Tema.5 Procese de caldura

1. Tehnologia medicamentelor industriale

Tema:
Procese de căldură.
Schimbatori de caldura.
Evaporarea. Instalatii pentru
evaporare. Fenomene
secundare la evaporare.

2. Procese de căldură

Procesele tehnologice care decurg cu
admisie sau evacuare de căldură se
numesc procese de căldură.
• Încălzirea
• Răcirea
• Condensarea
• Vaporizarea
Procesul de răspîndire a căldurii dintr-un
spaţiu în altul se numeşte schimb de
căldură.

3. Încălzirea

energia electrică (apa fierbinte,vapori de apă,
uleiurile minerale,
agenţi termici speciali)
Sursă de căldură
gazele (la încălzirea cazanelor cu vapori care
produc vapori de apă şi apă fierbinte)

4. Vapori de apă

Principalul agent de căldură folosit în
industria farmaceutică sunt vapori de
apă (se produc în cazangerii).
Vapori saturaţi
Vapori umezi
Vapori uscaţi

5. Vapori de apă

Vaporii umezi saturaţi se obţin în cazul
vaporizării incomplete şi prezintă un
amestec de vapori cu picături de apă: t
lor este echivalentă cu temperatura de
fierbere a apei.
Vaporii saturaţi uscaţi se obţin în cazul
vaporizării complete: t lor este de
asemenea = cu temperatura apei la
fierbere.

6. Instabilitatea vaporilor

Vaporii uscaţi sunt instabili:
• La răcire ei se transformă în vapori
umezi saturaţi
• La încălzire se transformă în vapori
supraîncălziţi. Presiunea lor nu se
schimbă cu marirea gradului de
supraîncălzire. Astfel, ei au o
temperatură mai rîdicată decît vaporii
saturaţi la una şi aceeaşi presiune. La
mişcare prin conducte ei nu se
condensează, se micşorează doar
temperatura lor.

7. Entalpia vaporilor

La transformarea apei în vapori se cheltuie o
cantitate oarecare de căldură, care nu poate
fi sesizată de termometru.
Căldura care se cheltuie la transformarea apei
în vapori se numeşte căldură latentă de
vaporizare
Entalpia vaporilor (căldura totală la evaporare) =
entaplia apei + căldura latentă de vaporizare.
Entalpia vaporilor reprezintă cantitatea de căldura în
kilocalori sau djouli care se conţine într-un kg de
vapori.
Entalpia vaporilor depinde de presiune, mărinduse cu
ridicarea ei.

8. Metodele de încălzire cu vapori

9. Metodele de încălzire cu vapori

10. Schimbatori de căldură

Instalaţiile în care un mediu transmite
căldura sa altui mediu se numesc
schimbatori de căldură.
Tipuri de schimbători de căldură:
• Schimbători de căldură tubulari
• Schimbători de căldură “ţeavă în ţeavă”
• Schimbători de căldură cu serpentină
• Mantă (cămaşă de vapori)
• Calorifere

11. Schimbatori de căldură

12. Răcirea şi condensarea

Lichidele şi gazele pot fi răcite cedînd căldura
prin pereţii aparatelor sau a conductelor în
spaţiul înconjurător. Durata procesului
depinde de conductibilitatea termică a
pereţilor aparatului şi de temperatura
lichidului care se răceşte.
Pentru răcirea lichidelor şi gazelor cel mai des
se folosesc refrigerente de contact, iar in
calitate de agenţi frigoriferi se foloseşte apa
sau soluţii refirgerente.

13. Condensarea vaporilor

Condensarea este procesul de
transformare a vaporilor în stare
lichidă prin răcirea acestora.
Scopul condensarii:
1. Grabirea procesului de evaporare a
lichidului.
2. Recuperarea solvenţilor şi
extragenţilor.

