CÁC QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ CƠ BẢN TRONG SẢN XUẤT DƢỢC PHẨM
Bài 7 KHUẤY TRỘN VẬT LIỆU
7.2. Khuấy trộn trong môi trường hạt rắn rời và bột nhão (hỗn hợp)
Trong công nghiệp bào chế các dạng thuốc dạng rắn: thuốc bột, thuốc viên, công nghệ khuấy trộn trong môi trường rắn rời và bột nhão được sử dụng rộng rãi.
Căn cứ vào cấu tạo của các thiết bị để trộn các hạt rắn xốp và bột nhão có thể chia thành những nhóm sau:
– Thiết bị trộn có các cánh quay.
– Thùng trộn.
7.2.1. Thiết bị trộn có các cánh quay
Để trộn các vật liệu dạng bột rời và bột nhão mềm, có hoặc không thêm chất lỏng, người ta sử dụng rộng rãi máy trộn có cánh trộn (một hoặc hai cánh). Trong thiết bị này, quá trình tiến hành theo nguyên tắc trộn hồi chuyển và đồng thời chia cắt khối vật liệu (hình 7.7).
Trên hình 7.7 mô tả sơ đồ của máy trộn một cánh khuấy uốn cong đặc biệt trong thiết bị trộn hình lòng máng, khi cánh khuấy quay 180o, dưới ảnh hưởng áp lực của cánh, khối vật liệu bị ép lên yên máng và bị ép chặt, khi phần vật liệu đi ra khỏi phạm vi tác dụng của phần thứ nhất của cánh khuấy này thì được phần thứ 2 của cánh khuấy cuốn lấy, quá trình cũng xảy ra như thế đối với khối vật liệu đang đi đến yên của phần thứ hai của cánh khuấy, như vậy tức là có sự tiến hành phân chia vật liệu. Cùng với hiện tượng này, những lực tác động từ cánh khuấy hướng vào trong khối vật liệu, điểm đặt của các lực thay đổi từ từ, kết quả đạt được sự trộn bằng hồi chuyển.
Trong các máy thiết kế hai cánh trộn. Để tránh hiện tượng các khối vật liệu đồng chất, do yên gặp nhau sau mỗi vòng quay của các cánh, thì các cánh đó phải không cùng một số vòng quay như nhau. Đồng thời tỷ số của các số vòng quay không
Hình 7.7. Sơ đồ thiết bị nhào trộn
phải là một số nguyên (hình7.8).
Quá trình khuấy trộn trong thiết bị loại này tiến hành cùng với sự miết cục bộ khối vật liệu và xảy ra những quá trình khác ngoài yêu cầu. Tương ứng với chức năng, trên những thiết bị loại này thường được gọi là máy nhào trộn.
Hình 7.8. Các kiểu cánh khuấy trộn 7.2.2. Thùng trộn
Thùng trộn bình thường gồm có một thùng chứa có dạng hình học khác nhau, các dạng thường dùng là: hình chữ v, hình khối lập phương, hình trụ, hình côn hai đầu… các thùng chứa được quay nhờ 1 trục nằm ngang (hình 7.9).
Cơ chế trộn trong thùng trộn:
Qua các nghiên cứu việc trộn chất rắn diễn ra bởi sự kết hợp của một hay nhiều cơ chế:
a) Trộn đối lưu
Cơ chế này được xem như là gần giống sự chuyển khối trong khuấy trộn chất lỏng. Trộn đối lưu phụ thuộc vào loại máy được sử dụng, nó xảy ra bởi sự đảo ngược (nghịch chuyển) khối vật liệu bằng các cánh, mái chèo, bằng trục quay hoặc bằng một phương pháp nào đó để di chuyển một khối vật liệu tương đối lớn từ phần này của khối bột tới phần khác.
