Введение
Глава 1 Тепловой процесс в фармацевтическом производстве
1.1 Понятие о тепловом процессе
1.2 Теплоносители
Глава 2 Теплопередача
2.1 Теплопроводность
2.2 Излучение
2.3 Конвекция и теплоотдача
2.4 Совместная теплопередача
Глава 3 Тепловые процессы и необходимая аппаратура
3.1 Нагревание, выпаривание и охлаждение
3.2 Теплообменные аппараты
Заключение
Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
Теплообменные аппараты и устройства – важная составная и металлоѐмкая часть всех двигательных и энергетических установок. Они широко применяются в теплоэнергетике, технологических процессах химической, нефтеперерабатывающей и пищевой промышленности, а также нашли широкое применение в фармацевтической отрасли производства. Масса теплообменных аппаратов составляет около 35-40 % суммарной массы всей технологической аппаратуры в фармацевтических производствах. Среди теплообменных аппаратов наиболее распространены трубчатые и пластинчатые. В масштабах страны на них расходуется огромное количество легированных и цветных металлов. Создание более эффективных и компактных теплообменников обеспечивает значительную экономию топлива, металлов и затрат труда.
Важным фактором на пути увеличения теплосъѐма является подбор оптимальной геометрии и типа теплообменной поверхности. Условия работы теплообменника определяют и тип поверхности [5, 13-15].
Актуальность темы состоит в широкой распространённости тепловых процессов в фармацевтическом производстве, так необходимых для выпуска продукции лечебного назначения.
Цель работы состояла в изучении тепловых процессов и применяемой при таких процессах аппаратуры в фармацевтическом производстве.
Задачи:
- разобраться с понятием тепловые процессы;
- выявить особенности теплоносителей;
- рассмотреть виды тепловых процессов;
- изучить способы теплопередачи;
- рассмотреть теплообменную аппаратуру.
ГЛАВА 1 ТЕПЛОВОЙ ПРОЦЕСС В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
1.1 Понятие о тепловом процессе
Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода и отвода тепла (нагревание, охлаждение, выпаривание), называются тепловыми процессами.
Тепловые процессы и теплообмен имеют исключительно важное значение для проведения процессов выпаривания, сушки, перегонки и процессов, необходимых для фармацевтического производства.
Теплообмен может протекать между телами самопроизвольно или с затратой механической работы. Тепло передается без затрат работы извне только от тел с высшей температурой. Это положение является основным для осуществления теплопередачи, так как согласно второму закону термодинамики переход тепла от тела с низкой температурой к телу, обладающему более высокой температурой, не возможен без затраты механической работы.
Среди тепловых процессов основное место занимает процесс передачи тепла от его источников к обрабатываемому материалу. Такими источниками являются раскаленные или горячие твердые тела, жидкости или газы.
Процесс переноса тепла от одного теплоносителя к другому через разделяющую стенку или от стенки к стенке через среду называется теп-лопередачей [7].
Тепловые процессы протекают при различных температурах, однако тепло может передаваться самостоятельно (без затраты энергии) только от среды с более высокой температурой к среде с более низкой. Эта разность температур является движущей силой процесса теплопередачи и называется температурным напором.
Правильное и экономичное протекание технологического процесса требует подвода теплоты (ее затраты) или, наоборот, необходимо отводить выделяющееся тепло. Количество передаваемого тепла зависит от размера теплопередающей поверхности и может распространяться различными способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением (лучеиспусканием) [12].
ГЛАВА 2 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА
2.1 Теплопроводность
Теплопроводностью называют процесс распространения тепла между частицами тела, находящимися в соприкосновении. При этом тепловая энергия передается от одной частицы к другой вследствие их колебательного движения, без перемещения друг относительно друга [12].
Теплопроводность подчиняется закону Фурье. Теплопроводность объясняется тепловым движением структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов) вещества.
