Technik_farmaceutyczny_322[10]_Z1_03

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

2. Wymagania wstępne

3. Cele kształcenia

4. Materiał nauczania

4.1. Podstawowe zasady technologii chemicznej

4.1.1. Materiał nauczania

4.1.2. Pytania sprawdzające

4.1.3. Ćwiczenia

4.1.4. Sprawdzian postępów

4.2. Przepływ płynów

4.2.1. Materiał nauczania

4.2.2. Pytania sprawdzające

4.2.3. Ćwiczenia

4.2.4. Sprawdzian postępów

4.3. Rozdzielanie

4.3.1. Materiał nauczania

4.3.2. Pytania sprawdzające

4.3.3. Ćwiczenia

4.3.4. Sprawdzian postępów

4.4. Rozdrabnianie i mieszanie

4.4.1. Materiał nauczania

4.4.2. Pytania sprawdzające

4.4.3. Ćwiczenia

4.4.4. Sprawdzian postępów

4.5. Procesy przenoszenia ciepła

4.5.1. Materiał nauczania

4.5.2. Pytania sprawdzające

4.5.3. Ćwiczenia

4.5.4. Sprawdzian postępów

4.6. Destylacja, absorpcja, ekstrakcja, krystalizacja

4.6.1. Materiał nauczania

4.6.2. Pytania sprawdzające

4.6.3. Ćwiczenia

4.6.4. Sprawdzian postępów

4.7. Bilanse i wskaźniki produkcji

4.7.1. Materiał nauczania

4.7.2. Pytania sprawdzające

4.7.3. Ćwiczenia

4.7.4. Sprawdzian postępów

4.8. Gospodarka wodna i ochrona powietrza

4.8.1. Materiał nauczania

4.8.2. Pytania sprawdzające

4.8.3. Ćwiczenia

4.8.4. Sprawdzian postępów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1. WPROWADZENIE

Poradnik ten pomoże Ci w przyswojeniu wiedzy teoretycznej oraz opanowaniu

umiejętności analizowania procesów technologicznych produkcji leków, a także w organizacji
procesu samokształcenia.

W poradniku zamieszczono:

−

wykaz niezbędnej wiedzy i umiejętności, które powinieneś posiadać przystępując do nauki
analizowania procesów technologicznych i produkcji leków,

−

wykaz wiedzy i umiejętności, jakie ukształtujesz podczas realizacji programu jednostki
modułowej,

−

materiał nauczania omawiający zagadnienia dotyczące procesów technologicznych
produkcji leków, pozwalający samodzielnie przygotować się do ćwiczeń,

−

pytania sprawdzające opanowanie przez Ciebie podanych treści,

−

ćwiczenia umożliwiające nabycie praktycznych umiejętności z wykorzystaniem zalecanych
metod nauczania i środków dydaktycznych,

−

sprawdzian postępów, który po zrealizowaniu każdego podrozdziału pozwoli Ci ocenić
stan Twojej wiedzy oraz wskazać materiał nauczania, który nie został przez Ciebie w pełni
opanowany,

−

zestaw zadań testowych potwierdzający opanowanie wiedzy i umiejętności z zakresu całej
jednostki modułowej. Rozwiązanie przykładowego testu, zgodnie z instrukcją będzie dla
ciebie formą treningu przed testem zaplanowanym przez nauczyciela.

−

wykaz literatury związany z tematyką jednostki modułowej.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

przestrzegać zasad bezpieczeństwa i higieny pracy, zasad ergonomii oraz regulaminu
pracowni,

−

współpracować w grupie,

−

korzystać z Farmakopei Polskiej,

−

poszukiwać informacji z różnych źródeł,

−

posługiwać się terminologią chemiczną,

−

interpretować podstawowe pojęcia fizyczne i chemiczne,

−

opisywać podstawowe reakcje chemiczne,

−

dokumentować obserwacje i podejmowane działania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

określić podstawowe zasady prowadzenia procesów technologicznych,

−

scharakteryzować procesy technologiczne wybranych postaci leków,

−

wykonać podstawowe obliczenia wydajności procesów technologicznych,

−

wykonać podstawowe obliczenia ilości substratów potrzebnych do produkcji leków,

−

określić rolę substancji pomocniczych w procesie technologicznym,

−

zapisać i odczytać równania reakcji chemicznych otrzymywania wybranych substancji
leczniczych,

−

wykonać bilans materiałowy i energetyczny wybranych procesów technologicznych,

−

posłużyć się instrukcjami i normami stosowanymi w przemyśle farmaceutycznym.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Podstawowe zasady technologii chemicznej

4.1.1. Materiał nauczania

Technologia chemiczna jest dziedziną wiedzy o procesach produkcyjnych, których celem

jest zmiana składu chemicznego surowców przetwarzanych w produkty. W tych procesach
zmiany składu przetwarzanego materiału zachodzą przeważnie w wyniku reakcji chemicznych,
które prowadzi się w odpowiednio zaprojektowanych aparatach – reaktorach.

Proces technologiczny jest to zorganizowany zbiór czynności, zwanych operacjami

jednostkowymi albo procesami jednostkowymi, w wyniku których surowiec zostaje
przetworzony w pożądany produkt. W toku całego procesu wykonuje się wiele takich operacji,
w których przetwarzane materiały ulegają przemianom chemicznym i fizycznym.

Układem technologicznym (ciągiem technologicznym) nazywamy zespół podstawowych

aparatów i urządzeń produkcyjnych służących do przeprowadzenia procesu technologicznego,
współdziałających ze sobą według określonego planu.

Oprócz podstawowej aparatury produkcyjnej wykorzystuje się liczne obiekty pomocnicze,

jedne służą do transportu materiałów, inne do ich przechowywania. Istotną rolę odgrywają
także urządzenia, za pomocą których kieruje się procesem, kontrolując przebieg jego
poszczególnych etapów.

Instalacja produkcyjna jest to kompletna aparatura złożona z urządzeń produkcyjnych

i pomocniczych,  wykonująca  określony  program  produkcyjny.  Instalacja  produkcyjna  działa
w powiązaniu  z  otoczeniem.  Z  zewnątrz  doprowadza  się  surowce  oraz  niezbędną  energię,
odprowadza  produkty  i  odpady  produkcyjne, a  także pewne formy energii np. ciepło zawarte
w  produkcie  lub  parze  wodnej,  w  wodzie wykorzystywanej  do  chłodzenia  aparatury.  Sposób
skutki  działania  instalacji  produkcyjnej  danych  takich  jak;  wielkość  i  skład  strumieni
materiałów, wielkość i rodzaj strumieni energii, pobieranych i odprowadzanych przez instalację
produkcyjną.  Na  podstawie  tych  danych  wyznacza  się  wskaźniki  techniczno-ekonomiczne
charakteryzujące proces technologiczny.

Aparaty i urządzenia stosowane w instalacjach przemysłu chemicznego dzieli się na cztery

podstawowe grupy:

−

aparaty, w których prowadzi się reakcje chemiczne (reaktory),

−

aparaty, w których prowadzi się procesy fizyczne,

−

urządzenia do transportu materiałów,

−

urządzenia, pomieszczenia i place magazynowe do przechowywania surowców,
produktów, półproduktów oraz odpadów.

Niektóre aparaty są tak zaprojektowane, że prowadzi się w nich kilka różnych operacji.

Organizacja procesów produkcyjnych
Wyodrębnia się trzy podstawowe poziomy organizacji procesów produkcyjnych:

−

organizacja procesu w pojedynczym aparacie,

−

organizacja układu technologicznego (złożonego z wielu części składowych),

−

organizacja całego przedsiębiorstwa (lub jego wyodrębnionej części – zakładu, oddziału).
Wartość rozwiązań technologicznych ocenia się biorąc pod uwagę skuteczność procesów

produkcyjnych i cztery podstawowe zasady:

−

zasada najlepszego wykorzystania surowców,

−

zasada najlepszego wykorzystania energii,

−

zasada najlepszego wykorzystania aparatury,

−

zasada umiaru technologicznego.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Technologia chemiczna obejmuje duży i różnorodny obszar wytwórczości, od produkcji

prostych chemikaliów do złożonych procesów wytwarzania kosztownych materiałów
preparatów o szczególnych właściwościach np. leków. Kierunki rozwoju to:

−

opracowanie nowych produktów,

−

wytwarzanie znanych materiałów w nowej postaci (np. monokryształy),

−

racjonalizacja gospodarki surowcami i energią,

−

wdrażanie technologii, które chronią środowisko i społeczeństwa przed zagrożeniami
związanymi z rozwojem cywilizacji.
Przed projektowaniem instalacji przemysłu chemicznego ustala się chemiczną koncepcję

procesu,  określa  reakcje,  które  trzeba  przeprowadzić,  aby  otrzymać  pożądany  produkt.
Przeprowadza się analizę porównawczą zalet i wad kilku możliwych metod produkcji:
a)  różne surowce wyjściowe, ale ten sam produkt,
b)  ten sam surowiec wyjściowy i produkt końcowy, ale inne reakcje pośrednie.

W zależności od możliwości aparaturowych i zaopatrzenia w surowce ustala się chemizm

procesu uwzględniając spodziewany stopień trudności technicznych oraz wskaźniki
techniczno-ekonomiczne produkcji. Po przeprowadzonej analizie ustala się kolejność i rodzaj
procesów prowadzących od surowców wyjściowych do produktu końcowego.

Procesy podstawowe to pewne powtarzające się w wielu produkcjach procesy chemiczne.

Należą do nich takie procesy jak:

−

sulfonowanie,

−

fluorowanie,

−

nitrowanie,

−

alkilowanie.

Według warunków, w jakich przebiegają procesy podstawowe dzieli się je na:

−

wysokotemperaturowe,

−

wysokociśnieniowe,

−

roztworowe,

−

elektrochemiczne.

Najlepsze wykorzystanie surowców określa się na podstawie bilansu materiałowego

procesu, i zależy ono od:

−

zasady przeciwprądu materiałowego,

−

zasady maksymalnego wykorzystania produktów,

−

zasady indywidualnego regulowania szybkości procesów głównych i ubocznych,

−

zasady regeneracji materiałów.

Najlepsze wykorzystanie energii określa się na podstawie bilansu energetycznego procesu

zależy ono od:

−

zasady odzyskiwania ciepła,

−

zasady przeciwprądu cieplnego,

−

zasady wykonywania tylko pracy niezbędnej.
Najlepsze wykorzystanie aparatury osiąga się zarówno dzięki odpowiedniemu poziomowi

technicznemu produkcji jak i prawidłowej organizacji pracy (podstawowa zasada to ciągłość
pracy).