b) Trộn trượt
Các mặt phẳng trượt tạo thành như là kết quả của các lực ở trong khối hạt, nó phụ thuộc vào đặc tính chảy của bột. Chuyển động trượt có thể diễn ra một cách đơn giản hoặc làm tăng sự chảy thành từng lớp. Khi chuyển động trượt xảy ra giữa các vùng vật liệu có thành phần khac nhau và song song với bề mặt phân cách lớp sẽ làm giảm phạm vi phân cách bằng cách làm mỏng đi những lớp không giống nhau.
c) Trộn khuếch tán
Trộn khuếch tán là nói đến sự phát sinh khi có sự chuyển động ngẫu nhiên của các hạt trong khối bột trộn gây thay đổi vị trí tương đối với nhau. Sự thay đổi vị trí của các hạt như vậy là dẫn đến kết quả giảm cường độ phân ly. Trộn khuếch tán xảy ra ở mặt phân cách của các vùng không giống nhau chịu sự trượt và kết quả là trộn trượt, sự khuếch tán cũng có thể xảy ra bởi một dạng rung động nào đó mà kết quả sự di chuyển vị trí tương đối giữa các hạt với nhau.
Các đặc tính chảy chung của bột xác định mức độ trộn dễ dàng của các hạt lúc khởi đầu.
Nghĩa là sự chuyển khối của khối bột dễ dàng như thế nào, khối bột đổ ụp xuống như thể nào?
Để cho phép trộn kỹ các hạt có thể giảm cường độ phân ly các hạt trong một chu trình thời gian ngắn nhất.
Cơ chế phân ly:
Các chất rắn dạng hạt hướng tới sự phân ly bởi các tác dụng khác nhau về cỡ hạt, tỷ trọng, hình dáng và các đặc tính khác của hạt.
Quá trình phân ly có thể xảy ra trong quá trình trộn cũng như trong các công đoạn tiếp theo như dập viên, đóng nang.
Hiệu quả trộn:
Hiệu quả trộn phụ thuộc vào tốc độ quay của thùng trộn. Tốc độ quay quá chậm không tạo ra được cường độ chuyển động đổ ụp xuống hay chảy xuống như thác như ta mong muốn hoặc không tạo ra được tốc độ trượt cao. Mặt khác khi chuyển động quá nhanh sẽ dẫn đến việc tạo ra lực ly tâm hay phân ly bột ra phía thành thùng trộn. Tốc độ quay tối ưu phụ thuộc vào hình dạng, kích thước của thùng trộn. Thường thì tốc độ khoảng 30 ÷ 100 v/phút.
Hiệu quả trộn phụ thuộc vào đặc tính loại vật liệu được trộn, lượng vật liệu được nạp vào thùng trộn.
Hình 7.9. Các loại thùng trộn
a) Thùng trộn hai đầu hình côn; b) Thùng trộn chữ V.
Thời gian trộn: Thời gian quá ngắn dẫn đến hậu quả trộn không đều. Thời gian quá dài sẽ làm tròn cạnh các hạt dễ dẫn đến phân ly.
Trong quá trình trộn có thể xuất hiện hiện tượng vón cục do hiện tượng tích điện của hạt trong quá trình trộn, có thể xử lý bằng cách hơi tăng độ ẩm của bột.
CÂU HỎI LƢỢNG GIÁ * CHỌN CÂU ĐệNG NHẤT 1. Pha liên tục trong khuấy trộn chất lỏng là:
a) Dung môi;
b) Chất rắn;
c) Chất khí.
d) Dược chất hoà tan.
2. Cánh khuấy tốc độ nhanh là:
a) Cánh khuấy vis;
b) Cánh khuấy mái chèo;
c) Cánh khuấy tuốc bin;
d) Sự phân chia này mang tính tương đối.
3. Pha chế dung dịch tiêm truyền NaCl 0,9% dùng loại:
a) Tuốc bin;
b) Chân vịt;
c) Mỏ neo;
d) Khung.
4. Pha chế nhũ tương sử dụng loại cánh khuấy:
a) Mái chèo;
b) Kiểu tấm;
c) Tuốc bin;
d) Mỏ neo.
5. Phương chuyển động của cánh khuấy chân vịt theo:
a) Phương tiếp tuyến;
b) Phương của trục;
c) Phương bán kính;
d) Không câu nào đúng.
