Tok sypké hmoty – snímky 6/A4
Tok sypké hmoty – snímky 6/A4
Tok sypké hmoty – snímky 6/A4
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
Sypké <strong>hmoty</strong><br />
Doprava a skladování<br />
Režim spotřeby skladové zásoby<br />
» Kontejnerové skladování<br />
» na úrovni logistiky<br />
» Zásobníky<br />
» ovlivněné režimem toku<br />
» režim vyprazdňování FIFO<br />
» first in first out<br />
» požadovaný režim pro farmaceutický průmysl<br />
» režim vyprazdňování LIFO<br />
» last in first out<br />
» možnost degradace, expirace skladovaného materiálu<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Vliv vlastností prášku na jeho tok<br />
» Charakter toku prášku určují<br />
» adhezivní vlastnosti<br />
» kohezní vlastnosti<br />
» často měřené společně jako empirické kritérium<br />
tokovosti<br />
» Adhezivnost a kohezivnost jsou ovlivněny<br />
» velikostí a tvarem částic<br />
» texturou povrchu částic<br />
» elektrickými vlastnostmi<br />
» vlhkostí<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Skladování sypkých látek<br />
» V kontejnerech<br />
» menší objemy<br />
» zpracování a logistika na úrovni malých šarží<br />
» dlouhodobější skladování<br />
» V zásobnících (silech)<br />
» velké objemy (např. sušené byliny)<br />
» vstup do kontinuálních procesů<br />
» rozhraní mezi kontinuální a vsádkovou částí procesu<br />
» např. zásobník u tabletovačky<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
<strong>Tok</strong> prášku<br />
» Podmínky toku práškového lože<br />
» překonání mezičásticových sil<br />
» zvýšení mezičásticových vzdáleností<br />
» expanze práškového lože<br />
» Režimy práškového toku<br />
» tok plastické pevné látky<br />
» setrvačný režim<br />
» režim fluidní vrstvy<br />
» suspenzní režim<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Měření soudržnosti prášku (v tahu)<br />
» 1. přitlačení destičky s lepidlem<br />
» 2. měření síly pro odtržení<br />
» Pevnost v tahu závisí na počtu kontaktů mezi částicemi<br />
a jejich velikosti<br />
FZ nFH<br />
<br />
t <br />
A A<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
F H F H F H<br />
1
<strong>Tok</strong> prášku vs. velikost částic<br />
» Počet kontaktů závisí na velikosti částic<br />
» Pevnost lože prášku závisí na velikosti jeho<br />
částic<br />
FZ nFH<br />
nd nd 1<br />
» „Jemnější prášek hůře teče“<br />
» Záleží i na tvaru částic<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
A<br />
n 2<br />
d<br />
t<br />
2<br />
A A A nd d<br />
<br />
Konsolidace <strong>sypké</strong> <strong>hmoty</strong> prášku<br />
σ C<br />
σ Y<br />
» σ c … kosolidační (kompaktační)<br />
napětí<br />
» jakou silou je sypká hmota stlačena<br />
» ovlivňuje ρ B<br />
» σ y … mez kluzu<br />
» mez pevnosti materiálu<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
toková funkce<br />
(počáteční)<br />
Stav napjatosti při konsolidaci<br />
mezní křivka<br />
σ Y<br />
počátek toku<br />
σ Y<br />
počátek toku<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
σ Y<br />
konsolidace<br />
σ C<br />
σ C<br />
<strong>Tok</strong>ovost<br />
» Dobrá tokovost (dobře tekoucí materiál)<br />
» nedochází k přílišné konsolidaci (lepení, sesedání)<br />
látky a dobře teče vlivem pouhé gravitace<br />
» Špatná tokovost (špatně tekoucí materiál)<br />
» výrazný sklon ke konsolidaci tlakem nebo v čase,<br />
tvoří se poruchy toku, který není plynulý<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Časová konsolidace prášku<br />
» Některé <strong>sypké</strong> <strong>hmoty</strong> se<br />
ponechány v klidu<br />
» samy zhutňují<br />
» dochází k samovolné<br />
konsolidaci v čase<br />
» Změna tokové funkce v<br />
čase<br />
σ Y<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Určení kluzné roviny<br />
napětí na kluzné rovině<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
toková funkce v čase<br />
mezní křivka σ Y<br />
σ Y<br />
počáteční toková funkce<br />
σ C<br />
kluzná rovina<br />
2
Numerické vyjádření tokovosti<br />
» <strong>Tok</strong>ovost<br />
» vyšší = lepší<br />
ffY<br />
C <br />
<br />
» <strong>Tok</strong>ovost látky nelze<br />
popsat jednou hodnotou<br />
» Většina látek má lepší<br />
tokovost za vyššího<br />
konsolidačního tlaku<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Jádrový tok<br />
θ<br />
Y<br />
σ Y<br />
původní klenba<br />
tekoucí jádro<br />
nehybná část<br />
netekoucí<br />
velmi kohezní<br />
