Контрольная работа по "Фармацевтической технологии"

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Новгородский государственный  университет имени Ярослава Мудрого

Институт медицинского образования ______________________________________________________________

Кафедра фармации

 

 

 

Контрольная работа

по фармацевтической технологии

Вариант № 4

 

 

Выполнила:

Студентка 5 курса группы 8451 з/о

Номер зачетной книжки 21

Никитина Н.М.

 

Проверила:

Преподаватель кафедры

Железняковская Л.Ф.

 

 

 

 

Великий Новгород

2013

1. Измельчение как процесс. Типы измельчения. Принцип работы дисмембратора и дезинтегратора.

Измельчение представляет собой процесс механического деления твердых тел на части, приводящий к увеличению удельной поверхности измельчаемого вещества. Это позволяет значительно ускорить растворение, химическое взаимодействие, выделение биологически активных веществ из измельченного материала.

Переработка материалов в  измельченном виде позволяет значительно  ускорить экстрагирование и тепловую обработку материалов, провести указанные  процессы с незначительными потерями действующих веществ и меньшим  расходом тепла.

В фармацевтической технологии процесс измельчения применяется в следующих случаях:

1) при получении товарного  продукта — порошки, сборы,  присыпки;

2) для обеспечения проведения  основного процесса (экстракции, растворения, грануляции); в этом случае измельчение является вспомогательным процессом.

При практическом осуществлении  процесса измельчения необходимо знать, до какой степени следует измельчать лекарственное вещество.

В настоящее время для  измельчения фармацевтических материалов используют механизмы и машины различных  конструкций, начиная от крупных  щековых дробилок, измельчающих глыбы  материала величиной до 2 м³, и кончая коллоидными мельницами, дробящими вещества на частицы величиной до 0,1 мкм.

Степенью измельчения  называют отношение размера наиболее крупных кусков измельченного материала до измельчения к размерам наиболее крупных кусков материала после измельчения.

Сверхтонкое измельчение приводит к получению  коллоидных частиц.

В фармацевтической практике приходится иметь дело с двумя  группами веществ:

• Аморфными веществами — переохлажденные жидкости — стекло, смолы, полимеры (их иногда выделяют в особую группу твердых веществ).
• Твердыми кристаллическими веществами.

Аморфные вещества характеризуются изотропией свойств, т. е. физические свойства данного вещества (упругость, теплопроводность, прочность и др.) распространяются совершенно одинаково по всем направлениям. Это означает, что при измельчении аморфное тело будет распадаться по самым разнообразным непредвиденным направлениям (неправильный излом). Если аморфное тело охладить, то оно будет образовывать ложно-кристаллическую структуру и станет более хрупким. Измельчать его будет легче. Вообще силы сцепления между элементарными частицами аморфных тел невелики и аморфные вещества легко измельчаются (смолы, полимеры, аморфный кремний, вольфрам и т. д.).

Кристаллические вещества характеризуются наличием кристаллической структуры. Кристаллы этой структуры могут быть самыми разнообразными по форме (в настоящее время различают 14 кристаллографических типов решеток). По характеру взаимодействия между частицами различают атомные, ионные и молекулярные решетки.

Кристаллические тела в отличие от аморфных отличаются анизотропией свойств — физические свойства кристалла неодинаковы по различным направлениям. Прежде всего, это относится к механической прочности кристалла: кристаллы легче всего раскалываются по определенным плоскостям.

Цель измельчения кристаллических  веществ заключается в разрушении кристаллической решетки, переводе тела в мелкодисперсное состояние.

Для того чтобы быстро и  с наименьшими затратами энергии провести измельчение кристаллических тел, необходимо знать строение и тип кристаллической решетки.

