Сушка. Определение и характеристика процесса. Применение сушки в фармацевтической технологии. Способы сушки. Сушильные аппараты и установки. Специальные виды сушки.

Содержание
Введение 2
Глава 1. Процесс сушки в фармацевтической технологии 5
1.1 Теоретические основы сушки 6
1.2 Способы сушки 9
Глава 2. Сушильные аппараты и установки 11
2.1 Конвективные сушилки 11
2.2 Контактные сушилки 19
2.3 Специальные сушилки 22
Заключение 29
Список литературы 30
Приложения 31

Основная часть двухвальцовых сушилок, которые наиболее часто применяются в фармацевтическом производстве, это вальцы, медленно вращающиеся (п= 2÷10 об/мин) в кожухе навстречу друг другу. Сверху между вальцами происходит непрерывная подача высушиваемого материала.
Поступление греющего пара происходит через полую цапфу внутрь каждого из вальцов, отведение парового конденсата - через сифонную трубку. Тонкой пленкой материала покрывается вращающаяся поверхность вальцов, ее толщину можно регулировать величиной зазора между вальцами.
Как правило, зазор составляет 0,5-1,0 мм. Процесс высушивания материала проходит интенсивно в тонком слое на протяжении одного неполного оборота вальцов. Пленку подсушенного материала снимают ножами, которые расположены вдоль образующей каждого вальца. Чем тоньше будет слой материала на вальцах, тем быстрей и равномернее будет происходить его сушка. Однако малая продолжительность сушки приводит к необходимости частого досушивания материала. В сушилке материал после вальцов последовательно проходит сначала верхний досушиватель, затем – нижний [9].  
2.3 Специальные сушилки
Специальные виды сушки включают радиационную, диэлектрическую и сублимационную. Соответственно этим видам сушки выделяют терморадиационные, высокочастотные и сублимационные сушилки.
Терморадиационные сушилки. 
Сушку в них осуществляют за счет тепла, которое сообщается инфракрасными лучами. Этим способом к материалу подводят удельные потоки тепла, приходящиеся на 1 м2 его поверхности, которые в десятки раз превышают соответствующие потоки при конвективных и контактных сушках. Поэтому в процессе сушки инфракрасными лучами происходит значительное увеличение интенсивности испарения влаги из материала.
Однако в случае высушивания толстослойного материала скорость сушки иногда определяет не скорость подвода тепла, а скорость внутренней диффузии влаги или требования, которые предъявляются к качеству высушиваемого материала: нарушение структуры, недопустимость коробления и т.п.
В начальном периоде радиационной сушки под действием высокого температурного градиента влага перемещается вглубь материала. Это продолжается пока действием большей, противоположно направленной движущей силы (за счет градиента влажности) не начинается испарение влаги из материала. Поэтому терморадиационную сушку используют чаще всего при высушивании тонколистового материала или лакокрасочных покрытий.
Терморадиационные сушилки в зависимости от способа обогрева генераторов инфракрасного излучения подразделяются на сушилки с электрическим и газовым обогревом. В качестве электрического излучателя могут применяться зеркальные лампы, элементы сопротивления, керамические нагреватели - электрические спирали, которые запрессованы в керамической массе. Все эти нагреватели сложны и инерционны, по сравнению с обычными ламповыми, которые используются в первый период применения терморадиационной сушки, однако ими обеспечивается большая равномерность сушки.
Терморадиационные сушилки с газовым обогревом как правило, отличаются простотой и экономичностью по сравнению с сушилками с электрообогревом. В случае газового обогрева в качестве излучателей выступают металлические или керамические плиты, обогревающие открытым пламенем или продуктами сгорания газов. В первом случае обогрев излучающей панели открытым пламенем газовых горелок производят со стороны, которая обращена к материалу, перемещающемуся на транспортере.
Лучших условий труда и большего КПД можно достигнуть благодаря использованию второй схемы - при нагреве продуктами сгорания газов, которые движутся внутри излучателя. Газ и горячий воздух поступает в горелку. После этого происходит направление продуктов сгорания из камеры на обогрев излучающей поверхности. По пути ими подсасывается при помощи эжектора часть отработанных (рециркулирующих) газов, что позволяет увеличить скорость потока теплоносителя и повысить коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности излучения. Поступающий в горелку воздух с помощью вентилятора прокачивается через воздухоподогреватель, использующего тепло отходящих газов.
