k tomu aby ke smyku docházelo) může záviset na celkové smykové deformaci (vzdálenosti již proběhlého smyku) několika způsoby. » Závisí to na stupni zkonsolidování lože před zkouškou
vzorek materiálu stěny zásobníku
vzorek sypké hmoty
překonsolidovaný
Smykové napětí
síla vynaložená na překonání smykového tření
kritický podkonsolidovaný
Smyková deformace
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Měření ve smykové cele
Vnitřní úhel tření
» Vrstva se zkonsoliduje tlakem, který by měl přibližně odpovídat kritické konsolidaci » Provede se smykový test pro σ1 = σc
» Výsledky měření pro jedno σc je možno vynést jako mezní křivku » Kohezivita C určuje smykové napětí v prášku na který nepůsobí žádný normálový tlak » C závisí na konsolidačním tlaku
» Odečte se smykové napětí na úrovni bodu L1
» Provede se smykový test pro σ2 < σ1
» …
τ Smykové napětí
» Odečte se smykové napětí na úrovni bodu L2
Mezní křivka odpovídá určitému konsolidačnímu tlaku
τ
Bod izochorického smyku υ C Smyková deformace
σ
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
3
Mezní křivka (mez kluzu) a MK
Určení bodu tokové funkce prášku
» Body na mezní křivce charakterizují stavy napjatosti, které vedou k poruše (toku) » Mohrovy kružnice, k nimž je mezní křivka tangenciální jsou klíčové pro analýzu toku
» σy … prostá mez kluzu » Mohrova kružnice prochází nulou – druhé hlavní napětí je nulové » Nulové napětí – volný povrch práškového lože
» σc … kompaktační napětí » jaký tlak působí na prášek v loži
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Efektivní úhel vnitřního tření
Překonání tření na výsypce
» Na řadě prášků ověřeno
» Úhel smykového tření (wall friction angle) » úhel sevřený vodorovnou osou a spojnicí počátku s bodem na křivce překonání smykového tření » zpravidla klesá s rostoucím kolmým zatížením » ovlivňuje jej
» Volně tekoucí prášky mají jen jednu mezní křivku, totožnou s efektivní
» » » »
drsnost povrchu zásobníku (původní, abraze, koroze) teplota vlhkost doba klidového kontaktu
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Adhezivita sypkého materiálu
Úhel stěnového tření
» Měření smykového napětí
»
normálový tlak na vrstvu
kryt prstenec
síla vynaložená na překonání smykového tření vzorek sypké hmoty
vzorek materiálu stěny zásobníku
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
4
Tokový faktor zařízení
Modifikace výsypky
» Je funkcí δ, θ, Φw
» Pro dosažení objemového toku
δ = 30°
obrácená kuželová vestavba
uspořádání kužel v kuželu
více výsypek
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Doprava a dávkování sypkých látek
Doprava a dávkování sypkých látek
» Pásové dopravníky a dávkovače
» Korečkové výtahy
» různá konstrukce » kryté, otevřené » ploché, konvexní » se zarážkami
» Šnekové dopravníky a dávkovače
» ve farmaceutickém průmyslu neobvyklé » vhodné pro velké objemy
» Vibrační dopravníky a dávkovače » segregace prášků » nevhodné pro suroviny ve farmaceutickém průmyslu
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Doprava a dávkování sypkých látek
Literatura
» Pneumatické dopravníky
» M. E. Fayed, Thomas S. Skocir: Mechanical Conveyors: Selection and Operation
» práce se stlačeným vzduchem nebo vakuem » pouze tam kde nehrozí segregace
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
Charakteristika, drcení a mletí, mísení, granulace, třídění, doprava a skladování sypkých hmot
5