plik


Synteza i technologia [rodkw leczniczych Synteza i technologia [rodkw leczniczych 1. Operacje fizyczne oraz aparaty i urzdzenia stosowane do ich przeprowadzania a) rozdrabnianie b) mieszanie c) zat|anie roztworu d) suszenie [rodkw leczniczych e) destylacja f) filtracja g) ekstrakcja h) krystalizacja 2. Jednostkowe procesy chemiczne a) chlorowcowanie b) diazowanie c) aminowanie d) redukcja e) utlenianie f) estryfikacja g) hydroliza 3. Sposoby produkcji w przemy[le wybranych przedstawicieli [rodkw leczniczych.  Aparaty i maszyny przemysBu farmaceutycznego  Maszyny i aparaty przemysBu chemicznego Niewiadomski ROZDRABNIANIE Czynno[ czsto stosowana w toku produkcji [rodkw leczniczych, zwBaszcza wtedy gdy mamy prowadzi reakcje w ukBadach niejednorodnych. Wtedy przebieg procesu zale|y od wielko[ci powierzchni zetknicia si substratw. Polega na zmniejszaniu wymiarw bryB, a zwikszaniu ich ilo[ci i zwikszaniu caBkowitej powierzchni ciaBa rozdrabnianego. Przy rozdrabnianiu stosujemy r|ne maszyny rozdrabniajce i osigamy r|ny stopieD rozdrobnienia. StopieD rozdrobnienia jest to stosunek [rednicy lub dBugo[ci krawdzi bryB ciaBa przed rozdrobnieniem do [rednicy lub dBugo[ci krawdzi najmniejszych bryB po rozdrobnieniu. D n = d Rozdrobnienie wymaga du|ej ilo[ci energii Istniej dwie teorie okre[lajce zale|no[ midzy ilo[ci zu|ywanej energii a stopniem rozdrobnienia. 1. Teoria Kicka  dotyczy wstpnego rozdrobnienia Mwi, |e ilo[ zu|ytej energii w przypadku wstpnego rozdrobnienia zale|y wprost proporcjonalnie od granicy wytrzymaBo[ci materiaBu ulegajcemu rozdrobnieniu, odwrotnie proporcjonalnie od moduBu jdra i wprost proporcjonalny do r|nicy midzy objto[ci pocztkow i koDcow ciaBa rozdrabnianego. 2  max  = (V - v) 2E 2. Teoria Rittengera  dotyczy rozdrabniania drobnego Ilo[ zu|ywanej energii jest wprost proporcjonalna do przyrostu powierzchni ciaBa. Jest sBuszna wtedy gdy rozdrabniamy ciaBo na du| ilo[ drobnych czstek. Proces ten oparty jest na [cieraniu i zu|ycie energii jest wiksza (dochodzi zu|ycie energii na tarcie). - 1 - Obydwie teorie nie pozwalaj nam dostosowa si do rozwizaD praktycznych. Zawsze zu|ycie energii przy rozdrabnianiu jest wiksze, gdy chcemy otrzyma produkt drobniejszy. Dlatego wa|ne jest okre[lenie koniecznej wielko[ci stopnia rozdrobnienia. Rozdrobnienie uzyskuje si przez: 1) zgniatanie 2) uderzanie 3) rozrywanie 4) rozBupywanie 5) Bamanie 6) [cieranie MateriaBy mikkie i wBkniste najlepiej przez [cieranie. Przy wyborze sposobu rozdrabniania bierze si pod uwag wBasno[ci fizyczne i chemiczne rozdrabnianego materiaBu. Maszyny stosowane do rozdrabniania dzielimy na: 1) sBu|ce do rozdrabniania wstpnego 2) sBu|ce do rozdrabniania [redniego 3) sBu|ce do rozdrabniania drobnego 4) sBu|ce do rozdrabniania koloidalnego 5) o specjalnym typie rozdrabniania Ad. 1)Rozdrabnianie wstpne  podziaB bryB o [rednicy od 6-100cm na bryBy mniejsze. Dokonuje si przez uderzanie i rozBupywanie. PrzykBad maszyny: Bamacz szczkowy. Zasada dziaBania podobna do dziaBania dziadka do orzechw. SkBada si z 2 szczk. Jedna jest ruchoma, druga nieruchoma. Szczka ruchoma otrzymuje napd poprzez koBo i w ten sposb nastpuje rozdrabnianie. Aamacz szczkowy sBu|y do rozdrabniania materiaBw twardych. Ad. 2)Rozdrabnianie [rednie  w toku tego rozdrobnienia z bryB o [rednicy 3-6cm otrzymuje si bryBy o [rednicy 0,5-10mm maszyna: gniotowniki obiegowe. SkBada si z 2 ci|kich kB toczcych si po misie przy czym koBa te wykonuj ruchy dokoBa wBasnej osi poziomej, a misa wykonuje ruchy obrotowe. walce misa zgarniacze - 2 - Drugie urzdzenie: mByn walcowy. MByn skBada si z 2 walcw obracajcych si w kierunkach przeciwnych z tak sam prdko[ci lub z r|n szybko[ci. W drugim przypadku oprcz rozgniatania dochodzi rozcieranie. StopieD rozdrobnienia mo|na regulowa za pomoc r|nego odstpu midzy walcami. LEJ ZASILAJCY WALCE SPR{YNA Trzeci rodzaj: dezintegratory i dysmembratory. Zasada dziaBania dezintegratora polega na tym, |e w jego obudowie zaopatrzonej w lej, ktrym wprowadza si materiaB s dwie tarcze szybkoobrotowe osadzone na dwch osobnych waBach. Tarcze te zaopatrzone s w kilka rzdw promienisto uBo|onych prtw. Prty te s ze stali, a uBo|one w ten sposb, |e prty jednej tarczy wchodz miedzy prty drugiej. Tarcze obracaj si w przeciwnych kierunkach wskutek czego szybko[ ich wzgldem siebie jest podwojona. Dysmembratory r|ni si tym, |e maj jedn tarcz ruchom, a drug nieruchom. Ad. 3)Rozdrabnianie drobne (mielenie)  polega na uzyskiwaniu czstek o [rednicy poni|ej 0.5mm. Urzdzenie: mByn tarczowy. Posiadaj one 2 tarcze, ktre w obudowie umieszczone s poziomo albo pionowo. Te mByny to inaczej |arna. Najcz[ciej jedna tarcza ruchoma, druga nieruchoma. Drugie urzdzenie: mByn pier[cieniowy Rozdrabnianie zachodzi tu przez zgniatanie i rozcieranie. SkBada si z pier[cienia i umieszczonych w nim 3 walcw, z ktrych grny posiada napd, a dwa dolne obracaj si swobodnie, bo maj Bo|yska ruchome, a za pomoc spr|yn dociskane s do pier[cienia. Wskutek tarcia walec grny porusza pier[cieD, a ten wprowadza w ruch pozostaBe dwa walce. Pier[cieD speBnia te| rol sita. walec grny 1 2 3 1, 2, 3 - spr|yny dociskajce walce dolne Trzecie urzdzenie: MByn pier[cieniowo-kulowy Zbudowany ze stalowego pier[cienia, w ktrym wiruj kule prowadzone prowadnicami. Dociskane s do gBadzi pier[cienia dziki sile od[rodkowej. MateriaB rozdrabniany, zmielony jest przekazywany z pier[cienia gr do separatora i tutaj oddzielane s czstki zbyt du|e i zwracane z powrotem do pier[cienia. - 3 - kule wirujce prowadnica pier[cieD Czwarte urzdzenie: bbnowy mByn kulowy SkBada si z bbna obrotowego, wewntrz ktrego s kule, ktre zajmuj okoBo 20-40% pojemno[ci bbna. One mog ze stali, porcelany, kamienne lub odpowiednio twardego tworzywa. StopieD rozdrobnienia materiaBu w tym mBynie zale|y od wielko[ci kul. Im mniejsze kule tym wiksze rozdrobnienie materiaBu. DziaBanie polega na rozbijaniu, zgniataniu i [cieraniu. Czynno[ci te s wykonywane w wyniku podnoszenia si i opadania kul wraz z materiaBem. Podczas obrotu bbna materiaB rozdrabniany i kule s pod dziaBaniem dwch siB  ci|ko[ci i od[rodkowej. Gdy siBa ci|ko[ci jest znacznie wiksza od siBy od[rodkowej to kule nie osigaj najwy|szego poBo|enia i rozdrobnienie jest niecaBkowite. kule rozdrabniajce materiaB rozdrabniany Tak nale|y dobra wielko[ siB aby kule po osigniciu najwy|szego punktu spadaBy pod wpBywem siBy ci|ko[ci. siBa ci|ko[ci : Q = mg siBa od[rodkowa: mv2 Fr = r Na wielko[ siBy od[rodkowej wpBywamy przez regulowanie szybko[ci obrotu bbna. 23 28 n = do n = D  [rednica bbna; n  szybko[ obrotu bbna D D Zalety bbnw: " szeroka skala przemiaBu " mo|liwo[ zastosowania r|nych tworzyw " niewra|liwo[ urzdzenia na ciaBa obce MByny kulowe wibracyjne  wystpuj kule ale brak jest ruchu obrotowego, materiaB rozdrabniany jest dziki ruchowi drgajcemu. Wystpuje zgniatanie i [cieranie. WypeBnienie mByna kulami dochodzi do 80% objto[ci bbna. Te mByny maj bardziej ograniczon skal stopnia rozdrobnienia. Za ich pomoc nie mo|na rozdrabnia zbyt grubego materiaBu. MByny te pracuj okresowo co powoduje straty czasowe  nieopBacalno[. Stosuje si wtedy, gdy mamy rozdrobni materiaB cenny. - 4 - Ad. 4) MByny koloidalne stosowane s do rozdrabniania substancji do ma[ci, emulsji i lekw w postaci koloidalnej. Zrednica czstek uzyskiwanych w wyniku rozdrobnienia w tym mBynie dochodzi poni|ej 0,1mikrona. S dwa rodzaje mBynw koloidalnych. " mByny koloidalne uderzeniowe " mByny koloidalne trce Zasada dziaBania uderzeniowego opiera si na uderzaniu stalowych palcw po cieczy nie[ci[liwej z zawiesin ciaBa staBego. Palce te s umieszczone na stalowych tarczach, a szybko[ obwodowa teraz dochodzi do 190 m/s palce stalowe tarcza obrotowa (v=190m/s) odpByw dopByw zawiesiny Rozdrabnianie w mBynach trcych zachodzi w misie w ktrej jest wirnik obracajcy si z szybko[ci 10- 20tys. obrotw na minut. Midzy mis a wirnikiem jest maBa szczelina wielko[ci 0,025mm i wtedy ciecz z zawiesin wcigana jest przez wirnik do tej szczeliny, w niej rozcierania i po roztarciu wpBywa z mByna przewodem odprowadzajcym. Krajalnice w przemy[le zielarskim  rozdrabnianie polega na tym |e surowiec ro[linny rozciera si no|ycami na sieczk. No|e porusza si za pomoc koBa albo walca obrotowego. Wilki  zasada dziaBania analogiczna do dziaBania maszynki do mielenia misa. Mieszanie ma znaczenie w przypadku nadawania [rodkom leczniczym odpowiedniej postaci leku. Stosuje si je przy ogrzewaniu, rozpuszczaniu ciaB staBych, ekstrakcji. Mo|e ono dotyczy ciaB staBych (wtedy zale|y od ci|aru wBa[ciwego cieczy, lepko[ci, temperatury ciecz, wzajemnej rozpuszczalno[ci cieczy). Mieszanie wymaga zu|ycia energii w zwizku z tym nale|y okre[li konieczny stopieD wymieszania. W zale|no[ci od stanu skupienia mieszanych ciaB stosujemy r|ne urzdzenia: a. bbnowych b. spiralnych c. tarczowych Mieszanie