Теплопроводность наблюдается не только в твердых телах, но и в газах и жидкостях при условии, если в массе жидкости или газа отсутствует взаимное перемещение отдельных частиц. При этом, тепло, распространяющееся путем теплопроводности внутри тела, может пройти все его слои от внешней поверхности к противоположной, а затем распространиться далее в другую среду также путем теплопроводности или путем излучения.
Количество тепла, передаваемое путем теплопроводности через толщу однородного плоского тела, нагреваемого с одной стороны, выражается уравнением Фурье (формула 2.1, 2.2):
dQ = -λdF×Dt/dl×dt (2.1)
или
Q = λ×F×(t1-t2/σ) ×τ (2.2)
Где dQ - количество тепла, передаваемое теплопроводностью в Дж;
λ- коэффициент теплопроводности, Вт/м К;
dF - элементарная поверхность нагрева, м2;
dt/dl - температурный градиент;
σ - толщина стенки.
Знак (-) показывает, что тепло перемещается в сторону падения температуры.
Закон Фурье. Количество тепла dQ, передаваемое теплопроводностью через плоскую стенку dF, за время dt пропорционально коэффициенту теплопроводности материала стенки λ, площади стенки dF, и температурному градиенту dt/dl.
ГЛАВА 3 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И НЕОБХОДИМАЯ ТЕМПЕРАТУРА
3.1 Нагревание, выпаривание и охлаждение
Теплообмен с применением жидкостей (газов) часто используется в процессах химической технологии для нагревания, охлаждения, конденсации, испарения и т. д. реагентов. При этом во многих случаях процесс теплообмена происходит в устройствах, называемых теплообменниками. Базовая конструкция теплообменника обычно состоит из двух жидкостей (газов), имеющих различные температуры, которые называются теплоносителями. Широкое применение находят поверхностные теплообменники, в которых теплота от горячего теплоносителя передается холодному теплоносителю через разделяющую их стенку [4].
Нагревание является одним из наиболее распространенных процессов фармацевтической технологии лекарственных средств. Нагревание необходимо для ускорения химических реакций, а также для выпаривания, сушки, перегонки и других процессов.
В галеновом производстве пользуются различными видами нагревания.
Наиболее часто применяются дымовые газы, водяной пар и электрический ток.
Способ нагревания дымовыми газами довольно широко распространен, при этом можно достигнуть температуры 1000 °С. Наиболее простым устройством для использования теплосодержания дымовых газов является так называемый нагрев на «голом огне». Нагрев дымовыми газами применяется в мелком производстве. В крупном он не применяется, так как имеет ряд недостатков.
При помощи электрического тока можно достичь весьма высоких температур нагрева, до 3200 °С. Такой метод нагрева является более безопасным и экономически выгодным. Однако нагревание электрическим током недостаточно распространено вследствие сравнительно высокой стоимости и дефицитности электроэнергии, а также сложности аппаратуры.
Нагревание насыщенным водяным паром наиболее широко применяется в фармацевтическом производстве. При таком нагревании можно точно регулировать температуру нагрева путем изменения давления пара. Вследствие хорошей теплоотдачи от насыщенного пара аппараты могут иметь меньшие поверхности нагрева, чем при нагревании дымовыми газами. Паровые нагревательные устройства работают при использовании тепла конденсата при очень высоком КПД. Однако применяя в качестве
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Теплообменные процессы – важная и незаменимая часть процесса производства на предприятиях фармацевтической промышленности.
Незнание законов физики при формировании производственного цеха, включающего тепловые процессы, может привести к неисправимым последствиям.
Современный ассортимент тепловых аппаратов довольно широк, в зависимости от необходимых процессов и условий проведения: температура, давление, тип теплоносителя, конечная цель применения аппарата.
С помощью тепловых процессов производство лекарственных препаратов стало промышленным, а не частным. А также тепловые процессы позволили осуществить такие операции как сушка, выпаривание, быстрое охлаждение и нагревание и многие другие процессы.
