Тепломасообмінний пристрій для виготовлення багатокомпонентних рідких середовищ

1 Тепломасообмінний пристрій для виготовлення багатокомпонентних рідких середовищ, що містить реактори з мішалками і теплообмінними сорочками, продуктовий насос, роторнопульсаційний диспергатор і контур циркуляції теплоносія, який включає циркуляційний насос і нагрівам, які з'єднані з входами сорочок реакторів трубопроводом із запірними клапанами виходи сорочок реакторів з'єднані зі зливним трубопроводом і запірними клапанами, а входи і виходи реакторів з'єднані продуктопроводами а запірними клапанами, який відрізняється тим, що входи реакторів з'єднані з виходами продуктопроводами із запірними клапанами з утворенням замкненого циркуляційного контуру продукту через послідовно встановлені продуктовий насос і роторно пульсацшнии диспергатор, а входи і виходи сорочок реакторів з'єднані у замкнений циркуляційний контур теплоносія трубопроводами із запірними клапанами через послідовно встановлені циркуляційний насос і нагрівач, при цьому в одному з реакторів мішалка виконана лопаткового типу, лопатки якої встановлено з нахилом у бік обертання мішалки, а в другому реакторі мішалка виконана у вигляді диспергатора, який вбудовано у нижню його частину, вихід якого підключений до замкненого циркуляційного контуру продукту і з'єднаний зі входом роторно-пульсаційного диспергатора продуктопроводом із запірними клапанами через продуктовий насос 2 Тепломасообмінний пристрій за п 1, який відрізняється тим, що вихідний патрубок роторнопульсаційного диспергатора оснащено стерилізатором, виконаним у вигляді теплообмінника типу "труба у трубі", який підключений до контуру циркуляції теплоносія трубопроводами із запірними клапанами 3 Тепломасообмінний пристрій за п 1, який відрізняється тим, що корпус диспергатора, який вбудований в реактор, оснащено системою охолодження со (О Винахід відноситься до тепломасообмінної техніки і може бути використаний переважно на підприємствах фармацевтичної промисловості для проведення тепломасообмінних процесів при виробництві м'яких комбінованих багатокомпонентних лікарських препаратів, таких як суспензії, емульсії, мазі, в тому числі очні (окуленти), гелі, суппозиторм, пасти тощо, а також у харчовій, парфумерно-косметичній, ХІМІЧНІЙ та інших галузях промисловості для виготовлення високодисперсних багатокомпонентних рідких і в'язких середовищ Відомо установки, які застосовують на фармацевтичних підприємствах, для виробництва суспензійних мазей, що містять нагрівачі для плавлення мазевої основи, фільтри, насоси, реактор із сорочкою для розплавленої основи, реактор для змішування компонентів, сито і ємність із вагами для нього У реактор, що обігрівається, з включеною мішалкою до основи невеликими порціями додають необхідні компоненти і після додавання усіх компонентів суміш перемішують до одержання однорідної маси, яку за допомогою насоса подають в охолоджувач, після чого готову мазь направляють на фасування (Тенцова А И , Грецкий В М Современные аспекты исследования и производства мазей -М Медицина, 1980, - С 68-72) Цей процес приготування мазей в умовах виробництва є багатостадійним з великою КІЛЬКІСТЮ окремих апаратів, в яких проводять стадії приготування мазей і які займають значні виробничі площі, що призводить до великих енергетичних втрат Крім того, кожна стадія приготування окремих компонентів с трудомісткою, екологічно шкідливою 44631 для обслуговуючого персоналу і пов'язана з великими втратами сировини, що дає низьку продуктивність, ефективність і невисоку якість готового продукту Відомо тепломасообмінний пристрій для диспергування і змішування багатокомпонентних сумішей, наприклад таких як м'які лікарські форми, який містить реактор для перемішування компонентів із мішалкою та водяною сорочкою, фільтр, диспергатор, насоси, трубопроводи