Umiar technologiczny to dobór optymalnych parametrów procesu na podstawie jego

wnikliwej analizy. Optymalne parametry są kompromisem pomiędzy wieloma czynnikami
sprzecznie działającymi na proces.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Czym zajmuje się technologia chemiczna?
2.  Co to jest proces technologiczny?
3.  Co to jest układ technologiczny?
4.  Co to jest instalacja produkcyjna?
5.  Na czym polega organizacja produkcji?
6.  Jakie aparaty są stosowane w instalacjach przemysłu chemicznego?
7.  Jakie urządzenia stosowane są w produkcji leków?
8.  Co to są procesy podstawowe?
9.  Jak dzieli się procesy podstawowe?
10.  Co to jest umiar technologiczny?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

W dostępnej literaturze wyszukaj i narysuj w zeszycie 3 dowolne aparaty, w których

prowadzi się reakcje chemiczne.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do wykonania ćwiczenia,
2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej na dany temat,

3) wybrać i przerysować na podstawie dostępnej literatury i schematów, do zeszytu 3

dowolnie wybrane aparaty, w których prowadzi się reakcje chemiczne,

4)  scharakteryzować wybrane aparaty,
5)  zapisać zebrane wiadomości i wnioski w zeszycie ćwiczeniowym,
6)  zaprezentować efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

zeszyt i przybory do pisania,

−

literatura fachowa,

−

schematy wybranych aparatów.

Ćwiczenie 2

W dostępnej literaturze wyszukaj informacje dotyczące najlepszego wykorzystania

surowców i energii w procesach technologicznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do wykonania ćwiczenia,
2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej na dany temat,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3) określić na podstawie dostępnej literatury od czego zależy najlepsze wykorzystanie

surowców i energii w procesach technologicznych,

4) zapisać zebrane wiadomości i wnioski w zeszycie ćwiczeniowym,
5) zaprezentować efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

zeszyt i przybory do pisania,

−

literatura fachowa.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) określić czym zajmuje się technologia chemiczna?



2) określić co to jest proces technologiczny?



3) określić na czym polega układ technologiczny?



4) wyjaśnić co to jest instalacja produkcyjna?



5) wyjaśnić na czym polega organizacja produkcji?



6) wymienić aparaty stosowane w produkcji leków?



7) wymienić urządzenia stosowane w produkcji leków?



8) wyjaśnić co to są procesy podstawowe?



9) scharakteryzować rodzaje procesów podstawowych?



10) wyjaśnić na czym polega umiar technologiczny?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.2. Przepływ płynów

4.2.1. Materiał nauczania

Przepływ płynów odbywa się pod wpływem różnicy ciśnienia w różnych przekrojach

strumienia płynu tj. cieczy lub gazu. Różnica ciśnienia może być wytworzona:

−

działaniem pompy (lub innej maszyny),

−

różnicą poziomów (słup cieczy),

−

różnicą gęstości płynów.

Rodzaje przepływu płynów:

−

ruch uwarstwiony (laminarny) – tory przepływu poszczególnych cząstek są prostolinijne
i równolegle,

−

ruch burzliwy – poszczególne cząstki poruszają się w sposób nieuporządkowany
z różnymi prędkościami, po torach biegnących w różnych i stale zmieniających się
kierunkach.

Warunki przechodzenia jednego rodzaju ruchu w drugi określa się za pomocą

bezwymiarowej liczby Reynoldsa Re, która podaje zależność liczbową między prędkością
płynu w, średnicą rurociągu D, gęstością płynu e i jego lepkością.
Aby obliczyć liczbę Reynoldsa trzeba znać lepkość płynu, którą uzyskuje się z tablic.

Przepływ płynów w rurociągu ma charakter:

a)  uwarstwiony, gdy liczba Re < 2100,
b)  przejściowy, gdy liczba Re mieści się w zakresie 2100 do 3100,
c)  burzliwy, gdy liczba Re > 3100.

Średnie prędkości liniowe cieczy w różnych przekrojach rurociągu są odwrotnie

proporcjonalne do pola tych przekrojów. Im mniejsza jest średnica rurociągu tym większa jest
prędkość liniowa. Zmniejszenie się ciśnienia wzdłuż rurociągu jest spowodowane oporami
tarcia płynu podczas przepływu i oporami powstającymi przy zmianie kierunku przepływu lub
kształtów geometrycznych rurociągu, jego średnicy oraz od prędkości przepływu płynu i jego
lepkości.

Rurociągi służą do transportu surowców, półproduktów, produktów o bardzo różnych

właściwościach: ciecze, pary, gazy, materiały sypkie.

Transport może odbywać się w temperaturze bardzo niskiej (-200°C) jak również

w bardzo wysokiej (1000ºC) oraz pod zmniejszonym ciśnieniem i pod ciśnieniem
kilkudziesięciu MPa.

Rurociągi buduje się z żeliwa, stali węglowych oraz tworzyw sztucznych.
Obowiązuje oznakowanie rurociągów technologicznych umowną barwą charakteryzującą

rodzaj przetłaczanej substancji np.

para – barwa czerwona
woda – zielona
powietrze – niebieska
gaz palny – żółta

Sposób oznakowania rurociągu jest podany w normie.

Armatura odcinająca (zawory) umożliwia zamknięcie przekroju rurociągu w celu

przerwania  przepływu  strumienia  płynu  lub  jego  otwarcia  w  celu  wznowienia  przepływu.
Konstrukcję  i materiał zaworów  dobiera się w zależności od średnicy rurociągu, temperatury,
ciśnienia  i  właściwości  fizykochemicznych  transportowanego  płynu.  Ze  względu  na  sposób
zamykania zawory dzieli się na kurki, zawory grzybkowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pompy stosowane są w celu przesyłania cieczy rurociągiem z poziomu niższego na wyższy

lub do innego punktu leżącego na tym samym poziomie. Pracę pompy charakteryzuje:
wydajność, użyteczna wysokość podnoszenia cieczy i sprawność. Sprawność pompy zależy od
jej konstrukcji i stanu technicznego. Wyróżnia się następujące rodzaje pomp:

−

pompy wirowe (odśrodkowe) – ssanie i tłoczenie cieczy zachodzi pod działaniem siły
odśrodkowej, powstającej podczas obracania się silnika,

−

pompy tłokowe.
Wybór pompy uzależniony jest od zadania jakie ma spełnić i warunków w jakich ma

pracować.

Dokładne wskazówki dotyczące obsługi pomp wirowych i tłokowych są zawarte

w instrukcjach obsługi pomp oraz w instrukcjach obsługi stanowiska pracy.

4.2.2 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  W jaki sposób odbywa się przepływ płynów?
2.  W jaki sposób można wytworzyć różnicę ciśnień?
3.  Jakie znasz rodzaje przepływu płynów?
4.  Co to jest liczba Reynoldsa?
5.  Od czego zależą średnie prędkości liniowe cieczy?
6.  Co to są rurociągi?
7.  Jak zbudowane są rurociągi technologiczne?
8.  Do czego służy aparatura odcinająca?
9.  Do czego służą pompy?
10.  Jakie są rodzaje pomp?

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeanalizuj instrukcję obsługi pompy tłokowej, scharakteryzuj niebezpieczeństwa

wynikające z nie stosowania się do instrukcji.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do wykonania ćwiczenia,
2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej na dany temat,

3)  przeczytać instrukcję obsługi pompy tłokowej,
4)  scharakteryzować niebezpieczeństwa wynikające z nie stosowania się do instrukcji,
5)  zapisać zebrane wiadomości i wnioski w zeszycie ćwiczeniowym,
6)  zaprezentować efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

zeszyt i przybory do pisania,

−

literatura fachowa,

−

instrukcje obsługi pomp tłokowych.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ćwiczenie 2

Sklasyfikuj pompy stosowane w procesach technologicznych, scharakteryzuj wybrane

pompy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do klasyfikowania pomp,
2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej na dany temat,

3) dokonać, na podstawie dostępnej literatury i schematów budowy pomp, klasyfikacji pomp

według działania,

4)  scharakteryzować wybrane pompy,
5)  zapisać zebrane wiadomości i wnioski w zeszycie ćwiczeniowym,
6)  zaprezentować efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

zeszyt i przybory do pisania,

−

literatura fachowa,

−

schematy pomp.

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić w jaki sposób odbywa się przepływ płynów?



2) wyjaśnić w jaki sposób można wytworzyć różnicę ciśnień?



3) określić rodzaje przepływu płynów?



4) wyjaśnić co to liczba Reynoldsa?



5) wyjaśnić od czego zależą średnie prędkości liniowe cieczy?



6) wyjaśnić co to są rurociągi?



7) wymienić urządzenia stosowane w produkcji leków?



8) wyjaśnić jak zbudowane są rurociągi technologiczne?



9) wyjaśnić do czego służy aparatura odcinająca?



10) określić do czego służą pompy?



11) objaśnić budowę pomp?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3. Rozdzielanie

4.3.1. Materiał nauczania

W trakcie przygotowania surowców lub procesów technologicznych otrzymuje się

mieszaniny składające się z płynu (ciecz lub gaz) i zawieszonych w nim cząsteczek ciała
stałego. Cząstki ciała stałego można oddzielić przeprowadzając procesy, w których uwzględnia
się ruch ciała stałego w płynie. Ruch ten zachodzi najczęściej pod działaniem siły ciężkości lub
sił pola elektrycznego lub sił bezwładności.
Rozdzielanie układów gazowych

Niejednorodny układ gazowy składa się z ośrodka rozpraszającego (gazu) i zawieszonych

w nim cząsteczek ciała stałego lub kropelek cieczy. Stosuje się następujące metody:

−

odpylanie gazów pod działaniem siły ciężkości (ciężkie pylinki grawitacyjnie opadają na
dno),

−

odpylanie gazów pod działaniem siły bezwładności (w cyklonie cząstki mające większą
gęstość niż gaz przy ruchu wirowym gromadzą się przy ściance i opadają na dół),

−

elektryczne odpylanie gazów (gaz między elektrodami elektrofiltru pod wpływem pola
elektrycznego ulega jonizacji i kieruje się do elektrody osadczej, traci ładunek i opada na
dno),

−

fluidyzacja (rozdrobnione ciała stałe są zawieszane w płynącym do góry strumieniu gazu,
gdy prędkość gazu przekroczy pewną wartość graniczną cząsteczki ciała stałego oddalają
się i tworzy się warstwa fluidalna),

Rozdzielanie zawiesin
Zawiesinę ciała stałego w cieczy tworzy układ rozpraszającej fazy ciekłej i zawieszonej w niej
cząsteczki ciała stałego. W zależności od rozdrobnienia fazy stałej wyróżnia się kilka rodzajów
zawiesin. Do rozdzielania zawiesin stosuje się metody: sedymentacja, filtracja, wirowanie.

