ší ší šířen ší ší ení Doprava kapalin - čerpadla Pístová čerpadla Zubová čerpadla Membránová čerpadla Šneková a peristaltická čerpadla

Doprava kapalin - čerpadla » Hydrostatická (positive displacement) Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob

» přeměna práce na tlak v prvku čerpadla » pístová, lamelová, zubová, membránová, aj. » hlavní nevýhodou je pulsace

» Hydrodynamická

Tekutiny

» přeměna práce na kinetickou energii, poté na tlak » axiální, radiální (odstředivá) » hlavní nevýhodou je kavitace

Doprava tekutin

Inţenýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

Pístová čerpadla

Zubová čerpadla » Čerpání zvláštních tekutin

o k ja é a k r c i to g u a lo o m l n e h á as eri tec l í h at o n u e o m ick ř í s š e j ní m í s š l o í di h e a ž c a peristaltickád čerpadla n u stu yŠneková á o Membránová čerpadla a sl ý kol e. m káz t en kov é š Praz čelů e za m lň ok v j ú u a p s k o r y m o o d t ý V d ů in au o j r t o n k su e b í o T it hla ž u i u ou d o p zs tu s o e h b e ke J » viskózní » abrazivní » s pevnými částicemi

Inţenýrství chemicko-farmaceutických výrob


Filtrace, sedimentace


» Membrána ovládána » pístem » stlačeným plynem

» Mechanismus čerpadla oddělen od čerpané tekutiny » Odolnost vůči zvláštním médiům





1

Hydrodynamická čerpadla Odstředivé

Funkce odstředivého čerpadla

Axiální





Doprava plynů

Ventilátory

» Přetlaková

» Charakteristika

o k ja é a k r c i to g u a lo o m l n e h á as eri tec l í h at o n u e o m ick ř í s š e j ní m í s š l o í di h e a ž c d án u stu yDmychadla o Ventilátory a sl ý kol e. m káz t en kov é š Praz čelů e za m lň ok v j ú u a p s k o r y m o o d t ý V d ů in au o j r t o n k su e b í o T it hla ž u i u ou d o p zs tu s o e h b e ke J » ventilátory (fans) » dmychadla (blowers) » kompresory (compressors)

» Podtlaková

» vývěvy (vacuum pump)

» doprava většího mnoţství plynů při malém přetlaku (0,1 - 0,11 Mpa

» radiální (paprskový) ventilátor

» dopravovaný plyn se sacím hrdlem přivádí na střed oběţného kola se zahnutými lopatkami. Odstředivou silou je vytlačován do spirální skříně a výtlačného hrdla, odkud vychází ven.





» axiální (osový) ventilátor

» oběţné kolo má tvar několikakřídlové vrtule.Jeho rotací se vzduch pohybuje rovnoběţně s osou (pouţívají se k odvětrávání místností)

» Charakteristika

» doprava plynů za středního tlaku (0,11 0,3 MPa).

» Rootsovo dmychadlo (Roots blower)

» podobné zubovému čerpadlu - ve skříni dmychadla se proti sobě otáčejí 2 rotory, které jsou neustále ve vzájemném dotyku a současně přiléhají k vnitřním stěnám skříně a rozdělují jí na 2 komory. Plyn se nasává do 1 komory mezi rotor a skříň a ve 2. komoře se vytlačuje.





2

Dmychadla

Kompresory

» Lamelové dmýchadlo (sliding vane blower)

» Charakteristika

» rotor má uloţený ve válcové skříni s dráţkami pro výsuvné lamely (destičky). Lamely mají mírný sklon, při otáčení rotoru jsou odstředivou silou přitlačovány k vnitřní straně válcové skříně a tím vytvářejí komůrky, jejich objem se směrem od sacího hrdla k výtlačnému sniţuje a tím dochází ke stlačování plynu.

» stroje k dopravě a stlačování plynů, které vyvíjejí tlak 0,3 - 100 MPa. » Při stlačování dochází ke zvyšování teploty a proto se musí chladit

» Pístové kompresory » stlačují plyn vratným pohybem pístu ve válci. » mohou být dvou- a vícestupňové - stlačený plyn z předcházejícího stupně vstupuje vţdy do dalšího válce o menším objemu.





Kompresory » Rotační lopatkové turbokompresory

Kompresory » Šroubový kompresor

o k ja é a k r c i to g u a lo o m l n e h á as eri tec l í h at o n u e o m ick ř í s š e j ní m í s š l o í di h e a ž c d án u stu yVývěvy o Vývěvy a sl ý kol e. m káz t en kov é š Praz čelů e za m lň ok v j ú u a p s k o r y m o o d t ý V d ů in au o j r t o n k su e b í o T it hla ž u i u ou d o p zs tu s o e h b e ke J » stlačují plyn pomocí rotujících oběţných lopatek. » radiální - mají stejný princip i konstrukci jako turbodmýchadla, liší se vyšším počtem stupňů a vyšším tlakem a zmenšuje šířka a průměr oběţných kol. » axiální - Základ kompresoru je rotor s lopatkami, které vhánějí plyn přiváděný sacím hrdlem do neustále se zmenšujícího objemu, čímţ se plyn stlačuje a vychází výtlačným hrdlem.