mo|na przeprowadzi sposobem: a. cigBym b. pBcigBym c. okresowym Mieszarki bbnowe  w nich na rwnomierno[ mieszania oprcz wBa[ciwo[ci ciaB staBych jak: " stopieD rozdrobnienia, " wilgotno[, " ci|ar wBa[ciwy, " higroskopijno[, maj rwnie| wpByw: " stopieD napeBnienia bbna, " liczba obrotw bbna na minut, " czas mieszania Optymalne wypeBnienie bbna 25-30%. Wtedy wydBu|anie czasu mieszania ma korzystny wpByw na rwnomierno[ mieszania. - 5 - Ka|da mieszanka ma swoj optymaln ilo[ obrotw na minut, zale|y ona od [rednicy bbna. Zale|no[ t przedstawia wzr 20 30 n = do n = n  ilo[ obr/min ; D  [rednica bbna D D Mieszanie w mieszarkach bbnowych polega na podnoszeniu materiaBu na pewn wysoko[ i zsypywaniu go. Czsto w tych mieszarkach s przegrody. przegrody materiaB - 6 - Do mieszania ciaB plastycznych powstaBych przez zmieszanie ciaB staBych z maB ilo[ci cieczy stosuje si zagniatarki. Urzdzenia te musz mie bardzo mocn budow. poprzeczki wzmacniajce waB obrotowy koryto Na poziomym wale obrotowym s skrzydBa wzmocnione poprzeczkami. Umieszczone to jest w korycie. W czasie obrotu materiaB przerzucany jest z jednej strony waBu na drug i jednocze[nie rozrywany przez skrzydBa. Do produkcji ma[ci stosuje si zagniatarki walcowe. Posiada one mog 2 lub 3 walce umieszczone pitrowo bdz na jednym poziomie. Masa jest zagniatana i mieszana midzy walcami. MIESZANIE CIECZY Do tego stosuje si mieszadBa: a. Bopatkowe b. [migBowe c. [rubowe d. turbinowe Ad a) Maj Bopatki osadzone na wale poziomym lub pionowym. Czstki cieczy mieszanej s odrzucane w kierunku [cian naczynia wznoszc si do gry i opadajc. MieszadBa te wprawiaj ciecz w ruch wirowy, ktry zmniejsza efektywno[ mieszania. Zapobiega si temu stosujc nieruchome Bopatki w mieszalniku  Bamacze(Bami wir cieczy). Mieszalniki Bopatkowe: waB najprostszy Bopatka Bamacze Bapa Nie nale|y stosowa zbyt dBugich Bap. DBugo[ zawarta powinna by midzy 0,2 0,35 [rednicy mieszalnika. Szeroko[ Bapy ma niewielki wpByw na wielko[ intensywno[ci mieszania. Intensywno[ mieszania wzrasta ze wzrostem szybko[ci obrotu. Ilo[ Bopatek ma maBy wpByw na intensywno[ mieszania. Gdy zamiast 2 zastosujemy 4 to intensywno[ mieszania wzro[nie o 2%. Mog mie ksztaBt: " ram  ramowe, " kotwicy  kotwiczne, " tarczy  tarczowe. - 7 - waB waB rama rama Bamacze Tarczowe sBu| do mieszania cieczy nie rozpuszczajcych si w sobie. Mieszalniki tarczowe s wolnoobrotowe i nadaj si do mieszania cieczy o maBym ci|arze wBa[ciwym. Tarcza PBaszcze Kiedy musimy miesza du| ilo[ osadu z ciecz a nie wystarczaj zwykBe mieszadBa  stosuje si mieszadBa planetarne. Ruch jego zachodzi wokB osi poziomej i pionowej. waB mieszadBa Jest to mieszadBo wolnoobrotowe. - 8 - Ad b) ZmigBowe (propelerowe)  zbudowane ze [migieB (skrcone Bopatki o r|nym nachyleniu). Nadaj one cieczy ruch wokB osi obrotu i w zale|no[ci od skrtu wypychaj one ciecz do gry (prawe [migBo) lub spychaj do doBu (lewe [migBo). Prawe [migBo umieszczamy blisko dna, a lewe bli|ej powierzchni cieczy. MieszadBa te s krtsze od Bopatkowych, mog mie wiksz szybko[ obrotow 200-1800 obr/min. Nie nadaj si do mieszania cieczy lepkich i gstych. Ad c) Zrubowe do cieczy lepkich i gstych. Zrubowe  skBadaj si z nieruchomej rury cyrkulacyjnej wewntrz ktrej obraca si [ruba nadajca cieczy ruch albo z doBu do gry albo odwrotnie w zale|no[ci od skrtu [ruby. rura cyrkulacyjna [ruba Ad a) Turbinowe do otrzymywania emulsji cieczy zawierajcych du| ilo[ zawiesiny; skBadaj si z wirnika poruszanego z du| szybko[ci 400  200 obr/min. DopByw cieczy l|ejszej DopByw cieczy ci|szej Mieszanie gazw: 1. gaz + gaz 2. gaz + ciecz 3. gaz + ciaBo staBe Gaz + gaz - samorzutnie  dyfuzja; w celu przyspieszenia stosuje si wentylatory i dmuchawy. Gaz + ciecz - beBkotki; najprostsza to rura, w ktrej s maBe otworki (musz by rwne). Od wielko[ci otworkw zale|y wielko[ powierzchni zetknicia si fazy gazowej z ciekBa  im mniejsze otworki tym powierzchnia wiksza. Przy u|yciu spr|onych gazw w beBkotkach mo|na za ich pomoc miesza 2 lub wicej cieczy. BeBkotki stosuje si te| do mieszania cieczy z osadami. - 9 - doprowadzenie gazu beBkotka wycicia beBkotki EKSTRAKCJA Polega na tym, |e mieszanin ciaB poddaje si dziaBaniu odpowiedniego rozpuszczalnika. Celem jej jest wydzielenie z tej mieszaniny w postaci roztworu skBadnika, ktry si w dobranym do ekstrakcji rozpuszczalniku rozpuszcza Batwiej od innych skBadnikw. Ekstrakcji mo|na poddawa ciecze i ciaBa staBe. Je[li ekstrakcj ciaB staBych prowadzimy za pomoc wody to jest Bugowanie. Mieszanina ciaB poddawanych ekstrakcji to surowiec, ciaBo ekstrahowane to ekstrakt. Substancja ekstrahujca  rozpuszczalnik  ekstrahent. PozostaBo[ otrzyman po ekstrakcji ciaBa lub cieczy  rafinat. Ekstrakcja nastpuje dziki wymianie mas midzy surowcem, a rozpuszczalnikiem i nastpuje ona pod wpBywem r|nicy st|eD i zachodzi w drodze dyfuzji. G = kFt(C1  C2) k  wspBczynnik ekstrakcji F  wielko[ powierzchni, na ktrej zachodzi ekstrakcja t  czas trwania ekstrakcji C1  C2 - r|nica st|eD k  zale|y od rodzaju rozpuszczalnika i rodzaju substancji ekstrahowanej F  ma du|y wpByw na ilo[ substancji ekstrahowanej. Powierzchni mo|na zwikszy przez rozdrobnienie ciaBa staBego lub mieszanie cieczy. Rozdrabnianie ciaBa staBego mo|na prowadzi tylko do pewnego stopnia. Wraz ze wzrostem rozdrobnienia ciaBa staBego wzrastaj opory przepBywu rozpuszczalnika. R|nic st|eD mo|na zwikszy przez: " zwikszenie ilo[ci rozpuszczalnika " zasilanie surowca co pewien czas porcjami czystego rozpuszczalnika " prowadzenie ekstrakcji w przeciwprdzie (procesem przeciwprdowym) Na szybko[ przebiegu ekstrakcji ma te| wpByw temp. Wzrost temperatury zmniejsza lepko[ rozpuszczalnika i wzmaga ruch molekularno  kinetyczny. Wzrost temperatury nie zawsze mo|na wykorzysta, bo niektre substancje s nietrwaBe w podwy|szonej temperaturze. Ponadto wzrost temperatury zwiksza rozpuszczalno[ zanieczyszczeD, ktrych chcemy si pozby. Proces ekstrakcji opiera si na prawie podziaBu Nernsta: c2 k = c1 k  wspBczynnik podziaBu c2  st|enie substancji ekstrahowanej w rozpuszczalniku c1  st|enie substancji ekstrahowanej w surowcu Z tego prawa wynikaj pewne wskazwki dla przeprowadzania ekstrakcji; " wiksz wydajno[ ekstrakcji osigamy wwczas, gdy caB ilo[ rozpuszczalnika u|ywanego do ekstrakcji podzielimy na porcje, np. gdy mamy 10ml roztworu wodnego substancji x i chcemy przeprowadzi jej ekstrakcj za pomoc 10ml eteru, to gdyby[my przeprowadzili ekstrakcj jednokrotn to: - 10 - dla k = 4 , k = c1/c2 c2-x/10 c1 = (1-x)/10 k = (x/10)/[(1-x)/10] = 4 => x = 0,8 czyli ekstrakcja jednokrotna dostarcza 80% substancji. Natomiast ekstrakcja dwukrotna: I) c2 = x1/5 c1 = (1-x1)/10 k=(x1/5)/[(1-x1)/10] = 4 => x = 0,67 => 67% wydajno[ I ekstrakcji II) c2 = x2/5 c1 = (0,32-x2)/10 k=(x2/5)/[(0,32-x2)/10] = 4 => x = 0,22 => 22% wydajno[ II ekstrakcji => ekstrakcja I + ekstrakcja II = 89%, co daje 9% wzrost wydajno[ci ekstrakcji. Nale|y jednak pamita |e opBacalnym jest prowadzenie 3  4 ekstrakcji (skrajnie 5) natomiast dalsze zwikszanie ilo[ci ekstrakcji jest nieopBacalne. Wa|n czynnikiem przy ekstrakcji jest dobr odpowiedniego rozpuszczalnika: " selektywny  wykazywa du| r|nic rozpuszczalno[ci substancji ekstrahowanej i zanieczyszczeD " obojtny chemicznie w stosunku do substancji ekstrahowanej i aparatury w ktrej prowadzi si ekstrakcj " maBe ciepBo wBa[ciwe i maBe ciepBo parowania oraz niska temperatura wrzenia " du|a dyfuzyjno[ " niepalny " nietoksyczny " niska cena Do najcz[ciej stosowanych rozpuszczalnikw zalicza si: H20, alkohol etylowy, benzen, trjchloroetylen, chloroform, aceton, eter, octan etylu, benzyn. Do ekstrakcji sBu| aparaty: a. do ekstrakcji ciaB staBych " maceraty " perkolaty " aparat ekstrakcyjny wg schematu Soxhleta b. do ekstrakcji cieczy " ekstraktor kolumnowy " ekstraktor z mieszadBem " ekstraktor Podbielniaka " wirwka ekstrakcyjna typu Luwesta Aparatura ta skBada si z kotBa destylacyjna wBa[ciwego ekstraktora, chBodnicy i zbiornika. Ekstraktor posiada podwjne dno. Jedno z nich jest dnem sitowym. Na dnie sitowym skBada si materiaB, ktry mamy poddawa ekstrakcji. Pod dnem jest w|ownica grzejna  ekstrakcja prowadzona jest na ciepBo. Ekstrakcj rozpoczyna si wprowadzajc ze zbiornika poBo|onego u gry, rozpuszczalnik do ekstraktora. Rozpuszczalnik po przej[ciu przez surowiec wpBywa do kotBa destylacyjnego. PowstaBy wycig jest zagszczany, a pary przechodz do chBodnicy, w ktrej ulegaj skropleniu i spBywaj poprzez flaszk florentyDsk i zbiornik z powrotem do ekstraktora. Flaszka sBu|y do rozdzielania warstw w przypadku, gdy do ekstrakcji u|ywa si rozpuszczalnika nie mieszajcego si z wod, a w materiale znajduje si wilgo. Woda wwczas odprowadzana jest na zewntrz aparatu. Poniewa| najcz[ciej stosuje si rozpuszczalniki l|ejsze od wody, to znajduj si one w warstwie grnej we flaszce i spBywaj poprzez zbiornik do