Характеристика видов и классов измельчения

250 20 1—5 0,1—0,04 0,005—0,015 ,001—0,005 <0,001

Крупное Среднее Мелкое Грубый Средний Тонкий Коллоидный

Вид измельчения

Дробление

Размол (порошкование)

Класс измельчения

Отношение линейных размеров кусков до измельчения (D) и после него (d) называется степенью измельчения. В равной степени можно говорить и об объемной степени измельчения, имея в виду в этом случае отношение объема кусков до измельчения (V) и после него (v).

Теоретические основы измельчения

В фармацевтическом производстве по ходу технологического процес­са часто возникает необходимость в измельчении материалов. Измель­чению может подвергаться самое разнообразное сырье. Могут измель-

ж

Рис. 23. Способы измельчения.

а — раздавливание; б, в — раскалывание; г — разламывание; д — резание; е — распиливание; ас — истирание; а — жесткий удар; и — свободный удар.

чаться неорганические и органические препараты в виде кристаллов или кусков большего или меньшего размера, а также лекарственное расти­тельное сырье разной морфолого-анатомической природы. Измельчение может осуществляться ручным и машинным способами. Ручное измель­чение типично для аптечного производства, где оно производится пести­ками в ступках и другими простыми инструментами (резаки, терки и пр.). Машинное измельчение, единственно рациональное в лаборатор­ных и заводских условиях, выполняется на разнообразных по своему устройству машинах-измельчителях.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ.Несмотря на разно образие, во всех известных измельчителях использованы следующие ос­новные принципы: раздавливание, раскалывание, разламывание, изре-зывание, распиливание, растирание (истирание) и удар.

Раздавливание(рис. 23, а). Механическая сила прикладывается сверху прогрессивно; поверхности рабочих элементов измельчителя обычно плоские. Измельчаемое тело деформируется во всем объеме и, когда внутреннее напряжение в нем превысит предел прочности, тело разрушается — получаются кусочки разных размеров и формы.

Раскалывание(рис. 23, б, в). Сила прикладывается сверху и снизу внезапно или прогрессивно с помощью клинообразных рабочих элемен­тов измельчителя. Ввиду того что тело распадается на части только в местах концентрации наибольших нагрузок, получающиеся кусочки могут быть более или менее однородны по размерам, но не по форме.

Разламывание(рис. 23, г). Измельчаемое тело разрушается под влия­нием изгибающихся сил, действующих навстречу друг другу, сприложе­нием одной верхней силы между двумя нижними. Размеры и форма ку­сочков примерно такие же, как и при раскалывании.

Изрезываиие(рис. 23, д). Механическая сила прикладывается сверху, обычно рывком; рабочие элементы измельчителя острые, режущие (ножи). Управляемый процесс, позволяющий разделить тело на части требуемых размеров, а при необходимости и формы.

Распиливание(рис. 23, е). Сила прикладывается со стороны прогрес­сивно; рабочие элементы измельчителя с острой зубчатой поверхностью. Так же как и при изрезывании, можно получить кусочки нужных раз­меров, а при необходимости — и формы.

Растирание(рис. 23, ж). Сила прикладывается сверху и со стороны прогрессивно; поверхности рабочих элементов измельчителя сфериче­ские или плоские. Тело измельчается под действием одновременно сжи­мающих, растягивающих и срезающих сил, в результате чего получа­ются порошкообразные продукты.

Удар.Тело разрушается на части под влиянием динамично (внезап­но) действующих сил. Удар может быть осуществлен двояко: 1) по из­мельчаемому телу производится удар рабочими элементами измельчи­теля— молотками, падающими шарами и др. (рис. 23, з); 2) измель­чаемое тело само сталкивается с рабочими элементами измельчителя или другими телами в полете (рис. 23, и). В первом случае (при огра­ниченном ударе) эффект измельчения будет зависеть от кинетической энергии ударяющегося тела, во втором (при свободном ударе) — в ос­новном определяется скоростью столкновений разрушаемого тела и его частей с рабочими элементами измельчителя.

Какую выбрать машину для измельчения? Этот вопрос решают, исхо­дя из физического состояния и свойств обрабатываемого материала, атакже той степени мелкости, которую необходимо достигнуть. Для ма­териалов, отличающихся большой твердостью, целесообразно использо­вать измельчители, работающие на принципе раздавливания или удара. Для материалов вязких, волокнистых эффективнее будет истирание, для длинноволокнистых — изрезывание, для деревянистых и очень твер­дых— распиливание, для хрупких — раскалывание и т. д. Практически в большинстве машин эти измельчающие усилия действуют в сочетании друг с другом: например, раздавливание с истиранием, удар с раздав­ливанием и истиранием и т. д.

ПРЕДЛОЖЕННЫЕ ГИПОТЕЗЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ.Несмотря на ши­рокое распространение машин для измельчения и большое значение этого процесса в производстве, теории, которая подвела бы под процесс измельчения объединяющее математическое выражение, до сих пор не предложено. В теории измельчения основным является определение ве­личины энергии, затрачиваемой на измельчение (работа измельчения).

