Учреждение образования
«Белорусский государственный технологический университет»
УТВЕРЖДЕНА
Ректором БГТУ
профессором И.М. Жарским
11 июня 2013 года
Регистрационный № УД-659/баз.
ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ПРОИЗВОДСТВА
МЕДИЦИНСКИХ ПРЕПАРАТОВ
Учебная программа учреждения высшего образования по учебной дисциплине для специальности 1-36 07 01 Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов специализации 1-36 07 01 06 Машины и аппараты фармацевтической промышленности Минск БГТУ УДК 66.02:615.2(076) ББК 30.605с:52.8я П Рекомендована к утверждению:Кафедрой машин и аппаратов химических и силикатных производств учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол № 8 от 16 апреля 2013 г.);
Учебно-методическим советом учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет» (протокол № 6 от 10 июня 2013 г.) Составители:
В.Н. Павлечко – доцент кафедры машин и аппаратов химических и силикатных производств учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», кандидат технических наук, доцент;
Д.И. Мисюля – старший преподаватель кафедры машин и аппаратов химических и силикатных производств учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», кандидат технических наук;
Д.Г. Калишук – доцент кафедры процессов и аппаратов химических производств учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», кандидат технических наук, доцент.
Рецензенты:
С.И.Адамович – заместитель генерального директора по производству Республиканского унитарного производственного предприятия «Белмедпрепараты»;
В.В.Кузьмин – доцент кафедры процессов и аппаратов химических производств учреждения образования «Белорусский государственный технологический университет», кандидат технических наук, доцент.
Процессы и аппараты производства медицинских препаратов: Учебная программа учреждения высшего образования по учебной дисциплине для специальности 1- 07 01 Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов специализации 1-36 07 01 06 Машины и аппараты фармацевтической промышленности / сост. В.Н.Павлечко, Д.И.Мисюля, Д.Г.Калишук: – Минск, БГТУ, 2013. – 19 с.
УДК 66.02:615.2(076) ББК 30.605с:52.8я П Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет», Павлечко В.Н., Мисюля Д.И., Калишук Д.Г.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Актуальность изучения дисциплины Дисциплина «Процессы и аппараты производства медицинских препаратов» относится к числу фундаментальных при подготовке специалистов для предприятий фармацевтической промышленности, дает возможность приобрести знания о теоретических основах технологии, типовых процессах и аппаратах и их методах расчета.Процессы, используемые на различных стадиях производства в фармацевтической промышленности, разноплановы и разнообразны: механические, гидромеханические, тепловые, массообменные и другие. Еще большим разнообразием обладает оборудование (аппараты и машины) для осуществления этих процессов. Устройство, принцип действия применяемого оборудования зависит от его назначения, производительности, свойств перерабатываемых продуктов и иных факторов. Процессы и оборудование одного и того же назначен6ия могут отличаться своими показателями о ресурсо- и энергопотреблению, экологической и производственной безопасности. Поэтому для осуществления политики ресурсо- и энергосбережения и безопасности на предприятиях фармацевтической промышленности необходимо знать особенности технологических процессов и аппаратуры для его осуществления.
Цель и задачи дисциплины Цель дисциплины – инженерная подготовка в области расчета, теории, моделирования и проектирования процессов и аппаратов фармацевтических производств, а также их оптимизации и внедрения этих процессов и оборудования в производство.
Основные задачи дисциплины:
изучение теории процессов и аппаратов фармацевтической промышленности, принципов их расчета; моделирования; оптимизации и проектирования;
изучение средств и методов ресурсо- и энергосбережения при осуществлении конкретных технологических процессов;
освоение навыков расчета технологических параметров и оптимизации процессов и оборудования для их осуществления;
выработка творческого инженерного подхода при выполнении работ по проектированию новых и совершенствованию существующих процессов и оборудования.
Требования к усвоению учебной дисциплины В результате изучения дисциплины «Процессы и аппараты производства медицинских препаратов» выпускник должен:
знать:
– теоретические основы и назначение технологических процессов, используемых в фармацевтической промышленности;
– принципы работы и методы расчета аппаратов и устройств, применяемых в производствах медицинских препаратов;
– новые технологии и способы технического усовершенствования действующих установок с целью повышения их производительности и техникоэкономических показателей;
– методы моделирования, расчета и оптимизации процессов и аппаратов, пути совершенствования фармацевтической технологии и техники;
уметь:
– решать конкретные производственные задачи посредством анализа, моделирования, расчета и оптимизации процессов и аппаратов, а также самостоятельно проводить исследования, обработку экспериментальных данных и использовать научно-исследовательские результаты для обновления и усовершенствования технологических линий;
– анализировать закономерности протекания основных процессов;
– уверенно обращаться с аппаратами при строгом соблюдении всех правил техники безопасности.
