Коэффициент увеличения объема вода

Расчет расширительного бака для отопления

Как известно, подавляющее большинство веществ в природе обладает свойством расширяться с повышением температуры. Соответствующей характеристикой служит коэффициент теплового расширения, отображающий изменение объема среды либо линейных размеров тела при нагреве на 1 °С в условиях постоянного давления (в первом случае говорят о коэффициенте теплового объемного, во втором – линейного расширения).

Рис. 1. Зависимость объема воды от температуры

Коэффициент температурного расширения воды

С увеличением температуры коэффициент объемного теплового расширения воды изменяется неравномерно (рис. 1): в диапазоне от 0 до 4 °С объем воды и вовсе уменьшается (эта особенность играет важную роль в природных водоемах), при дальнейшем нагреве значение коэффициента меняется так, как показано в табл. 1.

Температура воды, °C	Коэффициент объемного теплового расширения, К -1
5–10	0,53·10- 4
10–20	1,50·10 -4
20–40	3,02·10 -4
40–60	4,58·10 -4
60–80	5,87·10- 4

Вот, что это означает на практике. Примерный объем воды в системе отопления индивидуального дома тепловой мощностью 30 кВт составляет 450 л (в ориентировочных расчетах допускается принять 15 л/кВт). В табл. 2 приведены расчеты, показывающие, что при нагреве с 5 до 80 °C увеличение этого объема составит порядка 13 л.

Температура воды, °C	Коэффициент объемного теплового расширения, К -1	Увеличение объема, л
5–10	0,53·10 — 4	0,119
11–20	1,50·10 — 4	0,675
21–40	3,02·10 — 4	2,718
41–60	4,58·10 — 4	4,122
61–80	5,87·10 -4	5,283
		Итого: 12,917 (2,87 %)

Чтобы принять дополнительный объем жидкости, образующийся при ее нагревании, систему отопления оснащают расширительным баком (экспанзоматом). Раньше в этом качестве широко использовались открытые (с доступом атмосферного воздуха) резервуары, размещаемые в верхней точке системы – как правило, на чердаке дома. Такое решение, хотя применяется и сегодня, не соответствует современным требованиям к элементам отопительных систем, и предпочтение отдано мембранному расширительному баку: его можно устанавливать в любом месте дома (в том числе – непосредственно в котельной), в нем не происходит попадания кислорода в теплоноситель (т.е. исключается основной фактор коррозии оборудования), а рабочая жидкость не теряется из-за испарения.

Если в открытой системе отопления тепловое расширение воды приводит к увеличению ее объема с перемещением образующегося «излишка» в расширительный бак, то в замкнутом трубопроводе результатом окажется повышение давления.

Значение Δp прямо пропорционально коэффициенту теплового расширения и обратно пропорциональна коэффициенту объемного сжатия воды (зависит от давления, в диапазоне 1–25 бар – 49,51∙10 -11 Па, в гидравлических расчетах принимают равным 4,9 ∙10 -10 Па):

Представленные в табл. 3 результаты расчетов показывают, каким значительным является увеличение давления при нагреве воды на 75 °C в замкнутом трубопроводе – в разы выше давления разрушения полнобиметаллического радиатора, не говоря уже о других элементах отопительной системы. Поправка на деформацию труб и оборудования уменьшит это значение, но не изменит ситуации кардинально.

Температура воды, °C	Коэффициент объемного теплового расширения, К -1	Увеличение давления, бар (1 бар = 0,1 МПа)
5–10	0,53·10 -4	5,41
11–20	1,50·10 -4	30,61
21–40	3,02·10 -4	123,26
41–60	4,58·10 -4	186,93
61–80	5,87·10 -4	239,59
		Итого: 346,21

Конструкция расширительных баков

Помимо обязательности расширительного бака, полученные цифры показывают важность его правильного подбора (при недостаточном объеме неизбежно разрушение мембраны ), а также необходимость компенсации теплового расширения воды в замкнутом трубопроводе даже при относительно небольшом перепаде температур. Например, аварийная ситуация может возникнуть в системе холодного водоснабжения квартиры при самопроизвольном нагреве поступившей воды до комнатной температуры и закрытом кране на вводе.