ekstraktora. Dziki temu w aparacie Soxhleta maB ilo[ci rozpuszczalnika mo|na prowadzi ekstrakcj na du|ej ilo[ci surowca, je|eli substancja ekstrahowana jest odporna na podwy|szon temperatur. - 11 - 1 5 3 1- flaszka florentyDska 6 2- kocioB destylacyjny 3- zbiornik rozpuszczalnika 4- chBodnica 5- ekstraktor 6- dno sitowe 2 7- w|ownica kran Ekstraktor kolumnowy  ekstrakcja zachodzi w przeciwprdzie, ciecz ci|sz wprowadzamy od gry, a l|ejsz od doBu, ciecze te wzajemnie si przenikaj. W celu zwikszenia powierzchni kontaktu obydwu cieczy stosuje si sita lub beBkotki. Ekstraktor z mieszadBem waB obrotowy mieszadBo ruchome prty (Bamacze) pBaszcz ekstraktora cieczowskaz Ekstraktor kolumnowy Ekstraktor Podbielniaka  wirwka Podbielniaka, w skBad jego wchodzi wirnik zrobiony z pBaskiej ta[my zwinitej w spiral przy czym liczba zwojw jest bardzo du|a (do 32). DBugo[ ta[my do 80 m. To wszystko jest zwinite i spirala umieszczona jest w bbnie. Bben osadzony jest na wale poruszanym ruchem obrotowym z szybko[ci 2  4tys. obr/min. - 12 - Ciecz ci|sz doprowadza si do [rodka bbna, a ciecz ci|sza bdzie pBynBa ku doBowi, bo jest dociskana do zwojw przez siB od[rodkow. Ciecz ci|sza przenika wtedy przez l|ejsz, ktra pBynie od obwodu wirnika przez jego spiral w kierunku osi i opuszcza aparat po stronie wlotu cieczy ci|kiej. Ciecz ci|sza opuszcza aparat po stronie wlotu cieczy l|ejszej. Ekstrakcja zachodzi tu szybko, bo jest du|a powierzchnia zetknicia si obu cieczy. ta[ma ciecz ci|sza ci|sza ciecz ci|sza l|ejsza [ciany bbna Ekstrakcja typu Luwesta  w obudowie osadzonej na pionowym wale znajduje si centralna rura, w ktrej s przewody cieczy ci|szej i l|ejszej. Wewntrzna przestrzeD aparatu podzielona jest przegrodami na trzy komory. Nad i pod przegrodami s przegrody tworzce kanaBy poni|ej i powy|ej przegrd tworzcych komory. Ciecz ci|sza wprowadzana jest na dno dolnej komory, a odbierana jest z grnej komory aparatu. Ciecz l|ejsz wprowadza si na dno grnej komory, a odbiera z komory dolnej. Wynika z tego, |e proces ekstrakcji zachodzi w przeciwprdzie. Rura centralna zawiera przewody Bczce trzy komory midzy sob. W rurze tej s te| rozpryskiwacze, ktre wyrzucaj ciecz z rury centralnej do komr. W komorach pod wpBywem siBy od[rodkowej nastpuje rozdzielanie si cieczy. Ci|sza jest odrzucana ku [ciankom i wypBywa kanaBem poBo|onym poni|ej przegrody dzielcej przestrzeD aparatu na komory, a l|ejsza zbiera si bli|ej rury centralnej i odpowiednimi kanaBami pBynie do komory ni|szej mieszajc si po drodze w rozpryskiwaczu i kanale le|cym powy|ej przegrody dzielcej przestrzeD aparatu na komory. Do tego kanaBu spBywa ciecz ci|ka z ni|ej poBo|onej komory. W ten sposb widzimy, w kanaBach jednych zachodzi mieszanie si cieczy, a wic wBa[ciwa ekstrakcja, inne natomiast sBu| tylko do transportu cieczy. W komorach nie zachodzi ekstrakcja, a tylko nastpuje rozdziaB cieczy. Bardzo krtki czas zetknicia si cieczy ze sob i szybki rozdziaB. Du|a powierzchnia zetknicia. ///////////////RYSUNEK////////////////////// - 13 - FILTRACJA Jest to oddzielanie ciaB staBych przy u|yciu porowatych przegrd przepuszczajcych tylko ciecz. PrzypByw cieczy przez przegrod filtracyjn zachodzi dziki r|nicy ci[nieD po obu stronach przegrody. Szybko[ filtracji zale|y od: 1) wBa[ciwo[ci przegrody 2) rodzaju osadu i grubo[ci warstwy osadu 3) od rodzaju pomocy filtracyjnej 4) temperatury 5) ci[nienia Ad. 1) Wyboru dokonuje si w zale|no[ci od wBa[ciwo[ci filtrowanej cieczy. Jako materiaB, z ktrego robi si przegrody, stosuje si: " tkaniny z wBkien ro[linnych (pBtno lniane, baweBna), " tkaniny pochodzenia zwierzcego (jedwab, weBna), " tkaniny syntetyczne (nylon), " metale, " przdziwa szklane. Szybko[ przepBywu cieczy przez przegrod zale|y od wielko[ci jej otworw. Ma to wpByw na opr hydrauliczny. Ad. 2) Osady krystaliczne, nie[ci[liwe i twarde Batwiej jest odsczy ni| koloidalne i [ci[liwe. Koloidalne  mo|e nastpi zatrzymanie procesu sczenia; adsorpcja czstek koloidalnych w porach przegrody; Zapobieganie to stosowanie r|nej pomocy filtracyjnej (Ad. 3). Zbyt gruba warstwa osadu mo|e spowodowa zmniejszanie si porw, przez ktre pBynie ciecz. Prowadzi to do zatrzymania procesu filtracji, a wynika z faktu, |e opr hydrauliczny przewy|sza r|nic ci[nieD po obu stronach przegrody. Tak nale|y dobiera powierzchni przegrody, aby warstwa byBa cienka. Warunkiem dokBadnego oddzielenia cieczy i osadu jest jednak wytworzenie dostatecznie grubej warstwy osadu. Ma nastpi zw|enie przewodw kapilarnych do takiej wielko[ci, aby faza staBa nie przechodziBa przez nie. Wa|ne przy sczeniu osadw bardzo drobno krystalicznych. Ad. 3) Stosowanie substancji majcych du|e wBa[ciwo[ci adsorpcyjne  zapobiegaj zalepianiu si porw, tworz z czsteczkami koloidu osady nie zalepiajce porw. Ad. 4) Wzrost temperatury wpBywa korzystnie na szybko[ filtracji. Podwy|szona temperatura zmniejsza lepko[ cieczy i koaguluje zawiesiny. Jednak wzrost temperatury mo|e spowodowa spcznienie przegrody lub osadu, lub te| mo|e uBatwi korozj. Wzrost temperatury ma wpByw na lepko[ cieczy tylko do pewnej granicy, pzniej lepko[ pozostaje staBa. Dlatego dla ka|dego procesu filtracji dobiera si optimum temperaturowe. Ad. 5) W przypadku sczenia osadw nie[ci[liwych szybko[ filtracji ro[nie wprost proporcjonalnie do wzrostu ci[nienia, natomiast w przypadku osadw [ci[liwych ro[nie o wiele wolniej ni| wzrasta ci[nienie. W tym przypadku wzrost ci[nienia powoduje zmniejszanie si przekrojw przewodw kapilarnych. DARCY: p  = k p  ci[nienie [kg/m2]; L k  staBa przepuszczalno[ci warstwy, rwnoznaczne z odwrotno[ci oporu hydraulicznego wyra|onego w [kgs/m2]; L  grubo[ warstwy [m] Sprawdza si do[wiadczalnie tylko przy filtrach ziarnistych, maBych ci[nieniach i maBych szybko[ciach przepBywu cieczy. Dla innych warunkw filtracji do[wiadczalnie ustalono: - 14 - p m  = k m  wyznaczone do[wiadczalnie, wynosi 1,5 L Wa|ne jest, i| nie ma prawa, ktre okre[la wszystkie typy filtracji ! Szybko[ filtracji zale|y od oporu hydraulicznego i ci[nienia wywieranego na sczon zawiesin. Sczenie ciaB staBych mo|na prowadzi: " pod ci[nieniem hydrostatycznym (normalne warunki), " zwikszonym wskutek zmniejszenia ci[nienia w odbieralniku (Bchner), " pod znacznie zwikszonym ci[nieniem: 10  20atm (prasy filtracyjne). W zale|no[ci od rodzaju sczenia stosuje si: W przemy[le  nucze (cedzidBa) stosuje si wtedy, gdy mamy do odsczenia du| ilo[ osadu, na ktrej nam zale|y: " nucze otwarte " nucze zamknite 1 4 2 3 1  ruszt , 2  zbiornik, 3  przewd odprowadzajcy, 4  przewd Bczcy nucze z pomp pr|niow Ciecz przechodzca przez przegrod odprowadzana jest przewodem na zewntrz zbiornika, natomiast pod przegrod znajduje si przewd, ktry przyBczony jest do pompy pr|niowej, ktra zwiksza r|nic ci[nieD. Nucze buduje si z metali, krzemionki itp., a jako filtry stosuje si - patrz FILTRACJA-Ad. 1) (str. 12) Nucze zamknite zaopatrzono w szczeln pokryw. Ciecz wraz z osadem wprowadza si pod zwikszonym ci[nieniem. 4 2 3 1  pokrywa, 2  obudowa, 3  przegroda, 4  dzwignia do zdejmowania pokrywy Nucze zamknite: odscza si osady od lotnych, zwBaszcza palnych rozpuszczalnikw organicznych. Ciecz wprowadza si pod zwikszonym ci[nieniem. Do podnoszenia pokrywy sBu|y dzwignia. Przy odfiltrowywaniu maBej ilo[ci osadu stosuje si filtry kulowe. Nucze takie stosuje si gBwnie do odsczania osadw nie[ci[liwych. Ze wzgldu na maB powierzchni filtracyjn nie nadaj si do filtracji osadw koloidalnych. - 15 - PBkula Przegroda Kiedy chcemy sczy ciecze lepkie to stosujemy filtry workowe. Rama materiaB filtracyjny stojak Workowe pr|niowe  przy wikszej ilo[ci zawiesiny, worki pBcienne zaBo|one s na ramy. PrzestrzeD, w ktrej zawieszony jest worek poBczona jest z pomp pr|niow. Osad zbiera si na zewntrznej stronie worka. Znane s te| ci[nieniowe filtry workowe, ciecz z osadu jest do nich wprowadzana pod zwikszonym ci[nieniem  osad zbieramy na wewntrznej stronie worka. Filtry obrotowe: 1. bbnowe 2. tarczowe (ekonomiczniejsze) Ad. 1) Praktycznie niestosowane Ad. 2) Szereg tarcz na wydr|onym wale, tarcze pokryte s materiaBem filtracyjnym, przy obrocie tarcze zanurzaj si w cieczy w korycie. Pod wpBywem spadku ci[nienia ciecz zasysana jest do wewntrz. Po przej[ciu przez materiaB filtracyjny ciecz odprowadzana jest do zbiornika poprzez kanaliki wytwarzane w wale. OdkBadajca si warstwa usuwana jest bez przemywania z materiaBu filtracyjnego. " stosuje si du|e ilo[ci cieczy do osadu, na ktrym nam nie zale|y np. grzybnia oddzielana od reszty w toku produkcyjnym penicyliny. Do filtrowania cieczy z du| zawarto[ci ciaB staBych, szczeglnie koloidalnych, stosuje si filtry ci[nieniowe  prasy filtracyjne. a) prasy komorowe b) prasy ramowe Posiadaj dwa rodzaje pByt peBne i ramowe (ramy)  s jednakowej wielko[ci. PByty peBne maj rurkowan powierzchni. Ustawia si je naprzemiennie, dociskane pByt