Zachování hmoty Rovnice kontinuity. Ideální kapalina. Zachování energie Bernoulliho rovnice. Reálná kapalina - viskozita

Transkript

1 Tektiny ve farmacetickém průmysl Tektiny Charakteristika, prodění tektin» Kapaliny» rozpoštědla» kapalné API, lékové formy» disperze» Plyny» Vzdchotechnika» Sšení» Flidní operace Ideální kapalina» Ideální kapalina je nestlačitelná, ale neexistjí v ní smyková napětí ani deformace. Zachování hmoty Rovnice kontinity» Vteřinový objemový průtok Q kapaliny rčito prodovo trbicí se zachovává.» Je-li nestlačitelných kapalin v jednom jejím místě průřez S a v drhém S, platí : S v = Q = Q = S v» U stlačitelných tektin je konstantní průtok hmotnostní a platí : S v = S v Zachování energie Bernolliho rovnice P z g konst» Rozměr J.m -3» rychlost prodění» z výška» P tlak Reálná kapalina - viskozita» Dynamická viskozita, η [Pa.s] y» τ tečné napětí» platí pro Newtonovské tektiny pohyblivý povrch tektina y τ stacionární povrch y

2 Typy viskozity» (éta) je dynamická viskozita» [] = kg.m -.s - = N.m -.s = Pa.s» Starší jednotka Poise P=g.cm -.s - =0, Pa.s» Často se požívá viskozita vztažená na hstot, tzv. kinematická viskozita» = / Vizkozity tektin Látka Viskozita [Pa.s] Vzdch 0-5 Zkapalněný N 0-4 Voda Olej Glycerin 0 0 Masťový základ 0 5 Nenewtonovské kapaliny Nenewtonovské kapaliny τ Binghhamská d/dx Newtonovská Dilatantní» Zdánlivá viskozita může záviset také na době namáhání. Některé psedoplastické a plastické systémy mají chování :» tixotropní nichž viskozita s časem klesá Nenewtonovské kapaliny Prodění viskózní kapaliny» Zdánlivá viskozita může záviset také na době namáhání.» Některé dilatantní systémy mají chování:» reopektické nichž viskozita s časem roste F t F F r p p Směr pohyb tektiny r

3 Prodění viskózní kapaliny rovnováha sil» Tlakové síly» působí na podstavy» plášť síla způsobená třením okolních vrstev.» Pohybje-li se válec rovnoměrně, msí být všechny síly na něj působící v rovnováze : d r ( p p) rl 0 dr p d r dr l Prodění viskózní kapaliny v klaté trbce» okrajová podmínka (R) = 0 :» stěny trbky je rychlost nlová (r) max r p ( r; R) ( R r ) 4 l max R p ( R ) 4 l Poiseillův zákon» Laminární tok potrbím p R 4 l max Q p R 4 l A da p Q R 8 l R 0 4 r R R r rdr p rdr 4 l 0 Hagen-Poiseillova rovnice Režim tok» Laminární» Trblentní Hranice režimů prodění» Reynoldsovo kritérim L L Re» relace mezi setrvačnými a viskozitními toky hybnosti» Re < 300 laminární prodění» Re > trblentní prodění Teorie podobnosti» Pro trblentní systémy je řešení Navier Stokesovy rovnice obtížné» Ntné experimentální stdim systém» Možný přenos poznatků mezi podobnými systémy» Podobné systémy stejné hodnoty kritérií podobnosti 3

4 Kritéria podobnosti» Strohalovo kritérim t St L» t,, L charakteristický čas, rychlost, velikost» Reynoldsovo kritérim L L Re» relace mezi setrvačnými a viskozitními toky hybnosti Kritéria podobnosti» Elerovo kritérim p E» relace mezi tlakovo a setrvačno silo» Frodovo kritérim gl Fr» relace mezi gravitačními a setrvačnými silami Disipace energie při prodění kapalin Moodyho diagram» Bernolliho rovnice A, PA zag» rychlost prodění» z výška» P tlak» E dis měrná dissipovaná energie l E dis f d» f frikční faktor B, PB zbg E dis Doprava kapalin - čerpadla Pístová čerpadla» Hydrostatická (positive displacement)» přeměna práce na tlak v prvk čerpadla» pístová, lamelová, zbová, membránová, aj.» hlavní nevýhodo je plsace» Hydrodynamická» přeměna práce na kineticko energii, poté na tlak» axiální, radiální (odedivá)» hlavní nevýhodo je kavitace 4