6. Phương chuyển động của cánh khuấy tuốc bin theo:
a) Phương tiếp tuyến;
b) Phương của trục;
c) Phương bán kính;
d) Phương của trục và phương bán kính.
7. Sự hình thành lõm parabol trong khi khuấy chất lỏng:
a) Giúp hoà tan nhanh chất rắn do tốc độ khuấy cao;
b) Hạn chế sự phân ly khi hoà tan hai chất lỏng có tỷ trọng khác nhau nhiều;
c) Làm cho khí xâm nhập vào môi trường khuấy trộn tạo bọt;
d) Tăng cường diện tích tiếp xúc với không khí giúp tăng quá trình trao đổi nhiệt;
8. Phá lõm xoáy parabol bằng cách:
a) Đặt cánh khuấy chính giữa tâm thùng khuấy;
b) Đặt nghiêng cánh khuấy;
c) Giảm tốc độ khuấy;
d) Thay loại cánh khuấy;
9. Hiệu quả khuấy trộn phụ thuộc vào:
a) Thời gian khuấy trộn;
b) Kiểu cánh khuấy;
c) Bản chất moi trường khuấy trộn;
d) Cả a và b.
10. Động lực học của quá trình khuấy trộn trong môi trường lỏng không phụ thuộc vào:
a) Khối lượng riêng của pha phân tán;
b) Độ nhớt của pha liên tục;
c) Kích thước tiểu phân các hoạt chất cần hoà tan;
d) Bản chất hoá học của pha liên tục.
11. Để trộn một hỗn hợp bột khô, chọn loại thiết bị:
a) Thiết bị nhào trộn (kneader);
b) Thiết bị trộn hình chữ V;
c) Thiết bị trộn có cánh khuấy mỏ neo;
d) Máy trộn có cánh khuấy chân vịt.
12. Thiết bị trộn có cánh khuấy hình chữ Z hoạt động theo nguyên tắc:
a) Đối lưu;
b) Hồi chuyển;
c) Trượt;
d) Trộn khuếch tán.
13. Sự phân ly hạt sau quá trình trộn khô là do:
a) Phân bố cỡ hạt;
b) Tỷ trọng hạt;
c) Thời gian trộn dài;
d) Khối lượng mẻ trộn lớn.
14. Công nghệ khuấy trộn nghiên cứu về:
a) Sự biến đổi của pha phân tán trong quá trình khuấy trộn;
b) Cấu tạo của thiết bị khuấy;
c) Hình dạng các loại cánh khuấy;
d) Không câu nào đúng;
15. Khuấy trộn là:
a) Quá trình hoà tan;
b) Quá trình hoá học;
c) Quá trình phân tán;
d) Không câu nào đúng.
16. Quá trình khuấy có thể thực hiện trong thiết bị:
a) Thùng khuấy hở;
b) Thùng khuấy có áp suất thấp;
c) Thùng khuấy có áp suất cao;
d) Câu nào cũng đúng.
17. Điều kiện của môi trường khuấy trộn được xác định bởi:
a) Nhiệt độ;
b) Áp suất;
c) Nồng độ pha phân tán;
d) Cả a, b, c.
18. Cánh khuấy tốc độ chậm được sử dụng để:
a) Khuấy trộn trong pha chế thuốc tiêm;
b) Khuấy trộn trong sản xuất thuốc mỡ;
c) Khuấy trộn trong môi trường có độ nhớt lớn;
d) Không câu nào đúng.
19. Phương chuyển động của cánh khuấy kiểu khung bản là:
a) Phương đường kính;
b) Phương của trục;
c) Phương bán kính;
d) Phương tiếp tuyến.
20. Pha chế hỗn dịch chọn loại cánh khuấy nào là thích hợp:
a) Cánh khuấy khung bản;
b) Cánh khuấy chân vịt;
c) Cánh khuấy tuốc bin;
d) Cánh khuấy mỏ neo;
21. Hoà tan chất rắn trong dung dịch, chọn loại cánh khuấy có phương chuyển động thích hợp là:
a) Phương bán kính;
b) Phương của trục;
c) Phương tiếp tuyến;
d) Phương của trục và phương bán kính.