К задачам измельчения  относятся: 1) уменьшение расстояния между элементарными частицами и увеличение удельной поверхности вещества; 2) получение веществ с несколько измененными свойствами, в том числе и физико-химическими. Измельченные вещества лучше растворяются, быстрее и полнее участвуют в химических реакциях и т. д. Это объясняется как увеличением удельной поверхности вещества, так и обнажением большого числа чистых поверхностей и образованием свободных радикалов. Например, при измельчении силикагеля идет разрыв связей по поверхности кристаллов, обнажаются чистые поверхности, увеличивается удельная поверхность, что приводит к увеличению адсорбционной способности.

Различают два основных вида измельчения в зависимости от характера прилагаемой силы и  свойств тела: 1) объемное дробление; 2) поверхностное дробление.

Объемное дробление. Сила при этом типе измельчения, вызывающая разрушение тела, приложена перпендикулярно к дробимому телу. Различают следующие виды объемного дробления: раздавливание, раскалывание, стесненный и свободный удар. Процесс объемного дробления складывается из нескольких стадий: 1) стадии упругой деформации; 2) стадии пластичной деформации; 3) собственно дробления.

На стадии упругой деформации тело под влиянием приложенной силы подвергается деформации сжатия (т. е. сближению элементарных частиц по горизонтали и вертикали), при этом размеры тела уменьшаются. При сближении элементарных частиц возрастают силы упругости, возникающие вследствие увеличения силы взаимного отталкивания. Эти силы упругости, противодействуя силам деформации, подчиняются закону Гука, согласно которому напряжение деформированного тела пропорционально относительной деформации. Из этого закона следует, что чем больше деформация, тем больше напряжение тела.

Если на этой стадии дальнейшее приложение сил прекратить, то сжатое тело приобретает свою первоначальную форму (отсюда понятие — обратимая, упругая деформация). Тело возвращается к первоначальной форме потому, что действие сил упругости направлено на восстановление его первоначальной формы.

При несколько  больших напряжениях, превышающих  предел упругости, тело теряет свои упругие свойства и начинает деформироваться (каждому телу присущ определенный предел упругости). Начало процесса деформации тела знаменует начало второй стадии измельчения — стадии пластичной деформации.

Происходящая на данной стадии потеря упругих свойств телом выражается в изменении его формы. При напряжениях, превышающих предел упругости, возникают так называемые остаточные деформации. Но деформация пластична и тело еще не разрушается. Если снять приложенную силу, то тело сохранит целостность новой формы. Стадия заканчивается при достижении напряжения, равного пределу прочности тела.

Если продолжать воздействие  силы на тело, то оно начинает разрушаться. Наступает последняя стадия процесса измельчения — стадия собственно дробления. Она характеризуется тем, что для данного тела при превышении предела его прочности целостность кристаллической решетки тела нарушается, и она частично разрушается.

В теле (кристаллах) появляются микротрещины по плоскостям спайки в кристалле, т. е. по плоскостям наименьшей прочности, после чего наступает его разрушение.

Прочность тела в огромной степени определяет количество энергии, которое на это дробление затрачивается.

Поверхностное дробление  основано на деформации сдвига в случае, когда к телу приложены две  силы: 1) перпендикулярно к поверхности тела и 2) тангенциально (по касательной к поверхности тела — параллельно его плоскости).

При таких условиях происходит перекос и срыв тонких пластин (слоев) с поверхности тела (отсюда и термин «поверхностное дробление»). В этом случае стадии измельчения те же, что и при объемном дроблении (упругая и пластичная деформация и собственно дробление). Продукт при таком типе измельчения состоит из более мелких частиц.

В реальных условиях имеет  место сочетание поверхностного и объемного дробления — продукт измельчения при этом будет состоять из частиц разного размера (крупных и мелких). Если необходим продукт с частицами определенного размера, то измельченный материал подвергают ситовой классификации, т. е. просеиванию.

Поиск вида механического  воздействия зависит от величины кусков и прочности материала. Чаще всего оптимальное измельчение  достигается сочетанием различных  усилий, например: раздавливания и  истирания, удара и истирания  и др.

Измельчение характеризуется  степенью измельчения i, т.е. отношением размера D кусков материала до измельчения к размеру d кусков после измельчения:

Куски материалов до и после  измельчения не имеют симметричной формы, их размеры определяются размером отверстии сит, через которые просеивают твердый сыпучий материал.