В процессе освоения данной дисциплины студент формирует и демонстрирует компетенции, позволяющие:
– разрабатывать и реализовывать новые технологические процессы;
– Владеть методами технологического, конструктивного и гидродинамического расчета оборудования;
– подбирать оборудование фармацевтических производств и выбирать оптимальные условия его работы;
– самостоятельно проводить научные исследования и обрабатывать результаты эксперимента;
– уметь работать самостоятельно и постоянно повышать свой профессиональный уровень;
– применять полученные базовые научно-теоретические знания для решения научных и практических задач;
– осуществлять комплексный подход к решению проблем;
– участвовать в разработке производственных и технологических процессов;
– применять эффективную организацию производственных процессов, включая рациональное построение производственных систем;
– находить оптимальные проектные решения;
– рассчитывать и обосновывать технические показатели процессов производства медицинских препаратов;
– выбирать оптимальные варианты проведения научно-исследовательских работ.
Структура дисциплины «Процессы и аппараты производства медицинских препаратов» включает:
лекции, на которых изучаются технологические процессы, конструктивные особенности и принцип действия оборудования фармацевтических производств;
практические занятия, направленные на приобретение навыков расчета технологических параметров процессов и аппаратов;
лабораторные занятия, в ходе которых изучаются отдельные технологические процессы и режимы работы отдельных видов оборудования.
Завершающей стадией изучения дисциплины является выполнение курсового проекта, призванное закрепить у студентов полученные знания по практическому расчету и технологическому проектированию оборудования.
Дисциплина «Процессы и аппараты производства медицинских препаратов» изучается на завершающей стадии общетехнического и общеинженерного обучения. Поскольку теоретические основы дисциплины сопряжены с анализом, решением прикладных задач, то для успешного усвоения материала студенты должны быть подготовлены по таким общеинженерным дисциплинам, как «Высшая математика», «Физика», «Информатика и компьютерная графика», «Теоретическая механика», «Общая, неорганическая и физическая химия», «Начертательная геометрия и инженерная графика», «Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод», «Термодинамика и теплопередача» и др.
Дисциплина изучается в 7, 8 семестрах, ее объем составляет 384 часа, в том числе 186 часов аудиторных занятий, из них: 102 часа лекций, 34 часа практических занятий, 50 часов лабораторных занятий. Предусматривается выполнение курсового проекта и два экзамена.
Основными технологиями обучения являются проблемное обучение, разноуровневое обучение, использование компьютерных продуктов, технологии сквозного обучения.
Для диагностики сформированности определенных компетенций предусматриваются два экзамена, защита курсового проекта и отчетов по выполненным лабораторным работам. Рекомендуется использовать индивидуальные задания и коллоквиумы.
Организация самостоятельной работы студентов Самостоятельная работа студентов организуется деканатами, кафедрами, преподавателями в соответствии с Положением о самостоятельной работе студентов, которое разрабатывается высшим учебным заведением.
Компетентный подход предполагает существенное усиление практикоориентированности образовательного процесса и роли управляемой самостоятельной деятельности студентов по разрешению задач и ситуаций, имитирующих социально-профессиональные проблемы.
По дисциплине рекомендуется разработать и использовать учебнометодический комплекс с материалами, помогающими студенту в организации самостоятельной работы, включающий:
– учебную программу дисциплины;
– конспект лекций;
– методические указания и тематику заданий к курсовому проекту;
– методические указания к выполнению лабораторных работ;
– структурно-логические схемы процессов;
– атлас конструкций аппаратов;
– примерные вопросы к зачету и экзамену;
– список литературы.
Управляемая самостоятельная работа студентов предусматривает выполнение курсового проекта, ознакомление с научной, учебной и справочной литературой, выполнение учебно-исследовательских работ, подготовку к лабораторным работам, анализ конкретных ситуаций.
ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Наименование раздела, темы Раздел 1. Гидромеханические процессы и центробежных сил 2.3 Промышленные способы подвода и отвода раты 3.1. Общая характеристика массообменных 3.4 Экстрагирование в системе жидкость –СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
Введение Предмет и задачи дисциплины. Классификация основных процессов и аппаратов фармацевтических производств. Общие принципы расчета процессов и аппаратов. Материальный и тепловой балансы. Интенсификация производственных процессов, их механизация и автоматизация. Требования к технологическому оборудованию (производительность, качество продукции, стандартизация, нормализация, унификация, энергопотребление, надежность, безопасность и др.).Раздел 1. Гидромеханические процессы и аппараты 1.1 Гидродинамика псевдоожиженных (кипящих) зернистых слоев.
Использование псевдоожижения в фармацевтическом производстве. Характеристика псевдоожижения. Основные параметры псевдоожиженного слоя.