czoBow. Ciecz z osadem wprowadza si do ram, na ktrych znajduje si materiaB filtracyjny. Przescz po przej[ciu przez materiaB filtracyjny spBywa do kanalikw odpBywowych i kanaBu centralnego, wytworzonego przez skrcanie pByt i ram. Osad wyjmuje si z ram po rozkrceniu prasy. Mo|na go przemywa, doprowadzajc rozpuszczalnik do pByt nieparzystych i odpBywa parzystymi. Stosowane do du|ych ilo[ci osadu  koloidalnego. Sczenie odbywa si pod zwikszonym ci[nieniem od 4  20atm. W prasach tych mo|na sczy na gorco. Doprowadza si czynniki grzejne. PByty wyrabia si z r|nych tworzyw |eliwa, szkBa itp. WADA: rczna obsBuga  ka|da filtracja to skrcanie i rozkrcanie aparatury. - 16 - 1 2 3 1- pByty peBne 2- ramy 3- materiaB filtracyjny 4- kanaliki odpBywowe 4 Oddzielanie ciaB staBych od cieczy Odwirowywanie  wykorzystuje si dziaBanie siBy od[rodkowej, dziki ktrej czsteczki o wikszym ci|arze odrzucane s ku obwodowi, a l|ejsze ukBadaj si bli|ej osi obrotu. Fr = mv2/r V = r  = 2/T  = 2n , n  ilo[ obrotw na jednostk czasu Fr = m4p2n2r PodziaB wirwek 1) wirwki sedymentacyjne 2) wirwki filtracyjne Ad. 1) Posiada bben osadzony na wale obrotowym, jego [ciany s peBne, a osad w czasie wirowania dziki sile od[rodkowej osadza si na nich. Ciecz natomiast znajdujca si bli|ej osi obrotu, przelewa si do przestrzeni znajdujcej si midzy bbnem a obudow wirwki. Z tej przestrzeni woda jest odprowadzana przewodem na zewntrz. Odwirowany osad zawiera stosunkowo du|o wilgoci (do 70%) 3 4 Ad. 2) Zciany bbna tych wirwek s perforowane. Zciany pokrywa si materiaBem filtracyjnym a ciecz odpBywa otworkami w [cianach bbna. OdpBywa do przestrzeni jw. Osad zawiera znacznie mniej wilgoci. W przypadku osadw koloidalnych i [ci[liwych osad zawiera do 40% wilgoci - 17 - 4 2 3 1 ULTRAWIRWKI (np. Sharptes a) Ma bardzo mocn budow mechaniczn. Posiada maB [rednic 50  100mm wysoko[ rzdu 200 - 600mm. Bardzo du|a szybko[ odwirowania (do 4,5tys obr/min). Stosuje si je szczeglnie do bardzo szybkiego rozdzielenia emulsji (do tego celu stosuje si rwnie| separatory). 4 5 3 1 2 CiepBo CiepBo rozchodzi si za pomoc: 1) promieniowania 2) przewodnictwo 3) konwekcja Wymiana ciepBa midzy [rodowiskiem  ciecz lub gaz  a powierzchni ciaBa staBego (przejmowanie przenikanie ciepBa). Ta wymiana mo|e nastpowa w przypadku istnienia r|nicy temperatur dwch [rodowisk, ogrzewanego i ogrzewajcego. Ilo[ ciepBa pobranego lub oddanego Q; Q = aF(t1 + t2) F  powierzchnia przez, ktr nastpuje wymiana ciepBa a  wspBczynnik przejmowania ciepBa (ilo[ ciepBa przekazana przez powierzchni 1m2 w cigu 1h przy zmianie temperatury o 1) zale|y od: " stanu skupienia [rodowiska przewodzcego ciepBo " charakteru ruchu [rodowiska (naturalny czy wymuszony oraz jego prdko[) " ksztaBtu i temperatury [ciany, przez ktr nastpuje wymiana ciepBa " wBa[ciwo[ci [rodowiska : temperatura, ci[nienie, gsto[, lepko[, przewodnictwo cieplne. Wyznacza si go eksperymentalnie: W przypadku gdy nastpuje wymiana ciepBa midzy dwoma [rodowiskami, rozdzielonymi przegrod wzr przyjmuje posta: Q = kF(t1 + t2) - 18 - k  oglny wspBczynnik przenikania ciepBa Gdy w trakcie wymiany ciepBa t1 + t2 ulega zmianie w czasie, to wwczas przyjmujemy |e ilo[ ciepBa Q: Q = kFt[r OGRZEWANIE # powietrzne (gorce powietrze stosowane w suszarnictwie) # elektryczne (umo|liwia uzyskanie wysokich temperatur oraz ich regulacj  urzdzenia oporowe) # dielektryczne # ogniowe (stosowane w du|ym przemy[le chemicznym) # wodne (gdy chcemy osign temperatury < 100C) # wodne  przy pomocy wody przegrzanej (H2O doprowadza prawie do temperatury wrzenia pod wysokim ci[nieniem) H2O przegrzana ma wysoki wspBczynnik a (korzystne), ale ogrzewanie to ma swoje ograniczenie  374C przy 225atm. # olejowe (do 200C  wada to tworzenie przez oleje osadw) # par wodn a) bezpo[rednie, tzw. Bezprzeponowe np. destylacja z par wodn b) przeponowe, zastosowanie odpowiednich urzdzeD, np. pBaszcze parowe, w|ownice i ogrzewanie rurkowe. Para wchodzi do urzdzenia, oddaje ciepBo i skrapla si. W wymienniku ciepBa powstaj skropliny, ktre si odprowadza za pomoc garnkw kondensacyjnych dziaBajcych na zasadzie pBywaka. DziaBanie garnka kondensacyjnego: gdy skropliny wypeBni 2/3 jego objto[ci, to pBywak podnosi si do gry i podnosi zawr na przewodzie odprowadzajcym skropliny. PBywak po spByniciu skroplin opada i zamyka zawr. Do wymiennikw ciepBa: ogrzewacz pBaszczowy  podwjna [ciana kotBa, reaktor, naczynie, w ktrym prowadzimy reakcj. W przestrzeD midzy dwoma [cianami wprowadza si medium grzejne. OdlegBo[ wynosi 2  3 cm. Wysoko[ drugiej [ciany, tzn. pBaszcza zale|y od poziomu cieczy w reaktorze, ktr chcemy ogrzewa. Medium grzejne ! H2O lub par wodn. Zaleta wymiennika  szybki spByw skroplin. Wada wymiennika  grna granica ci[nienia wprowadzanej w charakterze medium grzejnego pary wynosi 5atm. PBaszcze zaopatrzone s w nanometry, termometry klapy bezpieczeDstwa, ktre otwieraj si po przekroczeniu dopuszczalnego ci[nienia. W|ownice Rury o r|nych ksztaBtach, dostosowane do obudowy aparatu. Umieszcza si je na dole aparatu, a w [rodku w|ownicy nastpuje przepByw medium grzejnego ! H2O lub pary. Gdy medium grzejnym jest para wodna, to w w|ownicy pojawiaj si skropliny, je[li s zbyt obfite, to obni|aj wspBczynnik a (spada ilo[ przekazywanego ciepBa). Czasem nale|y stosowa dBugie w|ownice, wtedy dzieli si je na trzy sekcje. Przy dBugich w|ownicach pojawia si trudno[ w odprowadzaniu skroplin. Par grzejn wprowadza si przez grny koniec w|ownicy, natomiast skropliny spBywaj doBem do garnka kondensacyjnego. Na wspBczynnik a ma wpByw szybko[ przepBywu medium grzejnego, dlatego wa|na jest [rednica w|ownic. W stosunku do ogrzewania pBaszczowego w|ownice posiadaj zalet, |e mo|na nimi ogrzewa wiksze aparaty i uzyskiwa wysokie temperatury. Wad w|ownic jest tworzenie si osadw trudnych do usunicia. Dlatego stosuje si w|ownice pBaskie lub w|ownice, ktre mo|na wmontowa i wymontowa (czyszczenie z zewntrz). Wydajniejsze wymieniacze ciepBa ! w|ownice typu rura w rurze ! ciecz pBynie z doBu do gry, a para z gry do doBu. System grzewczy Freder-Kinga - wykorzystuj w|ownice System grzewczy Samka - wykorzystuj w|ownice Posiadaj one urzdzenia umo|liwiajce ogrzewanie wod przegrzan (poni|ej 374, ci[n. 220atm) lub umo|liwiaj ogrzewanie par wysokopr|n. Urzdzenia te posiadaj stalowe w|ownice o du|ej wytrzymaBo[ci. W|ownice s wtopione w |eliwn [cian aparatu. - 19 - Medium grzejne wprowadzane jest do grnego koDca w|ownicy, a wypBywa dolnym. Te systemy pozwalaj na uzyskanie wysokich temperatur. Aby to osign medium grzejne ogrzewane jest w osobnej instalacji skBadajcej si z pieca z odpowiednimi przewodami. Piec ten znajduje si zawsze poni|ej wBa[ciwego aparatu grzejnego. Ogrzane medium przechodzi przez w|ownice aparatu grzejnego, gdzie oddaje ciepBo i jako ci|sze spBywa z powrotem do pieca. Zalet systemu grzewczego Freder-Kinga jest mo|liwo[ Batwego regulowania temperatury. Wada: du|y ci|ar caBej aparatury, wysoki koszt i stosunkowo maBa powierzchnia ogrzewcza. podkBadki miedziane 4 5 2 w|ownice na zewntrz 3 [cian kotBa 1 [ciana kotBa 1  korpus aparatu; 2  w|ownica; 3  kocioB Freder-Kinga; 4  podgrzewacz, instalacja grzejna; 5  palenisko. System grzewczy Samka stosowany jest cz[ciej, a r|ni si tylko tym |e w|ownice, w ktrych pBynie medium nie s wtopione, ale s przyspawane na zewntrz aparatu (np. [cian). Sposb przyspawania zale|y od materiaBu z ktrego zbudowany jest korpus (miedz, stal, glin)  systemy te s taDsze. Najprostszym typem ogrzewaczy s ogrzewacze rurkowe. Ten system charakteryzuje si du|, powierzchni grzejn i jest stosowany do ogrzewania du|ych ilo[ci cieczy (w aparatach wyparnych). Medium grzejnym jest najcz[ciej para wodna, z tym |e para jest wprowadzana do przestrzeni midzyrurkowej. Ciecz ogrzewana pBynie wewntrz rur. Wymiennik rurkowy skBada si z pBaszcza, dwch dennic, dwch wewntrznych den sitowych i pewnej ilo[ci rurek do tych den przymocowanych. 