Существуют две основные конструкции мембранных расширительных баков. Наиболее простая – с диафрагменной (лепестковой) мембраной, наглухо зафиксированной в месте соединения полукорпусов. Такие модели имеют меньшую стоимость и применяются достаточно широко, однако обладают недостатками, основные из которых – контакт теплоносителя с материалом корпуса и невозможность ремонта при повреждении мембраны. Баки второго типа оборудуется сменной мембраной – баллонной либо сферической, помещаемой в корпус через горловину с фланцем ( рис. 2 ). Они ремонтопригодны, исключают коррозию металлических стенок от соприкосновения с рабочей средой, характеризуются более полным заполнением внутреннего пространства корпуса (полезный объем), чем экспанзоматы с диафрагменной мембраной.

Pис. 2. Конструкция расширительных баков со сменной мембранойVRV

Принцип работы у мембранных баков обоих типов одинаковый: внутренний объем резервуара разделен эластичной перегородкой на две полости – воздушную и водяную. При нагреве жидкости в системе и увеличении ее объема происходит заполнение водяной полости с растяжением мембраны и сжатием газа (воздуха или азота) в пространстве между ней и корпусом. При остывании теплоносителя имеют место обратные процессы – сжатие жидкости и мембраны, расширение газа.

Давление воздушной подушки настраивается таким образом, чтобы при неработающей системе отопления статическое давление теплоносителя в ней было компенсировано, и мембрана находилась в равновесном состоянии (подробнее читайте в статье о расчете и размещении мембранного бака). Обычно в продажу мембранные расширительные баки поступают с предварительно настроенным давлением в 1,5 бара. Для возможности регулирования и поддержания предварительного давления мембранный бак оснащают ниппелем.

Материалами для изготовления мембран в настоящее время служат различные эластомеры – натуральная каучуковая (используется при изготовлении баков для холодного водоснабжения) и синтетическая резина – бутиловая, стирол-бутадиеновая (SBR), нитрил-бутадиеновая (NBR), а также этилен-пропилен-диен-мономер (EPDM), хорошо зарекомендовавший себя в инженерных системах различного назначения. Мембраны из EPDM эластичны, термостойки, гигиеничны и долговечны (ресурс оценивается в 100 тыс. циклов динамического нагружения), поэтому широко применяются в баках для отопления и водоснабжения, включая питьевое. В нормально работающих системах отопления мембраны экспанзоматов не подвержены резким динамическим воздействиям (изменение объема теплоносителя происходит достаточно плавно), поэтому основными требования к ним являются термическая стойкость и долговечность. EPDM как нельзя лучше отвечает этим критериям.

Производство мембран расширительных баков нормируются европейским стандартом DIN 4807-3 «Расширительные емкости, мембраны из эластомеров для расширительных баков. Технические требования и испытания» (Expansion vessels; elastomer membranes; requirements and testing).

На рис. 3 показаны сменные мембраны из EPDM. Их крепление к фланцу бака осуществляется с помощью контрфланца с приваренным присоединительным штуцером и дырчатым рассекателем струи по центру. В случае порыва мембраны (если такое все же произошло) ее несложно извлечь, чтобы заменить на новую или отремонтировать (повреждение можно заклеить самостоятельно или обратиться в ближайший шиномонтаж для вулканизации).

Рис. 3. Сменные EPDM-мембраны для расширительных баков

Корпус мембранного расширительного бака, как правило, изготавливают из пластичной углеродистой стали методом холодной глубокой штамповки с последующей покраской эпоксидной эмалью. Внутреннюю поверхность экспанзоматов со сменной мембраной обычно не окрашивают, и чтобы исключить риск ее коррозии при выпадении конденсата, в воздушную полость на заводе закачивают химически нейтральный азот.

Как правило, вертикальные баки емкостью от 50 л оборудуют опорами-ножками для напольной установки. Модели меньшего объема (обычно – до 35 л включительно) подвешивают непосредственно на трубопровод или крепят к стене с помощью специальных кронштейнов (консолей).