Физические основы псевдоожижения.
1.2 Разделение гетерогенных систем.
Классификация и основные характеристики и свойства гетерогенных систем. Основные способы разделения фаз. Классификация, принципы выбора и оценка эффективности методов разделения.
1.3 Разделение под действием сил тяжести.
Характеристика процесса. Осаждение и отстаивание. Скорость отстаивания. Факторы, влияющие на скорость отстаивания. Устройство отстойников периодического и полунепрерывного действия. Производительность отстойников.
1.4 Разделение систем под действием разности давления.
Фильтрование. Характеристика процесса. Теория фильтрования: сопротивление перегородки и осадка, производительность фильтра. Скорость фильтрования, ее зависимость от перепада давления, температуры и структуры осадка. Уравнение фильтрования. Классификации видов фильтрования. Фильтрующие материалы и требования к ним. Фильтры для поверхностного и глубинного фильтрования. Способы фильтрования. Классификация фильтрующей аппаратуры по режиму работы и величине рабочего давления. Устройства и принципы работы нутч-фильтров, фильтр-прессов, патронных, барабанных, дисковых фильтров. Фильтры для очистки газов от пылей. Сравнительный анализ различных фильтров.
1.5 Разделение систем в поле центробежных сил.
Циклонный процесс и центрифугирование. Фактор разделения. Очистка газов от пыли в циклонах. Разделение суспензий и эмульсий в гидроциклонах.
Теоретические основы центрифугирования. Центробежное отстаивание и центробежное фильтрование. Классификация центрифуг по величине фактора разделения, индекса производительности, по режиму работы, по способу выгрузки осадка, по конструктивным признакам. Центрифуги фильтрующие и отстойные, периодического и непрерывного действия. Сверхцентрифуги. Сепараторы.
Сравнительные характеристики и выбор центрифуг.
1.6 Специальные методы разделения.
Мокрая очистка газов. Классификация, области применения и основные конструкции мокрых пылеуловителей. Методы расчета эффективности мокрых пылеуловителей.
Электрическая очистка. Физическая сущность способа. Механизм ионизации газов и скорость осаждения заряженных частиц. Типы электрофильтров.
Выбор метода разделения оптимизация процессов разделения.
1.7 Мембранные процессы и аппараты.
Характеристика мембранных процессов. Теории мембранного разделения: просеивания, молекулярной диффузии, капиллярно-фильтрационной проницаемости. Параметры процесса: проницаемость, селективность.
Основные мембранные методы: обратный осмос ультрафильтрация, испарение через мембрану, диализ, электродиализ. Мембраны. Характеристика полупроницаемых мембран. Пористые и непористые мембраны, их использование. Механизмы переноса через пористые и непористые перегородки при разделении газовых и жидких смесей. Мембраны уплотняющиеся (полимерные) и с жесткой структурой. Жидкие мембраны.
Баромембранные процессы: обратный осмос, ультра- и микрофильтрация, диафильтрация.
Диффузионно-мембранные процессы: мембранное газоразделение, испарение через мембрану, диализ. Электромембранные процессы. Термомембранные процессы.
Классификация и основные конструктивные типы (плоскорамные, рулонные, трубчатые, с полыми волокнами) мембранных аппаратов и установок.
Раздел 2. Тепловые процессы и аппараты 2.1 Общая характеристика тепловых процессов (нагревание, охлаждение, конденсация, выпаривание, сушка и др.).
Использование процессов теплообмена в фармацевтической технологии.
Основные понятия и определения: температурное поле, градиент температуры, тепловой поток, теплоносители, теплообменники. Уравнения теплового баланса. Способы переноса тепла (теплопроводность, конвекция, лучеиспускание).
Совместный перенос тепла конвекцией и излучением.
2.2 Основы теплопередачи.
Основное уравнение теплопередачи. Движущая сила процесса (средняя разность температур теплоносителей). Коэффициент теплопередачи. Связь между коэффициентом теплопередачи и коэффициентами теплоотдачи. Распределение температур вдоль поверхности теплопередачи. Взаимное направление движения теплоносителей (прямоток, противоток, перекрестный ток, смешанный ток). Влияние схемы движения теплоносителей на среднюю разность температур.
2.3 Классификация промышленных способов подвода и отвода тепла.
Теплоносители. Требования, предъявляемые к ним, их сравнительные характеристики и области применения. Использование водяного пара как теплоносителя. Характеристика водяного пара: влажного насыщенного, сухого насыщенного, перегретого. Нагревание водяным паром: "острым", "глухим". Жаротрубные и водотрубные котлы для наработки водяного пара. Нагревание топочными газами. Использование технических и отходящих газов в качестве теплоносителей. Нагревание промежуточными теплоносителями: парами высокотемпературных органических теплоносителей (ВОТ), перегретой водой, минеральными маслами, расплавленными смесями солей. Способы нагревания электрическим током.