Для расчета среднего характерного размера кусков материал разделяют  с помощью набора сит на несколько  фракций. В каждой фракции находят  средний характерный размер как  полусумму характерных размеров максимального d_max минимального d_min. кусков:

 

 

В зависимости от физико-механических свойств исходных материалов используют следующие способы измельчения (табл. 1):

Измельчение осуществляется по двум основным схемам — в открытом или замкнутом циклах.

Если измельчение проводят по первой схеме, то материал проходит через мельницу только один раз. При  работе в замкнутом цикле основная часть материала проходит через  мельницу многократно, т.е. материал с размерами частиц больше допустимого возвращается на повторное измельчение.

Дробление в замкнутом  цикле позволяет значительно  повысить производительность агрегата и получить более равномерный  по размеру материал.

Машины для измельчения (дробления и размола) подразделяются на дробилки и мельницы. В технике  мельницами называют машины для тонкого  и сверхтонкого помолов, дробилками машины для крупного, среднего и  мелкого измельчении. Однако такое  деление весьма условно.

По современным  представлениям, измельчение твердых  тел основывается на том, что под  действием механических усилий и  измельчаемом материале возникают внутренние напряжения и при достижении предела прочности материала последний разрушается.

При прекращении  внешнего воздействия трещины за счет молекулярных сил могут смыкаться, при этом тело подвергается лишь упругой  деформации.

Процессы измельчения  связаны с расходом энергии на образование новых поверхностей, на преодоление внутреннего трения частиц при их деформации и на преодоление  трения между материалом и рабочими деталями машины.

Затраты энергии  на измельчение определяются исходя из известных двух теорий: поверхностном и объемной.

В соответствии с поверхностной гипотезой Риттингера (Берлин, 1867г.) работа, затрачиваемая на измельчение, пропорциональна величине вновь образовавшейся поверхности измельченного материала.

Поверхность материала  при измельчении возрастает пропорционально  конечному размеру частиц d, который согласно зависимости равен:

Поэтому при одинаковой крупности частиц исходного материала для степеней измельчения i₁ и i₂, получим следующее отношение работ:

 

Следовательно, работа, затрачиваемая на измельчение, пропорциональна степени измельчения  материала или вновь образуемой поверхности.

По объемной теории В.Н. Кирпичева (1874 г.). а позднее Ф. Кика (1885 г.). затраты энергии на измельчение пропорциональны объему тела и, следовательно, отношение работ А₁ и А₂, израсходованных на измельчение двух тел, имеющих объемы V₁ и V₂:

Работа равна произведению силы Р на деформацию Δl, которая по закону Гука пропорциональна линейному размеру l тела, т.е. А = аРl (а — коэффициент пропорциональности).

Объем тела пропорционален его линейным размерам, т.е. V = bl³ (b — коэффициент пропорциональности).

Соответственно выражение  принимает вид:

Таким образом, в соответствии с объемной теорией работа измельчения  пропорциональна объемам тел, а  действующие усилия пропорциональны  поверхностям этих тел.

Исследования показывают, что обе гипотезы не отражают в  полной мере всех явлений, происходящих при измельчении. Работы В.А. Баумана  и других показали, что гипотеза Кирпичева - Кика хорошо согласуется  с результатами при крупном и  среднем дроблениях (раздавливание  и удар), а поверхностная гипотеза Риттингера более применима к процессам мелкого дробления и тонкого измельчения.

Однако большее признание  получила точка зрения, согласно которой  ни одна из предложенных гипотез (и  их последующие вариации), взятых порознь, неприменима ко всем видам измельчения  материалов, к разным методам дробления  и разным типам измельчителей.

Такой точки зрения придерживался  и П.Л.Ребиндер — основоположник физико-химической механики, считавший, что гипотеза, наиболее близкая к истине, находится посередине между предположениями Риттингера и Кирпичева - Кика.