Таблица 4. Технические характеристики расширительных баков VALTEC

Характеристика	Значение
Рабочая температура, °С	От –10 до +100
Максимальное рабочее давление, бар	5
Заводское давление газовой камеры (преднастройка), бар	1,5
Материал корпуса	Сталь углеродистая с окраской эпоксидным полиэстером красного цвета
Материал мембраны	EPDM
Тип мембраны	Сменная
Срок службы при соблюдении паспортных условий эксплуатации, лет	25

Удобный монтаж экспанзоматов в системах мощностью до 44 кВт обеспечивает группа безопасности расширительного бака VT.495 (рис. 4), представляющая собой полую стальную оцинкованную консоль с фланцем для крепления к стене и предустановленным комплектом сантехнических устройств из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра. Имеются также два резьбовых патрубка – для подключения группы к системе и подсоединения расширительного бака. Габариты консольной группы безопасности позволяют подвешивать непосредственно к ней расширительные баки размером до 50 л включительно.

Рис. 4. Группа безопасности расширительного бака VT.495

Важным и полезным аксессуаром для расширительных баков систем отопления и ГВС является также разъемный сгон-отсекатель VT.538, позволяющий отсоединять мембранные баки от трубопровода без его опорожнения.

Источник

Концентрированные растворы в фармацевтической технологии. Определение, расчеты, изготовление.

Концентрированные растворы — это недозированный вид аптечной заготовки, который применяется для приготовления лекарственных форм с жидкой дисперсионной средой, путем разведения или в смеси с другими лекарственными веществами.

Содержание статьи:

Определение концентрированных растворов

Концентрированные растворы — это рабочие растворы лекарственных веществ в определенно большей концентрации, чем эти вещества прописываются в рецептах, в расчете на соответствующее разведение водой до указанной в рецепте концентрации. Их обычно называют «концентратами».

К концентратам относят также концентрированные экстракты из некоторых лекарственных растений, изготовленные на фармацевтических производственных предприятиях: экстракты валерианы, горицвета, пустырника и др.

Концентраты предназначены для быстрого и качественного изготовления жидких лекарственных форм.

Применение концентрированных растворов имеет ряд преимуществ по сравнению с приготовлением микстур из сухих веществ:

• облегчается работа фармацевта,
• повышается качество
• ускоряется отпуск лекарственных препаратов больным.

Основные правила изготовления

При приготовлении концентрированных растворов следует избегать концентраций, близких к насыщенным, так как при понижении температуры раствора возможно выпадение осадка растворенного вещества. Рекомендуется изготавливать растворы – концентраты из веществ гигроскопичных, выветривающихся, содержащих значительное количество кристализационной воды.

В связи с тем что концентрированные растворы могут явиться средой для развития микроорганизмов, их следует готовить в асептических условиях на свежеперегнанной воде очищенной. Все применяемые вспомогательные материалы, а также посуда для их приготовления и хранения должны быть предварительно простерилизованы, а полученные растворы обязательно профильтрованы (а не процежены).

Концентрированные растворы после приготовления подвергают полному химическому контролю (подлинность, количественное содержание действующих веществ). Все приготовленные концентрированные растворы записывают в лабораторный журнал, а на этикетке сосуда, в котором они хранятся, отмечают: название и концентрацию раствора, номер серии и анализа, дату приготовления.

В аптеках концентрированные растворы готовят в таких количествах, которые могут быть использованы в течение установленных для них сроков годности. Предельные сроки хранения для отдельных растворов установлены в зависимости от их стойкости от 2 до 30 дней.

Если раствор является средой для размножения микроорганизмов, то срок его хранения невелик, например, 5 и 20 %-ные растворы глюкозы хранят в течение двух суток. С увеличением концентрации раствора глюкозы до 40 и 50 % срок его хранения увеличивается до 15 суток. Последнее связано с тем, что повышается осмотическое давление раствора, что снижает условия выживания микроорганизмов.

Изменение цвета, помутнение растворов, появление хлопьев, налетов — признак их непригодности, даже если срок годности не истек.

Приготовление концентрированных растворов.

Концентрированные растворы готовят массо-объемным методом с использованием мерной посуды. Необходимое количество воды можно рассчитать, используя коэффициенты увеличения объема или значение плотности раствора-концентрата.

Пример №1

Например, необходимо приготовить 1 л 20 %-ного (1:5) раствора калия бромида.