Sedymentacja jest to opadanie pod działaniem siły ciężkości cząstek ciała stałego

zawieszonego w cieczy. Wykorzystuje się różnicę gęstości ciała stałego i cieczy stanowiącej
fazę rozpraszającą. W wyniku sedymentacji powstają dwa rodzaje osadów:

−

osady o dużych ziarnach osadzają się na dnie naczynia, w którym prowadzi się
sedymentację i występuje wyraźna granica między osadem i oczyszczoną cieczą,

−

osady o małych ziarnach nie mają takiej granicy, a przy dnie zbiornika występuje tylko
zwiększone stężenie ciała stałego (zagęszczenie).

Sedymentację przeprowadza się w aparatach zwanych odstojnikami.

Filtracja jest to rozdzielenie składników mieszaniny cieczy lub gazu z zawieszonymi

cząstkami  ciał  stałych  za  pomocą  przegrody  przepuszczalnej  dla  płynu,  a  nie  przepuszczalnej
dla  cząstek  ciała  stałego.  Ciecz  przepływa  przez  pory  materiału  a  cząstki  ciała  stałego  są
zatrzymane na nim. Klarowna ciecz oddzielona od cząsteczek fazy stałej stanowi przesącz a na
materiale  filtracyjnym  zbiera  się  osad.  Jako  materiałów  filtracyjnych  używa  się  różnych  ciał
porowatych.

Filtrację przeprowadza się w aparatach zwanych filtrami. Ze względu na stosowanie

w procesie  ciśnienia  filtry  dzieli  się  na  ciśnieniowe,  próżniowe  i  pracujące  pod  ciśnieniem
hydrostatycznym  słupa  cieczy  filtrowanej.  Ze  względu  na  rodzaj  materiału filtracyjnego  dzieli
się  je  na  filtry  z  ziarnistą  przegrodą  filtracyjną,  ceramiczne,  filtry  z  półprzepuszczalną
przegrodą ceramiczna oraz filtry, których przegrodę filtracyjną stanowi tkanina.

Wirowanie pozwala rozdzielić mieszaninę dwóch lub więcej składników o różnych

gęstościach jeżeli jeden z tych składników jest ciekły. Praca wirówek polega na wykorzystaniu
siły odśrodkowej. Na ściance bębna wirówki zbiera się warstwa materiału o większej gęstości.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ze względu na konstrukcję dzieli się wirówki na kolumnowe, pionowe, poziome,
automatyczne i półautomatyczne.
Rozdzielanie mieszanin ciał stałych

Klasyfikacja jest to rozdzielanie materiałów sypkich wg rozmiarów (kawałków lub ziaren).

Wyróżnia się:

−

klasyfikację hydrauliczną, która polega na wydzieleniu frakcji (klas) ziaren odznaczających
się jednakową prędkością opadania w wodzie (ziarna mniejsze od 2 mm)

−

klasyfikację mechaniczną na sitach (zwykłych, bębnowych, wibracyjnych i innych), (ziarna
o wielkości od 1 do 250 mm)

−

separację  powietrzną  polegającą  na  rozdzieleniu  materiału  na  frakcje  ziaren
odznaczających  się  jednakowa  prędkością  opadania  w  powietrzu  (ziarna  mniejsze  od
2 mm).
Sortowanie  jest  to  przygotowanie  produktów  o  z  góry  ustalonym  uziarnieniu.  Przy

sortowaniu stosuje się wyżej wymienione metody klasyfikacji.

Flotacja jest to rozdzielanie drobnych ziaren różnych ciał stałych, wykorzystując różne

stopnie  zwilżalności  cieczą  powierzchni  ziaren  oraz  z  ich  różną  zdolnością  przywierania  do
pęcherzyków  powietrza.  Przeprowadza  się  ją  we  flotownikach.  Drobno  zmielony  surowiec
miesza się z wodą, dodaje pewną ilość reagentów flotacyjnych ułatwiających przebieg flotacji i
otrzymaną  w  ten  sposób  zawiesinę  przedmuchuje  się  powietrzem.  Wskutek  różnych
właściwości  zwilżających  jedne  składniki  zwilżone  wodą  opadają  na  dno  inne  natomiast
(niezwilżone  wodą)  adsorbują  reagenty  flotacyjne  i  tworzą  aglomeraty  z  pęcherzykami
wdmuchiwanego  powietrza.  Średnia  gęstość  ciała  stałego  i  przyłączonego  pęcherzyka
powietrza jest mniejsza od gęstości wody. W efekcie cząsteczka ciała stałego jest uniesiona na
powierzchnię  cieczy  i  tworzy  pianę.  Pianę  oddziela  się  od  zawiesiny  w  specjalnych
odstojnikach.

Reagenty flotacyjne dzieli się na:

−

środki pianotwórcze,

−

środki zbierające (kolektory),

−

depresory,

−

aktywatory.

4.3.2 Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Na czym polega oddzielanie cząstek stałych od płynów?
2.  Jakie metody stosuje się do rozdzielania układów gazowych?
3.  Jakie metody stosuje się do rozdzielania zawiesin?
4.  Co to jest sedymentacja?
5.  Co to jest filtracja?
6.  Jak zbudowane są filtry?
7.  Co to jest wirowanie?
8.  Na czym polega klasyfikacja?
9.  Jakie znasz rodzaje klasyfikacji?
10.  Co to jest sortowanie?
11.  Jak przebiega flotacja?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeanalizuj instrukcję obsługi wirówki, scharakteryzuj niebezpieczeństwa wynikające

z nie stosowania się do instrukcji.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do wykonania ćwiczenia,
2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej na dany temat,

3)  przeczytaj instrukcję obsługi wirówki,
4)  scharakteryzować niebezpieczeństwa wynikające z nie stosowania się do instrukcji,
5)  zapisać zebrane wiadomości i wnioski w zeszycie ćwiczeniowym,
6)  zaprezentować efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

zeszyt i przybory do pisania,

–

literatura fachowa,

–

instrukcje obsługi wybranych wirówek.

Ćwiczenie 2

Określ budowę filtrów stosowanych w procesach technologicznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

2) odszukać w dostępnej literaturze schematy filtrów (ramowa prasa filtracyjna, obrotowy

filtr próżniowy),

3)  przerysować schematy do zeszytu ćwiczeń,
4)  odszukać różnice w budowie filtrów,
5)  zapisać wszystkie informacje w zeszycie,
6)  określić,  w  jaki  sposób  budowa  filtrów  wpływa  na  ich  przydatność  do  oczyszczania

produktów otrzymywanych w procesach technologicznych,

7) przedstawić wszystkie spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

schematy filtrów,

−

zeszyt i przybory do pisania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić na czym polega oddzielanie cząstek stałych od płynów?



2) wyjaśnić na czym polega oddzielanie układów gazowych?



3) określić metody stosowane do rozdzielania zawiesin?



4) wyjaśnić co to jest sedymentacja?



5) wyjaśnić co to jest filtracja?



6) opisać budowę filtrów?



7) wyjaśnić na czym polega wirowanie?



8) wyjaśnić na czym polega klasyfikacja?



9) wymienić rodzaje klasyfikacji?



10) określić co to jest sortowanie?



11) objaśnić przebieg flotacji?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.4. Rozdrabnianie i mieszanie

4.4.1. Materiał nauczania

Rozdrabnianie ma na celu zwiększenie powierzchni ciał stałych, a to z kolei ma wpływ na

zwiększenie szybkości procesu oraz na wydajność i jakość otrzymanych produktów.
W zależności od rozmiaru największych brył w wyjściowym materiale i materiale po
rozdrobnieniu wyróżnia się następujące rodzaje rozdrobnienia: wstępne, średnie i drobne.

Sposób rozdrobnienia zależy od właściwości rozdrabnianego materiału (głównie twardości

i kształtu):

−

materiał bardzo twardy – uderzenie i zgniatanie,

−

materiał miękki – ścieranie,

−

materiał kruchy – rozłupywanie.
Rozdrabnianie ciał stałych jest to proces zmniejszania rozmiarów grubszych brył

materiałów stałych.

Mielenie jest to rozdrabnianie brył drobnych.

Urządzenia służące do rozdrabniania to:

−

wstępnego – łamacz szczękowy,

−

średniego – gniotownik walcowy i gniotownik obiegowy,

−

drobnego – młyn tarczowy, młyn kulowo-siatkowy.
Mieszanie jest to otrzymywanie możliwie jednorodnej mieszaniny różnych składników.

Stosuje się je w celu otrzymania emulsji, zawiesin, mieszanin ciał stałych i gazowych oraz do
intensyfikacji procesów przenoszenia masy i ciepła, do rozwinięcia powierzchni ciał
reagujących ze sobą, uzyskania mieszaniny wielu ciał o pożądanych właściwościach.

Mieszanie może zachodzić niezależnie od prowadzenia reakcji chemicznej (w specjalnych

mieszalnikach) lub jednocześnie z nią (w reaktorach z urządzeniem mieszającym).

Aparatura i sposób mieszania zależy od stanu skupienia substancji biorących udział

procesie.

Mechaniczne mieszanie cieczy prowadzi się w mieszadłach:

−

łapowych,

−

śmigłowych,

−

turbinowych

−

specjalnych.
Mechaniczne mieszanie rozdrobnionych ciał stałych prowadzi się w mieszadłach:

−

ślimakowych,

−

bębnowych,

−

obrotowych z łopatkami.
Przeprowadza się również mieszanie cieczy w rurociągach oraz mieszanie pneumatyczne

(barbotaż) polegające na przepuszczeniu przez ciecz małych pęcherzyków powietrza, gazu lub
pary wodnej.

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  W jakim celu stosuje się rozdrabnianie?
2.  Od czego zależy sposób rozdrabniania?
3.  Na czym polega rozdrabnianie ciał stałych?
4.  Jak zbudowane są urządzenia do rozdrabniania?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5.  Co to jest mielenie?
6.  W jakim celu stosuje się mieszanie?
7.  W jakich urządzeniach prowadzi się mieszanie?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj urządzenia do rozdrabniania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do charakteryzowania i opisywania urządzeń do

rozdrabniania,

2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

3)  przeczytać uważnie treść ćwiczenia,
4)  określić na podstawie literatury właściwości urządzeń służących do rozdrabniania,
5)  określić twardość i kształt materiałów poddawanych rozdrabnianiu,
6)  zapisać wszystkie informacje i wnioski w zeszycie,
7)  przedstawić spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

schematy urządzeń do rozdrabniania,

−

próbki materiałów do rozdrabniania,

−

zeszyt i przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Scharakteryzuj urządzenia do mieszania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do charakteryzowania i opisywania urządzeń do

mieszania,

2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

3)  przeczytać uważnie treść ćwiczenia,
4)  określić na podstawie literatury właściwości urządzeń służących do mieszania,
5)  zapisać wszystkie informacje i wnioski w zeszycie,
6)  przedstawić spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

schematy urządzeń do mieszania,

−

próbki materiałów do mieszania,

−

zeszyt i przybory do pisania.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić w jakim celu stosuje się rozdrabnianie?



