Doprava kapalin - čerpadla Inženýrství -farmaceutických výrob Tekutiny Doprava tekutin» Hydrostatická (positive displacement)» přeměna práce na tlak v prvku čerpadla» pístová, lamelová, zubová, membránová, aj.» hlavní nevýhodou je pulsace» Hydrodynamická» přeměna práce na kinetickou energii, poté na tlak» axiální, radiální (odstředivá)» hlavní nevýhodou je kavitace Pístová čerpadla Zubová čerpadla Membránová čerpadla» Membrána ovládána» pístem» stlačeným plynem» Mechanismus čerpadla oddělen od čerpané tekutiny» Odolnost vůči zvláštním médiům» Čerpání zvláštních tekutin» viskózní» abrazivní» s pevnými částicemi Šneková a peristaltická čerpadla ál školy -technologic bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je je je ázáno 1
Hydrodynamická čerpadla Funkce odstředivého čerpadla Odstředivé xiální Doprava plynů Ventilátory» Přetlaková» ventilátory (fans)» dmychadla (blowers)» kompresory (compressors)» Podtlaková» vývěvy (vacuum pump) Ventilátory» axiální (osový) ventilátor» oběţné kolo má tvar několikakřídlové vrtule.jeho rotací se vzduch pohybuje rovnoběţně s osou (ţívají se k odvětrávání místností)» Charakteristika» 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. Dmychadla» 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 rotory, které jsou neustále ve vzájemném dotyku a současně přiléhají k vnitřním stěnám skříně a rozdělují jí na komory. Plyn se nasává do 1 komory mezi rotor a skříň a ve. komoře se vytlačuje. ál školy -technologic bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je je je ázáno
Dmychadla» Lamelové dmýchadlo (sliding vane blower)» 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. Kompresory» Charakteristika» 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 Kompresory» Rotační lopatkové turbokompresory» stlačují plyn pomocí rotujících oběţných lopatek.» radiální - mají stejný princip i konstrukci 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. Vývěvy» 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.» Šroubový kompresor» plyn se přivádí mezi šrouby, které do sebe zapadají. Kaţdý má jiný počet závitů i otáček. Šrouby přiváděný plyn stlačují a vedou do výtlačného hrdla. Vývěvy» 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). ál školy -technologic bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je je je ázáno 3
Vývěvy Doprava kapalin čerpadlem» Proudová vývěva» 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» Bernoulliho rovnice W 1 u, stř P z g B, stř W ub u PB P HC z g g g» H C pracovní výška čerpadla 1 u B P B z z g B E g dis E dis Charakteristika čerpadla Teoretický příkon čerpadla H c hydrostatické čerpadlo hydrodynamické čerpadlo Q, m 3.s -1 Inženýrství -farmaceutických výrob Filtrace P W Q» P příkon» Q objemový průtok» plošný průřez Princip filtrace» Dělení pevných částic od tekutiny na porézní filtrační přepáţce Suspenze, erosol Filtrát Filtrační koláč Filtrační přepáţka ál školy -technologic bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je je je ázáno 4
Povrchová vs. hloubková filtrace Typy filtrů» bsolutní» 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 Povrchová (koláčová) filtrace Filtrační přepážky» Filtrační koláč můţe suplovat funkci filtrační přepáţky Kritéria vhodnosti filtrů» Rychlost filtrace» Účinnost filtrace» Chemická stabilita filtru» finita k filtrované tekutině» dsorpce sloţek filtrovaného média na filtru» Vrstvy zrnitých álů» Vrstvy vláknitých álů» Papírové ály» Porézní kompaktní ály» Tkaniny» Perforované desky, síta» Makroporézní membrány Filtrační nuče» Jednoduché tlakové nebo vakuové filtry» např. pro separaci krystalů z matečného louhu ál školy -technologic bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je je je ázáno 5
Svíčkové filtry Listové filtry Kalolis Filtrace ve farmacii plikace toku porézním médiem» Tok vrstvou kuliček + Ergunova rovnice E 150 h 1 d dis 3 p» Bernouliho rovnice» Δh ~ 0; Δu ~ 0 E dis p» Výsledek: Blake-Koţeného rovnice p h 1 150 d p 3 u u» Čiření (čistící filtrace)» poţadovaným produktem je filtrát» pevných částic je velmi málo, jsou malé» speciální případ = sterilní filtrace» musí zachytit veškeré mikroorganismy» 0, 0,45 μm» Koláčová filtrace» produktem je filtrační koláč» pevných částice je aţ 0 %» není nutná 100 % účinnost plikace toku porézním médiem» Průtok porézní vrstvou Q u p dp h 150 1 ovlivňuje» tlak» viskozita» plocha filtru» tloušťka filtru» koeficient permeability K ál školy -technologic bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je je je ázáno 3 p K h 6
Faktory ovlivňující rychlost filtrace» Tlak» vyšší tlakový rozdíl (přetlak / vakuum) urychluje filtraci» existuje limit daný pevností filtrační přepáţky» Viskozita» vyšší viskozita zpomaluje filtraci» moţno ovlivnit teplotou» Plocha filtru» vyšší plocha urychluje filtraci» zpomaluje nárůst filtračního koláče Faktory ovlivňující rychlost filtrace» Tloušťka filtru / koláče» zpomaluje filtraci» Koeficient permeability» funkce velikosti částic (pórů) a porozity» porozita se výrazně sniţuje u širokodisperzních hmot» aditiva pro větší porozitu koláče» flokulace Zadržování částic při hloubkové filtraci Parametry hloubkového filtru» Částice se zadrţují na stěnách pórů filtračního média» Kontakt se stěnou zajišťuje» setrvačnost» Brownův pohyb» gravitace» Efektivita roste s» turbulencí» klesajícím průtokem Sterilní filtrace» 1960» za sterilní povaţováno < 0,45 μm» 1967 1987» Brevundimonas (Pseudomonas) diminuta» organismus proniká filtry 0,45 μm» 1987: FD standard 0, / 0, μm» Současnost» 0,1 μm dobrovolné iniciativy předních výrobců» mykoplazmatické organismy (choleplasma laidlawii)» Tloušťka dc Kc dx» c obsah pevných částic» x tloušťka filtru» K koeficient záchytu» Ţivotnost» účinnost filtru během ţití klesá, protoţe se sniţuje průřez pórů a tedy zvyšuje rychlost proudění Validace sterilní filtrace» Sterilní filtr je třeba validovat (nestačí porozita < 0, μm)» testovací organismus Brevundimonas diminuta» ověřit průchod 0,4 μm filtrem» zátěţ filtru > 10 7 cfu.cm -» prokázat sterilní filtrát» nepovinné nadstandardní testy s dalšími organismy ál školy -technologic bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je je je ázáno 7
Sterilní skladování kapalin HEP filtry» High Efficiency Particulate ir 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 ál školy -technologic bez bez souhlasu souhlasu autora autora je je je je ázáno 8