Материальный и энергетический баланс. Технико-экономический баланс. Технологический выход, трата, расходный коэффициент и расходные нормы

В практической работе, как правило, масса готовых продуктов всегда меньше, чем исходных. Это связано с тем, что образуются побочные продукты, отбросы, часть материалов теряется при фильтровании, проливается, испаряется, распыляется и т. д. Исходя из закона сохранения вещества, можно составить материальный баланс. Материальный баланс представляет собой соотношение между массой исходных материалов, массой полученного продукта, материальных потерь и выражается следующим равенством:

 

где Gн - масса исходных материалов, кг;

Gк - масса готового продукта, кг;

Gп - масса материальных потерь, кг.

Это равенство называется уравнением материального баланса.

Материальный баланс дает возможность снизить себестоимость готовой продукции. Он является также важнейшей частью планирования новых производственных предприятий. Материальный баланс может быть представлен как в виде алгебраического уравнения, так и в форме таблиц прихода и расхода материалов, что характерно для технологических регламентов производства готовых ЛС. В приходной части баланса приводится количество материалов, введенных в производство, а в расходной части - количество полученных материалов и потерь. Итоги приходной и расходной частей баланса должны составлять одну и ту же сумму. Составляется материальный баланс как в отношении всего технологического процесса в целом, так и в каждой отдельной стадии или технологической операции (постадийный материальный баланс). Он может охватывать все материалы (общий, суммарный баланс) или каждый отдельный компонент. Материальный баланс составляется на одну серию продукции по объективным результатам предложенного уровня технологии изготовления ЛС. Материальные потери при производстве лекарственных препаратов имеют различное происхождение, вследствие чего их подразделяют на несколько групп: 1) механические, наблюдаемые чаще всего при отсутствии или недостаточной механизации перемещения перерабатываемых материалов (пролив жидкости, растил. утруска, бой и т. д.); 2) физико-химические, наблюдаемые в случае проведения технологического процесса без учета физико-химических свойств лекарственных веществ (неполнота экстрагирования действующих веществ из лекарственного растительного сырья, потеря легколетучих растворителей при фильтрации, потеря эфирного масла при выпаривании и т. д.); 3) химические, наблюдаемые в результате несоблюдения или неправильного выбора параметров проведения химических реакций (синтеза). Уравнение материального баланса дает возможность получить некоторые важные характеристики процесса: а именно - выход, технологическая трата, расходный коэффициент. Выходом 𝛈 называется отношение массы готовой продукции к массе исходных веществ в процентах.

𝛈 - всегда меньше 100 %.

Технологической тратой ε называется отношение материальных потерь к массе исходных материалов в процентах:

Расходным коэффициентом К называется отношение массы исходных веществ к массе готовой продукции.

К всегда больше 1. Исходя из расходного коэффициента, можно рассчитать расходные нормы на производство любого количества ЛС

Общие понятия о машинах и аппаратах. Машина как единство двигателя, передаточного и исполнительного механизмов. Характеристика двигателей, приемно-передаточных и исполнительных механизмов.

Машина — механизм или группа механизмов, осуществляющих определенные движения, служащих для выполнения определенной работы и превращения одного вида энергии в другой.

К. Маркс в труде "Капитал" писал о том, что "машина одарена чудесной силой сокращать и делать более производительным человеческий труд". Там же он отмечает, что "всякая развитая совокупность машин состоит из трех существенно различных частей: машины-двигателя, передаточного механизма, наконец, машины-орудия или рабочей машины". Следовательно, машина представляет собой единство двигателя, передаточного механизма и исполнительного механизма. Двигатель служит для приведения в движение остальных частей машины. Двигатели: паровые машины, турбины, электромоторы 3-х фазного тока, двигатели внутреннего сгорания и т. д. Приемно-передаточный механизм является соединяющим звеном между двигателем и исполнительным механизмом. Исполнительный механизм непосредственно воздействует на предмет труда. Всякий механизм или машина состоит из отдельных деталей, подвижных и неподвижных. Сочетание двух звеньев или тел, взаимно ограничивающих движение друг друга, называется кинематической парой. Примерами кинематических пар и цепей могут служить приемно-передаточные механизмы и механизмы преображения движений. Приемно-передаточные механизмы имеют много общих элементарных узлов. Различные двигатели создают равномерное движение махового колеса. Для приема этого движения существует передача. Простейшая передача называется ременной. Она состоит из шкива и бесконечного ремня. Шкив -это колесо, с гладкой или шероховатой внешней поверхностью, надетое на вал. Передача обеспечивает вращательное движение двух шкивов в одном направлении или в противоположном. Сама передача осуществляется за счет упругого натяжения ремня и трения между поверхностью ремня и шкива.

Количество оборотов шкивов зависит от их диаметров. Если диаметры ведущего и ведомого шкива одинаковы, то и число оборотов их будет одинаковым. Если диаметр ведомого шкива меньше ведущего - будет увеличение числа оборотов и наоборот, если диаметр ведомого шкива будет больше, то уменьшится число его оборотов. Зависимость числа оборотов от их диаметра:

где n2 и n2 - число оборотов, a D1 и D2 — диаметры двух шкивов.