» plyn se přivádí mezi 2 šrouby, které do sebe zapadají. Kaţdý má jiný počet závitů i otáček. Šrouby přiváděný plyn stlačují a vedou do výtlačného hrdla.





» Charakteristika

» zařízení, která vysávají plyn z uzavřeného prostoru, kde má vzniknout podtlak a nasátý plyn stlačují na tlak atmosférický

» Pístové

» připomínají pístové kompresory

» Rotační

» zaloţeny na rotaci excentricky umístěného válce s lopatkami nebo výsuvnými lamelami.

» Olejová rotační vývěva

» rotační vývěva s vnitřní olejovou lázní » lepší těsnost » chlazení těla vývěvy olejem

» Vodokružná vývěva

» mezi excentrickým rotorem a vodním prstencem vytvářejí lopatky komůrky, které se od sacího otvoru nejdříve zvětšují (tím se plyn nasává), směrem k výtlačnému otvoru se zmenšují (plyn je vytlačován).





3

Vývěvy

Doprava kapalin čerpadlem

» Proudová vývěva

» Bernoulliho rovnice

» proud tlakové vody nebo páry se přivádí do trysky, kde zúţením průřezu prudce stoupne rychlost a tím poklesne tlak » vzniklým podtlakem se nasává dopravovaný plyn ze sací komory » směs nosného média a nasátého plynu přichází do difuzoru, kde se průtokový průřez zvolna rozšiřuje, tím se proud zpomaluje a jeho tlak vzrůstá

WA

1 2 u A,stř 2

PA

zA g

1 2 uB,stř 2

WA uB2 u A2 PB PA zB g 2g g » HC … pracovní výška čerpadla

HC





Charakteristika čerpadla

PB

zB g

zA

Edis

Edis g

Teoretický příkon čerpadla

o k ja é a k r c i to g u a lo o m l n e h á as eri tec l í h at o n u e o m ick ř í s š e j ní m í s š l o í di h e a ž c filtrace d án u stu yPrincip o a áz l ý l e. s o t ov šk z ům ak n a el e k z r é e č P k m ň j l so v ú u a p k o r y m o o d t ý V d ů in au o j r t o n k su e b í o T it hla ž u i u ou d o p zs tu s o e h b e ke J Hc

hydrodynamické čerpadlo

P

WAQ

» P … příkon » Q … objemový průtok » A … plošný průřez

hydrostatické čerpadlo

Q, m3.s-1





» Dělení pevných částic od tekutiny na porézní filtrační přepáţce

Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob

Suspenze, Aerosol

Filtrace

Filtrační koláč

Filtrační přepáţka

Filtrát

Inţenýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

4

Povrchová vs. hloubková filtrace

Typy filtrů » Absolutní » tenká filtrační přepáţka s velikostí pórů menší neţ jsou zachytávané částice » probíhá koláčová filtrace

» Relativní (hloubkové) » zachytávají se částice podstatně menší neţ je rozměr pórů » účinnost zachycení závisí na tloušťce filtrační vrstvy » zachycení probíhá za působení povrchových nerovností, povrchových sil, elektrostatických sil Inţenýrství chemicko-farmaceutických výrob




Povrchová (koláčová) filtrace

Filtrační přepážky

» Filtrační koláč můţe suplovat funkci filtrační přepáţky

» Vrstvy zrnitých materiálů » Vrstvy vláknitých materiálů » Papírové materiály » Porézní kompaktní materiály » Tkaniny » Perforované desky, síta » Makroporézní membrány

o k ja é a k r c i to g u a lo o m l n e h á as eri tec l í h at o n u e o m ick ř í s š e j ní m í s š l o í di h e a ž c nuče d án u stu yFiltrační o Kritéria vhodnosti filtrů a sl ý kol e. m káz t en kov é š Praz čelů e za m lň ok v j ú u a p s k o r y m o o d t ý V d ů in au o j r t o n k su e b í o T it hla ž u i u ou d o p zs tu s o e h b e ke J Inţenýrství chemicko-farmaceutických výrob




» Rychlost filtrace » Účinnost filtrace » Chemická stabilita filtru » Afinita k filtrované tekutině » Adsorpce sloţek filtrovaného média na filtru