1. Айнштейн, В.Г. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, 2002 , - 1760 с.
2. Ащеулов, А.С. Исследование процессов выпаривания настоев черноплодной рябины // Научный журнал КубГАУ, №126(02), 2017. - С. 1-10.
3. Бакин, И.А. Исследование технологических процессов получения экстрактов ягод черной смородины / И.А. Бакин, А.С. Мустафина, Л.А. Алексенко, П.Н. Лунин // Вестник КрасГАУ.- 2014. - № 12. - С. 227-230.
4. Борисов, Г. С. Основные процессы и аппараты химической технологии / Г. С. Борисов [и др.] – М.: АльянС, 2007. - 494с.
5. Власенко, А.С. Поверхностные интенсификаторы в теплообменниках / А.С. Власенко, В.С. Глазов, Э.Д. Сергиевский // Молоч. пром-сть. – 2009. – № 5. - С. 16-18.
6. Иванов, В.Б. Новые технологии охлаждения жидкостей в безнасадочных градирнях // Энергоресурсосбережение и энергоэффективность, № 2 (26), 2009. - С. 25-28.
7. Ищенко, В.И. Промышленная технология лекарственных средств. Учебное пособие. 2-е изд. Издатель: УО «Витебский государственный медицинский университет», - 568 с.
8. Лапшина, С.В. К проблеме работы роторных испарителей / С. В. Лапшина, Т. Г. Жеребцова, К. Ю. Романова // Известия Волг ГТУ, №4, 2010. - С. 71-73.
9. Муравьев И.А. Технология лекарств: Том 1-2.М.: Книга по требованию, 2012. - 705 с.
10. Патент 117824 Российская Федерация, МПК7 и B01D1/22,/ Вертикальный роторно-пленочный выпарной аппарат / Бакин И. А., [и др.], заявитель и патентообладатели: Бакин И. А. [и др.] - № 2012105138/05, заявл. 14.02.2012, опубл. 10.07.2012.
11. Сорокопуд, А.Ф. Концентрирование плодово-ягодных экстрактов в роторном распылительном испарителе / А.Ф. Сорокопуд, Н.Г. Третьякова, П.П. Иванов // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2004. – № 7. - С. 38–40.
12. Технология лекарственных форм / Под ред. Л. А. Ивановой - М., 1991 - Т. 2 – 544 с.
13. Угрюмова, С.Д. Интенсификация процессов нагревания и охлаждения в компактных теплообменных препаратах / С.Д. Угрюмова, Е.Ю. Попова, С.А. Акимов, И.В. Панюкова // Научные труды Дальрыбвтуза, 2011., том 23. - С. 1-7.
14. Угрюмова, С.Д. Использование методов интенсификации в аппаратах пищевых производств / С.Д. Угрюмова [и др.] / Социально-экономические приоритеты российского общества. – Екатеринбург: МОРФ, УГЭУ, 2000. - С. 43.
15. Угрюмова, С.Д. Повышение эффективности работы тепловых установок по переработке пищевого сырья / С.Д. Угрюмова [и др.] / Пищевые технологии: проблемы и перспективы в XXI веке. – Владивосток: ДВГАЭУ, 2000. - С. 37.
16. Шагапов, В.Ш. Динамика роста давления жидкости в замкнутом объёме при её нагревании / В.Ш. Шагапов, Ю.А. Юмагулова // Вестник УГАТУ, № Т. 17, № 1 (54), 2013. - С. 68-72.
17. Шагапов, В. Ш. Тепловой удар в пористой среде, насыщенной жидкостью / В.Ш. Шагапов, У.Р. Ильясов, Л.А. Насырова / Теплофизика и аэромеханика, 2003. Т.10, № 3. - С. 411-422.
18. Шаповалов, В.М. Нестационарный режим работы теплообменника // Известия ВолгГТУ , №3, 2012.- С. 5-8.