Первая попытка решить этот вопрос была сделана Риттингером¹ еще в 1867 г. Он предположил, что работа, затрачиваемая на измельчение, пропорциональна вновь обнаженной поверхности в измельчаемом мате­риале.

Как известно, измельчаемый материал обладает определенной проч­ностью, под которой понимают свойство материала сопротивляться разрушению под действием внешних сил. Подвергаемое воздействию внешних сил твердое тело испытывает деформацию, которая может быть упругой и пластической. Упругая деформация исчезает пос­ле снятия нагрузки без заметного ущерба для прочности тела. При пластической деформации размеры и форма тела после снятия

'von Rittinger P. Lchrbuch der Aufbereitungskunde. — Berlin, 1867.
5-163 ₆₅

нагрузки не восстанавливаются. Практическим следствием пластиче­ской, или необратимой, деформации является нарушение прочности тела, сопровождаемое изменением его формы. По гипотезе Риттингера, при измельчении твердых тел на первом месте стоят такие деформации, при которых материал разрушается по плоскостям раскола. Поэтому и работа, затрачиваемая на измельчение, расходуется в основном на об­разование трещин раскола. В своих расчетах Риттингер опускает рас­ход энергии на упругие деформации тел. Следующей условностью в гипотезе Риттингера является допуск кубической формы кусков до и после измельчения. Поэтому при расчете работы в формулу Риттингера вводят специальный коэффициент на неправильность формы кусков, имеющую место в действительности.

В. Н. Кирпичев¹ в 1874 г., а позднее Кик² предложили «объемную» гипотезу дробления, по которой расход энергии на измельчение данного материала при прочих равных условиях (в очертании геометрически подобных тел одинакового технологического состава) прямо пропорцио­нален его объему или весу. По В. Н. Кирагачеву, работа дробления может быть выражена следующим уравнением:

А ^ лг ,

где А — работа дробления; б — величина разрушающих напряжений; V — объем дробимого тела; Е — модуль упругости измельчаемого мате­риала.

Обе гипотезы были предметом многолетней дискуссии. Одно время склонялись к тому, что сферы их практического применения различны: гипотеза Риттингера больше приемлема для определения энергетиче­ских затрат при тонком измельчении, а гипотеза Кирпичева — Кика — для характеристики мелкого, среднего и крупного дробления. Однако большее признание получила точка зрения, что ни одна из предложен­ных гипотез (и их последующие вариации), взятые порознь, непримени­мы ко всем видам измельчаемых материалов, различным методам дроб­ления и разным типам измельчителей. Такой точки зрения придержива­ется и П. А. Ребиндер, основоположник новой области науки — физико-химической механики. Он считает, что гипотеза, наиболее близкая к истине, находится где-то в середине между предложениями Риттинге­ра и Кирпичева — Кика.

По наблюдениям П. А. Ребиндера, энергия, затрачиваемая на измель­чение материала, представляет собой сумму работ, идущих на дефор­мацию дробимого тела и на образование новых поверхностей. Эта энер­гия может быть выражена следующей формулой:

А = -

2£

/CAF.

Первое слагаемое уравнения — формула Кирпичева — Кика, второе слагаемое — формула Риттингера, где К — коэффициент пропорциональ­ности, a AF — вновь образованная поверхность при разрушении тела.

Таким образом, работа измельчения пропорциональна как вновь об­разованной поверхности, так и объему измельчаемого материала.

Расход энергии при измельчении возрастает с уменьшением размера частиц. В связи с этим во избежание непроизводительных затрат крайне важно, чтобы при организации процесса был заранее известен ожидае-

¹ Кирпичев В. Н. О подобии при упругих явлениях. — Журнал Русского фи­
зико-химического общества. Часть физическая. Вып. XI. 1874, с. 152.

² Kick F. Der Gesetz der proportionalen Widerstande. — Leipzig, 1885.

мый размер частиц после дробления. «Не дробить ничего лишнего» — таково основное правило дробления. С целью уменьшения расхода энергии в ряде случаев целесообразно периодически удалять достаточно измельченные частицы из сферы помола.

Большое разнообразие существующих измельчителей затрудняет их систематизацию, тем более что поиски более совершенных конструкций машин не прекращаются. Авторы части руководств по химической и фармацевтической технологии останавливаются на классификации по той степени измельчения, которой можно достигнуть с помощью какой-либо машины. В этом случае все измельчители применительно к усло­виям фармацевтического производства можно разделить на машины для предварительного измельчения и машины для окончательного измель­чения.