2) wyjaśnić od czego zależy sposób rozdrabniania?



3) wyjaśnić na czym polega rozdrabnianie ciał stałych?



4) scharakteryzować budowę urządzeń do rozdrabniania?



5) wyjaśnić co to jest mielenie?



6) wyjaśnić w jakim celu prowadzi się mieszanie?



7) określić w jakich urządzeniach prowadzi się mieszanie?



8) objaśnić rodzaje mieszadeł?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.5. Procesy przenoszenia ciepła

4.5.1. Materiał nauczania

Większość procesów technologicznych do prawidłowego przebiegu wymaga określonych

temperatur osiąganych przez odprowadzenie lub doprowadzenie ciepła.
Przenoszenie ciepła może się odbywać przez promieniowanie, przewodzenie i konwekcję.

Promieniowanie – każde ciało mające temperaturę wyższą od -273, 15

C (tj.0

K) wysyła

promieniowanie  temperaturowe  (cieplne).  Gdy  promieniowanie  cieplne  wyemitowane  przez
jedno  ciało  padnie  na  powierzchnię  drugiego  ciała,  to  część  energii  promieniowania  zostanie
pochłonięta,  część  –  odbita  a  część  –  przepuszczona.  Pochłonięta  przez  ciało  energia
promieniowania  powoduje  wzrost  jego  temperatury.  Promieniowanie  cieplne  jest  emitowane
przez ciała stałe, ciecze i niektóre gazy.

Przewodzenie ciepła – polega na przekazywaniu energii kinetycznej cząsteczek o wyższej

temperaturze sąsiednim cząsteczkom o mniejszej energii, a więc o niższej temperaturze. Aby
mogło zachodzić przenoszenie ciepła przez przewodzenie musi istnieć różnica temperatury
między dwoma punktami ciała lub stykających się ciał.

Konwekcja ciepła – jest to przenoszenie ciepła przez cząstki płynu znajdującego się

w ruchu. Im bardziej gwałtowny jest ruch płynu (mieszanie, wiry) tym bardziej intensywna jest
konwekcja ciepła. Konwekcja ciepła może być:

−

naturalna (swobodna) związana z ruchem płynu wskutek wystąpienia różnicy temperatury
(gęstości) między różnymi warstwami płynu,

−

wymuszona, spowodowana ruchem wzbudzonym sztucznie (pompa, mieszadło).

Wnikanie ciepła przez konwekcję jest to przenoszenie ciepła między płynem a ścianką,

wzdłuż której przepływa strumień płynu. Wyróżnia się dwa rodzaje wnikania ciepła od płynu
do ścianki i od ścianki do płynu.

Wnikanie ciepła przy wrzeniu. Wrzenie jest możliwe przy przegrzaniu cieczy. Pęcherzyki

pary  powstają  w  określonych  punktach  powierzchni  ścianki  (ośrodki  wrzenia).  Powodują
burzliwy  ruch  cieczy  przy  powierzchni  grzejnej  (wrzenie  pęcherzykowe).  Dzięki  temu
zwiększa  się  wartość  współczynnika wnikania ciepła i poprawiają się warunki wnikania ciepła
przez konwekcję. Przy dużej różnicy temperatury grzejnej i pary nad cieczą ilość pęcherzyków
wzrasta  i  na  powierzchni  grzejnej  powstaje  ciągła  warstewka  pary  i  wówczas  wartość
współczynnika  wnikania  ciepła  gwałtownie  zmniejsza  się,  ponieważ  warstewka  pary  izoluje
ciecz  od  powierzchni  grzejnej.  W  przemyśle  chemicznym  stosuje  się  wyparki  zbudowane  z
rurek,  w  których  wrze  ciecz.  W  miarę  przesuwania  się  wrzącej  cieczy  w  rurkach  rośnie
objętość  właściwa  mieszaniny  ciecz  –  para  co  powoduje  wzrost  jej  prędkości  i  lepszą
konwekcję ciepła.

Wnikanie ciepła przy skraplaniu. Skraplająca się para osadza się na powierzchni

chłodzącej w postaci warstewki ciągłej lub w postaci kropel. Zależnie od sposobu osadzania
wyróżnia się skraplanie warstewkowe lub kroplowe.

Przenikanie ciepła jest to przenoszenie ciepła od jednego płynu poprzez ściankę do

drugiego płynu. Składa się na to:

−

wnikanie ciepła od płynu o wyższej temperaturze do ścianki,

−

przewodzenie przez ściankę,

−

wnikanie ciepła od ścianki do płynu o niższej temperaturze.

Przenikanie ciepła przez ściankę zależy w dużym stopniu od kierunku przepływu płynów:

−

współprąd – dwa płyny przepływają wzdłuż dzielącej je ścianki w tym samym kierunku,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

−

przeciwprąd – dwa płyny przepływają wzdłuż dzielącej je ścianki w kierunkach
przeciwnych,

−

prąd skrzyżowany – kierunki przepływu płynów są wzajemnie prostopadłe.
Ogrzewanie jest niezbędne do przyspieszenia przebiegu wielu reakcji chemicznych oraz

przy prowadzeniu takich procesów jak destylacja, suszenie itp.

Bezpośrednimi źródłami ciepła są gazy spalinowe i prąd elektryczny. Pośrednio przenoszą

ciepło płyny ogrzewające. Pośredniczą one w przenoszeniu ciepła pomiędzy źródłem ciepła a
ogrzewaną substancją. Są to; para wodna, gorąca woda, oleje mineralne, ciecze wysokowrzące
i ich pary, niektóre węglowodory, metale i sole w stanie ciekłym. Wybór płynu ogrzewającego
i metody ogrzewania zależy od temperatury do jakiej chcemy ogrzać dane środowisko, a także
od takich właściwości płynu jak: prężność pary, odporność termiczna, toksyczność i
aktywność chemiczna.

Wymienniki ciepła stosuje się do ogrzewania i do schładzania. Są to:

−

wężownice, chłodnice ociekowe, wymienniki dwururowe, wymienniki płaszczowo-
rurkowe,

−

wyparki (aparaty wyparne) służą do odparowywania rozpuszczalnika z rozcieńczonych
roztworów soli np. wyparka Roberta.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Na czym polega zjawisko przenoszenia ciepła?
2.  Jakie są bezpośrednie źródła ciepła?
3.  Na czym polega pośrednie przenoszenie ciepła?
4.  Na czym polega promieniowanie?
5.  Na czym polega przewodzenie ciepła?
6.  Co to jest konwekcja ciepła?
7.  Na czym polega zjawisko wnikania ciepła przy wrzeniu?
8.  Na czym polega zjawisko wnikania ciepła przy skraplaniu?
9.  Do czego służą wymienniki ciepła?

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj budowę wężownicy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do charakteryzowania i opisywania wężownic,
2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

3)  przeczytać uważnie treść ćwiczenia,
4)  określić na podstawie literatury budowę wybranej wężownicy,
5)  zapisać wszystkie informacje i wnioski w zeszycie,
6)  przedstawić spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

schematy wężownicy,

−

zeszyt i przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Scharakteryzuj budowę wyparki Roberta.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do charakteryzowania i opisywania urządzeń do

ogrzewania i schładzania,

2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

3)  przeczytać uważnie treść ćwiczenia,
4)  określić na podstawie literatury budowę wyparki Roberta,
5)  zapisać wszystkie informacje i wnioski w zeszycie,
6)  przedstawić spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

schemat budowy wyparki Roberta,

−

zeszyt i przybory do pisania.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić na czym polega zjawisko przenoszenia ciepła?



2) scharakteryzować bezpośrednie źródła ciepła?



3) wyjaśnić na czym polega pośrednie przenoszenie ciepła?



4) scharakteryzować promieniowanie?



5) wyjaśnić co to jest przewodzenie ciepła?



6) wyjaśnić co to jest konwekcja ciepła?



7) wyjaśnić zjawisko wnikania ciepła przy wrzeniu?



8) wyjaśnić zjawisko wnikania ciepła przy skraplaniu?



9) opisać budowę wymienników ciepła?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6. Destylacja, absorpcja, ekstrakcja, krystalizacja

4.6.1. Materiał nauczania

Przenikanie masy jest to wędrowanie składników z jednej fazy do drugiej przez

wytworzoną  powierzchnię  międzyfazową.  Procesy  przenikania  masy  są  stosowane  do
rozdzielania  mieszanin  np.  absorpcja  lotnego  składnika  z  fazy  gazowej,  ekstrakcja
rozpuszczalnego  składnika  z  ciała  stałego,  rozdzielanie  składników  przez  destylację.  Dobre
warunki  do  przenikania  masy  miedzy  fazami  zależą  od  konstrukcji  aparatu,  fizycznych
właściwości  faz  i  równowagi  między  fazami.  Przebieg  procesów  przenikania  masy  zależy  od
rozkładu stężeń w stykających się fazach.

Destylację można prowadzić w sposób prosty i ciągły.
Destylacja prosta – do aparatu wprowadza się roztwór przeznaczony do rozdestylowania

czyli surówkę i również w sposób jednorazowy lub ciągły odprowadza się destylat otrzymany
przy skropleniu par bogatszy w składnik oraz ciecz wyczerpaną czyli pozostałość ciekłą
uboższą w ten składnik. Destylację prostą stosuje się w celu rozdzielenia cieczy łatwo lotnej od
trudno lotnej lub od nielotnych zanieczyszczeń.

Prostą destylację wielostopniową stosuje się w celu dokładniejszego rozdzielenia

mieszaniny kilku cieczy o wzajemnej nieograniczonej rozpuszczalności.

Rektyfikacja prowadzona jest w aparatach zwanych kolumnami rektyfikacyjnymi,

w których zachodzi wielokrotna destylacja (odparowywanie i skraplanie). Przebiega tu proces
przenikania masy między parami unoszącymi się ku górze kolumny a cieczą spływającą w dół.
Każda kolumna rektyfikacyjna składa się dwóch części;
–

dolna to kolumna odparowująca (odpędowa),

–

górna – kolumna rektyfikująca (wzmacniająca).
Podstawowym elementem kolumny rektyfikacyjnej są półki: dzwonowe (kołpakowe) lub

sitowe.
Sprawność półki jest miarą intensywności procesów przenikania masy zachodzących na półce.