8 1 - pBaszcze 2- dennice 3-dna sitowe 4-rurki 5,6 - przepByw pary grzejnej 7,8 - przepByw cieczy ogrzewanej 5 1 4 6 3 2 7 Kaloryfery Stosuje si je do ogrzewania powierza i gazw; w przemy[le do suszarni. - 20 - Gazy ktre maj ogrzewa powinny przepBywa przez hydrofory z doBu do gry prostopadle do osi rur, w ktrych pBynie medium grzejne (woda, para wodna, gazy spalinowe)  pBynie od gry do doBu. Kaloryfery mog by zbudowane z rur gBadkich lub |ebrowych. ChBodzenie stosuje si w operacjach jak krystalizacja, destylacja w reakcjach egzotermicznych. Przy chBodzeniu ktre mo|na prowadzi powietrzem, wod mo|na te| stosowa mechanizmy ozibiajce np. Ld z wod i sol (solanka) z CaCl2 mo|na te| stosowa suchy ld. W przemy[le stosuje si powietrze, zimn wod i solank. Do ozibiania medium chBodzcego do odpowiedniej temperatury stosuje si chBodziarki. Medium chBodzce do wymiennikw ciepBa (pBaszcze, w|ownice, wymienniki rurkowe) wprowadza si od doBu. Medium pobierajc ciepBo ogrzewa si, przesuwa si ku grze. 2 rodzaje chBodziarek a) absorpcyjne - z zewntrz doprowadzana jest energia cieplna b) kompresyjne - doprowadzana jest z zewntrz energia mechaniczna. W takich chBodziarkach w przekazywaniu energii uczestniczy medium chBodzce ( gazy, ciecze o du|ym cieple parowania i niskiej pr|no[ci pary). Prujc pobieraj ciepBo z otoczenia a potem s skraplane i ochBadzane przy czym w czasie skraplania i ochBadzania oddaj ciepBo ciaBom o ni|szej temperaturze. Absorpcyjne s o wiele mniej wydajne. Kompresyjne: 1- kompresor 2- parownik 3- chBodnica woda 1 2 solanka Ma tu miejsce spr|anie i rozpr|anie czynnika chBodzcego, ktrym jest amoniak, CO2, freony. Kompresor zasysa pary amoniaku z parownika, w parowniku pary powstaj szybko. Nastpnie spr|ony amoniak jest tBoczony do chBodnicy. Pary amoniaku s chBodzone wod wwczas skrapla si i przez zawr dostaje si do parownika. W parowniku rozpr|a si pobierajc ciepBo od solanki. W czasie przemian zachodzcych w chBodziarce ukBad zyskuje ciepBo pobrane od solanki i zyskuje ilo[ pracy wykonanej przez kompresor. Traci za[ ciepBo na rzecz wody przepBywajcej przez chBodnic. Bilans cieplny: Q= A + Q0 Wydajno[: W = Q0/ A Q0- ciepBo solanki A - praca wykonana przez spr|ark St|anie roztworw Proces st|ania polega na odprowadzeniu rozpuszczalnika ze [rodowiska roztworu przez przeprowadzenie go w stan pary bdz odprowadzenie go do atmosfery. Najcz[ciej w przemy[le ma miejsce st|ania roztworw wodnych i wodno - alkoholowych Zagszczanie roztworw do stanu nasycenia prowadzimy w wyparkach a zagszczenie roztworu prowadzi do wydzielenia osadw substancji rozpuszczonych w warnikach. Zagszczanie prowadzi si w dowolnej temperaturze pod warunkiem, |e: pr|no[ czstkowa pary w roztworze jest wiksza ni| pr|no[ par rozpuszczalnika nad swobodn powierzchni parowania. Normalnie ogrzewa si zagszczone roztwory do temperatury wrzenia (wtedy Batwiejsze jest parowanie czstek cieczy, ktre musz otrzyma wiksz ilo[ energii aby pokona ci[nienie zewntrzne i siBy oddziaBywania midzy czsteczkowego). Temperatura wrzenia roztworu zale|y od: " ci[nienia zewntrznego - 21 - " rodzaju rozpuszczalnika " substancji rozpuszczonej i jej st|enia Pr|no[ par czystego rozpuszczalnika jest wiksza ni| pr|no[ par tego rozpuszczalnika w roztworze. Roztwr ma wy|sz temperatur wrzenia ni| czysty rozpuszczalnik. t - tw = t - t w t - temperatura wrzenia roztworu pod dowolnym ci[nieniem odczyt z tablic: tw - temperatura wrzenia wody pod tym ci[nieniem t - temperatura wrzenia roztworu pod ci[nieniem normalnym t w- temperatura wrzenia wody pod ci[nieniem normalnym Zat|anie roztworu prowadzi si w wyparkach . Dzieli si ja na 1. o dziaBaniu okresowym i cigBym 2. dziaBajce pod normalnym, obni|onym i zwikszonym ci[nieniu 3. samodzielne i bateryjne 4. ze wzgldu na sposb prowadzenia ogrzewania na: a) przeponowe " pBaszczowe " przy u|yciu w|ownic " z ogrzewaniem rurkowym b) bez przeponowe ad. 2 ) je[li spr|anie bdzie zachodziBo w temperaturze ni|szej to aparatura pracuje z wiksz wydajno[ci (mniejsza strata ciepBa) wady: koszt instalacji pienienie roztworw Aparat wyparczy z pBaszczem grzejnym. 8 1 7 6 3 4 5 2 1- wprowadzenie roztworu rozcieDczonego; 2 -odprowadzenie zagszczonego roztworu;3- doprowadzenie pary grzejnej; 4- odpowietrznik; 5- spByw skroplin; 6- wziernik;7- wBaz;8- odprowadzenie oparw Uwaga: przy st|aniu du|ej ilo[ci roztworu stosuje si wyparki z w|ownic grzejn. WYPARKI Z OGRZEWANIEM RURKOWYM (np. aparat wyparki Roberta) - 22 - 6 1-dopByw pary do komory grzejnej 2-dopByw pary i skroplin do garnka 4 kondensacyjnego 3-rura cyrkulacyjna 7 5 1 4-Bapacz kropel cieczy 5-wziernik 6-odprowadzenie oparw 2 7-doprowadzenie roztworu rozcieDczonego 8-odprowadzenie roztworu st|onego 8 Wyparka ta jest przykBadem aparatu z pionowym uBo|eniem rurek. Aparaty z pionowym uBo|eniem rurek stosowane s ani|eli aparaty z poziomym uBo|eniem rurek. Rurki te s montowane w dwa sitowe, grne i dolne. Wewntrz rurek pBynie roztwr, ktry poddajemy zagszczaniu, przez ogrzewanie par wodn, opBywajc rurki z zewntrz. Wewntrz midzy rurkami, w ktrych kr|y ciecz jest wytwarzana rura cyrkulacyjna, ktra uBatwia kr|enie naturalne cieczy. Ciecz parujc miesza si z oparami i staje si l|ejsza, zostaje porwana ku grze (powy|ej komory grzejnej gdzie nastpuje parowanie). W drugiej cz[ci aparatu ciecz oddaje opary, z ktrymi byBa zmieszana, i staje si ci|sza  spByw w dB rur cyrkulacyjn. Odprowadzana jest na zewntrz aparatu (roztwr st|ony). Kr|enie cieczy w wyparce jest bardzo intensywne, a dziki temu wspBczynnik przenikania ciepBa a jest du|y (wyparka jest wydajna). Opary ktre wydobywaj si z cieczy, ktra przedostaBa si do grnej cz[ci wyparki, opuszczaj wypark gr. Po drodze napotykaj na Bapacz kropel cieczy. Wychwytuje on porwane przez opary kropelki cieczy i zawraca do aparatu wyparnego. Na odparowanie 100kg H2O zu|ywa si 110kg [wie|ej pary. Wyparka Kestnera Rwnie| pionowe uBo|enie rurek, ale znacznie wiksza powierzchnia grzejna. Znajduj si w niej rurki o znacznie mniejszej [rednicy, ale jest ich du|o. S one bardzo dBugie. Dziki du|ej powierzchni grzejnej, w aparacie Kestnera nastpuje zagszczenie roztworu w czasie jednokrotnego przepBywu przez komor grzejn. 9 6 7 1-rurki grzejne 5 8 2-doprowadzenie pary do komory grzejnej 3-odpByw skroplin 4-dopByw cieczy zagszczanej 5-odpByw koncentratu 6-tarcza zwrotna 7-Bopatki kierownicze 2 8-odpowietrznik 2 9-odpByw oparw 3 4 Roztwr zagszczany wprowadzany jest od doBu. Ogrzewa si w komorze grzejnej. Na skutek powstawania du|ej ilo[ci oparw ciecz pBynie ku grze coraz cieDsz warstw. Opary przyspieszaj jej bieg, a prdko[ przepBywu cieczy z oparami dochodzi do 2 m/s. W grnej cz[ci aparatu ciecz przechodzi z cz[ci grzejnej do grnej cz[ci aparatu, ktr mo|na nazwa cz[ci parow. Przy przej[ciu z jednej - 23 - komory do drugiej ciecz uderza w Bopatki. Tarcza wprowadzana jest w ruch wirowy i dziki temu ciecz uzyskuje ruch wirowy ! czsteczki odrzucane s na [cianki i spBywaj do zbiornika. Opary natomiast wydobywajce si z cieczy przechodz przez szereg przegrd i odprowadzane s do skraplacza. Dziki tak du|ej powierzchni ogrzewanej aparaty te s bardzo wydajne (wydajniejsze ni| wyparki Robert). Wyparki Kestnera stosowane s przy produkcji morfiny. Wyparka mechaniczna 1- aparat wyparczy 2 1 2- przepByw oparw 3- spr|arka 4- wtBaczanie oparw do komory grzejnej 7 6- dopByw [wie|ej pary 3 7- wziernik 4 5 6 W wyparkach mechanicznych odparowywanie odbywa si kosztem energii mechanicznej dostarczonej przez spr|ark. W wyparce mechanicznej wydzielajce si opary s zasysane przez spr|ark, s przez ni spr|one i zyskuj na temperaturze i jako para ogrzewajca wtBaczane s do komory grzejnej tej samej wyparki. Zu|ycie pary w tej wyparce wynosi 0,25 kg pary na 1 kg odparowanej wody. Uruchomienie aparatury i pewne straty wynikajce z jej nieszczelno[ci wymagaj doprowadzenia [wie|ej pary z kotBa parowego (0,25 kg / 1 kg). Du|a oszczdno[ wody. Oszczdno[ pary uzyskuje si rwnie| w wyparkach wielodziaBowych. ///////////////////////////RYSUNEK////////////////// W wyparce wielodziaBowej opary wydzielajce si w jednym aparacie wyparnym sBu| do ogrzewania komory grzejnej nastpnego aparatu wyparnego, w ktrym to aparacie na skutek zmniejszonego ci[nienia roztwr wrze w temperaturze ni|szej ni| w aparacie poprzednim. Aparatem I dziaBu nazywamy ten, w ktrym ciecz wrze w najwy|szej temperaturze i do ktrego doprowadzamy par z kotBa parowego dla zat|enia roztworu pByncego w komorze grzejnej. Para ta po oddaniu ciepBa cz[ciowo skrapla si, a skropliny spBywaj do garnka kondensacyjnego. Nie skroplona cz[ pary przechodzi do podgrzewacza roztworu rozcieDczonego. Ogrzany do wrzenia roztwr w I dziale wydziela opary, ktre s wprowadzane do komory grzejnej II dziaBu. Opary wydzielone w III dziale przechodz do kondensatora barometrycznego. Opary z I dziaBu mog doprowadzi do wrzenia roztwr w II dziale tylko wtedy, gdy w tym dziale bdzie ni|sze ci[nienie. Obni|enie ci[nienia uzyskuje si przez zastosowanie pompy pr|niowej w II dziale lub podniesienie ci[nienia w I dziale (zat|anie pod zwikszonym ci[nieniem). R|nica temperatur wrzenia zagszczonego roztworu pomidzy dziaBami powinna wynosi 10-30C. R|nica ta musi rwnie| istnie midzy dziaBem II i III. Obni|enie ci[nienia w dziale III w stosunku do II uzyskuje si przez skroplenie oparw wychodzcych z dziaBu III oraz przez zastosowanie pompy pr|niowej. Przy zu|yciu 1 kg pary doprowadzonej do I dziaBu mo|na odparowa 3 kg wody. SUSZENIE Polega na usuwaniu wody lub innego rozpuszczalnika ciaBa staBego, cieczy lub gazw za pomoc energii cieplnej. Najcz[ciej stosujemy w przemy[le suszenie ciaB staBych. Operacja ta r|ni si od st|ania tylko ilo[ci usuwanego rozpuszczalnika lub cieczy. Najcz[ciej suszenie ciaBa staBego polega na usuniciu wody, ktra zwizana jest ciaBem staBym siBami powierzchniowymi, chemicznie, bdz pochBonita jest przez ciaBo koloidalne. Warunkiem zachodzenia - 24 - procesu suszenia jest, aby pr|no[ pary w ciele wilgotnym byBa wiksza ni| wody lub innego rozpuszczalnika w otaczajcym powietrzu lub innym gazie. W czasie suszenia: 1. woda paruje z caBej powierzchni ciaBa staBego, na ktrej tworzy film cieczy Ilo[ odparowanej z tej powierzchni cieczy zale|y: W = k F(p2 - p2 ) p1  pr|no[ pary p2  wilgotno[ powietrza F  powierzchnia suszenia k  wspBczynnik zale|y od wBa[ciwo[ci cieczy odparowanej i od ruchw powietrza p1  pr|no[ pary nasyconej w materiale, ktry poddajemy suszeniu w temperaturze, w ktrej zachodzi parowanie p2  ci[nienie czstkowe pary w otaczajcym powietrzu w tej samej temperaturze  - wilgotno[ wzgldna powietrza W tym okresie suszeniu szybko[ suszenia U W U = FT W  odparowana wilgo T  czas F  powierzchnia k( p1 - p2 )) U = FT 2. Okres suszenia  parowanie cieczy zachodzi tylko z cz[ci powierzchni ciaBa, a wic szybko[ suszenia bdzie mniejsza i bdzie si zmniejszaB w miar upBywu czasu. 