Наряду с этим в новейших отечественных руководствах измельчители предпочитают классифицировать по способам измельчения. В этом слу­чае все измельчители, применяемые в фармацевтическом производстве, можно было бы разделить на следующие группы: 1) изрезывающего и распиливающего действия; 2) раскалывающего и разламывающего дей­ствия; 3) раздавливающего действия; 4) истирающе-раздавливающего действия; 5) ударного действия; 6) ударно-истирающего действия; 7) коллоидные измельчители.

В дальнейшем изложении мы будем придерживаться обеих классифи­каций, хорошо дополняющих друг друга. Вначале мы будем исходить из задач производства (какое нужно измельчение: предварительное или окончательное), а затем будем описывать соответствующие группы измельчителей.

Предварительное измельчение

Предварительное измельчение применяется для сырьевых материалов, поступающих на'фармацевтическое производство в крупных или длин­ных кусках. Смысл предварительного измельчения заключается в по­лучении материала в таком виде, в котором он при необходимости был бы удобен для дальнейшего измельчения. В предварительном измель­чении нуждаются корни и кора, заготовляемые в виде длинных кусков (например, солодковый корень, корни элеутерококка, алтейный корень, кора крушины, дубовая кора и др.), а также некоторые длинностебель-ные травы (горицвета, водяного перца, термопсиса и др.)- В предвари­тельном измельчении нуждаются такие корни, как мыльный корень тур­кестанский, ревень, девясил, куски которых могут достигать значитель­ных размеров, а также многие другие виды растительного сырья (плоды, семена, кожистые листья и пр.).

В условиях фармацевтического производства предварительное измель­чение в основном охватывается классами измельчения, которые по при­нятой нами классификации (см. табл. 1) определены как среднее и мелкое дробление с той лишь разницей, что исходная длина измельчае­мых корней и трав может быть значительно длиннее 25 см.

Среднее и мелкое дробление сырьевых растительных материалов мо­жет быть осуществлено измельчителями двоякого типа: 1) изрезываю­щего и распиливающего действия; 2) раскалывающего и разламываю­щего действия.

ИЗМЕЛЬЧИТЕЛИ ИЗРЕЗЫВАЮЩЕГО И РАСПИЛИВАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ.Изрезывание растительного лекарственного сырья произ­водится с помощью машин, носящих общее название траво- или корне­резок. Основной деталью в этих машинах являются ножи, устройством и характером движения которых обусловливаются тип и конструкция траво- и корнерезок.

5* 67

Рис. 24. Барабанная соломорезка. Объяснение в тексте.

Рис. 25. Корнерезка с гильотинными ножами.

/ _ лоток; 2 — подающие валы; 3 — шкив; 4 — кривошип; 5 — шатун;

5— верхний нож; 7 — нижний нож; 8 — лоток; 9 — транспортер.

Траворезки-соломорезки.Простейшими по устройству траворезками являются соломорезки, широко применяемые при измельчении грубых кормов (солома, стебли кукурузы и др.). Различают соломорезки дис­ковые и барабанные. В дисковых соломорезках массивные ножи, имею­щие криволинейное лезвие, прикреплены к спицам маховика. Маховик с ножами приводится во вращательное движение вручную. Лекарствен-

ное сырье (травянистое), собранное в пучки, подается под ножи по лотку.

В барабанных соломорезках (рис. 24) ножи изогнутые с лезвиями, расположенными по винтовым линиям с углом подъема до 30°. Травя­нистое сырье подается по лотку-транспортеру 1, в конце которого уста­новлены питающие валики 2, подающие сырье к ножевому ба­рабану 4. Изрезанное сырье выгружается по лотку 6. Установка смон­тирована на станине 7 и приводится в действие от электромотора при помощи шкива 5. На одном валу со шкивом посажена зубчатка, при­водящая в действие большую шестерню 8, вращающую питательные валики. С другой стороны на валу посажен маховик 3 для обеспечения плавности работы соломорезки. Габариты выпускаемой нашей промыш­ленностью соломосилосорезки РСБ-3,5: длина с лотком 187 см, ширина 91 см, высота 126 см. Число оборотов ножевого барабана 350—400 в минуту¹. Производительность, например, при резке сухой травы ланды­ша 300 кг/ч.

Корнерезки.Для изрезывания плотных и деревянистых частей расте­ний (корни, корневища, кора) чаще всего применяются корнерезки и сходные с ними табакокрошильные машины с гильотинными ножами, устройство которых показано на рис. 25. Нож в этой машине весьма массивный, и, падая вниз, своей массой усиливает режущий эффект. Нож совершает поступательно-возвратное движение вверх и вниз при помощи кривошипного механизма или коленчатого вала.

В описанных траво- и корнерезках (кроме ручной соломорезки) дви­жение ленточного транспортера, питающих валиков и ножей происходит согласованно, так что растительная масса выступает вперед на опреде­ленную длину в соответствии с заданной степенью измельчения. Нужно учитывать, что номинальную длину обычно имеют только кусочки изре­зываемой травы. Что касается корней и травы, то, поскольку они хруп­ки, при падении на них ножа выступающие участки могут обламывать­ся. В результате этого получается значительное количество кусочков меньшего размера и крупного порошка.