1. Приготовление раствора с использованием КУО.

Если учесть коэффициент увеличения объема, равный для калия бромида 0,27 мл/г, то объем, занимаемый 200,0 г калия бромида, равен 54 мл (200,0•0,27), тогда воды для приготовления раствора необходимо 946 мл (1000 мл — 54 мл).

В подставку отмеривают 946 мл свежепрокипяченной (охлажденной) воды очищенной и растворяют в ней 200,0 г калия бромида.

Раствор фильтруют в склянку из темного стекла с притертой пробкой, проверяют на подлинность, чистоту и количественное содержание, наклеивают этикетку с обозначением названия и концентрации раствора, даты его приготовления, номеров серии и анализа.

Пример №2

2. Расчет массы лекарственного вещества

N.B. Лекарственные вещества (кристаллогидраты) отвешивают с учетом фактического содержания влаги.

Например, необходимо приготовить 1 л 50 %-ного раствора глюкозы (влажность 10 %). Глюкозу отвешивают с учетом фактического содержания в ней влаги, количество которой рассчитывают по формуле:

где а — количество безводной глюкозы, указанное в прописи, г;

b — содержание влаги в глюкозе, %.

X=(500*100)/100-10 = 555.55 г

В мерную колбу наливают небольшое количество горячей воды, растворяют 555,5 г глюкозы. После полного растворения вещества и охлаждения раствор доводят водой до объема 1 л и фильтруют.

Проводят полный химический анализ (подлинность, чистота, количественный состав).

Пример №3

3. Расчет объема воды с использованием плотности раствора

Требуется изготовить 1л 50% раствора кальция хлорида.

Плотность 50% раствора кальция хлорида 1,207 г/мл, и 1л этого раствора имеет массу 1207г (1000*1,207). Масса кальция хлорида для изготовления 1л раствора – 500г, следовательно, масса воды составит 707 г (1207 – 500) или 707мл при плотности воды очищенной 1г/мл.

Исправление концентрации раствора

В зависимости от результата количественного анализа концентрированные растворы соответственно разбавляют водой или укрепляют добавлением сухого лекарственного вещества до необходимой концентрации.

Пример №4

1. Если раствор оказался крепче требуемого, его необходимо разбавить водой до нужной концентрации, количество которой рассчитывают по формуле:

где Х — количество воды, необходимое для разбавления приготовленного раствора, мл;

А — объем приготовленного раствора, мл;

B — требуемая концентрация раствора, %;

С — фактическая концентрация раствора, %.

Например, следовало приготовить 3 л 20 %-ного (1:5) раствора калия бромида. Анализ показал, что раствор содержит 23 % лекарственного вещества. Используя приведенную выше формулу, находят количество воды, необходимое для разбавления раствора:

Х = 3000*(23-20)/20 = 450 мл

Пример №5

1. Если раствор оказался слабее требуемого, его необходимо укрепить добавлением лекарственного вещества, количество которого рассчитывают по формуле:

где Х — количество сухого вещества, которое следует добавить для укрепления раствора, г;

А — объем приготовленного раствора, мл;

B — требуемая концентрация раствора, %;

С — фактическая концентрация раствора, %;

d — плотность раствора необходимой концентрации.

Например, следовало приготовить 1 л 20 %-ного раствора калия бромида. Анализ показал, что раствор содержит 18 % лекарственного вещества (что так же, как и в первом случае, не соответствует допустимым нормам отклонений).

Используя приведенную выше формулу, находят количество калия бромида:

Х = 1000*(20-18)/100*1,44-20 = 21,18 г,

то есть для укрепления раствора необходимо добавить 21,18 г калия бромида. После укрепления раствора его снова фильтруют и анализируют.

Концентрированные растворы после их разбавления или укрепления следует проанализировать повторно.

Допустимые отклонения концентрации в растворах, которые содержат вещества до 20 % включительно, составляют ±2 % от обозначенной; в растворах с концентрацией 20 % и выше — ±1%.

Приготовление жидких лекарственных форм с использованием концентрированных растворов и сухих лекарственных веществ

Очень важным вопросом при приготовлении жидких лекарственных форм массо-объемным методом является определение общего объема, который рассчитывают суммированием всех объемов жидких ингредиентов В общий объем входят: растворитель, водные и спиртовые растворы лекарственных веществ, настойки, жидкие экстракты и все другие прописанные жидкости, которые выписываются в рецептах в миллилитрах.