5 Zbová čerpadla» Čerpání zvláštních tektin» viskózní» abrazivní» s pevnými částicemi Membránová čerpadla» Membrána ovládána» pístem» stlačeným plynem» Mechanisms čerpadla oddělen od čerpané tektiny» Odolnost vůči zvláštním médiům Šneková a peristaltická čerpadla Hydrodynamická čerpadla Odedivé Axiální Fnkce odedivého čerpadla Doprava plynů» Přetlaková» ventilátory (fans)» dmychadla (blowers)» kompresory (compressors)» Podtlaková» vývěvy (vacm pmp) 5

6 Ventilátory» doprava většího množství plynů při malém přetlak (0, - 0, MPa)» radiální (paprskový) ventilátor» dopravovaný plyn se sacím hrdlem přivádí na ed oběžného kola se zahntými lopatkami. Odedivo silo je vytlačován do spirální skříně a výtlačného hrdla, odkd vychází ven. Ventilátory» axiální (osový) ventilátor» oběžné kolo má tvar několikakřídlové vrtle.jeho rotací se vzdch pohybje rovnoběžně s oso (požívají se k odvětrávání místností) Dmychadla» doprava plynů za edního tlak (0, - 0,3 MPa).» Rootsovo dmychadlo (Roots blower)» podobné zbovém čerpadl - ve skříni dmychadla se proti sobě otáčejí rotory, které jso nestále ve vzájemném dotyk a sočasně přiléhají k vnitřním stěnám skříně a rozděljí jí na komory. Plyn se nasává do komory mezi rotor a skříň a ve. komoře se vytlačje. Dmychadla» Lamelové dmýchadlo (sliding vane blower)» rotor má ložený ve válcové skříni s drážkami pro výsvné lamely (destičky). Lamely mají mírný sklon, při otáčení rotor jso odedivo silo přitlačovány k vnitřní straně válcové skříně a tím vytvářejí komůrky, jejich objem se směrem od sacího hrdla k výtlačném snižje a tím dochází ke stlačování plyn. Kompresory» stroje k dopravě a stlačování plynů, které vyvíjejí tlak 0,3-00 MPa.» Při stlačování dochází ke zvyšování teploty a proto se msí chladit» Pístové kompresory» stlačjí plyn vratným pohybem píst ve válci.» moho být dvo- a vícestpňové - stlačený plyn z předcházejícího stpně vstpje vždy do dalšího válce o menším objem. Kompresory» Rotační lopatkové trbokompresory» stlačjí plyn pomocí rotjících oběžných lopatek.» radiální - mají stejný princip i konstrkci jako trbodmychadla, liší se vyšším počtem stpňů a vyšším tlakem a zmenšje šířka a průměr oběžných kol.» axiální - Základ kompresor je rotor s lopatkami, které vhánějí plyn přiváděný sacím hrdlem do nestále se zmenšjícího objem, čímž se plyn stlačje a vychází výtlačným hrdlem. 6

7 Kompresory» Šrobový kompresor» plyn se přivádí mezi šroby, které do sebe zapadají. Každý má jiný počet závitů i otáček. Šroby přiváděný plyn stlačjí a vedo do výtlačného hrdla. Vývěvy» zařízení, která vysávají plyn z zavřeného prostor, kde má vzniknot podtlak a nasátý plyn stlačjí na tlak atmosférický» Pístové» připomínají pístové kompresory» Rotační» založeny na rotaci excentricky místěného válce s lopatkami nebo výsvnými lamelami. Vývěvy Vývěvy» Olejová rotační vývěva» rotační vývěva s vnitřní olejovo lázní» lepší těsnost» chlazení těla vývěvy olejem» Vodokržná vývěva» mezi excentrickým rotorem a vodním prstencem vytvářejí lopatky komůrky, které se od sacího otvor nejdříve zvětšjí (tím se plyn nasává), směrem k výtlačném otvor se zmenšjí (plyn je vytlačován).» Prodová vývěva» prod tlakové vody nebo páry se přivádí do trysky, kde zúžením průřez prdce stopne rychlost a tím poklesne tlak» vzniklým podtlakem se nasává dopravovaný plyn ze sací komory» směs nosného média a nasátého plyn přichází do difzor, kde se průtokový průřez zvolna rozšiřje, tím se prod zpomalje a jeho tlak vzrůstá Doprava kapalin čerpadlem Charakteristika čerpadla» Bernolliho rovnice WA A, PA zag B,» H C charakteristika potrbí» Potřebná pracovní výška čerpadla PB zbg E WA B A PB PA Edis HC zb za g g g g dis H c hydrostatické čerpadlo hydrodynamické čerpadlo Q, m 3.s - 7