із запірною арматурою та блок керування [Проспект фірми "KINEMATIKA AG", Швейцарія, 1997] Такий пристрій у деякій мірі дозволяє удосконалити технологічний процес виготовлення багатокомпонентних сумішей, знизити трудомісткість процесу, збільшити економічність і продуктивність пристрою та якість готового продукту Однак, наявність тільки одного реактора для перемішування компонентів не дозволяє виготовляти багатокомпонентні високов'язкі лікарські препарати В одному реакторі-змішувачі неможливо провести виготовлення таких рідких середовищ як гелі або очні мазі (окуленти) Усе це знижує продуктивність і ефективність роботи пристрою, звужує функціональні можливості й галузі його застосування Частково ліквідує перелічені недоліки відомий пристрій, який містить реактор для змішування компонентів з мішалкою і водяною сорочкою, фільтр, фільтрувальний блок, дисковий фільтр, збірник фільтрату із системою обігрів, нагрівам для нагріву води, продуктові і водяні насоси, трубопроводи із запірною арматурою Вихід реактора з'єднано трубопроводом з виходом першого насоса, який з'єднаний з входом фільтрувального блоку, при цьому вихід першого насоса з'єднаний через трубопровід із входом збірника фільтрату і через фільтр - з іншим його входом Таке виконання пристрою для виготовлення лікарських препаратів дозволяє в деякій мірі підвищити його продуктивність за рахунок скорочення часу технологічного циклу [А с СССР № 1651904, МКИ A61J7/00, 1991] Відомий пристрій для виготовлення лікарських препаратів має один реактор для змішування компонентів і не має органу для подрібнення твердих компонентів, тому він не може бути застосований для виготовлення різноструктурних рідких середовищ, таких як гелі, мазі, суспензії, окуленти, майонез, пасти і таке інше, то обмежує технологічні можливості пристрою і галузі його застосування, приводить до збільшення оптимального часу обробки компонентів, внаслідок чого знижується продуктивність і ефективність роботи пристрою, а також якість готового продукту Найбільш близьким технічним рішенням до винаходу, що заявляється, є тепломасообмінний пристрій для виготовлення багатокомпонентних сумішей, що містить фільтр, дисковий фільтр і тепловий блок, який має реактор із мішалкою і водяною сорочкою, продуктовий насос, продуктові трубопроводи із запірними клапанами та підключений до водяної сорочки реактора контур нагріву, що включає в себе водяний насос і нагрівач Пристрій наділено роторно-пульсаційним диспергатором, встановленим послідовно з дисковим фільтром, принаймні одним додатковим тепловим блоком, з'єднаним зустріч по продуктовими трубопроводами з першим блоком, а виходи блоків, з'єднані з їх входами через послідовно встановлений фільтр та дисковий фільтр із роторно-пульсаційним диспергатором, при цьому теплові блоки додатково наділені контурами охолодження, підключеними до водяних сорочок реакторів через трубопроводи із запірними клапанами паралельно контурам нагріву [Заявка № 99020821 від 16 03 1999р на видачу патенту України на винахід "Тепломасообмінний пристрій для виготовлення багатокомпонентних сумішей", а також заявка № 99109229 від 14 05 1999р на видачу патенту Російської Федерації] Відомий тепломасообмінний пристрій для виготовлення багатокомпонентних сумішей є універсальним багатофункціональним виробом, за допомогою якого можливо проводити процеси, диспергування, змішування, гомогенізацію, фільтрацію, екстрагування, нагрівання, охолодження, гермостатування та ІНШІ технологічні операції, використання якого в промисловості дозволяє збільшити продуктивність, скоротити тривалість технологічного циклу, а також дозволяє збільшити вихід діючих речовин і якість готового продукту Однак за допомогою відомого пристрою неможливо виготовляти такі м'які багатокомпонентні середовища, як