Современные радиационные сушилки с газовым обогревом эффективно используют излучающие насадки с беспламенным горением. Такие горелки можно использовать в процессе сжигания низкокалорийного генераторного газа. В основе принципа беспламенного горения с излучающей насадкой-слоем лежит процесс пропускания смеси горючих газов и воздуха через пористую стенку, которая выполнена из монолитного куска огнеупора (шамота и динаса), со скоростью, которая превышает скорость воспламенения газовоздушной смеси. Сначала горение происходит в обычных условиях, постепенно наблюдается уменьшение пламени и при разогреве стенки до яркого накала горение концентрируется на ее внешней поверхности, испускающей мощные потоки тепловой радиации.
Для терморадиационных сушилок характерен относительно высокий расход энергии - 1,5-2,5 кВт*ч на 1 кг испаренной влаги, чем ограничивается их применение.
Высокочастотные (диэлектрические) сушилки. 
Сушка в поле токов высокой частоты может эффективно применяться при высушивании толстослойного материала, при необходимости регулировки температуры и влажности не только на поверхности, но и в глубине материала. Таким способом могут быть высушены материалы, которые обладают диэлектрическими свойствами (пластмасса, смола, древесина и др.).
Высокочастотные сушилки состоят из лампового высокочастотного генератора 1 и сушильной камеры. Из сети происходит поступление переменного тока в выпрямитель, затем - в генератор, где преобразуется в переменный ток высокой частоты. Этот ток подводят к пластинам конденсаторов, между которыми движутся на ленте высушиваемые материалы. Высушивание материала происходит сначала на ленте, после чего поступает на ленту для досушивания. Под действием электрического поля высокой частоты ионы и электроны в материале, который содержит обычно некоторое количество электролита, например раствор соли, меняется направление движения синхронно с изменением знака заряда пластин конденсатора: при этом дипольными молекулами приобретается вращательное движение, а неполярные молекулы поляризуются из-за смещения их зарядов. На фоне этих процессов, которые сопровождаются трением, выделяется тепло и нагревается высушиваемый материал.
С изменением напряженности электрического поля, может также изменяться величина температурного градиента между внутренними слоями материала и его поверхностью, т.е. происходит регулирование скорости сушки, а также избирательный нагрев только одной из составных частей неоднородного материала.
В поле токов высокой частоты можно осуществлять быструю (благодаря усиленной термодиффузии влаги) и равномерную сушку толстослойных материалов. Однако стоимость сушки в поле высокой частоты для большинства материалов превышает конвективную в 3-4 раза.
Кроме этого, сушилки в поле высокой частоты требуют более сложного и дорогостоящего в эксплуатации оборудования. Поэтому применяют высокочастотную сушку в специальных случаях, например при конвейерной сушки мелких дорогостоящих изделий, и требующих технико-экономического обоснования в каждом конкретном случае.
Сублимационные сушилки. 
Сублимационная сушка является сушкой материалов в замороженном состоянии. При таком способе сушки находящуюся в материале влагу переводят в пар, минуя жидкое состояние, т.е. сублимируя. Такую сушку называют сублимационной, или молекулярной. Она также называется лиофилъной сушкой.
Применение данного способа сушки сохраняет основные биологические качества высушиваемого материала и нашло широкое применение в фармацевтическом производстве при получении ферментов, антибиотиков, препаратов крови, иммуннобиологических препаратов и др.
Весь процесс сушки может быть довольно четко разделен на следующие периоды:
- период самозамораживания, при котором в результате снижения давления в сушильной камере замораживается влага в материале, при этом на фоне резкого снижения давления происходит интенсивное испарение влаги с поверхности материала. В процессе замораживания обычно происходит испарение 10-15 % всей удаляемой влаги;
- период сублимации, который аналогичен периоду постоянной скорости сушки;
- период испарения остаточной влаги.