2.4 Теплообменные аппараты.
Поверхностные теплообменники (змеевиковые, кожухотрубные, с оребренными поверхностями, пластинчатые, спиральные и др.). Смесительные (контактные) теплообменники (конденсаторы смешения, аппараты с барботажем пара и газа, с погружными горелками и др.). Регенеративные теплообменники. Сравнительная характеристика, принципы выбора и области применения теплообменных аппаратов различных конструкций. Основные тенденции совершенствования конструкций теплообменных аппаратов.
2.5 Охлаждение.
Отвод тепла водой, воздухом и низкотемпературными жидкими хладагентами. Водооборотные циклы фармацевтических производств.
Конденсация. Определение. Механизмы конденсации: пленочная, капельная.
Устройство конденсаторов: поверхностных и смешения (прямо- и противоточные).
Замораживание. Применение охлаждения и замораживания в фармацевтической технологии. Криопроцессы.
2.6 Выпаривание.
Определение. Назначение и технические методы выпаривания. Применение выпаривания в фармацевтической технологии. Преимущество выпаривания под вакуумом. Материальный и тепловой балансы выпарного аппарата.
Температура кипения раствора. Температурные потери (депрессии) и пути их снижения. Конструкции выпарных аппаратов (трубчатые, со свободной циркуляцией, с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией, пленочные, роторные). Вакуум-выпарные установки. Неганивные явления при выпаривании: образование инкрустаций, брызго- и пеноунос. Пути их снижения.
Методы повышения экономичности процесса выпаривания. Выпаривание с термокомпрессией вторичного пара.
2.7 Асептика, стерилизация и пастеризация.
Назначение, классификация, зависимость интенсивности и эффективности процесса от температуры. Периодическая и непрерывная стерилизация, аппаратурное оформление процесса.
Раздел 3. Массообменные процессы и аппараты 3.1 Общая характеристика массообменных процессов.
Классификация. Место и роль процессов массообмена в фармацевтической технологии.
Статика массообменных процессов. Способы выражения состава фаз. Законы фазового равновесия. Коэффициент распределения. Направление процессов массопереноса, их обратимость.
3.2 Кинетика массообменных процессов.
Основные понятия. Механизмы переноса массы. Молекулярная диффузия. Коэффициенты молекулярной диффузии. Конвективная диффузия, коэффициент конвективной диффузии. Механизм конвективного массообмена.
Уравнение массоотдачи. Диффузионное подобие. Диффузионный пограничный слой. Теоретические модели переноса массы (пленочная, пограничного слоя, поверхности обновления и др.).
3.3 Массопередача.
Основное уравнение массопередачи. Коэффициенты массопередачи и их выражение. Средняя движущая сила процесса массопередачи. Методы интенсификации процесса массопередачи. Влияние факторов гидродинамики на интенсивность массообменного процесса.
3.4 Экстрагирование в системе жидкость – твердое тело, жидкость – жидкость.
Общая характеристика процесса и особенности экстрагирования в системах жидкость - твердое тело и жидкость - жидкость. Растворители (экстрагенты) для жидкостной экстракции, их характеристика. Коэффициент распределения. Выбор экстрагента. Основные способы экстрагирования: экстракция однократная, многократная с перекрестным током растворителя, многократная противоточная, циркуляционная.
Экстракторы. Устройство и принцип работы смесительно-отстойных и дифференциально-контактных (распылительных, роторно-дисковых, пульсационных, центробежных) экстракторов.
3.5 Абсорбция.
Характеристика процесса. Выбор абсорбента. Физическая абсорбция и абсорбция сопровождаемая химической реакцией. Равновесие между фазами.
Влияние температуры и давления на равновесие. Десорбция и способы ее проведения. Материальный баланс процесса. Основные принципы расчета абсорберов. Принципиальные схемы абсорбционно-десорбционных установок.
3.6 Адсорбция.
Общая характеристика и использование процессов для разделения и выделения веществ из газовых, парогазовых и жидких смесей.
Адсорбенты, их основные свойства и области применения. Кинетика адсорбции. Пути интенсификации адсорбционных процессов. Десорбция, способы ее проведения. Адсорберы. Классификация и общие принципы устройства.
Аппараты с неподвижным и взвешенным слоем, с плотным движущимся слоем.
3.7 Ионный обмен.
Ионнообменные материалы, классификация, основные свойства и области применения. Основы теории ионного обмена. Принципиальные схемы ионнообменных установок. Применение адсорбции и ионного обмена в фармацевтической технологии.
«