kohezní<br />
dobře tekoucí<br />
volně tekoucí<br />
» Počátek jádrového toku (vlevo) a oblasti jádrového toku (vpravo)<br />
I - tvarově neměnná oblasts pístovým tokem, II - část vzniklá rychlým propadem vnitřního<br />
kužele (jádro), III -výtokové oblasti s vyprazdňováním do prostoru jádra, IV - nehybný prostor<br />
„mrtvá zóna“<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Poruchy toku sypkých látek<br />
» Zablokování výsypného otvoru (klenbování)<br />
» Snížení využitelného prostoru zásobníku<br />
» Nekontrolovaný tok (flooding)<br />
» Konsolidace nehybného lože<br />
» Segregace<br />
» různě velikých částic<br />
» složek směsí<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
III<br />
I<br />
II<br />
θ<br />
IV<br />
σ C<br />
<strong>Tok</strong> sypkých látek v zásobnících<br />
mobilní Nálevkový<br />
(jádrový tok)<br />
stagnantní<br />
http://youtu.be/CVpHUlBJfho<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Objemový tok<br />
10 <strong>–</strong> 20°<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Objemový<br />
tok<br />
http://youtu.be/aNnZoo3x9S0<br />
ideální tvar používaný tvar postup vyprazdňování<br />
Příklady poruchy toku sypkých látek<br />
» Tvorba můstků,<br />
klenbování (bridging,<br />
arching)<br />
klenba<br />
kohezivní<br />
můstek<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
stagnantní<br />
» Tvorba děr (ratholing)<br />
3
Volba režimu toku při návrhu<br />
» Nálevkový tok = ekonomické řešení<br />
» malé zkosení ve spodní části = prostorová úspornost<br />
» pohyblivé částice mimo kontakt se stěnou = nízká<br />
abraze<br />
» !!! nepůsobí problémy pouze pokud hmota obsahuje<br />
» hrubé částice<br />
» nelepivé částice<br />
» nedochází k segregaci<br />
» materiál se nekazí, nedegraduje, nemění vlastnosti<br />
» Ve většině farmaceutických aplikací je třeba<br />
zajistit objemový tok<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Podmínka toku <strong>–</strong> vzpěrná klenba<br />
d0 = 2,5dp<br />
» http://youtu.be/lWSJwZhqoQw<br />
» Vzhledem k malé velikosti farmaceutických<br />
částic vzpěrná klenba prakticky nehrozí<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
d0 = 3dp<br />
<strong>Tok</strong>ový faktor (zásobníku) ff<br />
» Charakterizuje schopnost zásobníku „vyvolávat tok“<br />
C ff <br />
<br />
D<br />
» σc … konsolidační napětí<br />
» jakým tlakem byl prášek konsolidován<br />
» σD … vytvořené napětí v prášku<br />
» závisí na vlastnostech prášku<br />
» stěně zařízení<br />
» geometrii<br />
» Vyšší hodnoty ff znamenají horší tokové podmínky<br />
» Podmínka toku v zásobníku<br />
C D,<br />
krit.<br />
Y<br />
ff<br />
Zajištění objemového toku<br />
» Překonání tření na výsypce<br />
» Dostatečná velikost výsypného otvoru<br />
» zamezení tvorby můstků<br />
» překonání kohezní síly vrstvy<br />
» Modifikace výsypky<br />
» Modifikace tokových vlastností aditivy<br />
» stearan hořečnatý<br />
» koloidní oxid křemičitý <strong>–</strong> „Aerosil“<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Podmínka toku <strong>–</strong> kohezní klenba<br />
» Prášek, je-li vystaven tlaku, si vytvoří<br />
určitou soudržnost<br />
» Tato soudržnost (koheze) může působit<br />
zablokování / poruchy toku<br />
» σ D … vytvořené napětí v prášku<br />
» závisí na vlastnostech prášku<br />
» stěně zařízení<br />
» geometrii<br />
» σ y … prostá mez kluzu<br />
» nulové napětí <strong>–</strong> volný povrch práškového lože<br />
PODMÍNKA TOKU<br />
<br />
D<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Y<br />
Podmínka toku <strong>–</strong> kritické napětí<br />
» Pro zajištění toku musíme znát tokovou funkci prášku a tokový<br />
faktor zásobníku<br />
d krit<br />
<br />
ff<br />
C D,<br />
krit.<br />
<br />
d<br />
krit<br />
prášek<br />
klenba<br />
blokuje tok<br />
<br />
Minimální velikost otvoru<br />
Y<br />
D,<br />
krit.<br />
H <br />
g<br />
B<br />
<br />
H<br />
2 <br />
60<br />
4
Měření tokovosti<br />
» Měření smykového napětí<br />
síla vynaložená<br />
na překonání<br />
smykového tření<br />
vzorek <strong>sypké</strong> <strong>hmoty</strong><br />
http://youtu.be/lVZZsJuRTWA<br />
normálový tlak<br />
na vrstvu<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Měření ve smykové cele<br />
kryt<br />
vzorek materiálu<br />
stěny zásobníku<br />
2 prstence<br />
» Vrstva se zkonsoliduje tlakem, který by měl přibližně odpovídat<br />