При изготовлении сборов возникает необходимость придания кусоч­кам коры квадратной, а кусочкам корней и корневищ — кубической фор­мы. Резка на кубики у нас применяется пока в отношении очищенного солодкового и алтейного корней. Производится она на специальных ма­шинах.

Машиныс дисковыми пилами.Среди растительного сырья имеются особо твердые объекты (например, корни элеутерококка), для измельче­ния которых оказались пригодными малогабаритные дисковые пилы. Корни, подаваемые под вращающуюся пилу, распиливают на дольки, которые затем уже удается измельчить на дробилках. При распиливании одновременно получаются ценные опилки — крупный порошок измель­ченных корней.

Окончательное измельчение (порошкование)

Измельчение в порошки разной степени тонкости достигается с по­мощью измельчителей различных конструкций. ИЗМЕЛЬЧИТЕЛИ РАЗДАВЛИВАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ.Гладковал-

ковые дробилки (вальцовые мельницы). По своему устройству гладко-валковые дробилки отличаются от зубовалковых отсутствием зубьев на валках. Обычно валки имеют одинаковое число оборотов, но есть кон-

¹ По системе единиц СИ угловая скорость измеряется в радианах в секунду. Нами применяется размерность обороты в -минуту как более .наглядная, чаще исполь­зующаяся в технической литературе. 1 об/мин = 0,105 рад/с.

струкции, в которых валкам придают разные окружные скорости. В ре­зультате к раздавливающему действию валков присоединяется еще истирание. Непрерывная и равномерная подача сырья достигается с помощью загрузочных воронок, длина которых одинакова с длиной вал­ка и питающих валков, вращающихся со скоростью, близкой к окруж­ной скорости валков. Кроме того, диаметр поступающих на дробление кусков (г) должен быть примерно в 20 раз меньше диаметра валков /?ж20 г. Зубчатые валки обеспечивают захват более крупных кусков; для них #«5—10 г.

Гладковалковые дробилки могут иметь одну или две пары валков. Из двухвалковых для измельчения растительных материалов пригодна дро­билка ДВГ-2 с диаметром валков 40 см и длиной 25 см. Скорость вра­щения ведущего валка 220 об/мин, ведомого— 190 об/мин. Из четырех-валковых дробилок интерес представляет дробилка БДА-7м, предназна­ченная для дробления солода. Между первой и второй парами валков установлено вибросито. На вторую пару валков поступает сырье, пред­варительно измельченное на первой паре валков. Производительность 1000 кг/ч. Диаметр валков 25 см, длина 50 см. Число оборотов в минуту верхней пары валков (ведущего/ведомого) 240/238, нижней пары — со­ответственно 268/254.

Поверхность валков может быть как гладкая, так и нарезная (рифле­ная); в последних истирающая способность выше, чем в гладких.

ИЗМЕЛЬЧИТЕЛИ ИСТИРАЮЩЕ-РАЗДАВЛИВАЮЩЕГО ДЕЙ­СТВИЯ.На сочетании раздавливания с истиранием построен принцип работы жерновых мельниц, бегунов и дисковых мельниц. В качестве ил­люстрации приводим краткое описание дисковой мельницы.

Дисковые мельницы.Основной деталью являются два вертикально ус­тановленных диска. Вращается обычно один из них. Поверхность дис­ков имеет режущие или ударные выступы той или иной конструкции. Исходный материал поступает в просвет между дисками, где он измель­чается.

Одной из наиболее простых дисковых мельниц является мельница типа «Эксцельсиор», широко применяющаяся в фармацевтическом про­изводстве. В мельнице (рис. 26) диски установлены вертикально. Один диск неподвижный, другой вращается со скоростью 250—300 об/глин. Поверхность дисков покрыта мелкими зубцами, расположенными по окружности в таком порядке, чтобы зубцы движущегося диска попада­ли в промежутки между зубцами неподвижного диска. Помимо истира­ния, к раздавливающему эффекту присоединяется срезывающее дейст­вие от острых зубцов. Производительность при диаметре дисков 400 мм до 50 кг/ч.

ИЗМЕЛЬЧИТЕЛИ УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ.К измельчителям удар­ного типа относятся молотковые мельницы, дезинтеграторы, дисмембра-торы и струйные мельницы.

Молотковые мельницы.В этих мельницах (рис. 27) на центральном валу ротора укреплено несколько дисков один возле другого. На этих дисках висят на шарнирах молотки, представляющие стальные плитки. Ротор с молотками вращается в массивном корпусе, стенки которого защищены броневыми плитами. Дно корпуса представляет собой подо­вую решетку (сито). Вследствие большой скорости вращения ротора (500—1500 об/мин) и развивающейся центробежной силы молотки от­брасываются по радиусу. Поступающий через загрузочную воронку ма­териал попадает под действие этих молотков, куски его отбрасываются на стенки корпуса, на подовую решетку, ударяются друг о друга и, до­стигнув определенного размера, проходят через решетку. Область при­менения молотковых мельниц обширна. В химической и фармацевтиче­ской промышленности применяются для измельчения хрупких материа-

Рис. 26. Мельница «Эксцельсиор». Объяснение в тексте.