» Jednoduché tlakové nebo vakuové filtry

» např. pro separaci krystalů z matečného louhu





5

Svíčkové filtry

Listové filtry





Kalolis

Filtrace ve farmacii » Čiření (čistící filtrace)

o k ja é a k r c i to g u a lo o m l n e h á as eri tec l í h at o n u e o m ick ř í s š e j ní m í s š l o í di h e a ž c toku porézním n d médiem u stu yAplikace á o Aplikace toku porézním médiem a sl ý kol e. m káz t en kov é š Praz čelů e za m lň ok v j ú u a p s k o r y m o o d t ý V d ů in au o j r t o n k su e b í o T it hla ž u i u ou d o p zs tu s o e h b e ke J » poţadovaným produktem je filtrát » pevných částic je velmi málo, jsou malé » speciální případ = sterilní filtrace » musí zachytit veškeré mikroorganismy » 0,2 – 0,45 μm

» Koláčová filtrace

» produktem je filtrační koláč » pevných částice je aţ 20 % » není nutná 100 % účinnost





» Tok vrstvou kuliček + Ergunova rovnice Edis

150

h 1 d p2

u

3

» Bernouliho rovnice p

» Výsledek: Blake-Koţeného rovnice p 150

h 1 d p2

2

3

Q

uA

2 pA d p h 150 1

3

2

pA K h

ovlivňuje

» Δh ~ 0; Δu ~ 0

Edis

» Průtok porézní vrstvou

2

u

» » » » »

tlak viskozita plocha filtru tloušťka filtru koeficient permeability … K





6

Faktory ovlivňující rychlost filtrace

Faktory ovlivňující rychlost filtrace

» Tlak

» Tloušťka filtru / koláče

» vyšší tlakový rozdíl (přetlak / vakuum) urychluje filtraci » existuje limit daný pevností filtrační přepáţky

» Viskozita » vyšší viskozita zpomaluje filtraci » moţno ovlivnit teplotou

» zpomaluje filtraci

» Koeficient permeability » funkce velikosti částic (pórů) a porozity » porozita se výrazně sniţuje u širokodisperzních hmot » aditiva pro větší porozitu koláče » flokulace

» Plocha filtru » vyšší plocha urychluje filtraci » zpomaluje nárůst filtračního koláče Inţenýrství chemicko-farmaceutických výrob




Zadržování částic při hloubkové filtraci

Parametry hloubkového filtru

» Částice se zadrţují na stěnách pórů filtračního média » Kontakt se stěnou zajišťuje

» Tloušťka

o k ja é a k r c i to g u a lo o m l n e h á as eri tec l í h at o n u e o m ick ř í s š e j ní m í s š l o í di h e a ž c sterilní filtrace d án u stu yValidace o Sterilní filtrace a sl ý kol e. m káz t en kov é š Praz čelů e za m lň ok v j ú u a p s k o r y m o o d t ý V d ů in au o j r t o n k su e b í o T it hla ž u i u ou d o p zs tu s o e h b e ke J » setrvačnost » Brownův pohyb » gravitace

» Efektivita roste s

» turbulencí » klesajícím průtokem

dc dx

Kc

» c … obsah pevných částic » x … tloušťka filtru » K … koeficient záchytu

» Ţivotnost

» účinnost filtru během pouţití klesá, protoţe se sniţuje průřez pórů a tedy zvyšuje rychlost proudění





» 1960

» za sterilní povaţováno < 0,45 μm

» 1967 – 1987

» Brevundimonas (Pseudomonas) diminuta » organismus proniká filtry 0,45 μm » 1987: FDA standard 0,2 / 0,22 μm

» Současnost

» 0,1 μm – dobrovolné iniciativy předních výrobců » mykoplazmatické organismy (Acholeplasma laidlawii)

» Sterilní filtr je třeba validovat (nestačí porozita < 0,2 μm) » testovací organismus Brevundimonas diminuta

» ověřit průchod 0,4 μm filtrem

» zátěţ filtru > 107 cfu.cm-2 » prokázat sterilní filtrát » nepovinné nadstandardní testy s dalšími organismy





7

Sterilní skladování kapalin

HEPA filtry » High Efficiency Particulate Air filter » záchyt prachových částic a mikroorganismů » velmi čisté prostory, fermentory » účinnost: » > 99,97 % částic velikosti 0,3 μm » větší nebo menší částice se zachytávají snáze

» účinnost záchytu klesá při smočení filtru (rosný bod) » intenzita difuzního pohybu v kapalinách je mnohem niţší neţ v plynech





Permeace přes porézní membránu

o k ja é a k r c i to g u a lo o m l n e h á as eri tec l í h at o n u e o m ick ř í s š e j ní m í s š l o í di h e a ž d án u stu y c o a sl ý kol e. m káz t en kov é š Praz čelů e za m lň ok v j ú u a p s k o r y m o o d t ý V d ů in au o j r t o n k su e b í o T it hla ž u i u ou d o p zs tu s o e h b e ke J Inţenýrství chemicko-farmaceutických výrob Filtrace, sedimentace

8

ší ší šířen ší ší ení Doprava kapalin - čerpadla Pístová čerpadla Zubová čerpadla Membránová čerpadla Šneková a peristaltická čerpadla

Recommend Documents