ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

фективность перемешивания будет сведена к минимуму. Поэтому скорость вращения мешалок не должна превышать критического значения.

	Vкрит =	1			(7.9)
				1800 h
		R

где Vкрит – критическая скорость вращения мешалки; R – радиус аппарата, м;

h – расстояние от поверхности жидкости до верхнего края аппарата, м.

Для уменьшения этих явлений на внутренних стенках аппаратов укрепляют неподвижные перегородки или мешалка помещается в специальный диффузор.

7.3.2. Очистка растворов

Очистка гомогенных систем от механических примесей обычно осуществляется фильтрованием с помощью пористых перегородок, пропускающих жидкость и задерживающих твердые частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений по обе стороны фильтровальной перегородки, которая соответствует сопротивлению, встречаемому потоком фильтрата при его прохождении через образующийся слой осадка и фильтровальную перегородку. Эта разность давлений может создаваться различными способами:

─массой столба жидкости;

─нагнетанием жидкостными насосами;

─избыточным давлением сжатого газа;

─вакуумированием пpостpанства под фильтрующей пеpегоpодкой;

─при помощи центробежной силы.

Если допустить, что давление жидкости в порах перегородки является ламинарным и что жидкость проходит через большое число капилляров одинакового сечения и длины, то зависимость между отдельными факторами, влияющими на процесс фильтрования, может быть выражена уравнением Пуазейля:

V =	F z π r 4 ΔP τ	(7.10)
	8 η l

где V – объем вытекающей жидкости, м3; F – поверхность фильтра, м2;

z – число капилляров на 1 м2;

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

r – средний радиус капилляров, м;

∆P – разность давлений по обе стороны фильтрующей пеpегоpодки,

H/м2;

τ – время фильтрования, с;

η – абсолютная вязкость фильтрата, H с/м2; l – средняя длина капилляров, м.

Из уравнения Пуазейля легко вывести скорость фильтрования. Знаменатель правой части уравнения выражает сопротивление, оказываемое фильтром прохождению жидкости, которое является суммой сопротивления осадка и фильтрующего материала. Обычно сопротивление последнего невелико по сравнению с сопротивлением осадка и им можно пренебречь. Таким образом, скорость фильтрования, т.е. количество фильтрата на единицу площади в единицу времени, прямо пропорционально разности давления и обратно пропорционально сопротивлению осадка.

Среди множества факторов, влияющих на процесс фильтрования, можно выделить следующие: свойства фильтровальной перегородки (площадь поверхности, сжимаемость, количество и длина капилляров и др.);разность давления по обе стороны фильтра; характеристики твердых компонентов фильтруемой системы (концентрация и размер частиц, их сжимаемость и т.д.); сопротивление фильтрующей перегородки прохождению фильтрата; сопротивление осадка на фильтре прохождению фильтрата; вязкость фильтрата; температура.

Важнейшей частью любого фильтра является фильтровальная перегородка, которая должна задерживать твердые частицы и легко отделяться от них, обладать достаточной механической прочностью, низким гидравлическим сопротивлением и химической стойкостью. Она не должна изменять физико-химические свойства фильтрата, обеспечивать возможность регенерации, быть доступной и дешевой.

Выбор фильтрующих пеpегоpодок обуславливается физико-химическими свойствами фильтруемой взвеси (pаствоpяющая способность жидкой фазы, летучесть, вязкость, pH среды, и др.), концентрацией и дисперсностью твердой фазы, требованиями к качеству фильтрата, масштабами производства и т.д.

В зависимости от дисперсной твердой фазы, химической агрессивности и вязкости жидкой среды применяются фильтровальные перегородки из металлических, асбестовых, стеклянных, хлопчатобумажных, шерстяных и полимерных

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

волокон и сеток, а также из нетканых материалов. Длительным сроком службы отличаются пористые керамические, металлические и металлокерамические плитки, получаемые спеканием калиброванных частиц между собой или в присутствии связующих веществ. Существенным недостатком этих перегородок является трудность удаления мелких частиц, проникших в поры.

По структуре все фильтрующие материалы можно разделить на: тканые (натурального и синтетического происхождения) и нетканые.

Тканые материалы, в свою очередь, подразделяются на:

1.Натуральные хлопчатобумажные (бельтинг, полотно, холст, саржа, марля и т.д.) с размером пор от 2,9 до 55 мкм.

2.Натуральные шерстяные (различные виды сукна).

3.Натуральные шелковые ткани.

4.Синтетические ткани из полихлорвинилового, полиамидного, лавсанового и тефлонового волокна.

5.Ткани из неорганических волокон.

Кнетканым фильтрующим материалам относят:

1.Фильтровальную бумагу марки АФБ-1 с размерами пор 8-12 мкм, АФБ- 5 с порами 5-7 мкм, БФМ – с порами 5-10 мкм.

2.В эту группу входят также фильтры из перхлорвинила ФПП-20С, из фторсодержащих волокон Ф-42, пористая нержавеющая сталь марки ПHС-5 в виде ленты с порами 7-13 мкм, фильтрующая нержавеющая сталь марки ФНС с размерами пор 3-8 мкм.

3.Намывные или наносные слои (зернистые порошки кизельгура, фильтроперлита, глины белой, угля активированного, целлюлозы, кристаллы сульфата кальция и т.д.).

Фильтровальные материалы перед употреблением должны быть обязательно промыты до полного удаления растворимых веществ, твердых частиц или волокон.