Absorpcja jest to pochłanianie gazu przez ciecz. Polega na rozpuszczeniu danego gazu,

czyli tzw. absorbatu, w całej masie cieczy zwanej absorbentem.
Absorbent w zetknięciu z mieszaniną kilku gazów pochłonie tylko niektóre jej składniki
(jest  to  jego  selektywność).  Absorpcja  za  pomocą  selektywnych  absorbentów  jest  jedną
z metod  rozdzielania  mieszanin  gazowych.  Rozpuszczanie  określonego  składnika  mieszaniny
gazów,  w  stykającej  się  z  nią  cieczy  jest  wynikiem  przenikania  masy  (dyfuzji  cząsteczek)
pomiędzy fazą gazową a fazą ciekłą. Dochodzi do tego, gdy równowaga pomiędzy tymi fazami
nie  została  jeszcze  osiągnięta.  Dany  składnik  dyfunduje  z  fazy,  w  której  jego  stężenie  jest
większe  od  stężenia  równowagowego,  do  fazy,  w  której  jego  stężenie  jest  mniejsze  od
równowagowego (w przypadku absorpcji z fazy gazowej do ciekłej).
Szybkość tej dyfuzji jest tym większa, im większe jest oddalenie od stanu równowagi.
Rozpuszczalność  gazów  w  cieczach  maleje  ze  wzrostem  temperatury  i  wzrasta  ze
zwiększeniem ciśnienia.

W procesach przemysłowych stosuje się często desorpcję, która jest operacją odwrotną do

absorpcji, tj. gaz rozpuszczony w cieczy przenika do stykającej się z nią fazy gazowej.
Absorpcję prowadzi się w absorberach. Najczęściej spotykanym typem aparatów
absorpcyjnych są kolumny z wypełnieniem (materiał ceramiczny, kwarc, szkło lub metal)
w kształcie pierścieni lub siodełka.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Ekstrakcja jest to rozdzielanie mieszanin ciekłych lub wydzielanie składników ciał stałych

za pomocą ciekłego rozpuszczalnika (ekstrahenta), który selektywnie rozpuszcza tylko
wydzielane składniki. Najczęściej spotykana jest ekstrakcja w układzie ”ciecz-ciecz”.

Mieszaninę ciekłą, która ma być rozdzielona przez ekstrakcję, kontaktuje się

z ekstrahentem, który jest nierozpuszczalny (lub mało rozpuszczalny) w tej mieszaninie.
W efekcie w mieszaninie tworzą się dwie odrębne fazy ciekłe: ekstrakt i rafinat.

Ekstrakt jest roztworem wydzielonych składników w ekstrahencie.
Rafinat jest mieszaniną ciekłą uboższą w składniki wydzielane i zawierające zazwyczaj

małe ilości rozpuszczonego ekstrahenta.

W warunkach przemysłowych ekstrakcję prowadzi się zgodnie z zasadą przeciwprądu,

przeprowadza się ją w aparaturze do ekstrakcji lub w ciągłych kolumnach ekstrakcyjnych.

Krystalizacja jest to wydzielenie z roztworów kryształów substancji stałych. W procesie

krystalizacji wyróżnia się dwa etapy:
–

powstawanie zarodków krystalicznych wskutek naruszenia równowagi fazowej,

–

wzrost utworzonych zarodków.

Krystalizację przeprowadza się w aparatach zwanych krystalizatorami. Roztwór przesycony
utrzymuje się w nich przez schłodzenie roztworu nasyconego, odparowanie części
rozpuszczalnika lub jednoczesne schładzanie i odparowywanie.

Suszenie jest to usuwanie wilgoci z materiałów stałych, ciekłych lub gazowych. Wyróżnia

się suszenie:
–

naturalne (zachodzi w powietrzu atmosferycznym bez ogrzewania),

–

sztuczne (zachodzi pod działaniem podgrzanego czynnika suszącego np. gazy spalinowe,
gorące powietrze, który po wchłonięciu wilgoci z materiału jest następnie usuwany za
pomocą specjalnych urządzeń – wentylatorów).

Suszenie przeprowadza się w suszarkach: próżniowych, atmosferycznych (komorowych,
bębnowych, wielotaśmowych).

Wilgotnością bezwzględną nazywamy ilość gramów pary wodnej zawartej w 1 m³

powietrza.

Wilgotnością względną nazywamy stosunek pary wodnej zawartej w powietrzu

o określonej temperaturze do ilości pary wodnej, która w tej temperaturze nasyca powietrze.

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Co to jest przenikanie masy?
2.  Od czego zależy przebieg procesów przenikania masy?
3.  Co to jest destylacja?
4.  W jaki sposób można prowadzić destylację?
5.  Co to jest absorpcja?
6.  Co to jest absorbent?
7.  Co to jest desorpcja?
8.  Co to jest ekstrakcja?
9.  Na czym polega krystalizacja?
10.  Na czym polega suszenie?
11.  Co to jest wilgotność bezwzględna?
12.  Co to jest wilgotność względna?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Scharakteryzuj budowę aparatu do destylacji.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do charakteryzowania i opisywania urządzeń do

destylacji,

2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

3)  przeczytać uważnie treść ćwiczenia,
4)  określić na podstawie literatury budowę wybranego urządzenia do destylacji,
5)  zapisać wszystkie informacje i wnioski w zeszycie,
6)  przedstawić spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

literatura fachowa,

–

schematy urządzeń do destylacji,

−

zeszyt i przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Przeanalizuj instrukcję obsługi urządzenia do destylacji.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do wykonania ćwiczenia,
2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej na dany temat,

3)  przeczytaj instrukcję obsługi urządzenia do destylacji,
4)  scharakteryzować niebezpieczeństwa wynikające z nie stosowania się do instrukcji,
5)  zapisać zebrane wiadomości i wnioski w zeszycie ćwiczeniowym,
6)  zaprezentować efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

poradnik dla ucznia,

–

zeszyt i przybory do pisania,

–

literatura fachowa,

–

instrukcje obsługi urządzenia do destylacji.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić na czym polega zjawisko przenikania masy?



2) wyjaśnić od czego zależy przebieg procesów przenikania masy?



3) wyjaśnić co to jest destylacja?



4) scharakteryzować sposoby prowadzenia destylacji?



5) wyjaśnić co to jest absorpcja?



6) wyjaśnić co to jest desorpcja?



7) wyjaśnić co to jest ekstrakcja?



8) wyjaśnić na czym polega krystalizacja?



9) wyjaśnić co to jest suszenie?



10) wyjaśnić co to jest wilgotność bezwzględna?



11) wyjaśnić co to jest wilgotność względna?



12) opisać budowę urządzeń do destylacji?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7. Bilanse i wskaźniki produkcji

4.7.1. Materiał nauczania

W bilansie materiałowym uwzględnia się:

a)  skład surowców,
b)  wydajność wszystkich reakcji przebiegających w warunkach prowadzenia procesu,
c)  straty surowców, półproduktów i produktów.

Bilans materiałowy dowolnego procesu technologicznego lub jego części sporządza się na

podstawie  prawa  zachowania  masy,  tj.  uwzględniając  równania  zachodzących  reakcji.  Bilans
ten  pozwala  określić  normy  zużycia  surowców,  ilości  tworzących  się  półproduktów  oraz
produktów właściwych  i  ubocznych.  Zestawia się go w przeliczeniu na jednostkę masy (tona,
kilogram,  kilomol)  wyjściowego  surowca lub  wytworzonego  produktu.  Często  wyraża  się go
w  procentach,  ponieważ  pozwala  to  na  bezpośrednią  ocenę,  jaki  procent  surowca
przekształcono w gotowy produkt.

Bilans materiałowy jest podstawą do wykonania bilansów cieplnego i ekonomicznego.

Przedstawia się go w tabeli lub rysuje w postaci graficznej tzw. wykres strumieniowy
(Sankeya).

Każdy bilans materiałowy składa się z dwóch części: rozchodu i przychodu.
Przychód stanowi sumę mas wszystkich związków wprowadzonych do procesu

produkcyjnego.

Rozchód stanowi sumę mas wszystkich otrzymanych produktów oraz straty.
W bilansie cieplnym procesu lub aparatu podstawą jest prawo zachowania energii.

Na bilans cieplny składa się:
a)  ciepło niesione przez substraty i produkty reakcji,
b)  ciepło powstające w wyniku przemian fizycznych i chemicznych,
c)  ciepło dostarczone przez substancje nie biorące w procesie bezpośredniego udziału,
d)  straty ciepła do otaczającego środowiska.

Bilans ekonomiczny sporządza się na podstawie bilansu materiałowego i cieplnego oraz

aktualnie obowiązujących cen surowców, paliwa, energii elektrycznej i produktów.

Wskaźniki

techniczno-ekonomiczne

produkcji

są

współczynniki

liczbowe

charakteryzujące zużycie siły roboczej, energii lub surowców, przypadające na jednostkę masy
uzyskanego produktu. Zalicza się tu takie wskaźniki jak: wydajność materiałowa, wydajność
procesu technologicznego, wydajność aparatów, intensywność procesu, koszty własne
produktów, wydajność pracy.

4.7.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie elementy uwzględnia się w bilansie materiałowym?
2.  Na jakiej podstawie sporządza się bilans materiałowy?
3.  W jakich jednostkach zestawia się bilans materiałowy?
4.  W jaki sposób przedstawia się bilans materiałowy?
5.  Jakie elementy składają się na bilans cieplny?
6.  Co to jest bilans ekonomiczny?
7.  Co to są wskaźniki techniczno – ekonomiczne?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeanalizuj schemat bilansu materiałowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do charakteryzowania i opisywania bilansu

materiałowego,

2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

3)  przeczytać uważnie treść ćwiczenia,
4)  określić elementy uwzględniane w bilansie materiałowym,
5)  wypisać jednostki w jakich został sporządzony bilans materiałowy,
6)  zapisać wszystkie informacje i wnioski w zeszycie,
7)  przedstawić spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

przykładowe opracowania bilansów materiałowych,

−

zeszyt i przybory do pisania.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wyjaśnić na czym polega bilans materiałowy?



2) wyjaśnić na jakiej podstawie sporządza się bilans materiałowy?



3) określić w jakich jednostkach zestawia się bilans materiałowy?



4) wyjaśnić w jakiej postaci przedstawia się bilans materiałowy?



5) określić jakie elementy składają się na bilans cieplny?



6) wyjaśnić co to bilans ekonomiczny?