Рис. 27. Молотковая мельница.

/ — корпус; 2— броневые плиты; 3— вал; 4-

диск; 5 — молоток; 6 — колосниковая решетка.

лов (соли, растительное сырье). Неболь­шие молотковые мельницы, изготовляе­мые в СССР, имеют размер ротора 60/45 см (С-218) и 80/40 см (ДМ-2).

Рис. 28. Дезинтегратор. 1 — ударные штифты; 2 — шкивы; 3 — диски; 4 — валы дисков.

Дезинтеграторы и дисмембраторы.Для измельчения хрупких материалов, таких как сода, квасцы, сахар и др., удобны мельницы ударно-центробежного дейст­вия, называемые дезинтеграторами и дисмембраторами. Измельчение в них основано на принципе свободного удара. У дезинтеграторов (рис. 28) вра­щаются оба диска, причем в противопо­ложных направлениях, со скоростью в зависимости от размера дисков 500— 900 об/мин. Оба диска несут на своей поверхности ударные приспособления в виде пальцев, штифтов (отсюда другое название — штифтовая мельница), рас­положенных в 2—4 ряда кольцами. Ди­ски поставлены один против другого так, что пальцы одного диска входят в сво­бодное пространство между пальцами второго диска. Материал подается из загрузочной воронки в центр между ди­сками и при вращении их центробежной

силой отбрасывается к периферии. При этом частицы подвергаются бесчисленным ударам о пальцы, поверхность дисков, испытывают вза­имные удары и, по достижении необходимой степени мелкости, высыпа­ются из мельницы. У некоторых дезинтеграторов отечественной конст­рукции валы расположены с одной стороны. Один из валов, внутри ко­торого вращается в противоположную сторону сплошной вал, полый. Благодаря этому мельница имеет небольшие габариты.

Похожи на дезинтеграторы мельницы, называемые дисмембрато­рами. Они отличаются от первых тем, что наружный диск у них непо-

Рис. 29. Мельница «Перплекс».

/ — загрузочная воронка; 2 — лоток; 3 — воронка; 4 — штифты; 5 — неподвижный диск; 6 — подвижный диск.

/

Рис. 30. Струйный измельчитель. Объяснение в тексте.

движен. В силу этого для достижения той же тонкости размола подвиж­ный диск должен вращаться с большей скоростью (до 3800 об/мин). Разновидностью дисмембраторов являются нособойные мельницы «Пер­плекс» (рис. 29) и кулачные мельницы, различающиеся по виду и рас­положению ударных выступов.

Струйные измельчители. Принцип работы струйного измельчителя отечественной конструкции показан на рис. 30.

Измельчитель состоит из размольной камеры /, защищенной изнутри материалом 2, двух расположенных друг против друга штуцеров пита­ния 3, в которые вмонтированы разгонные трубки 4 и сопло 5, прием­ной воронки 6 и отводного штуцера 7. Материал, подлежащий измель­чению, поступает через воронку 6 в приемник эжектора, откуда струей воздуха, выходящей из сопла 5, направляется в разгонную трубку 4. Там частицы приобретают необходимую скорость, с которой они выле­тают из разгонной трубки навстречу потоку частиц, идущих из противо-

I

Рис. 31. Шаровая мельница. Объ­яснение в тексте.

положной трубки. При со­ударении частицы измельча­ются и через штуцер 7 вы­носятся на сепарацию, ко­торая осуществляется с .по­мощью рукавного фильтра, придаваемого к мельнице.

Струйные измельчители описанного типа.(двухструйные, противоточ-ные) пригодны для измельчения частиц с крупностью исходного сырья около 10 мм до частиц размером 50—80 мкм. Они испытаны на многих объектах (уголь и рудные материалы, красители, инсектициды, фунги­циды и др.) и, несомненно, весьма перспективны для получения очень тонких порошков в фармацевтическом производстве.

ИЗМЕЛЬЧИТЕЛИ УДАРНО-ИСТИРАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ.На смешанном принципе удара (преобладающее действие) и истирания работают широко применяемые барабанные или шаровые мельницы и некоторые другие специальные измельчители (например, вибромель­ницы).