Если необходимо установить объем жидких лекарственных форм, в состав которых входят вязкие, летучие, а также жидкости с большей плотностью, учитывают их плотность. Количество сухих веществ при определении общего объема не учитывается.

При определении общего объема необходимо учитывать способ прописывания растворителя.

Пример №6

Rp.: Natrii hydrocarbonatis 2,0

Tincturae Valerianae 6 ml

Sirupi simplicis 10 ml

Aquae purificatae 200 ml

Misce. Da. Signa. По 1 столовой ложке 3 раза в день

В приведенной прописи указано количество растворителя. В этом случае расчет общего объема микстуры производится суммированием объемов жидких ингредиентов:

200 мл воды очищенной + 6 мл настойки валерианы + 10 мл сиропа сахарного, что составит 216 мл.

Микстуру можно приготовить с использованием концентрированного раствора натрия гидрокарбоната 5%-ного (1:20).

Расчет: Раствора натрия гидрокарбоната 5% (1:20) 20•2,0 = 40 мл

Воды очищенной 200 – 40 = 160 мл

ППК

Aquae purificatae 160 ml

Solutionis Natrii hydrocarbonatis 5% (1:20) 40 ml

Sirupi simplicis 10 ml (или 13,0)

Tincturae Valerianae 6 ml

Пример №7

Если количество растворителя указано «до определенного объема », то жидкие ингредиенты включаются в объем водного раствора.

Rp.: Nartii hydrocarbonatis 2,0

Tincturae Valerianae 6 ml

Sirupi simplicis 10 ml

Aquae purificatae ad 200 ml

1. D. Signa.По 1 столовой ложке 3 раза в день

Общий объем микстуры в данном случае равен 200 мл. Количество воды очищенной:

200 — (40 + 6 + 10) = 144 мл.

ППК

Aquae purificatae 144 ml

Solutionis Natrii hydrocarbonatis 5% (1:20) 40 ml

Sirupi simplicis 10 ml (или 13,0)

Tincturae Valerianae 6 ml

Необходимо обратить внимание, что в микстуре прописан сироп сахарный по объему, но так как это вязкая жидкость, дозировать его можно и по массе с учетом плотности, которая равна 1,3 г/мл (то есть вместо 10 мл сиропа отвешивают 1,3•10 = 13,0 г).

Что касается настойки валерианы, то ее отмеривают пипеткой или мерным цилиндром и добавляют в последнюю очередь к готовой микстуре. Это объясняется тем, что при добавлении спиртовых растворов к водным происходит выделение нерастворимых в воде веществ.

N.B. Основные правила при приготовлении микстур из концентрированных растворов:

• в первую очередь во флакон для отпуска отмеривают воду очищенную, затем концентрированные растворы ядовитых и сильнодействующих веществ, а затем концентрированные растворы лекарственных веществ общего списка в порядке их выписывания в рецепте;
• микстуры не процеживают и готовят сразу во флаконе для отпуска.

Учитывая все эти требования по выше приведенной рецептурной прописи, микстуру готовят следующим образом:

В отпускной флакон отмеривают 160 мл воды очищенной, затем сюда же отмеривают 40 мл 5%-ного раствора натрия гидрокарбоната, 10 мл сиропа сахарного и в последнюю очередь 6 мл настойки валерианы. Флакон укупоривают и оформляют к отпуску.

При отсутствии концентрированных растворов микстуры готовят с учетом процентного содержания сухих лекарственных веществ в общем объеме раствора.

Пример №8

1. Если в состав жидкой лекарственной формы входят сухие лекарственные вещества в суммарном количестве до 3 %, концентрированные растворы которых отсутствуют, то их растворяют в отмеренном количестве прописанной воды или другой жидкости без учета КУО.