7) wyjaśnić co to są wskaźniki techniczno-ekonomiczne?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.8. Gospodarka wodna i ochrona powietrza

4.8.1. Materiał nauczania

Zakłady przemysłowe zużywają duże ilości wody:

a)  atmosferycznej (opady deszczu i śniegu),
b)  podziemne,
c)  powierzchniowe (rzeki, jeziora).

Podstawowe zadania gospodarki wodą to zaopatrzenie zakładu w wodę, prowadzenie

oszczędnej gospodarki wodą, oczyszczanie ścieków.

Podstawowe wskaźniki określające jakość wody to:

zawartość soli wapnia i magnezu (tzw. twardość całkowita),

ogólna zawartość soli (tzw. sucha pozostałość),

utlenialność,

przezroczystość,

odczyn pH,

zawartość bakterii.

W zależności od właściwości wody surowej i jej dalszego przeznaczenia dobiera się

najwłaściwszy sposób jej oczyszczenia (uzdatniania).

W procesach uzdatniania wody najważniejszą rolę odgrywa jej oczyszczenie:

oczyszczenie wstępne (usunięcie zanieczyszczeń mechanicznych i koloidalnych),

zmiękczenie (usunięcie soli wapnia i magnezu),

demineralizacja (usunięcie wszystkich anionów i kationów),

odgazowywanie (usunięcie tlenku i dwutlenku węgla).

Usuwanie mechanicznych zanieczyszczeń wody przeprowadza się przez umieszczanie krat

zatrzymujących grubsze zanieczyszczenia, sedymentację w osadnikach, koagulację przy
pomocy koagulantów – siarczany (VI) glinu i żelaza, a następnie filtrację w filtrach żwirowych
i piaskowych.

Twardość wody zależy od zawartości jonów wapnia i magnezu. Wyróżnia się twardość

węglanową i niewęglanową.

Twardość węglanowa wywołana jest obecnością wodorowęglanów wapnia i magnezu.

W podwyższonej temperaturze rozkładają się one z wytworzeniem węglanów, które osadzają
się na ściankach aparatury.

Twardość niewęglanowa jest wywołana przez rozpuszczalne w wodzie chlorki, siarczki

i krzemiany wapnia i magnezu. Nie wytrącają się one z roztworu wodnego podczas
ogrzewania.

Zmiękczanie i odmineralizowanie wody ma na celu całkowite lub częściowe usunięcie

z wody jonów wapnia i magnezu. Stosuje się metody:
-

dekarbonizacja – polega na usunięciu z wody kwaśnych wodorowęglanów wapnia

i magnezu przez przeprowadzenie ich w trudno rozpuszczalne związki, które wytrąca się
z roztworu wodnego. Może być termiczna lub chemiczna,

metoda jonitowa polega na wykorzystaniu zdolności niektórych związków do wymiany

jonów  wchodzących  w  ich  skład  na  jony  obecne  w  wodzie.  Jonity  wymieniające  swoje
kationy  na  kationy  obecne  w  wodzie  nazywamy  kationitami,  jonity  wymieniające  swoje
aniony – anionitami.
Odgazowanie  wody  ma  na  celu  usunięcie  rozpuszczonych  w  niej  gazów  (tlenu,  azotu,

dwutlenku węgla), które nasilają elektrochemiczną korozję aparatury. Przeprowadza się

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

odgazowanie termiczne w odgazowywaczach a następnie odgazowywanie chemiczne przy
pomocy np. siarczanu (IV) sodu.

Oczyszczanie ścieków ma na celu usunięcie ze ścieków przemysłowych zanieczyszczeń

szkodliwych dla życia biologicznego w rzekach, do których wprowadza się ścieki. Stosuje się
oczyszczanie mechaniczne, oczyszczanie chemiczne (np. zobojętnianie, chlorowanie,
utlenianie, wytrącanie osadów) i oczyszczanie biologiczne (polega na wykorzystaniu
drobnoustrojów).

Ochrona powietrza atmosferycznego
Z instalacji produkcyjnych wypuszcza się do atmosfery gazy odlotowe. Ich zawartość

i stężenie kontroluje się przy pomocy wskaźników:
-

dopuszczalne stężenie toksycznych substancji chemicznych w powietrzu atmosferycznym

mierzone w mg/m³. Stężenia dopuszczalne określają maksymalnie dopuszczalny stopień
zanieczyszczenia atmosfery przez substancje toksyczne oraz pyły.

bezwymiarowy współczynnik toksyczności (T) wyliczony względem dwutlenku siarki.

(wskazuje, ile razy dane zanieczyszczenie jest bardziej szkodliwe niż dwutlenek siarki).

4.8.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jakie źródła wody są wykorzystywane w zakładach przemysłowych?
2.  Jakie są podstawowe składniki określające jakość wody?
3.  Co to jest uzdatnianie wody?
4.  Na czym polega oczyszczanie wstępne wody?
5.  Na czym polega proces zmiękczania wody?
6.  Co to jest demineralizacja wody?
7.  Co to jest odgazowanie wody?
8.  Co to jest twardość wody?
9.  Co to jest twardość węglanowa?
10.  Co to jest twardość niewęglanowa?
11.  Na czym polega ochrona powietrza atmosferycznego?

4.8.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeanalizuj normy jakie powinna spełniać woda w zależności od zastosowania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) dobrać i przygotować literaturę niezbędną do wykonania ćwiczenia
2) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

3)  przeczytać uważnie treść ćwiczenia,
4)  określić na podstawie wybranych aktów prawnych normy jakie powinna spełniać woda,
5)  zapisać wszystkie informacje i wnioski w zeszycie,
6)  przedstawić spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

wybrane akty prawne zawierające normy dotyczące wody,

−

zeszyt i przybory do pisania.

4.8.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić źródła wody wykorzystywane w zakładach przemysłowych?



2) wymienić podstawowe składniki określające jakość wody?



3) wyjaśnić co to jest uzdatnianie wody?



4) wyjaśnić na czym polega oczyszczanie wstępne wody?



5) wyjaśnić na czym polega proces zmiękczania wody?



6) wyjaśnić co to jest demineralizacja wody?



7) wyjaśnić co to jest odgazowanie wody?



8) wyjaśnić co to jest twardość wody?



9) wyjaśnić co to jest twardość węglanowa?



10) wyjaśnić co to jest twardość niewęglanowa?



11) wyjaśnić na czym polega ochrona powietrza atmosferycznego?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9. Wytwarzanie wybranych środków leczniczych

4.9.1. Materiał nauczania

Substancja czynna jest odpowiedzialna w leku za jego działanie lecznicze.

Substancje  pomocnicze  są  stosowane  w  procesie  technologii  produkcji  leku  i  pomagają
w uzyskaniu odpowiedniej postaci leku oraz poprawiają jego trwałość, działanie i wygląd. Nie
mogą  one  w  zastosowanych  ilościach  wywierać  własnego  działania  farmakologicznego  ani
działania  drażniącego  ani  wpływać  negatywnie  na  trwałość  postaci  leku  i  dostępność
biologiczną substancji leczniczej.

Produkcja kwasu acetylosalicylowego

Podstawowym surowcem do produkcji kwasu acetylosalicylowego jest kwas salicylowy,

który otrzymuje się z bezwodnego fenolanu sodu i dwutlenku węgla. Do wytwarzania
środków leczniczych używa się surowców o wysokim stopniu czystości. Z tego względu kwas
salicylowy oczyszcza się przez sublimację jeszcze przed acetylowaniem.

Acetylowanie kwasu salicylowego

Acetylowanie kwasu salicylowego bezwodnikiem octowym przeprowadza się

w roztworze benzenowym.

Mieszaninę kwasu, bezwodnika octowego i czystego benzenu ogrzewa się w ciągu kilku

godzin w reaktorze emaliowanym. Reaktor ten jest ogrzewany systemem Frederkinga
(wężownica grzewcza jest wtopiona w ścianę aparatu). Nośnik ciepła cyrkuluje samoczynnie w
układzie: wężownice-piec.

W czasie estryfikacji należy utrzymywać temperaturę ok. 90

C. O zakończeniu procesu

świadczy brak kwasu salicylowego w reaktorze. Kontroluje się to szybką ruchową analizą
wykorzystującą reakcję barwną kwasu salicylowego z FeCl

Mieszaninę poreakcyjną kieruje się do krystalizatora, w którym za pomocą wody, a potem

solanki obniża się jej temperaturę do 5

C. Wykrystalizowany kwas acetylosalicylowy

przekrystalizowuje się ponownie z benzenu, odsącza na nuczy, przemywa zimnym benzenem,
suszy w suszarni próżniowej.

Przesącz z nuczy zawiera kwas octowy, benzen i pewne ilości kwasu acetylosalicylowego.

Benzen oddestylowuje się w kolumnie pod ciśnieniem atmosferycznym. Następnie, po
wytworzeniu próżni, oddestylowuje kwas octowy. Kwas acetylosalicylowy zawarty w cieczy
wyczerpanej kolumny wykrystalizowuje się, odsącza i oczyszcza przez krystalizację z benzenu
i łącznie z głównym rzutem kieruje do suszenia.

Kwas acetylosalicylowy, znany pod nazwą aspiryna i polopiryna, jest szeroko stosowanym

środkiem

przeciwgorączkowym

jednoczesnym

działaniu

przeciwbólowym

i przeciwreumatycznym.

Produkcja sulfonamidów
Chemizm otrzymywania sulfanilamidu

Produktem wyjściowym do syntezy każdego sulfonamidu jest chlorek kwasu

p-acetyloaminobenzenosulfonowego.  Związek  ten  otrzymuje  się  w  wyniku  działania  kwasu
chlorosulfonowego  na  acetanilid  (chlorosulfonowanie).  Następnie  przez  kondensację
otrzymanego  chlorku  kwasu  p-acetyloaminobenzenosulfonowego  z  różnymi  aminami
otrzymuje  się  różne  amidy  kwasu  p-acetyloaminobenzenosulfonowego,  które  poddaje  się
hydrolizie w celu odszczepienia grupy acetylowej i otrzymania sulfonoamidów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

W celu otrzymania sulfanilamidu kondensację przeprowadza się nie z aminą, a z amoniakiem
(amonoliza).

Przebieg produkcji sulfanilamidu

Chlorosulfonowanie

acetanilidu

przeprowadza

się

reaktorze

emaliowanym

zaopatrzonym  w  emaliowane  mieszadło  i  płaszcza  do  chłodzenia  wodnego.  Do  kotła
wprowadza  się  najpierw  kwas  chlorosulfonowy  w  ilości  pięciokrotnie  większej  od
stechiometrycznej.  Następnie  powoli  i  przy  ustawicznym  mieszaniu  dozuje  się  sproszkowany
acetanilid z taką prędkością, aby temperatura w środowisku reakcji nie przekraczała 60

C. Po

dodaniu całej ilości acetanilidu mieszaninę miesza się jeszcze ok. 1,5 h w temperaturze 57

po czym ochładza się ją i wylewa na lód do emaliowanej kadzi.