мазі (окуленти) та суспензії для очей, тому що в ньому неможливо досягти субмікронної дисперсності твердих лікарських компонентів та рівномірного розподілення мікро - і наночастинок, що звужує функціональні можливості й галузь застосування відомого пристрою Задача винаходу полягає в удосконаленні відомого тепломасообмінного пристрою для виготовлення багатокомпонентних рідких середовищ шляхом діяння на них, високочастотними резонансними пульсаціями, що дозволяє одержувати однорідні середовища з рівномірно розподіленими в них мікро - і наночастинками твердих лікарських компонентів і застосовувати для виробництва очних емульсій (рідина - рідина), суспензій (рідинатверде тіло), мазей на гідрофільних та гідрофобних основах і розширити функціональні можливості винаходу та галузі його застосування Поставлена задача вирішується тим, що тепломасообмінний пристрій для виготовлення багатокомпонентних рідких середовищ, що містить реактори з мішалками і теплообмінними сорочками, продуктовий насос, роторно-пульсаційний диспергатор і контур циркуляції теплоносія, який включає циркуляційний насос і нагрівач, які з'єднані з входами сорочок реакторів трубопроводом із запірними клапанами, виходи сорочок реакторів з'єднані зі зливним трубопроводом, а входи і виходи реакторів з'єднані продуктопроводами із запірними клапанами, згідно з винаходом входи реакторів з'єднані з виходами продуктопроводами з запірними клапанами з утворенням замкненого циркуляційного контуру продукту через послідовне встановлені продуктовий насос і роторнопульсаційний диспергатор, а входи і виходи сорочок реакторів з'єднані у замкнений циркуляційний контур теплоносія трубопроводами із запірними клапанами через послідовно встановлені циркуля 44631 цінний насос і нагрівач, при цьому в одному з реакторів мішалка виконана лопаткового типу, лопатки якої встановлено з нахилом у бік обертання мішалки, а в другому реакторі мішалка виконана у вигляді диспергатора, який вбудовано, наприклад, у нижню його частину, вихід якого відключений до замкненого циркуляційного контуру продукту і з'єднаний зі входом роторно-пульсаційного диспергатора продуктопроводом із запірними клапанами через продуктовий насос Крім того, задача вирішується тим, що вихідний патрубок роторно-пульсаційного диспергатора оснащено стерилізатором, виконаним, наприклад, у вигляді теплообмінника типу "труба у трубі", який підключений до контуру циркуляції теплоносія трубопроводом із запірними клапанами Крім того, задача вирішується тим, що корпус диспергатора, який вбудовано в реактор, оснащено системою охолодження Технічний результат, який досягається у винаході, що заявляється, пояснюється, виходячи з наступного Виконання мішалки в одному з реакторів лопаткового типу, лопатки якої встановлено з нахилом у бік обертання мішалки, дозволяє гравітаційним силам діяти на середовище, що обробляється, вертикально униз, а відцентровим силам, що виникають при обертанні лопаток, - від центру радіальне до циліндричної поверхні реактора Така складна взаємодія різноспрямованих сил на середовище, що оброблюється, дозволяє досягти рівномірного розподіленим рідких компонентів при їх змішуванні Виконання мішалки в другому реакторі у вигляді диспергатора, вихід якого з'єднано із входом роторно-пульсаційного диспергатора продуктопроводом із запірними клапанами через продуктовий насос, дозволяв піддавати суміш, одержану у першому реакторі, інтенсивним високочастотним резонансним пульсаціям і ударним хвилям, які забезпечують резонанс із середовищем, що обробляється, а також активні кавітаційні процеси, та дозволяє диспергувати тверді компоненти суміші й одержувати однорідну гомогенну структуру Для досягнення більш повного ефекту подрібнення твердих компонентів з одержанням мікро - і наночастинок і рівномірного розподілення їх у