Rp.: Analgini 3,0

Kalii bromidi 4,0

Tincturae Belladonnae 8 ml

Tincturae Valerianae 10 ml

Aquae purificatae 200 ml

Misce. Da. Signa. По 1 столовой ложке 3 раза в день

Опалесцирующая микстура, в состав которой входят сильнодействующие вещества (анальгин и настойка красавки, приготовленная на 40 % спирте), светочувствительное вещество калия бромид и настойка валерианы, приготовленная на 70 % спирте.

Проверку разовых и суточных доз анальгина и настойки красавки осуществляют путем сравнения их с высшими разовыми и суточными дозами для приема внутрь

Общий объем микстуры: 200 мл + 10 мл + 8 мл = 218 мл.

3,0 г анальгина (концентрат которого отсутствует) в объеме 218 мл составят:

х = 1, 7 %, то есть меньше 3% .

При растворении 3,0 г анальгина (КУО = 0,68 мл/г) объем увеличится на 2,04 мл (0,68•3,0 = 2,04).

Для микстуры объемом более 200 мл отклонение от нормы допускается ±1%. Для объема 218 мл это отклонение составит 2,18 мл.

Как видно, отклонение в объеме, который занимает 3,0 г анальгина, не превышает допустимой нормы, так как 2,18 мл больше, чем 2,04 мл. Поэтому в таких случаях КУО не учитывают.

Расчет: Раствора калия бромида 20 % (1:5) 5•4 = 20 мл

Воды очищенной 200 — 20 = 180 мл

В подставку отмеривают 180 мл воды очищенной, в которой растворяют 3,0 г анальгина. Раствор процеживают в отпускной флакон и добавляют сначала 20 мл 20 %-ного раствора калия бромида, затем 8 мл настойки красавки, в последнюю очередь — 10 мл настойки валерианы. Укупоривают и оформляют к отпуску.

Пример №9

1. Жидкие лекарственные формы с содержанием сухих веществ в суммарном количестве 3 % и более готовят с использованием концентрированных растворов или в мерной посуде или объем воды, требуемый для растворения сухих веществ, определяют путем расчета, учитывая КУО.

Rp.: Solutionis Calcii chloridi 5% 200 ml

Glucosi 60,0

Natrii bromidi 3,0

Misce. Da. Signa. По 1 столовой ложке 3 раза в день

Микстура — раствор, в состав которого входит светочувствительное вещество — натрия бромид, сильно гигроскопическое вещество — кальция хлорид и глюкоза, прописанная в концентрации больше 3%.

Микстуру готовят, используя концентрированные растворы. Кальция хлорид — сильно гигроскопическое вещество, расплывающееся на воздухе до консистенции сиропообразного раствора.

Пользоваться кристаллическим кальция хлоридом неудобно (кристаллы мокрые и пачкают весы; при взвешивании нет уверенности в точном дозировании, так как неизвестно содержание в данной соли гигроскопической воды). Во избежание порчи лекарственного вещества и неточной дозировки кальция хлорида из него готовят концентрированный раствор 50 или 20 %-ный, который применяют для приготовления жидких лекарственных препаратов. Раствор устойчив и хорошо сохраняется длительное время.

Расчет:

1)Раствора кальция хлорида 50 % (1:2) 10,0•2 = 20 мл

2)Раствора глюкозы 50 % (1:2) 60,0•2 = 120 мл

3)Раствора натрия бромида 20 % (1:5) 3,0•5 = 15 мл

4)Воды очищенной 200 – (20 + 120 + 15) = 45 мл

Во флакон для отпуска отмеривают 45 мл воды очищенной, 20 мл 50 %-ного концентрированного раствора кальция хлорида, 120 мл 50 %-ного концентрированного раствора глюкозы, 15 мл 20 %-ного концентрированного раствора натрия бромида.

В случае отсутствия концентрированного раствора глюкозы количество растворителя рассчитывают, используя коэффициент увеличения объема для глюкозы. При растворении 60,0 г глюкозы объем раствора увеличится на 41,4 мл (0,69•60 = 41,4). Поэтому количество воды очищенной для получения 200 мл раствора будет равным

123,6 мл (200 – 20 – 15 – 41,4 = 123,6).

В 123,6 мл подогретой воды растворяют 60,0 г глюкозы, раствор охлаждают, процеживают во флакон для отпуска и добавляют рассчитанное количество концентрированных растворов кальция хлорида и натрия бромида.

Источник