Тут проигрыш в скорости сопровождается выигрышем в силе и наоборот (гласит золотое правило механики). У рабочих машин устраивают пару шкивов — один рабочий, другой холостой. Если надо выключить рабочую машину, передвигают ремень (пас) с неподвижного шкива на подвижный. Связь одного двигателя с несколькими рабочими машинами осуществляется с помощью трансмиссий. Трансмиссия - это длинный вал, несущий несколько шкивов различных диаметров. Вал помещается под потолком или в траншее. Один из шкивов соединяется с двигателем при помощи бесконечного ремня, остальные шкивы - с рабочими машинами. В этом случае необходимо наличие холостых шкивов, на которые переносят ремень в случае остановки машины. Для передачи вращательного движения с одного вала на другой используются также шестереночные или зубчатые передачи. При одинаковом количестве зубцов, скорость вращательного движения будет одинакова. Задача переноса вращательного движения в перпендикулярное вращательное осуществляется конической зубчатой передачей. Два зубчатых колеса имеют форму усеченного конуса. Движение второго вала будет противоположным по направлению. Здесь такое же положение со скоростью и силой. Эта же задача переноса вращательного движения в перпендикулярное может решаться при помощи червячной передачи – сочетания шестерни и винта, нарезка которого проходит между зубьями шестерни. Чем больше диаметр шестерни, тем меньше скорость ее вращения. На скорость вращения шестерни влияет шаг винта: если шаг малый, скорость мала. Червячная передача применяется при малых скоростях, коническая - при больших. Фрикционная передача осуществляет передачу движения от ведущего звена к ведомому за счет сил трения, возникающих между прижатыми друг к другу колесами. Передается вращательное движение во вращательное, вращательное в поступательное и наоборот. Положительные качества: простота конструкции, плавность и бесшумность, проскальзывание при перегрузке. Цепная передача осуществляется при помощи двух шестерен и цепи. Всем знакома, предназначена для передачи вращательного движения во вращательное. Используется при небольших мощностях

Энергия в производственных процессах. Тепловые процессы в фармацевтическом производстве. Механизмы переноса теплоты: теплопроводность, конвекция, лучеиспускание. Совместная теплопередача.

Для каждого производственного процесса помимо затрат труда, исходных материалов, аппаратов и машин, при помощи которых осуществляются процессы, необходима энергия для обработки материалов. Чаще всего используется электрическая и тепловая энергия. Процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода и отвода тепла (нагревание, охлаждение, выпаривание), называются тепловыми процессами.

Теплопередача или теплообмен. Это процесс распространения тепла от одного объекта к другому. Тепло может передаваться от среды с более высокой температурой к среде с более низкой. Эта разность температур является движущей силой процесса теплопередачи и называется температурным напором. Теплообмен может протекать между телами самопроизвольно или с затратой механической работы. Тепло передается без затрат работы извне только от тел с высшей температурой. Среди тепловых процессов основное место занимает процесс передачи тепла от его источников к обрабатываемому материалу. Такими источниками являются раскаленные или горячие твердые тела, жидкости или газы.Переход тепла может распространяться разными путями: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Теплопроводность - вид теплообмена, который происходит между частицами тела, находящимися в соприкосновении и заключается в том, что тепловая энергия распространяется внутри тела от одной частицы к другой, соседней, находящейся поблизости, вследствие их колебательного движения. Зависит от агрегатного состояния тела, и в твердых телах является обычно основным видом распространения тепла. Конвекция - перенос тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкостей. Различают вынужденную и свободную конвекции. В 1 случае перемещение среды обусловлено каким-либо внешним источником, например насосом, вентилятором и т.д., во 2 – разностью плотностей между холодным и нагретым участками среды. Излучение (лучеиспускание) – процесс распространения электромагнитных колебаний с различной длиной волн, обусловленный тепловым движением атомов или молекул излучающего тела. Излучение свойственно всем телам, имеющим температуру выше нуля по шкале Кельвина.

Тело способное полностью поглощать тепловые лучи и максимально их излучать, называется абсолютно черным. Тело, не обладающее поглощающей способностью и отражающее все падающие на него лучи, называется абсолютно белым. В природе нет ни абсолютно черных, ни абсолютно белых тел. На практике перечисленные виды теплообмена редко наблюдаются реально, в большинстве случаев они связаны между собой и проявляются совместно. Такой процесс называется сложным теплообменом (совместная теплопередача). Во всех случаях общее количество тепла, передаваемое ч/з обогреваемую поверхность аппарата, определяется:

где Q - тепловой поток, Вт; К - общий коэффициент теплопередачи, Вт/м2град; F - поверхность теплопередачи м2; , - средняя разность температур между греющим и холодным теплоносителем. Общий коэффициент теплопередачи является результатом совместной теплопередачи, в которую одновременно может входить два или три вида теплопередачи. 

Нагреваниеявляется одним из наиболее распространенных процессов фармацевтической технологии ЛС. Нагревание необходимо для ускорения химических реакций, а также для выпаривания, сушки, перегонки и других процессов. В галеновом производстве пользуются различными видами нагревания. Наиболее часто применяются дымовые газы, водяной пар, электрический ток. Наиболее простым устройством для использования теплосодержания дымовых газов является нагрев на "голом огне". В крупном он не применяется, так как имеет ряд недостатков: - Нагрев на "голом огне" трудно поддается регулировке. -Он может повлечь нежелательное повышение температуры и термическое разложение (пригорание, воспламенение). - Пламя печей может быть источником пожаров и взрывов. - При помощи электрического тока можно достичь весьма высоких температур нагрева, до 3200°С. -Электрические нагревательные устройства работают при более высоком КПД, чем устройства для нагрева другими теплоносителями. При электронагреве рабочее место в производственном помещении не загрязняется. Методы электронагрева: 1. При помощи сопротивления проводников из специальных материалов. 2. При помощи сопротивления нагреваемой жидкости, которая находится между двумя электродами электрической цепи. 3. При помощи индукционного тока. 4. Диэлектрическое нагревание (высокочастотное). Однако нагревание электрическим током недостаточно распространено вследствие сравнительно высокой стоимости и дефицитности электроэнергии, а также сложности аппаратуры.