3. Okres - na powierzchni ciaBa suszonego nie ma cieczy, odparowuje z wntrza ciaBa suszonego wydostaje si przewodami kapilarnymi szybko[ suszenia jest jeszcze mniejsza Najtrudniej usun resztki wilgoci z ciaBa; U U I okres II okres III okres % wilgoci Surowce suszymy do pewnej okre[lonej zawarto[ci wilgoci okre[lonej w % . Na szybko[ci suszenia ma wpByw m.in. konstrukcja suszarek - cigBy - okresowy - pod ci[nieniem normalnym - pod zmniejszonym ci[nieniem Ogrzewanie w suszarni - przeponowe - bezprzeponowe Najprostsz suszark jest suszarka komorowo-pBkowa. Posiada komor i pBki. W takiej suszarce prowadzimy bezprzeponowo (gorce powietrze) lub przeponowe (ogrzewamy suszark) DziaBa okresowo - 25 - 5 6 4 7 2 Powietrze 6 1-komora suszarki 1 2-pBki 4 3-kaloryfer 5 8 4-wentylator 7 2 5-przegroda regulujca przepByw powietrza 6-odpByw powietrza na zewntrz suszarki 7-koBowy przepByw powietrza wewntrz suszarki 8-przegrody regulacyjne Powietrze tBoczone wentylatorem. Kaloryfer ogrzewa to powietrze. Kaloryfery dodatkowo ogrzewaj powietrze z dolnych pBek. W suszarniach nale|y pamita o naturalnym ruchu powietrza. Gdy bardzo wilgotne  wprowadzane powietrze od doBu. Suszarnie komorowe mog rwnie| pracowa cigle, ale wtedy stosujemy suszenie przeponowe. PBki suszarki ogrzewane par grzejn z przewodw. MateriaB wwczas mo|e by mieszany dla zwikszania powierzchni suszenia. PBki posiadaj odpowiednie wykrojenia, gdzie materiaB z grnych pBek spada na dolne. 1 3 1- zasilanie materiaBem wilgotnym 2- pBki 2 3- mieszadBo ze szczotkami 5 4- waB obrotowy 9 5,6- zsypywanie materiaBu z jednej pBki na drug 10 6 7,8- koryto i transporter [limakowy, wyprowadzajcy materiaB po wysuszeniu na zewntrz 11 9- pBaszcz suszarki 10- przewody z par grzejn 7 4 11- odprowadzenie skroplin 8 Inny typ  suszarnia pr|niowa komorowa mo|e mie ogrzewanie tylko przeponowe. Zaopatrzone w pBki. W pBkach powody z medium grzejnym (gorca woda np.) Suszarnia poBczona jest z pomp pr|niow  na drodze do tej pary znajduje si chBodnica wykraplajca wilgo. Suszarnia pr|niowa ma ksztaBt prostoktny lub cylindryczny. Musi mie bardzo szczeln obudow. Zbudowana jest z |eliwa bdz ze stali. Tego rodzaju suszarnie s do[ czsto stosowane w przemy[le farmaceutycznym (bo du|o substancji termo labilnych i higroskopijnych) Nastpny typ suszarni komorowych bez pBek  suszarnia ta[mowa. Suszarnia ta[mowa  suszenie bezprzeponowe gorcym powietrzem 2 4 1- komora 7 2- lej zasilajcy 3- odprowadzanie wysuszonego materiaBu 4- przeno[niki ta[mowe 5- zasysanie powietrza 6- kaloryfer 6 7- odprowadzanie powietrza 1 5 3 suszenie zachodzi w przeciwprdzie. Suszenie przeciwprdowe  gorce powietrze wprowadzane jest nad ta[m w r|ny sposb: wspBprdowe: - 26 - suszenie prdami krzy|ujcymi si : Warunek I op. suszenie tylko wtedy, gdy suchy materiaB odporny na wysok temperatur. Nastpny typ suszarni komorowej  suszarnia bbnowa. SkBada si z bbna ogrzewanego przeponowo lub bezprzeponowo (albo we wspB- albo przeciwprdzie). Bben jest ruchomy, wewntrz bbna s pBki. W czasie obrotw bbna materiaB przesypywany jest z pBki na pBk, co zwiksza powierzchni surowca. 1- bben ruchomy 2- rolki 3- lej zasilajcy 7 4- komora zbiorcza materaiBu suchego 5- transporter [limakowy 2 6- palenisko 2 1 7- odprowadzenie wilgotnych gazw spalinowych 4 6 5 Suszarnia walcowa  suszenie krwi, mleka, |elatyny, skrobi ziemniaczanej. Suszenie trwa krtko, jest przeponowe, podstawow cz[ci takiej suszarki s dwa walce. Walce te mog by ogrzewane od wewntrz par wodn lub wod. materiaB wilgotny 1- pBaszcz suszarki 2- walce 3 3- no|e 1 materiaB suchy materiaB suchy powietrze Kierunek przepBywu  powietrze bardziej si nawilgaca ni| ochBadza. (..)  zeskrobuje materiaB z walcw suszenie zachodzi w przeciwprdzie. W tego typu suszarni mo|na suszy przeponowo  ogrzewamy od [rodka walce. Walce przekazuj ciepBo materiaBowi, nale|y obni|y ci[nienie stosujc pomp pr|niow. Suszarka Rozpryskowa. SBu|y ona do suszenia substancji termo labilnych w wy|szych temperaturach  suszenie trwa bardzo krtko. W suszarniach rozpryskowych suszy si produkty spo|ywcze (mleko, jaja, dro|d|e) i krew. Suszenie prowadzi si gorcym powietrzem (we wspBprdzie lub przeciwprdzie). Zasadnicz cz[ci suszarni jest du|a komora, w ktrej suszony materiaB jest rozpryskiwany za pomoc specjalnych rozpryskiwaczy (tarcze rozpylajce) i suszenie zachodzi w strumieniu przepBywajcego powietrza. Dziki rozpryskiwaniu powierzchnia parowania jest bardzo du|a, np. 1 litr cieczy po rozpyleniu  300m2. Wskutek tego w bardzo krtkim czasie mo|na usun bardzo du|e ilo[ci rozpuszczalnika. - 27 - 3 9 1- tarcza rozpylajca 4 2- osBona silnika poruszajcego tarcz materiaB suszony 3- zbiornik materiaBu 1 4- doprowadzajcy materiaB suszony 5- dopByw powietrza 2 6- Bopatki kierujce 7- lej zsypowy 8- przeno[nik 6 9- dopByw powietrza 7 5 8 Od gry wprowadzamy materiaB, od doBu gorce powietrze mieszane z suszonym materiaBem. Ostatnio w przemy[le stosuje si coraz cz[ciej tzw. Suszarki fluidyzacyjne W suszarkach tych czstki suszonego materiaBu (osadu) s zawieszone w strumieniu przepBywajcego z du| prdko[ci gazu o do[ wysokiej temperaturze. UkBad zawieszonych czstek w gazie  stan fluidalny. 8 9 4 5 6 2 3 7 10 1- wentylator; 2- podgrzewacz; 3- komora suszarni; 4- zasobnik materiaBu suszonego; 5- podajnik; 6- przewd materiaBu suchego; 7- zbiornik materiaBu suchego; 8- cyklon; 9- filtr workowy; 10- dno sitowe komory Zasada dziaBania: MateriaB wprowadzany jest na dno sitowe suszarni. Z drugiej strony wentylator tBoczy powietrze do podgrzewacza, z podgrzewacza do komory. To powietrze przechodzi do dalszej cz[ci komory i tu miesza si z materiaBem suszonym. MateriaB suszony odprowadzany jest przewodem do zbiornika. Powietrze przechodzi gr do cyklonu  jest to urzdzenie cylindryczne, na ktrego [cianki wpada gorce powietrze, ktre z wntrza komory porwaBo czstki materiaBu suszonego. Padajc stycznie na [cianki cyklonu powietrze to podlega ruchowi wirowemu i dziki temu drobne czstki materiaBu odrzucane s na [cianki cyklonu (dziki sile od[rodkowej). Nastpnie materiaB przechodzi z cyklonu do zbiornika materiaBu suchego. Z cyklonu powietrze przechodzi do filtru workowego (9). Filtr ten na [ciankach worka zatrzymuje jeszcze drobniejsze czstki materiaBu porwanego. Te czstki za pomoc przewodu przechodz do zbiornika materiaBu suchego. Destylacja Destylacja jest to operacja fizyczna polegajca na odparowaniu roztworu w temperaturze jego wrzenia, a nastpnie skropleniu oparw w celu uzyskania nowego roztworu o wsplnej(?) zawarto[ci jednego ze skBadnikw lub (...?) jednoskBadnikowego roztworu. (jednoskBadnikowy  rektyfikacja) W czasie destylacji odparowywanie prowadzi si w temperaturze wrzenia roztworu. Wrzenie cieczy nastpuje wwczas gdy pr|no[ par roztworu osiga warto[ co najmniej rwn ci[nieniu zewntrznemu. Rozr|niamy ciecze: 1) rozpuszczajce si wzajemnie  pr|no[ par mieszaniny tych cieczy rwna si sumie pr|no[ci par poszczeglnych czystych skBadnikw. Prawo Daltona : P= PA + PB 2) mieszaniny cieczy rozpuszczajce si w sobie a) w dowolnych stosunkach - 28 - b) cz[ciowo (np. woda w benzenie) W przypadku cieczy rozpuszczajcych si w sobie we wszystkich stosunkach mo|emy spotka si z roztworami podlegajcymi prawu Raulta i z roztworami ulegajcymi odchyleniu od tego prawa. Prawo Raulta: W okre[lonej temperaturze pr|no[ czstkowa jakiego[ skBadnika wchodzcego w skBad nasyconej pary czystego skBadnika w tej samej temperaturze przez uBamek molowy tego skBadnika w mieszaninie. a PA = PAxA xA = a + b stosunek ilo[ci moli skBadnika A do sumy ilo[ci moli skBadnikw mieszaniny xA100% - procent molowy Z prawa Raulta wynika, |e je[li ciecze mieszaj si wzajemnie w dowolnych stosunkach, to nastpuje obni|enie pr|no[ci czstkowej par skBadnikw P P 0%skB.A 