Рекуперация и ректификация в фармацевтической промышленности Курсовая работа (проект)

Процессы ректификации и рекуперации присутствуют практически во всех технологических схемах химической, пищевой и фармацевтической промышленности [11, 17].

При промышленной переработке довольно часто наблюдается образование различных химических продуктов, как правило, сопровождающихся образованием вредных отходов. Такими отходами называют продукты реакций, который не могут в дальнейшем применяться, или же относятся к продуктам неполного или неглубокого превращения, полимеризации, являются газообразными веществами, не вступившими в реакцию, отработанными катализаторами, адсорбентами, абсорбентами, фильтровальными материалами, в дальнейшем не пригодными для повторного использования или требующие дополнительной очистки. Кроме того, отходами называют потери сырья, промежуточные и готовые продукты вследствие негерметичности оборудования химических производств. К таким примерам можно отнести процессы, которые сопровождаются удалением части жидкости в виде пара или газообразных смесей на различных стадиях производства: кристаллизация твердой фазы из растворов в производствах медицинских препаратов, минеральных удобрений; десорбция растворителя из пористых сорбентов на фазе его рекуперации; концентрирование солей химических продуктов; сушка влажных материалов; выделение жирных кислот из соапстоков в производстве мыла и другие процессы [7].

Поэтому актуальность темы состоит в рассмотрении рекуперации и ректификации как методов, позволяющих разделить продукты реакции или очистить их, что поможет снизить экономический ущерб, а также позволит применять малоотходные технологии.

Цель работы: изучить особенности процессов рекуперации и ректификации в фармацевтической промышленности.

1. Разобраться с понятием рекуперации, ее видами и технологическим оборудованием для её проведения;

2. Разобраться с понятием ректификации, ее видами и технологическим оборудованием для её проведения.

Рекуперация (от лат. recuperatio – возвращение, получение вновь) является технологическим приёмом, который осуществляется для того, чтобы возвратить в производство часть ценных растворителей из отработанного сырья, конденсатов и т. д.

Для того, чтобы получить экстракционный препарат из растительного или животного сырья, часто приходится использовать в качестве экстрагента этанол, в результате чего после реакции его большое количество остается в материале после извлечения. Чтобы избежать больших потерь данного экстаргента а также для того, чтобы снизить себестоимость готовой продукции и обеспечить рентабельность производства необходимо проведение процесса частичной или полной его рекуперации.

Проведение частичной рекуперации этанола заключается в отгонке этанола с водяным паром или вытеснением его водой, объем которой должен быть 3-5-кратным по отношению к массе сырья. Проведение процесса рекуперации осуществляется в экстракторах, перколяторах или других емкостях, где происходит процесс настаивания в течение 23 часов, после чего промывные воды медленно сливают. Рекуперат содержит 6-10% этанола и различные красящие вещества, которые придают ему темный цвет.

Полная рекуперация подразумевает очистку и укрепление этанола в производстве [3].

С помощью рекуперации путём улавливания становится возможным повторное использование растворителей. 

К таким методам относятся абсорбционный и адсорбционный. 

Процесс сорбции заключается в том, чтобы поглотить при помощи твёрдого тела либо жидкости различных веществ из окружающей среды. Вещество, которое находится в среде и требует поглощения, называют сорбатом (сорбтивом), а вещество, которое поглощает твёрдое тело или жидкость называется сорбентом. В зависимости от типа поглощения сорбата сорбционные явления можно разделить на следующие типы: адсорбция, суть которой заключается в концентрировании сорбата на поверхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию, заключающуюся в объёмном поглощении, при котором сорбат распределяется по всему объёму сорбента. 

Ректификацией (от лат. rectificatio – исправление, очистка) называют процесс разделения смесей взаимосмешивающихся жидкостей, имеющих разную температуру кипения на индивидуальные компоненты, в системах, содержащих азеатропы – на азеатропную смесь и один из компонентов.

В общих чертах перегонка это процесс, который осуществляется как однократно, так и многократно, включающий в себя частичные испарения разделяемой смеси с последующей конденсацией образующихся паров. При разделении смесей летучих жидкостей, которые имеют разную температуру кипения, на фракции путем однократной простой перегонки не получится достичь полного эффекта. Это связано с тем, что температура кипения отдельных компонентов смеси имеет разные параметры, в связи с чем и отличается состав пара над кипящей жидкостью. В паре содержится больше легколетучего (низкокипящего) компонента, чем жидкости из которой он образуется. В процессе кипячения рекуперата (этанольно-водной смеси) происходит обогащение пара этанолом, так как он относится к низкокипящим компонентам. Сконденсированный пар-дистиллят является более концентрированным по содержанию этанола в сравнении с исходной этанольно-водной смесью. Для того, чтобы добиться более полного разделения смеси летучих жидкостей используют метод многократной перегонки, иными словами метод ректификации, осуществляемой путем противоточного взаимодействия паров, образующихся при перегонке жидкости, и флегмы, получающейся при конденсации паров. Процессы испарения и конденсации подвергаются многократному повторению и сопровождаются массо- и теплообменом.

Осуществление процесса ректификации может происходить при условиях атмосферного давления, разрежения для разделения высококипящих смесей и под давлением выше атмосферного для смесей, находящихся при более низких величинах давления в газообразном состоянии [3].

Процесс ректификации занимает доминирующую позицию среди всех процессов фармацевтического промышленного разделения, но при этом остается одним из самых энергоемких. Одним из возможных способов снижения затрат является использование периодических (циклических) режимов движения фаз в аппарате. Интерес к исследованию циклических режимов процесса ректификации обусловлен значительным повышением эффективности процесса разделения в этих режимах.

Применение ректификации и рекуперации в производстве современной фармацевтической промышленности является необходимым условием достижения наибольшей экономической эффективности и снижения себестоимости лекарственных средств.

Рекуперацией называют процесс, результатом которого является возвращение в фармацевтическое производство дорогих и ценных растворителей, находящихся в уже отработанном сырье.

Виды рекуперации: частичная и полная. Методами рекуперации являются: простая перегонка, перегонка с водяным паром, вымывание водой.

Ректификацией называют процесс, результатом которого является разделение смеси на отдельные компоненты, отличающиеся по температуре кипения.

Виды рекуперации: непрерывная и постадийная. Методы: простая, экстрактивная и азеотропная рекуперация, а также метод молекулярной дистилляции. 

Применение данных процессов несёт огромную экономическую значимость для предприятий фармацевтической промышленности и экономики в целом. С помощью данных методов снижается выброс вредных веществ в окружающую среду. К сожалению, установки для рекуперации и ректификации не из дешёвых, что в свою очередь затрудняет их применение на многих мелких фармацевтических предприятиях, а также применение таких установок часто бывает экономически неоправданным из-за большого потребления электроэнергии на их работу.