Большую роль в процессе фильтрации играют природа и структура осадка

ифильтровальной перегородки. От этих факторов зависит их порозность, способность сохранять форму и размер пор в процессе фильтрования. Под действием перепада давлений осадки, особенно состоящие из очень мелких частиц, становятся сжимаемыми. Процесс еще больше осложняется при большой степени полидисперсности твердой фазы вследствие отложения мелких частиц в просве-

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

тах между более крупными. Заметим, что несжимаемыми являются осадки монодисперсные и состоящие из не очень мелких частиц. Большинство реальных осадков обладает свойством сжимаемости, степень которой увеличивается с уменьшением размера частиц. Сжимаемой может оказаться и фильтровальная пеpегоpодка. В связи с этим при теоретическом анализе различают процессы фильтрования при наличии несжимаемых и сжимаемых осадков и перегородок.

В случае тонкодисперсных суспензий, а также легко дефоpмиpующихся твердых частиц закупорку пор фильтровальной пеpегоpодки и самого осадка часто можно пpедотвpатить путем добавления вспомогательных веществ (в количестве 0,1-0,5, а иногда и до 2%) или определенного расположения слоя последних на пеpегоpодке. Эти вещества (диатомит, перлит, асбест, древесный уголь, силикагель, кизельгур, глина белая, порошок целлюлозы и др.) образуют как бы каркас, препятствующий закупориванию пор. Если добавляемые вещества обладают адсорбционными свойствами (например, силикагель, активированный уголь), то они часто способны задерживать твердые частицы размером до 0,01 мкм. Используемые вещества должны быть, разумеется, химически инертны и неpаствоpимы в жидкой фазе, имея при этом узкий фракционный состав (частицы близких pазмеpов).

7.3.3. Устройство и принцип действия аппаратов для фильтрования

Напомним, что перепад давлений по обе стороны фильтровальной перегородки может быть создан массой столба жидкости, вакуумированием, избыточным давлением газа и нагнетанием жидкостными насосами. Аппараты для фильтрования, где перепад давлений создается действием центробежной силы, называются фильтрующими центрифугами.

Существуют множество конструкций фильтров и попыток их классификации по разным признакам. Мы ограничимся рассмотрением наиболее распространенных фильтров, подразделив их на аппараты периодического и непрерывного действия.

Простейшим аппаратом периодического действия является нутч-фильтр, используемый обычно в производстве малой мощности. Он представляет собой вертикальный цилиндрический корпус, разделенный фильтровальной перегородкой на две неравные камеры. Исходный раствор загружается в верхнюю, а фильтрат собирается в нижней камере. Необходимый перепад давлений создает-

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

ся вакуумированием нижней камеры (верхняя при этом сообщается с атмосферой). После промывки осадок выгружается, и цикл повторяется (рис.7.10 а).

Нутч-фильтры удобны в тех случаях, когда необходимо получить осадки, свободные от примесей. Жидкости со слизистым осадком фильтруются очень плохо. Также не следует фильтровать эфирные и спиртовые извлечения и растворы, поскольку эфир и спирт при большом разряжении быстро испаряется, и пары их будут отсасываться насосом и выбрасываться в воздух.

К числу распространенных фильтров периодического действия, работающих под давлением, относят друк-фильтры. Они представляют собой нутчи, верхняя половина которых закрыта и герметична, поэтому в ней можно создавать давление, необходимое для ускорения фильтрации. Нижняя часть друкфильтра негерметична. Необходимое давление создается при помощи сжатого воздуха. Друк-фильтры можно применять в тех случаях, когда работают со спиртовыми, эфирными и другими органическими растворителями, имеющими низкую температуру кипения. Через друк-фильтры можно фильтровать вязкие жидкости (рис 7.10 б).

Рис. 7.10. Устройство аппаратов для фильтрования:

а – нутч-фильтр; б – друк-фильтр

Фильтр-пресс – аппараты с большой фильтрующей способностью, обладающие высокой производительностью. Фильтр-пресс дает возможность получать не только хорошо осветленные жидкости, но и промытые осадки. Они с о- стоят из ряда чередующихся пустотелых чугунных рам и сплошных рифленных плит с желобами. Между плитами и рамами прокладывают фильтровальные тка-

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ РАСТВОРЫ. КАПЛИ. СИРОПЫ

невые перегородки (бельтинг), после чего весь пакет стягивается гидравлическим механизмом. Фильтруемая жидкость, нагнетаемая насосом, поступает в камеры фильтр-пресса, откуда фильтрат, пройдя через обе фильтрующие перегородки каждой камеры, стекает по желобам к выходным каналам, а осадок накапливается внутри камер. После удаления фильтрата осуществляют промывку осадка промывной жидкостью, которая освобождает и фильтрующие перегородки, стекая по желобам противоположной плиты. Плиты и рамы, изготовляемые из чугуна, стали и керамики, при необходимости снабжают специальными каналами для теплоносителей и хладоагентов. Поверхность фильтрования у фильтpпpессов достигает 140 м2, рабочее давление 1,5 МПа, иногда до 1,6 МПа.

Рис. 7.11. Схема работы фильтр-пресса

К числу аппаратов периодического действия относятся также патронные фильтры. Они состоят из элементов в виде закрытых снизу труб с продольными ребрами и отверстиями в стенках. На эти трубы нанизаны пористые кольца из керамики, спрессованного диатомита или стекла. Пучок таких патронов помещается в закрытый цилиндрический корпус, где они плотно вставляются в гнезда решетки с внутренними параллельными каналами, которые служат для отвода фильтрата, проникающего через пористые фильтровальные элементы. Фильтруемая жидкость нагнетается в пространство между патронами под давлением до 0,8 мПа. По рабочему циклу и способу удаления осадка патронные фильтры аналогичны листовым. Поверхность фильтрования достигает 50 м2, пористость патрона 40%, его длина до 2 м.