100%skB.A (benzen) 100%skB B 0%skB B (toluen) Dla tej samej mieszaniny: wykres twrzenia od skB. procesu t t w n w n 110C 80C 0% benzen 100% benzen 100% toluen 0% toluen Tak gdy ciecze podlegaj [ci[le prawu Raulta, mo|na uzyska zale|no[ midzy skBadem % pary z twrzenia roztworu SkBad pary T T w r z w r z 110C 80C SkBad cieczy 0% 25% 70% 100% benzen 100% 0% toluen 75% 30% Je[li roztwr podlega prawu Raulta, to skBad pary jest inny ni| skBad cieczy (podczas destylacji) uzyskuje si roztwr o skBadzie wzbogaconym w skBadnik bardziej lotny. Zmienia skBad destylatu mo|na tylko wtedy, gdy ciecze speBniaj to prawo. MaBo jest takich roztworw ktre caBkowicie podlegaj prawu Raulta. S roztwory wykazujce (+) lub ( ) odchylenia od tego prawa. (...) Wobec tego nie jest mo|liwe wzbogacanie destylatu w skBadnik bardziej lotny S rwnie| odchylenia ( ) od prawa Raulta i wwczas pr|no[ pary nad roztworem ma warto[ ni|sz (ani|eli wynikaBoby to z prawa Raulta), a w konsekwencji twrzenia wy|sz ani|eli twrzenia wy|ej wrzcego skBadnika. Wwczas rwnie| nie bd mo|liwe wzbogacenia destylatu w jeden ze skBadnikw na drodze zwykBej destylacji. - 29 - M. azeotropowa  gdy chcemy zmieni jej skBad to wwczas musimy: # zmieni bdz ci[nienia, bdz jeden ze skBadnikw zwiza chemicznie # oddestylowa jeden ze skBadnikw przez tworzenie trjskBadnikowego azeotropu. np. je[li chcemy otrzyma bezwodny etanol dodajemy jako trzeci skBadnik benzen Otrzymamy wtedy mieszanin azeotropow 3- skBadnikow, ktra destyluje w temperaturze ni|szej i w skBadzie 18,5% wag etanolu i 74,1% wag benzenu, 7,4% wody: a) najpierw destyluje 3- skBadnikowy azeotrop b) benzen i alkohol (32,4% alkohol, 67,6% benzen) c) bezwodny etanol Wyr|niamy rodzaje destylacji: ! destylacja prosta ! destylacja z deflegmacj ! destylacja pod zmniejszonym ci[nieniem ! destylacja molekularna ! destylacja z par wodn W trakcie destylacji prostej uzyskujemy tylko cz[ciowy rozdziaB cieczy, zbieramy r|ne frakcje wrzce w r|nych zakresach temperaturowych. 4 3 1 2 5 1- kocioB; 2- grzejnik; 3- heBm; 4- chBodnica; 5- odbiorniki {eby lepiej rozdzieli ciecz stosuje si destylacj z deflegmacj. Przez deflegmacj rozumiemy cz[ciowe zawracanie par do kotBa destylacyjnego. W tym celu do aparatury do destylacji wprowadzamy tzw. deflegmator, w ktrym nastpuje cz[ciowe wykroplenie oparw (wykraplaj si opary skBadnika mniej lotnego). Cz[ oparw, ktra ulega wykropleniu nazywa si flegm. Stosunek ilo[ci flegmy do ilo[ci destylatu nazywamy stopniem deflegmacji. W przemy[le wystpuje od 3 do 5 stopni, a w laboratorium do 30 stopni. Innym rodzajem destylacji jest destylacja pod zmniejszonym ci[nieniem. Stosuje si j w przypadku destylacji substancji termo labilnych. Tylko du|e obni|enie ci[nienia powoduje znaczne obni|enie temperatury wrzenia. Aparatura do takiej destylacji skBada si z kotBa destylacyjnego, deflegmatora, chBodnicy, odbieralnika poBczonego z pomp obni|ajc ci[nienie. W aparaturze przed pomp czsto umieszczamy r|ne pochBaniacze, ktre absorbuj wydzielajce si w toku destylacji gazy lub lotne substancje kwa[ne lub zasadowe, ktre mogByby zanieczyszcza pomp. W przypadku zwizkw o du|ym ci|arze czsteczkowym (o wysokiej temperaturze wrzenia) stosujemy tzw. destylacj molekularn (w celu obni|enia temperatury wrzenia) lub destylacj z par wodn. W destylacji molekularnej wykorzystuje si fakt, |e przy bardzo niskim ci[nieniu zwiksza si droga swobodna czsteczek, ktre wystpuj w stanie lotnym. Droga swobodna przyjmuje r|ne warto[ci, zale|ne od r|nej szybko[ci poruszania si czstek. W trakcie destylacji molekularnej ciecz rozprowadzamy w jak najw|szej warstwie. W ten sposb uBatwiamy wydobywanie si z tej warstwy czstek cieczy, a z drugiej strony unikamy przegrzewania cieczy. Ciecze wprowadzane do aparatury s uprzednio odgazowywane i podgrzewane do temperatury 150-300 C. W tych warunkach bardzo szybko ciecze przechodz w stan pary i po przebyciu cz[ci tylko drogi swobodnej, ktra [rednio wynosi 5 cm s kondensowane na powierzchni kondensujcej urzdzenia. OdlegBo[ midzy powierzchni parujc, a kondensujc nie mo|e by wiksza ni| 3-4 cm. Nowoczesne urzdzenia do destylacji molekularnej skBadaj si z wBa[ciwego naczynia destylacyjnego oraz z walcw ogrzewanych od wewntrz elektrycznie. Ciecz poddawana destylacji jest najpierw odgazowywana przez ogrzewanie pod zmniejszonym ci[nieniem, a nastpnie wprowadzana na powierzchni walca, z ktrej szybko paruje i gromadzi si na powierzchni kondensacyjnej. - 30 - 3 1 4 4 2 5 1- walec ogrzewany od wewntrz;2- zbiornik na ciecz destylowan;3- powierzchnia kondensacyjna; 4- zbiornik destylatu;5- zbir niedogonu Destylacj z par wodn stosujemy w przypadku cieczy lub ciaB staBych takich, ktre s nierozpuszczalne w wodzie i lotne z par wodn, a jednocze[nie nie mog reagowa z par wodn. Substancje lotne z par wodn w temperaturze poni|ej 100oC wykazuj pewn pr|no[ par nad roztworem. Wtedy kiedy ciecze nie rozpuszczaj si w sobie mamy doczynienia z prawem Daltona: pnad roztworem suma = pa + pb + ...............pn Je[li ci[nienie zewntrzne wynosi 760 mmHg, a zmieszamy jak[ substancj b z par wodn to pr|no[ par takiej mieszaniny przy ww. ci[nieniu zewntrznym bdzie osignita w ni|szej temperaturze (ni|szej ni| 100oC), ni| gdyby wykazywaBaby t sam pr|no[ sama substancja b. Destylacja z par pozwala destylowa substancje wysoko wrzce w temperaturze ni|szej ni| 100oC. Temperatura wrzenia bdzie tym wiksza (ale nie wy|sza ni| 100oC), im wiksza bdzie pr|no[ par skBadnika poddanego destylacji. Temperatur wrzenia mo|na wyznaczy na podstawie krzywych pr|no[ci par wody i pr|no[ci par danej substancji w r|nych temperaturach np. gdy chcemy przedestylowa benzen z par wodn przy ci[nieniu 760 mmHg to suma pr|no[ci par wody i benzenu bdzie wynosi 760 mmHg w temperaturze 69,4oC. Przy substancjach trudno lotnych i o temperaturze wrzenia du|o wy|szych od temperatury wrzenia wody, stosuje si zamiast wody przegrzan par wodn. Posiada ona wy|sz temperatur od zwykBej pary i wtedy substancja wysoko wrzca w wy|szej temperaturze wykazuje jeszcze pr|no[ par. Przegrzan par wodn otrzymuje si najcz[ciej w nastpujcy sposb: najpierw obni|a si ci[nienie pary wodnej otrzymanej z kotBa destylacyjnego (ostra para) do 0,5 atmosfery i dopiero po podgrzaniu pary wprowadza si j do aparatu destylacyjnego - do kotBa. Gdy zachodzi niebezpieczeDstwo zbyt du|ego wykraplania si pary wodnej w kotle to staramy si temu zapobiec przez dodatkowe podgrzewanie kotBa. Niekiedy stosuje si destylacj z par wodn do usuwania substancji rozpuszczalnych w wodzie, np. usuwa si w ten sposb alkohol etylowy z zacieru fermentacyjnego. Wa|ne jest prawidBowe obliczenie ilo[ci pary wodnej potrzebnej do przedestylowania okre[lonej ilo[ci substancji. Z rwnania Clapeyron'a wynika dla wody : PA * Vo = nA R T PA - pr|no[ pary Vo - objto[ nor. 22,4 dm3 nA - ilo[ moli R - staBa gazowa T - temperatura w K PB * Vo = nBB R T PA = nA GA(B) PBB nB nA(B) = MA(B) PA = GA MB PB GA MBB GA = PA MA GBB PB MB Gdy ciaBo przechodzi ze stanu staBego w stan lotny to taki proces nazywamy sublimacj. Jest to sposb oczyszczania substancji takich jak siarka, chlorek rtci, kwas salicylowy. Aparatura do sublimacji: - 31 - 6 7 7 4 1 3 2 5 1- kocioB sublimacyjny; 2-ogrzewanie kotBa; 3- odbieralniki; 4- dopByw CO2; 5- zamknity obieg CO2; 6-przegrody; 7- pBaszcze chBodzce Pompy ruchome z zastosowaniem cieczy pomocniczych Najstarsz pomp jest pompa pr|niowa obrotowa z pier[cieniem cieczowym. przewd ssania przewd tBoczenia stator wirnik Bopatki komory pier[cienie cieczy W statorze (obudowie nieruchomej) umieszczony jest ekscentrycznie wirnik zaopatrzony w Bopatki. W czasie obrotw wirnika ciecz wiruje tworzc pier[cieD cieczowy. Midzy pier[cieniem cieczowym, a Bopatkami wirnika wytwarzaj si komory, do ktrych z przewodu ssania gazy (powietrze) s zasysane z aparatury, w ktrej zmniejszamy ci[nienie. W nastpnych komorach gazy te s tBoczone do przewodu tBoczenia i usuwane na zewntrz pompy. Ciecz majc zastosowanie w pompie mo|e by 1. woda (uzyskiwana pr|nia 30 mmHg) 2. olej (uzyskiwana pr|nia 0,01 mmHg) Cz[ciej ni| pompy wodne stosowane s pompy olejowe. PrzykBadem pompy olejowej jest pompa pr|niowa mimo[rodowa z obracajcym si wirnikiem suwakowym. przewd ssania wirnik wgBbienie w wirniku stator (cz[ nieruchoma) suwak przewd tBoczenia - 32 - przestrzeD ssania spr|yna dociskajca suwaki suwak zawr stator wirnik przestrzeD tBoczenia W statorze umieszczamy ekscentryczny wirnik zaopatrzony w ruchome suwaki, umieszczone we wgBbieniu wirnika. W czasie obrotu wirnika dociskane s spr|yn do gBadzi statora. Zawr sBu|y do przerwania dziaBania pompy, aby wyrzuci powietrze (gaz). Je[li jako cieczy pomocniczej u|ywamy oleju, to uzyskiwana pr|nia wynosi 0,01 mmHg. Do uzyskiwania wikszych pr|ni stosuje si pompy dwustopniowe. W obudowie wystpuj dwa wirniki. Za pomoc takich pomp