Шаровые мельницы.Шаровые мельницы — наиболее простые по свое­му устройству машины для порошкования. Эти мельницы (рис. 31) представляют собой барабан, в который загружают материал и дробя­щие тела — шары. Барабан приводится во вращение. Под действием трения и центробежной силы шары и материал поднимаются до опре­деленной высоты, откуда они падают вниз. В результате ударов и исти­рающего действия при перекатывании шаров материал измельчается. Необходимо иметь в виду, что при вращении барабана поведение шара будет различно в зависимости от числа оборотов барабана. Так, при медленном вращении шар, прижимаясь к барабану под действием сво­ей массы, силой трения будет увлекаться на небольшую высоту и оттуда сползать по стенке барабана вниз. При быстром же вращении шар будет настолько сильно прижиматься центробежной силой к стенке ба­рабана, что не сможет оторваться от нее и будет вращаться вместе с барабаном. Дробления при этом происходить не будет. Нужно подо­брать такую скорость вращения, чтобы под влиянием центробежной силы шар смог подняться на максимальную высоту, оторваться от стен­ки и обрушиться на материал. Иначе говоря, масса шара должна быть больше силы, прижимающей шар к поверхности барабана. То число оборотов, при котором прекращается обрушивание шаров, принято называть критическим. Совершенно естественно, что рабочее число обо­ротов барабана должно быть меньше критического (75%).

Оно рассчитывается по формуле:

«раб = у~ Об/МИН,

где D — диаметр барабана мельницы. Однако эта формула исходит из условия наивыгоднейшей работы лишь одного крайнего слоя шаров.

Формула, определяющая оптимальное число оборотов с учетом всех слоев шаров, имеет следующий вид:

37,2

"раб = -у=г об/мин.

Таким образом, оптимальное количество оборотов зависит от диамет­ра барабана. При излишне низком числе оборотов шары будут слиш­ком рано отрываться от стенки, высота полета будет незначительна и сила удара шаров оматериал невелика.

Загрузку мельницы необходимо производить шарами одинакового размера, так как иначе шары малого размера будут мешать работе больших шаров, поскольку они будут находиться между ними и измель­ченным материалом. Размер шаров, загруженных в мельницу, зависит от механического состава, твердости и вязкости раздробляемого мате­риала. Обычно применяются шары диаметром 50—150 мм. Одновре­менно подбирается и оптимальное количество шаров, поскольку про­изводительность мельницы зависит от числа и силы ударов шаров.

Производительность шаровой мельницы повышается с увеличением ее диаметра. Все новейшие типы шаровых мельниц конструируются короткими и большого диаметра, который варьирует в пределах 800— 2300 мм. Скорость вращения 20—40 об/мин. Барабаны мельниц дела­ются из железа, шары — из стали. Лабораторные мельницы фарфоро­вые. В шаровых мельницах можно получить порошки высокой тонко­сти. В данном случае тонкость порошка зависит от времени измельче­ния. Шаровые мельницы вполне применимы для приготовления слож­ных порошкообразных смесей (одновременное измельчение и сме­шение).

Рис. 32. Вибрационная мельница. Объяснение в тексте. 74

Вибромельницы.Вибрационные мельницы применяются для тонкого и сверхтонкого измельчения. Исходная крупность частиц 1—2 мм, окон­чательная степень мелкости может достигать 1—5 мкм. Частота коле­баний мельницы составляет 1500—3000 в минуту и соответствует ско­рости вращения электродвигателя. Вибрационные мельницы подразде­ляются на инерционные и гирационные (эксцентриковые). Большее распространение получили инерционные измельчители с дебалансным валом. При вращении этого вала корпус мельницы вибрирует, переда­вая колебание шарам. Измельчение находящегося в корпусе материала

происходит за счет соударения колеблющихся шаров и их взаимного перемещения.

Вибрационная мельница инерционного типа изображена на рис. 32. Корпус мельницы 1, в который помещаются шары и измельчающийся материал, опирается на пружины 2, закрепленные на раме 3, которая в свою очередь покоится на резиновых амортизаторах 4. Внутри корпу­са проходит труба 5, в которую помещен дебалансный вал 6, вращаю­щийся в подшипниках 7 со сферическими роликами. На этом же валу закреплены дополнительные дебалансы 8, с помощью которых регули­руется частота колебаний. Вал получает вращение от электродвигате­ля 9 через эластичную муфту 10. При вращении дебалансного вала корпус мельницы приводится в качательное движение по эллиптиче­ской, приближающейся к круговой траектории. Материал, подлежащий измельчению, в вибромельницах подвергается многократному воздей­ствию.

Просеивание

Раздробленные и испорошкованные материалы всегда неравномерны. По этой причине приходится отделять более крупные или более мелкие частицы от основной массы. Эта операция носит название просеивания, или грохочения, и осуществляется при помощи сит. Таким образом, просеиванием, грохочением или ситовой классификацией называется процесс разделения смеси зерен различных размеров при посредстве сит на две или более группы.