kritické konsolidaci<br />
» Provede se smykový test pro σ1 = σc » Odečte se smykové napětí na úrovni bodu L1<br />
» Provede se smykový test pro σ2 < σ1 » Odečte se smykové napětí<br />
na úrovni bodu L2<br />
τ<br />
» …<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Smyková deformace<br />
Mezní křivka (mez kluzu) a MK<br />
» Body na mezní křivce charakterizují stavy napjatosti,<br />
které vedou k poruše (toku)<br />
» Mohrovy kružnice, k nimž je mezní křivka tangenciální<br />
jsou klíčové pro analýzu toku<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Smykové napětí<br />
Vliv konsolidačního tlaku<br />
na vztah napětí a deformace<br />
» Smykové napětí (úměrné síle nutné k tomu aby ke smyku<br />
docházelo) může záviset na celkové smykové deformaci<br />
(vzdálenosti již proběhlého smyku) několika způsoby.<br />
» Závisí to na stupni zkonsolidování<br />
lože před zkouškou<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Vnitřní úhel tření<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Smykové napětí<br />
kritický<br />
překonsolidovaný<br />
podkonsolidovaný<br />
Smyková deformace<br />
» Výsledky měření pro jedno σ c je možno vynést jako mezní křivku<br />
» Kohezivita C určuje smykové napětí v prášku na který nepůsobí<br />
žádný normálový tlak<br />
» C závisí na konsolidačním tlaku<br />
τ<br />
C<br />
υ<br />
Mezní křivka<br />
odpovídá určitému konsolidačnímu<br />
tlaku<br />
Určení bodu tokové funkce prášku<br />
» σ c … kosolidační (kompaktační) napětí<br />
» jakou silou je sypká hmota stlačena<br />
» ovlivňuje ρ B<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
σ<br />
Bod izochorického<br />
smyku<br />
5
Efektivní úhel vnitřního tření<br />
» Na řadě prášků ověřeno<br />
» Volně tekoucí prášky mají jen jednu mezní křivku, totožnou s<br />
efektivní<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Překonání tření na výsypce<br />
» Úhel smykového tření (wall friction angle)<br />
» úhel sevřený vodorovnou osou a spojnicí počátku s<br />
bodem na křivce překonání smykového tření<br />
» zpravidla klesá s rostoucím kolmým zatížením<br />
» ovlivňuje jej<br />
» drsnost povrchu zásobníku (původní, abraze, koroze)<br />
» teplota<br />
» vlhkost<br />
» doba klidového kontaktu<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Úhel stěnového tření<br />
»<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
<strong>Tok</strong>ová funkce prášku<br />
Závislost prosté meze kluzu na konsolidačním napětí<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Adhezivita <strong>sypké</strong>ho materiálu<br />
» Měření smykového napětí<br />
síla vynaložená<br />
na překonání<br />
smykového tření<br />
vzorek <strong>sypké</strong> <strong>hmoty</strong><br />
normálový tlak<br />
na vrstvu<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
kryt<br />
vzorek materiálu<br />
stěny zásobníku<br />
<strong>Tok</strong>ový faktor zařízení (zásobníku)<br />
» Je funkcí δ, θ, Φ w<br />
δ = 30°<br />
Nálevkový tok<br />
Objemový tok<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
prstenec<br />
nálevkový tok závisí<br />
pouze na průměru<br />
otvoru jelikož<br />
nedochází ke tření<br />
prášku na stěně<br />
6
Modifikace výsypky<br />
» Pro dosažení objemového toku<br />
obrácená kuželová<br />
vestavba<br />
uspořádání kužel<br />
v kuželu<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
více výsypek<br />
Doprava a dávkování sypkých látek<br />
» Pásové dopravníky a dávkovače<br />
» různá konstrukce<br />
» kryté, otevřené<br />
» ploché, konvexní<br />
» se zarážkami<br />
» Šnekové dopravníky a<br />
dávkovače<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Doplňková literatura<br />
» M. E. Fayed, Thomas S. Skocir: Mechanical<br />
Conveyors: Selection and Operation<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Doprava a dávkování sypkých látek<br />
» Pneumatické dopravníky<br />
» práce se stlačeným vzduchem<br />
nebo vakuem<br />
» pouze tam kde nehrozí<br />
segregace<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
Doprava a dávkování sypkých látek<br />
» Korečkové výtahy<br />
» ve farmaceutickém průmyslu<br />
neobvyklé<br />
» vhodné pro velké objemy<br />
» Vibrační dopravníky a<br />
dávkovače<br />
» segregace prášků<br />
» nevhodné pro suroviny ve<br />
farmaceutickém průmyslu<br />
Inženýrství chemicko-farmaceutických výrob<br />
tok, doprava a skladování sypkých hmot<br />
7
Change language