uzyskuje si pr|nie powy|ej 0,00001 mmHg. PrzykBadem takiej pompy jest obrotowa pompa rtciowa, gdzie ciecz pomocnicz jest rt. W takiej pompie najpierw uzyskuje si pr|ni wstpn za pomoc pompy olejowej. otwr przewodu ssania przestrzeD ssania przestrzeD stator tBoczenia otwr przewodu wirnik tBoczenia Stator ma ksztaBt cylindryczny. W statorze umieszczony jest wirnik majcy ksztaBt spiralny. Jako ciecz pomocnicza zastosowana jest rt, ktra wypeBnia pewn cz[ objto[ci statora. W czasie obrotu wirnika gaz (powietrze) zostaje zassany przewodem poprzez otwr przewodu ssania oznaczony na rysunku cyfr 4. Nastpnie, gdy wirnik obraca si dalej dostp gazu zostaje zamknity przez zanurzenie otworu w cieczy i wtedy przestrzeD tBoczenia maleje - gaz jest tBoczony na zewntrz przez otwr tBoczenia oznaczony na rysunku cyfr 5. Otwr jest poBczony z pr|ni wstpn, czyli pomp olejow. Jeszcze wiksz pr|ni mo|na uzyska stosujc pompy molekularne. Wymagaj one rwnie| zastosowania pr|ni wstpnej (pompy olejowej). Dziki dziaBaniu pompy olejowej wzrasta [rednia droga swobodna czsteczek . Czsteczki te s porywane przez ruchome powierzchnie pompy molekularnej. OdlegBo[ midzy powierzchniami pompy molekularnej jest mniejsza od [redniej drogi swobodnej czstek. Czsteczki gazu uderzaj wic w obracajce si parenaty-? wirnika pompy molekularnej, nabierajc od niej dodatkowej szybko[ci. Wskutek tego nastpuje rozrzedzenie gazu w przestrzeni ssania , a nastpnie jego zagszczenie w przestrzeni tBoczenia. KoDcowa pr|nia uzyskiwana za pomoc pompy molekularnej wynosi 10-7 mmHg. - 33 - przestrzeD rozrzedzenia gazu nieruchoma powierzchnia pompy przestrzeD zagszczenia gazu n ruchoma powierzchnia pompy (wirnik) Pompa dyfuzyjna jest pomp nieobrotow. Jej dziaBanie opiera si na zjawisku dyfuzji gazw znajdujcych si w przestrzeni zamknitej do strumienia par rtci lub par oleju i nastpnie na kondensacji tych par oraz przenoszenia ich czsteczek gazu poza pomp. przestrzeD wysokiej pr|ni przykrywa parasolowa szczeliny przewd do pr|ni wstpnej chBodzenie wod zbiornik z rtci grzejnik Pompa posiada grzejnik, ktry ogrzewa zbiornik z rtci. Dziki ogrzewaniu powstaj pary rtci, ktre przesuwaj si ku grze pompy i napieraj na przegrod, ktra kieruje je ku doBowi pompy. Pary rtci porywaj czsteczki gazu dyfundujcego z przestrzeni oznaczonej na rysunku cyfr 4. Pary rtci s ochBadzane przez wod. Pary rtci ulegaj skropleniu i w postaci skroplin rt wraca do zbiornika z rtci, natomiast czsteczki gazu s odprowadzane na zewntrz pompy przewodem poBczonym z pomp olejow wytwarzajc pr|ni rzdu 0,1 mmHg. Krystalizacja Krystalizacja jest to operacja fizyczna majca na celu otrzymanie substancji czystej o odpowiedniej wielko[ci czstek (krysztaBw). Najcz[ciej prowadzi si krystalizacj ciaB staBych z roztworw w celu rozdzielenia r|nych zwizkw (oddzielenie zanieczyszczeD od substancji, ktr poddajemy rozdzieleniu). Substancje krystaliczne posiadaj r|n rozpuszczalno[ w zale|no[ci od rodzaju rozpuszczalnika i temperatury. Wa|n rzecz jest dobranie odpowiedniego rozpuszczalnika do krystalizacji. Rozpuszczalnik wybieramy na tej zasadzie, |e powinien on bardzo dobrze rozpuszcza substancj w temperaturze wrzenia jej roztworu i bardzo zle rozpuszcza t sam substancj w temperaturze obni|onej (temperatura pokojowa lub ni|sza). Jednocze[nie rozpuszczalnik powinien bardzo zle rozpuszcza zanieczyszczenia w temperaturze wrzenia roztworu. Wwczas odsczamy na gorco od zanieczyszczeD roztwr naszej substancji. Przescz ozibiamy tak, aby uzyska roztwr przesycony. Z drugiej strony mo|e zaistnie taka sytuacja, |e rozpuszczalnik lepiej rozpuszcza zanieczyszczenia ni| oczyszczan substancj, ale wtedy musi on znacznie lepiej rozpuszcza zanieczyszczenia ni| substancj krystalizowan w obni|onej temperaturze. Wwczas z przesyconego roztworu bdzie krystalizowa wBa[ciwa substancja, a zanieczyszczenia zostan w roztworze. W trakcie krystalizacji konieczne jest usunicie barwnych zanieczyszczeD. Usuwa si je za pomoc wgla aktywnego, ktry charakteryzuje si du| powierzchni absorpcyjn i absorbuje zanieczyszczenia. Wgiel nale|y dodawa w odpowiednim momencie krystalizacji. Nie mo|na go dodawa w wysokiej temperaturze, bliskiej temperaturze wrzenia, poniewa| dodanie wgla mo|e spowodowa, |e mieszanina krystalizacyjna wydostanie si poza aparatur. Z drugiej strony dodaje si go po sporzdzeniu roztworu nasyconego, na gorco. Wgiel aktywny wprowadza si w niewielkiej ilo[ci 1-4%. Ilo[ wgla jest - 34 - ograniczona, poniewa| posiada on du| powierzchni absorpcyjn i zbyt du|a jego ilo[ mogBaby zaabsorbowa substancj krystalizowan, co zmniejszyBo by wydajno[ operacji. Rozpuszczalno[ zwizkw chemicznych zale|y od ich " budowy " temperatury rozpuszczalnika " wBa[ciwo[ci rozpuszczalnika Zale|no[ temperaturow rozpuszczalnika mo|emy odczyta z wykresw pozwalajcych obliczy jak ilo[ substancji w okre[lonej temperaturze mo|na rozpu[ci w danej ilo[ci rozpuszczalnika. Wikszo[ zwizkw chemicznych wykazuje wzrost rozpuszczalno[ci w danym rozpuszczalniku wraz ze wzrostem temperatury. Odstpstwa od tej reguBy wykazuje zwizek dwuwodny siarczan wapnia CaSO4 2H2O Wydzielenie substancji krystalizowanej z roztworu nastpuje dopiero po uzyskaniu stanu przesycenia roztworu. Przesycenie roztworu uzyskuje si przez ! obni|enie temperatury ! cz[ciowe odparowanie rozpuszczalnika W zale|no[ci od sposobu krystalizacji u|ywamy r|nej aparatury 1. krystalizatory 2. krystalizatory lub warunki pr|niowe Stan krystaliczny charakteryzuje jednorodno[ i symetryczne rozmieszczenie atomw, jonw, czsteczek w siatce krystalicznej. Wyr|niamy dwa etapy krystalizacji I etap tworzenia si zarodkw fazy staBej II etap narastania krysztaBw Istnieje szereg teorii wyja[niajcych etap pierwszy. Z do[wiadczenia wiadomo, |e szybkie schBadzanie roztworu i jego mieszanie powoduje najcz[ciej powstawanie du|ej ilo[ci zarodkw krystalizacji - powstanie wwczas du|a ilo[ krysztaBw. W roztworach nasyconych niemieszanych i odstawionych w temperaturze pokojowej powstaje maBa ilo[ zarodkw krystalizacji - du|e krysztaBy. Przy zbyt opornym tworzeniu si zarodkw krystalizacji tzn. w roztworach nasyconych o du|ej lepko[ci zaszczepia si krysztaBy przez dodanie do roztworu przesyconego czystej substancji. Niekiedy stosujemy zamiast tego pocieranie bagietk o szklane naczynie, co powoduje powstawanie rys na szkle, ktre uBatwiaj powstawanie zarodkw krystalizacji. Mo|emy tak|e powiesi sznurki w naczyniach w ktrych prowadzimy krystalizacj. Powstawanie du|ej ilo[ci zarodkw tBumaczy si zwikszeniem konwekcji w czasie mieszania i chBodzenia roztworu, a tym samym wzrostem ilo[ci przestrzennych zbli|eD do siebie jonw, atomw, czsteczek, ktre tworz ze sob krysztaB. Przyrost wytworzonych ju| krysztaBw nastpuje w wyniku dopBywu wydzielonej substancji do powierzchni utworzonego zarodka krystalizacji. DopByw substancji w roztworze niemieszanym odbywa si tylko na zasadzie dyfuzji i dlatego proces takiej krystalizacji jest powolny. Drobne krysztaBy mog zawiera zanieczyszczenia na skutek ich absorpcji na powierzchni krysztaBw. Osad drobnokrystaliczny ma zwikszon powierzchni absorpcji w stosunku do osadu grubokrystalicznego. Mo|na by byBo przypuszcza, |e osad grubokrystaliczny zawiera mniej zanieczyszczeD, ale z drugiej strony wolno rosnce krysztaBy mog zachowywa zanieczyszczenia w wewntrz. W krystalizacji stosuje si r|ne aparaty o dziaBaniu okresowym lub cigBym. Krystalizacja jest prowadzona z odparowaniem rozpuszczalnika (chBodzenie) lub bez odparowywania rozpuszczalnika (pod normalnym lub zmniejszonym ci[nieniem). PANGWIE (PAROWNICE) odparowywanie bez mieszania i bez chBodzenia; maBo wydajny proces WARNIKI bez mieszania i bez chBodzenia odparowujemy rozpuszczalnik, uzyskujc staB pozostaBo[, ktr nale|y powtrnie krystalizowa KRYSTALIZATORY w nich przesycone roztwory uzyskuje si przez schBadzanie wod oraz prowadzi si intensywne mieszanie - 35 - 1 - mieszadBo (Bopatki) 2 - szczotki 3 - usuwanie krysztaBow 4 - pBaszcz chBodzcy medium chBodzce: woda lub solanka 2 1 4 2 4 3 W krystalizatorach pr|niowych prowadzone procesy daj du| wydajno[. 2 1 6 3 7 4 8 5 1- dopByw roztworu; 2- przewd do pompy pr|niowej; 3- rura barometryczna; 4- zbiornik;5- pompa cieczowa; 6- zbiornik; 7- wirwki; 8- odprowadzenie Bugu polikrystalicznego - 36 -

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Bardzo dobre wieści dla Polski
analaliza finansowa bardzo dobre
WYKŁAD!!! METODY DIAGNOSTYCZNE STOSOWANE w NEUROCHIRURGI BARDZO DOBRE!!
Rak rdzeniasty tarczycy bardzo dobre opracowanie
Stosowanie fizycznych procesów podstawowych
dobre materiały podstawowe cechy fizyczne
Wpływ aktywności ruchowej na utrzymanie na odpowiednim poziomie wydolności fizycznej w procesie star
procesy
Wyświetlacz MMI z 6 kanałowym procesorem dźwięku (9VD)
dobre wypracowania
wahadło fizyczne ćwiczenia z agh

więcej podobnych podstron