Сита

Размер зерен, проходящих через ячейки сита, характеризуется его номером. По ГФХ¹ для всех сит указываются номера соответствующих ГОСТ, размеры отверстий в свету, материал сита, форма отверстий, крупность порошка. Номер шелкового сита по ГОСТ 4403-67 указывает, какое количество отверстий приходится на 1 погонный см. Чтобы опре­делить номер шелкового сита, следует с помощью лупы подсчитать количество отверстий в 1 погонном см по длине и ширине ткани. Номер металлического сита по ГОСТ 3924-47 соответствует размеру стороны отверстия в свету в миллиметрах. Номер пробивных сит (ГОСТ214-57) с круглыми отверстиями соответствует диаметру отверстий в миллимет­рах, умноженному на 10.

Фармакопейная шкала включает 16 разных сит, которым соответству­ет 7 степеней измельчения. Для крупных порошков и крупноизмельчен-ных материалов, помимо названий (русских и латинских), обязательно должен указываться и соответствующий номер сита по ГОСТ. Различа­ют сита плетеные, пробивные и щелевые.

Плетеные сита ткутся из шелковых и капроновых ниток, из стальной, медной и латунной проволоки. Шелковые и капроновые сита применяются для всех категорий мелких порошков и среднекрупного порошка. Они прочны и гарантируют однородность просева. У обычных проволочных сит проволока изогнута только в одном направлении. Следствием этого являются быстрая изнашиваемость сита и легкая из­меняемость размера отверстий. По этой причине рекомендуется при­менять сита или сварные, или, лучше, вальцованные, или прессован­ные. Последние особенно прочны. Проволочные сита применяются для всех категорий крупных порошков. Необходимо следить за состоянием

¹ Ом. с. 857—858. Измельчение « просеивание.

сит, иначе в результате износа в порошки могут попасть куски эборван-ной проволоки.

Пробивные сита (штампованные) делаются нз листов оцинкован­ного железа путем пробивания в них круглых или прямоугольных от­верстий. Применяются для получения крупноизмельченных материалов. Сита эти очень прочны и мало изнашиваются в результате механическо­го воздействия.

Щелевые сита, или колосниковые решетки, состоят из ряда па­раллельных стержней с прокладками между ними. Обладают исключи­тельной прочностью. Устанавливаются, как уже указывалось, в мельни­цах, работающих на принципе удара (молотковые мельницы).

Ситовые механизмы

Ситовые механизмы применяются двух типов: 1) машины с плоскими ситами; 2) барабанные просеивающие машины.

МАШИНЫ С ПЛОСКИМИ СИТАМИ. Наиболее широкое примене­ние находят просеивающие механизмы, называемые грохотами (тря­сунки), и вибрационные сита.

Грохота, или трясунки. Наиболее простая конструкция с одним ситом показана на рис. 33. Установленное в слегка наклонном положении (2— 4°) на роликах сито при помощи коленчатого вала совершает поступа­тельно-возвратное движение вдоль двух направляющих. Число качаний колеблется от 50 до 200, амплитуда колебания — до 200 мм. Более со­вершенны качающиеся грохота, в которых короб с ситом совершает поступательно-возвратное движение, будучи подвешенным на шарнир­ных подвесах (а), либо с помощью шарнирных или кривошипных опор (б), либо в сочетании тех и других (в).

Значительно удобнее грохота, состоящие из 2—3 сит, которые могут компоноваться либо на высоте, либо по длине. Например, изрезанные корни и корневища перед приготовлением из них настойки целесообраз­но пропустить через трясунок с двумя ситами, установленными после­довательно. Сырье из загрузочной воронки вначале поступает на более мелкое сито, которое пропускает только частички размером менее 0,5 мм (пыль, комочки земли и весьма незначительное количество по­рошка валерианы). Просеянный таким образом материал переходит на следующее сито, которое пропустит все кусочки, имеющие размеры меньше 3 мм. Более крупные кусочки сбрасываются с конца сита и поступают для дополнительного измельчения.

Вибрационные сита. Вибрационные сита подразделяются на электро­магнитные, гирационные и инерционные. Вибрационные сита особенно эффективны при провеивании мелких порошков, поскольку вибрирую­щие движения предупреждают забивание отверстий ситовой ткани. На рис. 34 приведена схема устройства электромагнитного вибрационного сита, в котором поступательно-возвратное движение сита 3 осуществля­ется за счет периодического намагничивания и размагничивания яко­ря 2, прикрепленного к ситу. При пропускании тока электромагнит / притягивает якорь и вместе с ним сито. Но это движение вправо влечет за собой размыкание контактов 4. Обратное движение (влево) сито со­вершает уже при помощи мощных пружин 5. Происходит замыкание контактов и якорь вновь тащит сито вправо: следует размыкгжие и пружины оттягивают сито на старое место и т. д. Число вибраций у такого сита превышает 200, амплитуда колебаний до 3 мм.

Гирационные сита. Гирационные сита получили название от гираци-онного привода. Изготовляются они с одним, двумя и тремя ситами различных размеров. Гирационное сито, изображенное на рис. 35, со­стоит из короба с ситами 3, который крепится с помощью пружинящих

Рис. 33. Качающие грохота. Объяснение в тексте.