22. Hiện tượng tạo phễu (Parabol) trong khi khuấy làm khí xâm nhập vào môi trường lỏng tạo bọt. Muốn phá bọt phải xử lý bằng cách:
a) Ngừng khuấy;
b) Khuấy chậm;
c) Giảm sức căng bề mặt môi trường khuấy trộn;
d) Thay cánh khuấy khác.
23. Một quá trình khuấy trộn tối ưu là quá trình có:
a) Thời gian trộn ngắn nhất;
b) Tiêu tốn ít (năng lượng cho khuấy trộn) nhất;
c) Đạt độ đồng nhất cao nhất;
d) Đạt độ đồng nhất và thời gian trộn thích hợp nhất.
24. Cơ chế nào không xảy ra trong thùng trộn:
a) Đối lưu;
b) Trượt;
c) Khuếch tán;
d) Hồi chuyển.
25. Hiệu quả của quá trình trộn trong thùng lập phương phụ thuộc:
a) Thời gian trộn;
b) Khối lượng mẻ trộn;
c) Tốc độ trộn;
d) a và b.
26. Khi trộn tá dược trơn trong thùng trộn, cốm có hiện tượng chảy không đều là do:
a) Thời gian trộn không đủ;
b) Tỷ trọng các loại bột trong hỗn hợp quá chênh lệch;
c) Khối lượng mẻ trộn quá lớn;
d) Tất cả các nguyên nhân trên.
27. Muốn tăng hiệu quả quá trình khuấy hoà tan:
a) Chọn cánh khuấy thích hợp, hiện đại;
b) Chọn cánh khuấy chân vịt;
c) Khuấy không tạo lõm xoáy parabol;
d) Tăng cường diện tích bề mặt tiếp xúc giữa pha liên tục và pha phân tán.
28. Quá trình nhào trộn bột tối ưu trên thiết bị trộn theo nguyên lý hồi chuyển phụ thuộc:
a) Mức độ hiện đại của máy trộn;
b) Thời gian nhào trộn;
c) Mức độ đồng nhất và độ chắc của khối bột;
d) Độ tăng tỷ trọng của khối bột.
29. Để duy trì tính đồng nhất của dịch bao trong thùng chứa dịch bao phim chọn loại cánh khuấy:
a) Cánh khuấy bản;
b) Cánh khuấy chân vịt;
c) Cánh khuấy tuốc bin;
d) Loại nào cũng sử dụng được.
30. Để pha được một hỗn hợp đồng nhất hai chất lỏng không hoà tan vào nhau chọn loại cánh khuấy:
a) Cánh khuấy kiểu mỏ neo;
b) Cánh khuấy kiểu hành tinh;
c) Cánh khuấy kiểu chân vịt;
d) Cánh khuấy kiểu tuốc bin.
31. Để tránh tạo lõm xoáy parabol khi pha chế một dung dịch có độ nhớt cao:
a) Sử dụng cánh khuấy kiểu chân vịt;
b) Đặt cánh khuấy lệch tâm;
c) Tăng tốc độ khuấy lên 3000 vòng/phút;
d) Giảm bớt độ nhớt của dung dịch bằng hoá chất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. KAXATKIN, Những quá trình và thiết bị cơ bản của ngành công nghệ hoá học, tập 3, NXB Giáo dục Hà Nội, 1996.
2. LEA và FEBIGER, The theory and Practice of industrial pharmacy, Philadelphia, 1996.
3. Michael E.Aulton, Pharmaceutics: The Science of Dosage Form Design 4. Nguyễn Văn Lụa, Các quá trình và thiết bị cơ học, Quyển 1: Khuấy – Lắng lọc
5. Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hoá chất, tập 2, NXB Khoa học và kỹ thuật. Hà Nội, 1978.
Bài 8