Wytrącany chlorek kwasu p-acetyloaminobenzenosulfonowego odfiltrowuje się w nuczy,

przemywa  wodą  i  po  wysuszeniu  wprowadza  stopniowo  do  drewnianej  kadzi.  W  kadzi  tej
miesza  się  uprzednio  przygotowany  20%  roztwór amoniaku. Hydrolizę  amidu wytwarzanego
w  reakcji  amonolizy  przeprowadza  się  za  pomocą  25%  roztworu  NaOH  w  żelaznym
reaktorze,  ogrzewając  reagującą  mieszaninę  do  wrzenia  pod  chłodnicą  zwrotną.  Reakcję
prowadzi się przez 2h.

Roztwór soli sodowej amidu, powstający w wyniku hydrolizy, oczyszcza się za pomocą

węgla aktywnego i odsącza na nuczy od węgla i zanieczyszczeń. Surowy sulfanilamid wytrąca
się z przesączu w reaktorze za pomocą nasyconego roztworu chlorku amonu. W celu
oczyszczenia krystalizuje się surowy sulfanilamid (p-aminobenzenosulfonoamid) z wrzącej
wody. Oczyszczony sulfanilamid kieruje się do wytwarzania gotowych leków.

Antybiotyki

Zasada produkcji antybiotyków. Przygotowanie kultur w szkle

Stwierdzono, że niektóre drobnoustroje (bakterie, pleśniaki) hamują rozwój innych

drobnoustrojów przez wydzielanie swoistych substancji chemicznych, zwanych antybiotykami.
Substancje te mają działanie wybiórcze i są toksyczne tylko dla pewnych określonych
drobnoustrojów – antagonistycznych w stosunku do „producenta” antybiotyku.
Wieloletnie badania doprowadziły do opracowania przemysłowej produkcji penicyliny metodą
fermentacji głębinowej, w której podstawowe znaczenie ma:

−

stworzenie optymalnych warunków do rozwoju grzybni i do produkowania przez nią
antybiotyku;

−

zachowanie sterylności roztworu fermentującego (tzw. brzeczki).

Zapobiega to zużywaniu antybiotyku na niszczenie bakterii obecnych w zakażonej

brzeczce i poprawia znacznie wydajność procesu.
Antybiotyki produkowane są przez określone szczepy drobnoustrojów. Penicylinę wytwarza
najaktywniej szczep – Penicillium chrysogenum. Ustalono, że ma ona budowę

-laktamową.

Warunki fermentacji decydują o stosunku zawartości poszczególnych odmian penicyliny w

produkcie. Odmiany te różnią się tylko budową rodnika. Najwartościowsza dla lecznictwa jest
penicylina G, zawierająca rodnik benzylowy (C

-), znana pod nazwą penicyliny

krystalicznej.

Cykl przemysłowej produkcji penicyliny i innych antybiotyków dzieli się na następujące

podstawowe etapy:

−

hodowla kultury posiewowej odpowiedniego szczepu produkującego dany antybiotyk
prowadzona w naczyniach szklanych,

−

przygotowanie i zaszczepienie pożywki,

−

wyodrębnienie surowego antybiotyku z brzeczki pofermentacyjnej,

−

oczyszczenie antybiotyku i przygotowanie odpowiedniej formy leku.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Pierwszy etap produkcji tj. przygotowanie kultur w szkle, przebiega w laboratorium

oddziałowym.

Zarodniki aktywnego szczepu spłukuje się sterylnie płynem fizjologicznym (0,9% wodny

roztwór  chlorku  sodu,  NaCl)  do  litrowych  butelek  z  pożywką  zawierającą  2%  wyciągu
narokowego  kukurydzy.  Wyciąg  ten  otrzymuje  się  przez  długotrwałe  moczenie  kukurydzy
w wodzie nasyconej  dwutlenkiem  siarki,  SO

i późniejsze zatężenie roztworu do konsystencji

gęstego syropu. Stanowi on bardzo ważny składnik pożywki w fermentatorach produkcyjnych.
Wprowadzenie wyciągu narokowego do pożywki jeszcze na etapie hodowli kultur
posiewowych w szkle ma na celu stopniowe przyzwyczajenie grzybni do pożywki
produkcyjnej.

Zawartość butelek wstrząsa się przez dwie doby na specjalnej wstrząsarce ustawionej

w pomieszczeniu o stałej temperaturze. Następnie zaszczepia się kulturę na pożywkę
wysterylizowaną w małym fermetatorze tzw. posiewowym – P.

Przebieg produkcji penicyliny
Fermentacja

Fermentatory są to stalowe zbiorniki z płaszczem, zewnętrznym mieszadłem i bełkotką

(urządzenie  doprowadzające  powietrze).  Do  płaszcza  może  być  doprowadzona  para  grzejna
lub woda chłodząca. Przygotowanie fermentatora do zaszczepiania dzieli się na trzy zasadnicze
etapy. Pierwszym z nich jest napełnienie fermentatora wodą do 60% objętości i rozpuszczenie
w  niej  składników  pożywki  (wyciągu  narokowego  kukurydzy,  glukozy,  laktozy,  soli).
Następnie  doprowadza  się  pożywkę  do  wymaganego  pH  (ewent.  dodatek  H

) zamyka

fermentator i przeprowadza się dwugodzinną sterylizację w temperaturze 120

C (para do

płaszcza). Ostatnim etapem jest chłodzenie zawartości fermentatora do temperatury 20

(woda do płaszcza).

Aby zapobiec zakażeniu z zewnątrz, należy utrzymywać w fermentatorze lekkie

nadciśnienie (ok. 0,03 MPa). W czasie sterylizacji stwarza je para (pożywka ma temperaturę
120

C), a później nadmuch sterylnego powietrza włączony w momencie rozpoczęcia

chłodzenia.

Fermentację prowadzi się trójstopniowo. Chodzi o to, aby pożywkę we właściwym

fermentatorze produkcyjnym F zaszczepić odpowiednio dużą ilość grzybni. Fermentacja
w małych (kilkaset dm

) fermentatorach posiewowych P i średnich (kilka tysięcy dm

)

fermentatorach „matkach” M jest więc nastawiona na maksymalny rozwój grzybni, a nie na
wytwarzanie antybiotyku.

Pożywkę w fermentatorze P zaszczepia się w warunkach sterylnych materiałem

posiewowym ze szkła. W tym celu likwiduje się nadciśnienie i w płomieniu palnika gazowego
szybko odkręca króciec szczepienny, przez który (również w płomieniu) wprowadza się
metalową rurkę osadzoną w korku butelki z materiałem posiewowym. Przez tę rurkę materiał
posiewowy wlewa się do fermentatora. Następnie, bezzwłocznie zakręca się króciec i wznawia
nadmuch powietrza (nadciśnienie).

Fermentację prowadzi się przy nieprzerwanym mieszaniu i napowietrzaniu. Powietrze

tłoczone jest dmuchawą przez filtry wyjaławiające. Filtry te są wypełnione watą szklaną
i wcześniej wysterylizowane parą.

Po kilkunastu godzinach fermentacji zawartość fermentatora P przetłacza się do

fermentatora  M,  a  po  dalszych  dwóch  dobach  zawartość  fermentatora  M  przetłacza  się  do
fermentatora  F.  Operacje  te  przeprowadza  się  za  pomocą  specjalnych  rurociągów
posiewowych  uprzednio  starannie  wysterylizowanych  parą.  W  fermentatorze  F  prowadzi  się
właściwą  fermentację  „produkcyjną”.  Uzyskiwaną  wydajność  antybiotyku  określa  się  ilością
jednostek na cm

pożywki (brzeczki).

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Za jednostkę penicyliny uważamy jej minimalną ilość hamującą całkowicie rozwój

szczepu wzorcowego gronkowców złocistych w 50cm

bulionu.

Przy właściwym składzie pożywki dobre wydajności antybiotyku (5 – 10 tys.

jednostek/cm

) osiąga się pod warunkiem jednoczesnego użycia wydajnego szczepu

produkcyjnego, dobrego napowietrzenia i mieszania, rozpoczęcia fermentacji przy pH bliskim
obojętnego, utrzymania stałej temperatury i jałowości brzeczki.

Nagrzewanie się brzeczki w czasie fermentacji jest wynikiem utleniania przez grzybnię

substancji organicznych z pożywki. Temperaturę utrzymuje się przez automatycznie
regulowane doprowadzenie wody chłodzącej do płaszcza.

Po ok. 100 h fermentacji grzybnia staje się mniej produktywna. Oględziny zabarwionych

próbek  pod  mikroskopem  pozwalają  stwierdzić  zmianę  wyglądu  grzybni  –  zamiast  gęstych
splotów  widać  poprzerywane  krótkie  kawałki.  Obserwowane  zjawisko  jest  to  wynikiem
autolizy  (samorozpuszczania  grzybni),  podczas  której  z  azotu  zawartego  w grzybni  powstaje
amoniak. Stąd końcowy wzrost pH, który może powodować rozkład części już wytworzonego
antybiotyku. Fermentację należy więc przerwać.

Po ochłodzeniu brzeczki solanką w zbiorniku, oddziela się grzybnię w próżniowym filtrze

obrotowym, a przesącz będący wodnym roztworem penicyliny kieruje się do prasy filtracyjnej
w celu sklarowania.

Ekstrakcja penicyliny z roztworu wodnego

Z silnie kwaśnego roztworu wodnego można ekstrahować penicylinę za pomocą

niektórych niemieszających się z wodą rozpuszczalników (octan pentylu lub butylu,
chloroform). Przy niskim pH następuje jednak szybki rozkład penicyliny. Mimo to ekstrakcyjną
metodę wyodrębniania penicyliny uznano za najlepszą. Należy tylko maksymalnie przyspieszyć
ekstrakcję i prowadzić ją w możliwie niskiej temperaturze.

Z tego właśnie względu chłodzi się brzeczkę przed filtracją. Przesącz z prasy 5 razem

z 10%  kwasem  fosforowym  (V)  i  octanem  pentylu  wprowadza  się  do  ekstraktora
odśrodkowego.  Jest  to  ekstraktor  specjalnego  typu  (najczęściej  typu  Luwesta),  w  którym
następuje  nie  tylko  mieszanie  obu  faz,  ale  także  natychmiastowe  rozdzielenie  emulsji.  Czas
zetknięcia faz jest bardzo krótki, rzędu kilkunastu sekund. Tyle właśnie przebywa penicylina w
zakwaszonym roztworze wodnym i nie zdążywszy się rozłożyć, przechodzi do warstwy octanu
pentylu.