5 WW

и

Ижф яяяг¹-

H

4 5

Рис. 34. Вибрационное сито. Объяснение в тексте.

Рис. 35. Схема гирационного грохота. Объяснение в тексте.

опор 2 на опорной раме Л Приводной механизм состоит из эксцентри­кового вала 4, который получает движение от шкива 6. На валу закреп­лены два маховика 5 с балансирующими грузами. Маховики с противо­весами уравновешивают силы вибрации. При вращении эксцентрико­вого вала короб с ситами получает круговые движения, которые направлены навстречу потоку материала, что способствует его хорошей сортировке.

БАРАБАННЫЕ ПРОСЕИВАЮЩИЕ МАШИНЫ.Барабанные просеи­вающие машины (бураты) представляют собой вращающиеся бараба­ны с ситовой поверхностью, устанавливаемые слегка наклонно, под углом 3—8°. Материал для просеивания, попав внутрь барабана, про­ходит через отверстия сита, а более крупные кусочки и отходы переме­щаются вдоль барабана и высыпаются из него в другом конце. Барабан заключен в кожух.

Бураты могут быть с одним или 2—3 ситовыми поверхностями. Приво­дятся барабаны в движение при помощи зубчатой или фрикционной передачи. В последнем случае барабан устанавливается на вращающие­ся ролики. Имеются конструкции бурата внутри со щеточными приспо-

соблениями, значительно ускоряющими процесс просеивания. Бураты вращаются со скоростью от 10 до 25 об/мин.

ОТДЕЛЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ. В измельчаемых и просеиваемых материалах могут оказаться металлические примеси. Для их удаления применяются электромагнитные сепараторы, устанав­ливаемые под спускным лотком во вращающемся металлическом бара­бане.

Трибоэлектрические явления при просеивании

Трибоэлектричество — явление возникновения электрических зарядов п-ри трении. Такие явления происходят иногда при просеивании различ­ных медикаментов, причем заряд, который возникает в просеянном по­рошке, может быть разного знака. Так, порошки из серы и свинца оки­си, просеянные отдельно, заряжаются отрицательно, вместе — зарядами разного знака (сера— отрицательно, окись свинца — положительно) за счет степени трения между частицами. У порошка может возникать за­ряд, противоположный по знаку самому ситу. Часть электрически-ак­тивных порошков при снятии заряда или его утечке могут образовы­вать прочные агрегаты. К таким веществам относятся окись цинка, пшеничный крахмал, сахар и др. Трибоэлектрические явления затруд­няют процесс просеивания, поэтому необходимо предотвращать их воз­никновение. Лучше всего это делать, меняя материал сита или ис­пользуя различные условия просеивания порошков.

ГЛАВА 5

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ ЖИДКОСТЕЙ

Многие процессы, протекающие в фармацевтическом производстве, для их интенсификации нуждаются в перемешивании материалов. Так, например, перемешивание необходимо для ускорения растворения ве­ществ, для поддержания скорости диффузионного процесса при извле­чении действующих веществ из природных материалов, с целью интен­сификации теплообмена при нагревании и охлаждении жидкостей, для достижения гомогенности среды и т. д. Выбор способа перемешивания и необходимой для этого аппаратуры зависит в первую очередь от агрегатного состояния перемешиваемых материалов. В связи с этим не­обходимо различать перемешивание в жидкой и твердой средах. В ус­ловиях фармацевтического производства перемешивание в твердой сре­де не является общетехнологической операцией, поэтому будет рас­смотрено при приготовлении сборов и порошков. Перемешивание в жидких средах можно производить: 1) ^трубопроводе; 2]__ваппаратах (^.циркуляцией, осуществляемой насосомХц^иР^кУ^ляЦ^ионнобпер^Иешива-ние); 3) в аппаратах при помощи воздуха или сжатого газа (пневмати­ческое перемешивание); 4) в аппаратах с механическими мешалками (механическое перемешивание); 5) с помощью ультразвука (акустиче­ское перемешивание).

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ В ТРУБОПРОВОДЕ «•

При перемешивании жидкостей в трубопроводе используется турбу­лентная диффузия, вызванная собственно турбулентностью потока. Тур­булентным называется такой гидродинамический режим, при котором возникают вихри, хаотически перемешивающиеся в объеме движущейся жидкости. В турбулентном потоке из отдельных слоев переходят не только молекулы, но и элементарные частицы жидкости. Самым про­стым устройством является У-образное соединение двух труб, по каж-

дой из которых течет жидкость, подлежащая смешению. Это устройство оправдывает себя в тех случаях, когда надо перемешать жидкости, взаимно хорошо смешивающиеся, когда в трубопроводе достаточно ве­лика скорость потока и сам трубопровод имеет значительную длину, чтобы протекающие жидкости успели смешаться. Перемешивание в тру­бопроводе обычно совмещают с транспортировкой взаимно смешиваю­щихся жидкостей по трубам.