Моделирование и разработка процесса получения нано- и микрочастиц диспергированием

• Автор: Лебедев, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Классические и инновационные методы диспергирования

1.1.1. Гидравлические методы диспергирования

1.1.2. Пневматический метод диспергирования

1.1.3. Ротационный метод диспергирования

1.1.4. Кавитационное диспергирование

1.1.5. Электростатическое диспергирование

1.1.6. Вибрационное диспергирование

1.1.7. Свистковое диспергирование

1.1.8. Приллеры
1.2. Структурообразование частиц в процессе распылительной
сушки
1.3. Ультразвуковой распыл
1.4. Методы математического моделирования в области диспергирования
1.4.1. Моделирование движущихся систем «газ - твердое»
1.4.2. Программные продукты (коммерческие)
1.5. Постановка задачи
2. Технология ультразвукового распыла
2.1. Устройство ультразвуковых форсунок SONO-ТЕК
2.2. Характеристики распыла и производительность ультразвуковых форсунок
2.3. Подбор геометрических характеристик ультразвуковых
форсунок
2.4. Определение начальной скорости капель при ультразвуковом диспергировании
3. Разработка математического описания процесса получения нано- и микрочастиц диспергированием

3.1. Модель непрерывной фазы
3.1.1. Модель гидродинамики непрерывной фазы
3.1.2. Модель турбулентности
3.1.3. Теплоперенос в непрерывной фазе
3.1.4. Диффузия парообразной влаги в непрерывной фазе
3.1.5. Граничные условия модели непрерывной фазы
3.2. Модель дисперсной фазы
3.2.1. Уравнение движения
3.2.2. Тепловой баланс дисперсной фазы
3.2.3. Массовый баланс дисперсной фазы
3.2.4. Начальные условия модели дисперсной фазы
3.3. Учёт влияния дисперсной фазы на непрерывную
3.4. Алгоритм расчёта
3.5. Численные методы решения
3.6. Построение расчётной сетки
4. Разработка конструкции сушильной камеры и выбор технологических параметров процесса
4.1. Геометрия модели конструируемой сушильной камеры
4.2. Параметры расчета
4.3. Анализ конструкции сушильной камеры на основании результатов расчетов по уравнениям модели
4.3.1. Анализ влияния конструкции сушильной камеры на степень налипания влажных частиц
4.3.2. Анализ влияния скорости сушильного агента на степень налипания влажных частиц
4.3.3. Анализ влияния скорости сушильного агента на налипание частиц разных размеров
4.4. Подбор технологических параметров процесса
4.4.1. Геометрия модели с циклоном и параметры расчёта

4.4.2. Исследование работы системы сбора готового продукта на основании результатов расчетов по уравнениям модели
4.4.3. Определение скорости, температуры и относительной влажности сушильного агента
4.5. Проектирование лабораторной установки
5. Экспериментальные исследования на установке собственной конструкции
5.1. Технологическая схема установки
5.2. Методика работы с экспериментальной установкой
5.3. Параметры проведения эксперимента по получению микрочастиц декстрана и микроинкапсулированных частиц ПВП
5.4. Результаты эксперимента
5.5. Проверка адекватности модели
5.6. Получение микроразмерных молекулярных сит
Выводы по работе
Список литературы
Приложение
Приложение

увеличении скорости газового потока в распылительной камере происходит искривление первоначальной сферической формы капель (рис. 1.116).
Другим важным параметром при получении микро- и нано- частиц распылительной сушкой является температура сушки. При испарении растворителя происходит охлаждение поверхностного слоя капли и возникает градиент температур между внутренними и пограничными слоями капли. Это вызывает возникновение в поверхностных слоях локальных потоков растворителя и, как следствие, приводит к появлению градиента поверхностного натяжения (рис. 1.11в, рис. 1.12). Твердые включения переносятся локальными потоками на периферийные участки капли. При большом градиенте температур концентрация твердой фазы в центре капли значительно падает, что может вызвать разрыв жидкости в ее центре -образуется тор.
При применении распылительной сушки, совмещенной с золь-гель технологией, для получения микро- и наночастиц морфология последних будет зависеть от исходного перенасыщенного раствора (т.е. от количества и размеров центров кристаллизации), скорости сушильного агента (то есть от времени пребывания в аппарате, скорости удаления растворителя) и температуры сушки. Процесс распылительной сушки может проходить с одновременным пиролизом частиц. В этом случае возможно получение частиц со строго заданными размерами пор, лежащих в микро- и нанометровом масштабе.
Получение микро- и наноструктурированных пористых кремневых частиц с определенной внутренней структурой является актуальной задачей, поскольку такие материалы могут использоваться в фармацевтике, в качестве катализаторов, в хроматографии, при производстве диэлектриков, пигментов, в микроэлектронике и электрооптике.
На рисунке 1.13 представлены изображения готовых наночастиц (1.13а) и их поверхности (1.136), полученные при помощи сканирующего электронного микроскопа.