Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológiai és Biofarmáciai Intézet

Átírás

1 Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológiai és Biofarmáciai Intézet

2 Keverés A keverés definíciója - mechanikai művelet - egy rendszerben, az anyag áramlásának elősegítése céljából mozgást idézünk elő. - két vagy több anyagot kell átmozgatni, egyesíteni -homogenizálni - egyes alkotórészek eloszlása, a meghatározott legkisebb térfogatelemben, - a kívánt keverési aránynak megfeleljen Keveréskor két vagy több anyagot egyesítünk azért, hogy a legkisebb térfogatelemeikben is meghatározott keverési arányt érjünk el. A A+B B

3 anyagoktól, feladattól függ: A keverés célja homogenizálás (oldatok, elegyek, vagy porkeverékek készítése, nedvesítés), hőcsere elősegítése (pl.: endoterm, vagy exoterm kísérő folyamattal járó anyagok oldása, olvasztás), anyagátadás elősegítése (pl.: oldás, fluidizációs szárítás, kristályosítás), szerkezetkialakítás (pl.: emulzió, szuszpenzió készítése, habosítás), diszpergálás (emulzió cseppek méretének csökkentése), kémiai reakció (pl.: dendrimer előállítása polimerizációval), reológiai tulajdonságok megváltoztatása (pl.: belső szerkezet átalakítása). 3

4 Keverés célja Keverés Homogenizálás. Egyfázisú folyadék esetén a keverés lényege, hogy azonos koncentrációt érjünk el Szuszpendálás. Szemcsés anyag eloszlatása folyadékban Emulgeálás. Folyadék eloszlatása egy másik vele nem elegyedő folyadékban Szemcseméret csökkentés Hőcsere. Fűtés, hűtés intenzifikálása

5 önként keveredő: -hőmozgása -lassú folyamat A gyógyszerészi gyakorlatban gázok, kis viszkozitású folyadékok, / az inhomogenitást az egyenlőtlen koncentráció /hőmérsékletkülönbség - diffúzióval önként nem keveredők: keveredettségi állapotukat megtartó rendszerek - porok, nagy viszkozitású folyadékok, stabil diszperz rendszerek keveredettségi állapotukat nem megtartó rendszerek - a szuszpenziók, emulziók/állás közben szétválnak, fázisokra különülnek el 5

6 Keverés alkalmazása homogenizálás, elegyítés, diszpergálás (emulgeálás, szuszpendálás), hőközlés, hűtés, nedvesítés, szárítás, kristályosítás, aprítás, granulálás, kenőcskésztés, kúpkészítés, mikrokapszulázás, mikropelletezés, nano-készítmények előállítása, kémiai reakciók, biofarmáciai vizsgálatok (pl.: kioldódás, membrán permeábilitás), bevonás 6

7 Lamináris áramlásban Anyagok áramlása - a részecskék sebességvektora párhuzamos, az áramvonal mentén (a csőtengellyel párhuzamosan), - rendezett, haladó mozgást végeznek, egymás mellett haladnak anélkül, hogy egymással összekeverednének. - a közegben a súrlódási erők nagyobbak, mint a tehetetlenségi erők. Turbulens áramlásban - a részecskék mozgása csak összességében mutatja az áramvonalat, - a részecskék tetszőleges, egymásba fonódó, gomolygó, - örvénylő mozgása következtében az egymás melletti rétegek keverednek. 7

8 Matematikai kifejezések Az Euler szám (Eu) a keveréskor fellépő, áramlásra jellemző dimenzió nélküli szá Eu d P 5 n 3 P d n ρ a keverő teljesítmény szükséglete a keverő átmérője a keverő fordulatszáma a folyadék sűrűsége A Reynolds szám (Re), szintén dimenziónélküli keverési jelzőszám. Re értéke lamináris tartományban (a keverőtől függően) 10-60, a turbulens tartományban pedig >10 3. Re d 2 n d n ρ η a keverő átmérője a keverő fordulatszáma a kevert anyag sűrűsége a kevert anyag viszkozitása 8

9 A keveréshez szükséges teljesítmény F A F közegellenállási erő közeg sűrűségétől A a mozgás irányába eső vetületétől P N e n 3 D 5 P keveréshez szükséges teljesítmény N e Newton-szám (ellenállási tényező) [dimenzió nélküli szám] D a keverő fordulatszáma ρ a kevert anyag sűrűsége n fordulatszám 9

10 Optimális keverési idő 10

11 Keverés A keverendő anyag fontosabb tulajdonságai, amelyeket a keverésnél figyelembe kell venni mennyiség (méret) viszkozitás (keverés sebessége, ereje) sűrűség (u.a.) oldódási sebesség ( keverési idő) illékonyság (zárt rendszer, vagy pl. visszaforgatós rendszer)

12 Keverés Milyen keverőt használjunk? A keverő kiválasztása attól függ, hogy mit keverünk: folyadék elegy, oldás (szilárd anyag oldása folyadékban), szuszpenzió, emulzió, kenőcs, paszta készítése por granulátum drazsémag folyékony félszilárd szilárd

13 Keverés A keverés sebessége nagyon lassú keverés <100 fordulat/perc ülepítés, kristályosítás közepes sebesség fordulat/perc viszkózus anyagok, szirupok, kenőcsök gyors keverés >1000 fordulat/perc szilárd anyag oldása, folyadék elegyek előállítása

14 14

15 Keverés Keverők és edények fontosabb adatai F H keverő edény magassága h 1 levegő oszlop magassága h 2 folyadékoszlop magassága D az edény belső átmérője l a keverő lapát szélessége l 1 a keverőlapátok távolsága egymástól l 2 keverő lapát magassága l 3 keverő lapát távolsága az edény aljától v a keverő kerületi sebessége F a keverő forgatónyomatéka

16 Keverés Keverő edény méretezése h h magasság d átmérő h D jól nedvesedő anyagok D nehezen nedvesedő anyagok k 1 h h 1 k 1, 5 D D

17 A keverés módjai - mechanikus (a keverő elem mozgása pl.: rázógép, vagy forgása kever pl.: mágneses keverő), - statikus (valamilyen közeg áramoltatásával kevertetünk), - pneumatikus (levegővel, vagy inert gázzal keverünk). 17

18 duplikátor pl. szirup készítés 18

19

20 Keverés típusai anyagáramlás (konvekció) három fő típus: a)axiális b)radiális és c)tangenciális áramlás. 20

21 Keverés során előforduló áramlási típusok Axiális(tengelyirányú)

22 axiális tengelyirányú folyékony halmazállapot, kis viszkozitás viszonylag nagy sebesség a folyadék oszlop alsó zónája - turbulencia és nyíróhatás 22

23 Keverés során előforduló áramlási típusok Radiális (sugárirányú)

24 radiális sugárirány az edény oldalfalánál vertikális 24

25 Keverés során előforduló áramlási típusok Tangenciális (érintőirányú)

26 Keverők Lapátos keverő Az áramlás fő iránya axiális, a lapátok radiális irányban állnak. Kevéssé viszkózus anyagok esetén is használjuk.

27 Keverők Propeller keverő Az egyik legjobb alakú, hatékony keverő, kis viszkozitású folyadékok keverésére szolgál min -1 fordulatszámmal használják. Az áramlás fő iránya axiális.

28 Keverők Ferde lapátos keverő A radiális iránytól eltérő szögben helyezkednek el a lapátok. Az áramlás fő iránya axiális és radiális, a lapát ferdeségétől függően. Viszkózusabb anyagok esetén is használható (η mpas).

29 29

30 Planetáris keverő Keverők

31 Keverőelemek horgonykeverő habverő pajzs keverő gyúró (karos) - tartozék: leszedőlap 31

32 Keverés Pillirozás /simítás/ Három hengermű /kenőcs, paszta/

33 Kúpkészítés Olvadékok keverése m

34 34

35 Porok, szilárd szemcsés anyagok a szemcsék térbeli, egyenletes elrendeződése a keverés hatékonyságát befolyásolja: az anyag mennyisége, kémiai szerkezete, sűrűsége, nedvességtartalma, tapadó képessége, elektrosztatikus feltöltődése, a szemcsék mérete, a részecskék alakja. geometriai hígítás - azonos térfogat 35

36 Dobkeverő azonos irányú tengely Keverés Szilárd anyag Elsősorban tangenciális keverés (sokszor nem elegendő)

37 Dobkeverő változó irányú tengely Keverés Szilárd anyag

38 Kockakeverő Keverés Szilárd anyag

39 Keverés Szilárd anyag Dupla kónuszos keverő

40 V keverők Keverés Szilárd anyag a./ vízszintesen rétegek keveredése (minkét oldalról) b./ függőleges rétegek keveredése (egyik oldalról a másikra)

41 Keverés Szilárd anyag Örvényáramú keverő - pl. típus: Diosna 41

42 Keverés Szilárd anyag csigás keverők 42

43 Keverés Szilárd anyag Z karú keverő (granulálás)

44

45 Keverés optimalizálás Homogenitás vizsgálat megadott számú minta vétele az oldat különböző helyeiről hatóanyag-tartalom meghatározás átlag, szórás, határérték elemzés

46 Keverés optimalizálás Homogenitás vizsgálat Mintavétel m x x x x x x x x x x x x t

47 Keverés optimalizálás Homogenitás vizsgálat m m 1 m 2 m n 3... m n m hatóanyagtartalom n mintaszám m e elméleti hatóanyagtartalom m m e m m min m max m min megengedett minimális hatóanyagtartalom m max megengedett maximális hatóanyagtartalom

48 Keverés optimalizálás Homogenitás vizsgálat s 2 m o o o Optimum o o o Fajtázódás o o o o o o o o o t

49 Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológiai Intézet 49

50 Diszperz rendszerek szuszpenzió emulzió Folytonos fázis Diszperz fázis

51 Diszpergálás nagy fordulatszámú keverő diszpenzer

52 Diszpergálás nagy fordulatszámú keverő Ultra turrax

53 homogenizátor Diszpergálás v/o és o/v emulziók előállítása homogenizátorral

54 Diszpergálás nagy nyomású homogenizátor adagoló szelep állító

55 kolloid malom Diszpergálás

56 kolloid malom Diszpergálás sztator és rotor (álló és forgó rész), amely a nagy nyíró erőt biztosítja