середовищі, що обробляється, його багаторазово рециркулюють по замкненому контуру за допомогою послідовно встановлених продуктового насосу і роторно-пульсаційного диспергатора до одержання заданої дисперсності Наділення вихідного патрубка роторнопульсаційного диспергатора стерилізатором, з'єднаним із контуром циркуляції теплоносія трубопроводом із запірними клапанами, дозволяє при необхідності (наприклад, при виготовленні очних мазей (окулентів) додатково простерилізувати одержану суміш на виході з пристрою Наділення корпусу диспергатора, який установлено у нижній частині реактора, системою охолодження дозволяє, при необхідності, додатково охолоджувати отриману у реакторі суміш Така сукупність суттєвих ознак розширює функціональні можливості тепломасообмінного пристрою, що заявляється, підвищити продуктивність, економічність і ефективність його роботи та якість готового продукту за рахунок досягнення можливості одержувати високодисперсні середовища з рівномірно розподіленими в них мікро - і наночастинками, що розширює галузі його застосування Наприклад, цей пристрій можливо застосувати у фармацевтичній промисловості для виготовлення різноманітних м'яких багатокомпонентних лікарських форм, в тому числі й окулентів На Фіг схематично показано тепломасообмінний пристрій для виготовлення багатокомпонентних рідких середовищ, що заявляється Пристрій містить реактори 1, 2 із мішалками З, 4 і теплообмінними сорочками 5, 6 реакторів 1, 2, продуктовий насос 7, роторно-пульсаційний диспергатор 8 і контур циркуляції теплоносія, який включає циркуляційний насос 9 і нагрівач 10, які з'єднані з входами сорочок 5, 6 реакторів 1, 2, трубопроводом 11 із запірними клапанами 12, 13 Виходи сорочок 5, 6 реакторів 1, 2 з'єднані зі зливним трубопроводом 14 із запірними клапанами 15, 16, а входи й виходи сорочок з'єднані у замкнений циркуляційний контур теплоносія трубопроводами 11, 14 через послідовно встановлені циркуляційний насос 9 і нагрівач 10 Входи реакторів 1, 2 з'єднані між собою продуктопроводом 17 із запірними клапанами 18, 19 а виходи реакторів 1, 2 з'єднані між собою продуктопроводом 20 із запірними клапанами 21, 22 Входи й виходи реакторів 1, 2 з'єднані між собою паралельними продуктопроводами 23, 24 у замкненого циркуляційний контур продукту На продуктопроводі 23 встановлено запірні клапани 25, 26, а продуктопровід 24 з'єднаний з продуктопроводом 17 через послідовно встановлені на ньому продуктовий насос 7, роторно-пульсійний диспергатор 8 і запірний клапан 27 Для виходу готового продукту на продуктопроводі 23 встановлено фільтр 28 та запірний клапан 29 Мішалка 3 реактора 1 виконана лопаткового типу, лопатки ЗО якої встановлені з нахилом у бік обертання мішалки 3, а мішалка 4 вбудована в нижню частину реактора 2 і виконана у вигляді диспергатора, корпус якого наділений системою охолодження 31 Вихід диспергатора 4 підключено до замкненого циркуляційного контуру продукту і з'єднано із входом роторно-пульсаційного диспергатора 8 продуктопроводами 20, 24 через продуктовий насос 7 Вихідний патрубок роторнопульсаційного диспергатора 8 наділений стерилізатором 32, виконаним у вигляді теплообмінника типу "труба у трубі" і підключеним до контуру циркуляції теплоносія трубопроводами 33, 34 із запірними клапанами 15, 36 Пристрій має також блок керування (на Фіг не показано) Працює пристрій наступним чином Перед початком роботи всі запірні клапани знаходяться у положенні "Закрито" Відкривають запірні клапани 12, 13, вмикають нагрівам 10 і циркуляційним насосом 9 подають теплоносій у міжсорочечний простір сорочок 5, 6 реакторів 1, 2 При досягненні заданої температури теплоносія в міжсорочечних просторах у реактор 1 завантажують компоненти середовища, що обробляється, вмикають мішалку 3 і здійснюють попереднє перемішування компонентів