Roztwór penicyliny w octanie pentylu z ekstraktora kieruje się razem z roztworem

buforowym  do  ekstraktora.  Przebiega  w  nim  ekstrakcja  soli  sodowej  penicyliny  do  fazy
wodnej,  która  powinna  mieć  pH  6,0÷6,7.  Użycie  niewłaściwego  roztworu  buforowego
i podwyższenia  prowadzi  do  strat  penicyliny,  która  przy  wysokim  pH  rozkłada  się  równie
szybko jak przy niskim.

Następnym etapem wyodrębniania penicyliny jest jej ekstrakcja chloroformem przy pH 2 i

reekstrakcja z roztworu chloroformowego za pomocą słabo zasadowego roztworu
buforowego.

Otrzymany ostatecznie roztwór wodny soli sodowej penicyliny ma objętość 1000 razy

mniejszą od roztworu wyjściowego.
Napełnianie i zamykanie buteleczek

Wszystkie czynności związane z przygotowaniem gotowych leków zawierających

penicylinę wykonuje się w codziennie dezynfekowanych pomieszczeniach. Powietrze
doprowadzane do tych pomieszczeń jest wysterylizowane w filtrach i naświetlone lampami
kwarcowymi.

Roztwór soli penicyliny rozlewa się do wysterylizowanych buteleczek i poddaje liofilizacji

(sublimacyjne odparowanie wody ze stanu zamrożenia). W tym celu buteleczki ustawia się na

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

tacach i szybko zamraża w temperaturze -50

C. Tace przenosi się następnie na półki suszarni

próżniowej (ok. 13,3 Pa, tj. 0,01mm Hg).

W temperaturze niższej od 0

C sublimuje z lodu główna masa wody, a reszta odparowuje

po ogrzaniu do 30 - 50

C. Po odłączeniu pompy próżniowej wpuszcza się do komory suszarni

wysterylizowany azot. Wypełnia on w każdej buteleczce przestrzeń nad porcją sproszkowanej
soli sodowej penicyliny. Po przeprowadzeniu sterylnego korkowania buteleczek zabezpiecza
się korki kapslami. Nalepienie etykietek kończy cykl produkcyjny.

4.9.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.  Jak przebiega produkcja kwasu acetylosalicylowego?
2.  Jakie podstawowe surowce stosowane są do produkcji kwasu acetylosalicylowego?
3.  W jaki sposób oczyszcza się kwas salicylowy?
4.  Na czym polega acetylowanie kwasu salicylowego?
5.  Jakie urządzenia i aparaty stosowane są w produkcji kwasu acetylosalicylowego?
6.  Jak przebiega produkcja sulfonamidów?
7.  Jakie podstawowe surowce stosowane są do produkcji sulfonamidów?
8.  Jaki jest chemizm produkcji sulfonamidów?
9.  Jakie urządzenia i aparaty stosowane są w produkcji sulfonamidów?
10.  Jak przebiega produkcja penicyliny?
11.  Jak otrzymuje się żywe kultury drobnoustrojów?
12.  Jak przebiega napełnianie i zamykanie buteleczek z penicyliną?
13.  Jakie urządzenia i aparaty stosowane w produkcji antybiotyków?
14.  Jakie  są  różnice  między  produkcją antybiotyków  a  produkcją  kwasu  acetylosalicylowego

i sulfonamidów?

4.9.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Opisz produkcję kwasu acetylosalicylowego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

2)  przeczytać uważnie treść ćwiczenia,
3)  podać w zeszycie wzór strukturalny kwasu acetylosalicylowego,
4)  określić etapy produkcji kwasu acetylosalicylowego,
5)  narysować w zeszycie schemat produkcji kwasu acetylosalicylowego,
6)  wymienić i opisać aparaturę stosowaną przy produkcji kwasu acetylosalicylowego,
7)  przedstawić  opisany  proces  otrzymywania  kwasu  acetylosalicylowego  za  pomocą  reakcji

chemicznych,

8) przedstawić wszystkie spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

schemat produkcji kwasu acetylosalicylowego,

−

zeszyt i przybory do pisania.

Ćwiczenie 2

Opisz produkcję sulfonamidów.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

2)  określić etapy produkcji sulfonamidów,
3)  napisać w zeszycie reakcje chemiczne,
4)  narysować w zeszycie schemat produkcji sulfonamidów,
5)  wymienić i opisać aparaturę stosowaną przy produkcji,
6)  przedstawić wszystkie spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

schemat produkcji sulfonamidów,

−

zeszyt i przybory do pisania.

Ćwiczenie 3

Opisz produkcję penicyliny.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia i poszerzyć wiadomości z literatury

uzupełniającej,

2)  określić etapy produkcji penicyliny,
3)  określić rodzaj drobnoustrojów stosowanych w produkcji penicyliny,
4)  narysować w zeszycie schemat produkcji penicyliny,
5)  wymienić i opisać aparaturę stosowana przy produkcji,
6)  przedstawić wszystkie spostrzeżenia i efekty swojej pracy na forum grupy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

poradnik dla ucznia,

−

literatura fachowa,

−

schemat produkcji penicyliny,

−

zeszyt i przybory do pisania.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4.9.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) opisać produkcję kwasu acetylosalicylowego?



2) wskazać

podstawowe

surowce

produkcji

kwasu

acetylosalicylowego?



3) wyjaśnić w jaki sposób oczyszcza się kwas salicylowy?



4) wyjaśnić na czym polega acetylowanie kwasu salicylowego?



5) wymienić urządzenia i aparaty stosowane w produkcji kwasu

acetylosalicylowego?



6) opisać produkcję sulfonamidów?



7) wskazać podstawowe surowce do produkcji sulfonamidów?



8) opisać chemizm produkcji sulfonamidów?



9) wymienić urządzenia i aparaty stosowane w produkcji sulfonamidów?



10) opisać produkcję penicyliny?



11) opisać otrzymywanie żywych kultur drobnoustrojów?



12) opisać jak przebiega napełnianie i zamykanie buteleczek z penicyliną?



13) wskazać różnice między produkcją antybiotyków a produkcją kwasu

acetylosalicylowego i sulfonamidów?



14) wymienić urządzenia i aparaty stosowane w produkcji antybiotyków?



„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.  Przeczytaj uważnie instrukcję.
2.  Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3.  Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4.  Test  zawiera  20  zadań.  Wszystkie  zadania  są  wielokrotnego  wyboru.  Tylko  jedna

odpowiedź jest prawdziwa.

5. Odpowiedzi udzielaj na załączonej karcie odpowiedzi.
6. Prawidłową odpowiedź zaznacz w odpowiedniej rubryce znakiem – X. W przypadku

pomyłki błędną odpowiedź zakreśl kółkiem, a następnie prawidłową zaznacz – X.

7. Kiedy będziesz miał problemy z udzieleniem odpowiedzi na jakieś pytanie, zostaw je,

przejdź do następnych, a do niego wrócisz na końcu jak zostanie Ci czasu.

8. Po zakończeniu rozwiązywania zadań, sprawdź w karcie odpowiedzi, czy dla wszystkich

zadań zaznaczyłeś odpowiedź.

9. Rozwiązuj zadania samodzielnie, pozwoli ci to nie tylko sprawdzić stopień opanowania

wiedzy, ale przyniesie satysfakcję.

10. Na rozwiązanie testu masz 45 minut.

Powodzenia

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Jednostką masowego natężenia jest

a)  kg/s.
b)  kg/min.
c)  m/s.
d)  m/min.

2. Jednostką objętościowego natężenia przepływu jest

a)  m²/s.
b)  m³/s.
c)  kg/s.
d)  m/s².

3. Do metod rozdzielania nie należy

a)  flotacja.
b)  sedymentacja.
c)  fluidyzacja.
d)  filtracja.

4. Wielkością charakteryzującą proces fluidyzacji jest

a)  prędkość krytyczna.
b)  transport pneumatyczny.
c)  wywiewanie.
d)  powinowactwo.

5. Odstojnik to urządzenie stosowane w procesach

a)  kumulacji leku.
b)  filtracji.
c)  sedymentacji.
d)  flotacji.

6. Wszystkie czynne sulfonamidy mają

a)  różny szkielet cząsteczki i różny rodnik R.
b)  taki sam rodnik R i różny szkielet cząsteczki.
c)  taki sam podstawowy szkielet cząsteczki i różny rodnik R.
d)  taki sam podstawowy szkielet cząsteczki i taki sam rodnik R.

7. Wyparka to urządzenie służące do

a)  odparowywania rozpuszczalnika z rozcieńczonych roztworów soli.
b)  odparowywania rozpuszczalnika ze stężonych roztworów soli.
c)  odpowiedzi a i b są poprawne.
d)  skraplania rozpuszczalnika z roztworów soli.

8. Bilans materiałowy składa się z

a)  przychodu.
b)  rozchodu.
c)  przychodu i rozchodu.
d)  surowców i produktów.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9. Do odpylania gazów służą urządzenia

a)  cyklon i elektrofiltr.
b)  cyklon i autoklaw.
c)  elektrofiltr i wyparka.
d)  elektrofiltr i autoklaw.

10. Do procesów przenoszenia ciepła zaliczamy

a)  promieniowanie.
b)  przewodzenie i konwekcję ciepła.
c)  promieniowanie i przewodzenie ciepła.
d)  wszystkie odpowiedzi są poprawne.

11. Wymienniki ciepła stosuje się do

a)  ogrzewania i skraplania.
b)  ogrzewania i schładzania.
c)  schładzania i zamrażania.
d)  skraplania i schładzania.

12. Rurociąg przez, który przetłacza się gaz palny ma barwę

a)  żółtą.
b)  zieloną.
c)  niebieską.
d)  czerwoną.

13. Absorpcja to pochłanianie

a) pary przez ciecz.

b) cieczy przez ciecz.

c) cieczy przez gaz.

d) gazu przez ciecz.

14. Twardość węglanowa wywołana jest obecnością

a)  węglanów wapnia i magnezu.
b)  węglanów sodu i potasu.
c)  wodorowęglanów wapnia i magnezu.
d)  wodorowęglanów sodu i potasu.

15. Podstawowym surowcem do produkcji kwasu acetylosalicylowego jest

a)  bezwodnik octowy.
b)  kwas salicylowy.
c)  fenolan sodu.
d)  kwas acetylowy.

16. W estryfikacji kwasu salicylowego utrzymuje się temperaturę

a)  40ºC.
b)  69º C.
c)  60º C.
d)  90º C.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Analizowanie procesów technologicznych produkcji leków

Zakreśl poprawną odpowiedź.

zadania

Odpowiedź

Punkty

Razem: