Mieszalniki próżniowe

Ciśnienie jest mierzone w jednostce fizycznej Pascal. 1 Pa = 1 N/m² = 0,01 mbar.

Czasami spotykamy się również ze starszą jednostką miary Torr = 1 mm Hg kolumny = 1,333 mbar.

Jakość próżni jest podzielona na następujące zakresy

1. 1 bar do 1 mbar próżnia zgrubna
2. 1 mbar do 10 ^-3 mbar próżnia dokładna
3. 10 ^-3 mbar do 10 ^-7 mbar Wysoka próżnia
4. 10 ^-7 mbar do 10 ^-10 mbar Bardzo wysoka próżnia

W tym glosariuszu używamy terminu próżnia/mieszalnik próżniowy w uproszczonej formie. Jednak zgodnie z powyższą tabelą odnosi się to tylko do zakresu "próżni zgrubnej" oraz, w pojedynczych przypadkach, do zakresu "części próżni dokładnej".
 

Uwaga:

Gdy wylewamy materiały sypkie na poziom, tworzy się stożkowy stos. W stanie spoczynku cząstki o różnych kształtach leżą na sobie i obok siebie. Każda cząstka jest w równowadze. Siły działające na pojedynczą cząstkę to: siła grawitacji, siła kontaktu i siły kontaktu sąsiednich cząstek. Suma wszystkich sił działających na cząstki wynosi zero. Ze względu na swój okrągły kształt, większość cząstek styka się ze sobą tylko w niektórych punktach. Pomiędzy cząsteczkami istnieje wiele pustych przestrzeni. Nawet pojedyncza cząsteczka może mieć puste przestrzenie. Jest to określane jako porowatość układu rozproszonego. We wzorach fizycznych starożytna grecka litera PHI jest zwykle używana do oznaczania porowatości. Porowatość jest wielkością bezwymiarową. Jest miarą ilości gazu/powietrza obecnego w materiale sypkim.

W zależności od temperatury i ciśnienia powietrza, otaczające powietrze zawiera mniej lub więcej wilgoci w postaci pary wodnej. Woda osadza się w mikroskopijnie małych warstwach kondensacji na powierzchniach ciał stałych, w tym w porach cząstek. Pod tym względem ciała stałe luzem w warunkach atmosferycznych są trójfazowymi układami dyspersyjnymi. Składają się one z ciał stałych, cieczy i gazu.

Zbiorniki maszyn procesowych, takich jak mieszalniki próżniowe, mieszadła, reaktory, separatory itp. mogą być wypełnione produktem tylko do maksymalnego dopuszczalnego poziomu napełnienia. Nad warstwą mieszanego produktu zwykle znajduje się powietrze z otoczenia. Ta objętość gazu również musi zostać usunięta w przypadku ewakuacji.

Istnieje wiele powodów, dla których komora mieszania musi zostać opróżniona. Niektóre z nich to

• Zapobieganie utlenianiu tlenem atmosferycznym,
• Unikanie zagrożeń pożarowych i wybuchowych,
• Zapobieganie fluidyzacji proszków,
• Eliminacja nadciśnienia gazu spowodowanego tworzeniem się gazu reaktywnego,
• Zmniejszenie ciśnienia w układzie w celu przyspieszenia procesu suszenia,
• Generowanie intensywnego tarcia stałego w celu przyspieszenia deaglomeracji i dyfuzji wewnątrz cząstek stałych,
• tymczasowy wzrost gęstości nasypowej,
• Wymiana gazu zawartego w materiale sypkim (inertyzacja azotem lub dwutlenkiem węgla).
• odgazowanie cieczy,
• Usuwanie powietrza, gdy proszek jest pneumatycznie zasysany lub wdmuchiwany do pojemnika,
• Ma to również miejsce, na przykład, gdy duże ilości proszku są mieszane z cieczą (technologia mieszania z wysokim ścinaniem w konfiguracji wirnik-stojan).
• gdy syntetyzowane są substancje o wysokiej czystości,
• gdy wymagane są sterylne warunki,
• podczas kontrolowania procesów fermentacji,
• gdy systemy dyspersyjne mają być chłodzone poprzez redukcję entalpii,
• do liofilizacji,
• gdy wysoce lepkie substancje ciekłe mają być impregnowane w cząstki proszku.
• ......
  
   

Wyżej wymienione metody mogą być stosowane do przemysłowego rafinowania substancji w mieszalniku próżniowym. Dotyczy to na przykład produktów farmaceutycznych, kosmetyków, środków chemicznych i artykułów spożywczych.

Do wytworzenia próżni potrzebne są dwa podstawowe wymagania: Gazoszczelny/próżnioszczelny pojemnik i pompa próżniowa.

Mieszalniki próżniowe mogą być stosowane uniwersalnie.

Gdy system dyspersyjny jest opróżniany, gaz jest przyspieszany w kierunku pompy próżniowej. W zależności od prędkości gazu, przepływający gaz może w sposób niezamierzony porwać cząsteczki pyłu z materiału sypkiego. W większości przypadków jest to niepożądane. Z tego powodu filtry przeciwpyłowe są instalowane przed pompą próżniową. Podczas projektowania systemów pneumatycznych i próżniowych należy zharmonizować między innymi następujące parametry wydajności:

• prędkość tłoczenia pompy
• wydajność pompy
• wytrzymałość pompy
• efektywna prędkość pompowania
• prędkość pompowania
• długość rury
• prędkość gazu
• opór przepływu
• funkcja filtra
• obszar filtra
• obciążenie filtra
• Czyszczenie filtra
• Kondycjonowanie filtra
• Czas przygotowania do czyszczenia/czyszczenia na mokro
• ...
  
   

W wielu przypadkach mokre lub wilgotne dyspersje muszą być również ewakuowane/suszone próżniowo w mieszalniku próżniowym. W takim przypadku ulatniający się gaz jest nie tylko zapylony, ale także zanieczyszczony parą wodną lub parą rozpuszczalnika. W praktyce taki gaz nazywany jest oparami. Można go oczyścić tylko w tak zwanym filtrze oparów. Obudowa filtra musi być podgrzana znacznie powyżej temperatury punktu rosy fazy ciekłej. Oczyszczony gaz można następnie opcjonalnie osuszyć w wymienniku ciepła. W ten sposób można odzyskać rozpuszczalniki. Odzyskany pył jest zawracany do mieszalnika próżniowego.

 

Przykład zastosowania mieszalnika próżniowego w produkcji suplementów diety

Mieszalniki próżniowe w produkcji suplementów diety opartych na mieszankach białek w proszku:

Skład odżywczy mieszanki białkowej w proszku składa się ze źródeł białka, takich jak serwatka, kazeina lub soja. Są one mieszane z innymi sproszkowanymi składnikami, takimi jak aminokwasy, witaminy, minerały i substancje słodzące. Technologia próżniowa odgrywa tutaj ważną rolę w celu uniknięcia utleniania. Proszek napełniany w puszkach lub workach musi być w dużej mierze wolny od tlenu i wilgoci.

Mieszalnik próżniowy może być tu pomocny, usuwając tlen atmosferyczny z mieszanych produktów przed ich zapakowaniem/napełnieniem w mieszalniku, a następnie doprowadzając je do ciśnienia atmosferycznego za pomocą mieszaniny dwutlenku węgla i azotu. Środek ten stabilizuje właściwości przepływu i wydłuża okres przydatności do spożycia składników odżywczych.

 

Przykład zastosowania mieszalnika próżniowego w przemyśle farmaceutycznym

Mieszalniki próżniowe do stałych aktywnych składników farmaceutycznych

muszą zostać przekształcone w przyjazne dla użytkownika formy dawkowania, takie jak tabletki do żucia, tabletki musujące, tabletki do połykania, kapsułki lub czopki.

Aktywne składniki muszą być najpierw rozcieńczone za pomocą wypełniaczy. Odbywa się to w mieszalnikach proszków. Niektóre składniki aktywne są bardzo drobnocząsteczkowe, więc ich pyły muszą zostać związane. Odbywa się to poprzez aglomerację w urządzeniu ze złożem fluidalnym lub w mieszalniku próżniowym. Procesowi aglomeracji sprzyja obecność ciekłych środków wiążących. Faza ciekła musi następnie zostać wysuszona. Proces suszenia można znacznie przyspieszyć poprzez zastosowanie próżni. Obniżając ciśnienie w układzie, woda odparowuje do temperatury znacznie poniżej 100°C. Niskie temperatury suszenia są również pomocne w przypadku wrażliwych termicznie aktywnych składników farmaceutycznych.

Tlen zawarty w powietrzu może mieć negatywny wpływ na trwałość stałych farmaceutyków. Proces inertyzacji można przeprowadzić w sposób opisany w poprzednim rozdziale - za pomocą mieszalnika próżniowego.

1. Typowym procesem przygotowania galenowego jest tak zwane rozcieranie składników aktywnych w celu ich szczególnie równomiernego rozproszenia w sproszkowanym wypełniaczu lub zaróbce. Ten rodzaj deaglomeracji może być skutecznie wspomagany w mieszalniku próżniowym. Wewnętrzne dojrzewanie mieszaniny materiałów sypkich jest zwiększone, a niepożądana fluidyzacja jest niezawodnie unikana.
2. Jeśli płynny składnik aktywny ma być osadzony we wnętrzu granulek wypełniacza, mieszalnik próżniowy ma sens. Dopiero po usunięciu większości powietrza z porów aglomeratów wypełniacza za pomocą delikatnej próżni, ciekły składnik aktywny jest rozpylany w mieszalniku próżniowym. Ciśnienie w układzie jest następnie powoli zwiększane do ciśnienia atmosferycznego. Tak zwana impregnacja może być korzystnie przeprowadzona przy użyciu gazu obojętnego lub szlachetnego.
3. Czasami leki są podawane w postaci płynnej. W takim przypadku konieczne może być rozproszenie lub rozpuszczenie sproszkowanych składników aktywnych w cieczy. Podczas wprowadzania i rozpraszania proszków w cieczach może wystąpić wiele problemów. Niektóre z nich to: niepożądane pienienie, niejednorodny rozkład fazy ciekłej i stałej, długi czas procesu, enkapsulacja aglomeratów proszku. Jak wspomniano na początku, faza gazowa jest zawsze obecna, jeśli nie została wcześniej ewakuowana. Mieszalniki próżniowe również zapewniają cenne usługi w tym zakresie.
4. W szczególnych przypadkach sproszkowany, drobno zdyspergowany składnik aktywny ma być równomiernie naniesiony na powierzchnię sproszkowanego materiału nośnego. Należy to zrobić bez aglomeracji na mokro. Nawet tak skomplikowany proces homogenizacji można łatwo przeprowadzić za pomocą mieszalników próżniowych.
5. Procesy fermentacji i syntezy są prawie zawsze kończone w fazie mokrej. Produkt jest następnie odparowywany lub mechanicznie osuszany jako etap pośredni. Końcowy etap suszenia można ponownie wygodnie przeprowadzić w ogrzewanym mieszalniku próżniowym.
6. Sproszkowane składniki aktywne mogą sublimować. Oznacza to, że składnik aktywny odparowuje, omijając fazę ciekłą. Sublimację można przyspieszyć w mieszalniku próżniowym w celu bezpiecznego odprowadzenia gazu jako składnika aktywnego.