лопатками ЗО, які створюють у середовищі, що обробляється, 44631 різноспрямовані гравітаційні та відцентрові сили, що дозволяє рівномірно розподілити компоненти у середовищі при їх змішуванні Потім відкриваю 11 запірні клапани 22, 25, 26, 19 і продуктовим насосом 7 перекачують одержану суміш із реактора 1 у реактор 2, після чого закривають запірні клапани 19, 26 25, 22 Вмикають мішалку - диспергатор 4, який створює у суміші інтенсивні високочастотні резонансні пульсації та ударні хвилі, завдяки чому у суміші виникають ультразвукові, кавітаційні та ІНШІ фізичні діяння, за рахунок чого тверді компоненти суміші диспергуються і гомогенізуються При необхідності таку обробку суміші повторюють до досягнення заданої дисперсності, для чого відкривають запірні клапани 21, 25, 26, 19 на продуктопроводах 20, 24, 23, 17 і насосом 7 суміш багаторазово рециркулюють по замкненому циркуляційному контуру продукту з нижньої частини реактора 2 у верхню Для досягнення більш повного ефекту подрібнення і рівномірного розподілення твердих компонентів у суміші, її багаторазово рециркулюють по замкненому циркуляційному контуру продукту, для чого закривають запірні клапани 25, 26, відкривають запірний клапан 27 і продуктовим насосом 7 суміш спрямовують з реактора 2 по продуктопроводам 20, 24 через роторно-пульсаційний диспергатор 8, продуктопровід 17 у реактор 2 Проходячи багаторазово через роторно-пульсаційний диспергатор 8 і мішалку-диспергатор 4 тверді компоненти диспергуються до одержання мікро - і наночастинок і рівномірно розподіляються у всьому об'ємі суміші При досягненні заданої дисперсності закривають запірні клапани 23, 19, відкривають запірні клапани 25, 29 і продуктовим насосом 7 по продуктопроводу 23 через фільтр 28 вивантажують готовий продукт із реактора 2 Якщо перед вивантаженням готовий продукт необхідно охолодити, вимикають нагрівач 10, циркуляційний насос 9, відкривають запірний клапан 16 і зливають гарячій теплоносій з міжсорочечного 13 19 26 17 27 8 простору 6 реактора 2 по трубопроводу 14 Після зливу гарячого теплоносія закривають запірний клапан 16, відкривають запірний клапан 13, вмикають насос 9 і по трубопроводу 11 подають холодний теплоносій у міжсорочечний простір 6 реактора 2 Додатково забезпечують охолодження корпусу мішалки 4, для чого вмикають систему охолодження 31 Після охолодження готовий продукт вивантажують із реактора 2 по вищезазначеній схемі При необхідності додаткової стерилізації готового продукту, наприклад, при виготовленні очних мазей (окулентів), вмикають нагрівач 10, відкривають запірний клапан 35 і насосом 9 по трубопроводам 11, 33 подають гарячий теплоносій у стерилізатор 32 При досягненні необхідної температури стерилізації у стерилізаторі 32 відкривають запірні клапани 27, 26, 29 і вивантажують готову суміш продуктовим насосом 7, по продуктопроводах 17, 23 через фільтр 28 Таким чином, тепломасообмінний пристрій для виготовлення багатокомпонентних рідких середовищ, що заявляється, є універсальним багатофункціональним виробом, із допомогою якого можна проводити плавлення основ (вазелін, парафін, ланолін) для виробництва мазей, кремів, гелів тощо, диспергування, змішування, гомогенізацію, стерилізацію, нагрів, охолодження, термостатування та ІНШІ технологічні операції для гідродинамічної обробки гетерогенних середовищ з одержанням мікро - і нанодисперсних частинок і рівномірного їх розподілення у готовому продукті, що має важливе значення для виготовлення лікарських препаратів, особливо таких, як очні мазі (окуленти) Використання винаходу, що заявляється, у різних галузях промисловості дозволить збільшити продуктивність, скоротити тривалість технологічного циклу, а також збільшити вихід діючих речовин і якість готового продукту 12 14 44631 10 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90