14. Clasificarea condensatoarelor

Condensarea vaporilor poate fi realizată în 2
moduri:
a) Prin amestecarea directă a vaporilor cu
apă rece (condensatoare prin amestecare)
b) Prin pereţii schimbătorului de căldură
(condensatoare prin suprăfaţă)
În funcţie de direcţia circulaţiei apei şi a
vaporilor:
a) Directe (cînd apa şi vapori au aceiaşi
direcţie)
b) În contracurent (cînd apa şi vaporii se
mişcă în întîmpinarea unui altuia)

15. Condensatoare prin amestecare

Sunt raţionale pentru condensarea vaporilor de apă
care se formează la evaporarea extracţiilor apoase

16. Condensatoare prin suprafaţă

Se folosesc în cazul cînd în componenţa vaporilor
secundari se conţine etanol sau alt extragent de preţ.
Condensatoarele prin suprafaţă funcţionează
întotdeauna în contracurent

17. Evaporarea

Evaporarea ca proces tehnologic constă
în faptul, ca prin încălzire o parte de
solvent sau extragent se transforma în
vapori şi în această stare sunt înlăturaţi
din faza lichidă.
Domeniile de utilizare:
• Fabricarea extractelor fluide şi dense
• Fabricarea extractelor uscate (uneori
este o fază intermediară)

18. Evaporarea

Factorii care influenţează stabilitatea
principiilor active la evaporare:
Temperatura (evaporarea se va realiza
sub vid la t0 = 45 – 550C)
Durata evaporării (folosirea instalaţiilor
cu capacitate mare de producere)
Indicii de calitate a produsului evaporat
este o funcţie a 2 factori:
Micşorarea temperaturii la evaporare
Folosirea instalaţiilor cu o capacitate
mare de producere.

19. Evaporarea sub vid

O instalaţie pentru evaporare sub
vid consta din:
1. Cazanul de evaporare
2. Refrigerent pentru condensarea
vaporilor
3. Vas de recepţie (colector)
4. Sursa de vid

20. Tipuri de vaporizatoare

În industria farmaceutică se folosesc 2
tipuri de vaporizatoare care se
deosebesc după modul de încălzire:
• Vaporizatoare la care agentul de
căldură circulă prin cămaşă
(vaporizatoare sferice)
• Vaporizatoare cu suprafaţa de
încălzire sub formă de tuburi
(vaporizatoare sub vid tubulare)

21. Tipuri de vaporizatoare

22. Vaporizatoare cu vid peliculare

•Viteza de circulaţie
a lichidului în ţevi –
20 m/s
•Se utilizează la
evaporarea
extracţiilor instabile
la temperaturi mari.
•Se utilizează la
evaporarea
extracţiilor
spumoase.

23. Schema evaporării multiple (cu circulaţie directa)

24. Schema evaporării multiple (cu circulaţie în contracurent)

25. Schema vaporizatorului cu vid pentru lichide termolabile “Centri-Therm” a firmei suedeze “Alfa Laval”

Parametri:
•Grosimea stratului de lichid pe
suprafaţa talerelor rotitoare – 0,1 mm
•Durata evaporării – pînă la 1 sec.
•Se utilizează la concentrarea
antibioticelor, plasmei sangvine,
fermenţilor, gelatinei etc.
•Productivitatea instalaţiei – 800-2500
kg/oră de apă înlăturată
•Temperatura – 35-500C
•Rotorul are – 500- 600 tur/min

26.

27. Schema instalaţiei de evaporare sub vid cu condensator prin amestecare

28. Schema instalaţiei de evaporare sub vid cu condensator prin amestecare

29. Schema instalaţiei de evaporare sub vid cu condensator prin suprăfaţă

30. Fenomene secundare la evaporare

Formarea spumei
Transportarea picăturilor
Incrustarea
Pierderi de căldură

31. Fenomene secundare la evaporare

Formarea spumei – evitarea:
• Mărirea suprafeţei de evaporare
• Înzestrarea aparatelor cu malaxoare
parţial sau complet scufundate în
spumă
Transportarea picăturilor – evitarea:
• Micşorarea vitezei de circulaţie a
agentului termic
• Instalarea de captatoare speciale

32. Fenomene secundare la evaporare

33. Fenomene secundare la evaporare

Incrustarea – evitarea:
• Instalarea malaxoarelor în vaporizatoarele
sferice
• Sporirea vitezei de circulaţie în aparatele cu
vid tubulare
Pierderi de căldură din contul:
• Depresiilor de temperatură
• Depresiilor hidrostatice
• Depresiilor hidraulice

34. Fenomene secundare la evaporare

35. Pierderi de căldură

36. Pierderi de căldură