В сушильной камере, которая носит название сублиматор, находятся пустотелые плиты, с циркулирующей горячей водой внутри. На плитах устанавливаются противни с высушиваемым материалом. Между плитами и противнями имеется зазор, благодаря которому передача тепла происходит преимущественно радиацией. На фармацевтическом производстве высушивание проводится из ампул, пенициллиновых флаконов или стеклотары, которая несколько большей емкости, в которые наливают подлежащий высушиванию раствор или суспензию. Чаще всего процесс замораживания проводится в отдельных низкотемпературных морозильных камерах. Емкость с замороженными, подлежащими высушиванию материалами быстро загружается в охлажденную камеру сублиматора, после чего он герметизируется и устанавливаются необходимые параметры процесса. В процессе сублимации происходит поступление паровоздушной смеси из сублиматора в трубы конденсатора-вымораживателя, с циркулирующим хладоагентом в межтрубном пространстве (рассолом, охлажденным этанолом и др.) [8].
Конденсатор включен в один циркуляционный контур с испарителем (аммиачный, фреоновый и др.) холодильной установки, и соединен с вакуум-насосом, который предназначен для отсасывания неконденсирующихся газов и воздуха из сублиматора. В трубах конденсатора проводят конденсацию и замораживание водяного пара. Чтобы непрерывно удалять из конденсатора образующийся в нем лед устанавливаются 2 конденсатора, попеременно работающих и размораживающих.
В ходе исследований и промышленной проверки было подтверждено, что сублимационная сушка является наилучшим методом качественного консервирования в процессе производства целого ряда новых лекарственных средств, которые содержат вещества биологического происхождения.
Термолабильные вещества для приготовления многих высокоэффективных препаратов биологического происхождения невозможно использовать, не сохраняя их нативные свойства. Термолабильные вещества характеризуются различными структурными особенностями, что должно учитываться при их сушке. Технологические параметры устанавливают экспериментально, они индивидуальны для каждого высушиваемого материала. Несмотря на существование большого количества накопленного материала по данному вопросу, общие закономерности по технологии сушки препаратов биологического происхождения, которые могли бы быть использованы в промышленности, до сих пор не найдены. Для каждого препарата они разрабатываются индивидуально.
Сублимационную сушку применяют в лабораторных и промышленных масштабах в медицине и биологии, чтобы консервировать препараты крови и кровезаменителей, биологические растворы, сыворотки, микробные культуры, в производстве антибиотиков, гормональных препаратов, а также в химико-фармацевтическом и пищевом производстве при выработке продуктов, которые превосходят по качеству законсервированные другими способами. Сублимационное высушивание это один из основных методов подготовки для длительного хранения сырья растительного и живого происхождения и фармацевтических материалов.
На практике применяют терморадиационную сублимационную сушилку с непрерывной загрузкой и периодической выгрузкой материала.
Заключение
В данном работе были описаны основные типы и модели существующих и применяемых на производстве в данное время сушилок и сушильных аппаратов. Были изучены основные способы сушки. Также в ходе работы были рассмотрены основные теоретические положения процесса сушки и его применение на фармацевтических предприятиях.
Список литературы
1.  Государственная фармакопея XI издания, вып. 1,2. М.: Медицина, 1987 г. Х издания, М.: Медицина, 1968 г.
2.  Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии.2 т. М.: Химия, 1995 г.
3. Сушка дисперсных материалов в химической технологии / А.Н. Плановский, В.И. Муштаев, В.М. Ульянов - М. Химия, 1979 г.
4. Технология лекарственных форм /Под ред. Л. А. Ивановой - М., 1991 - Т. 2 - С. 45-92.
5.  Технология лекарственных форм в 2-х томах: т. 1 под ред. Т.С. Кондратьевой, т. 2 под ред. Л.А. Ивановой. М.: Медицина, 1991 г.
6. Химическая энциклопедия - М., 1988 - Т. 1, С. 847-856.
7. Химическая энциклопедия - М. 1995 - Т. 4.- С. 1050-1054 (теплообменники), С. 954-967 (сушка).
8. Чубарев В.Н. Фармацевтическая информация. Под ред. академика РАМН, док. фарм. наук, проф. А.П. Арзамасцева. М., 2000 г.
9.  Чуешов В.И., Зайцев А.И., Шебанова С.Т. Промышленная технология лекарств, 2002 г.
10.  Шилова С.В., Пузакова С.М. и др. Организация производства лекарственных средств с учетом правил GMP. Химико-фармацевтическое производство. Обзорная информация. M.: ВНИИСЭНТИ, 1990 г.

Приложения
Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Приложение 8
30