Разработка высокотехнологичного процесса сушки в псевдоожиженном слое с использованием теплового насоса : на примере сушки фармацевтического протеина

• Автор: Гузев, Олег Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Технологии сушки фармацевтических материалов.

1.1.1. Вакуумная сублимационная сушка.

1.1.2. Сушка в пссвдоожиженном слое.

1.1.3. Распылительная сушка.

1.1.4. Атмосферная сублимационная сушка в псевдоожиженном слое.

1.2. Математическое моделирование процессов сушки в псевдоожиженном слое.

1.2.1. Математическое моделирование тепло и массообмена процесса атмосферной сублимационной сушки

1.2.2. Математическое моделирование гидродинамики псевдоожиженного слоя

1.3. Применение теплового насоса в процессах сушки для повышения качества продукта и снижения энергозатрат
1.3.1. Схема и принцип действия сушилки с тепловым насосом
1.3.2. Критерии энергетической эффективности сушилки
с тепловым насосом.
1.3.3. Преимущества использования теплового насоса
в процессах сушки
1.3.4. Схема сушки с двухстадийной компрессией рабочего тела
в цикле теплового насоса.
1.4. Постановка задачи исследования.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Свойства протеинов как объектов сушки
2.2. Технология атмосферной двухстадийной сушки в псевдоожиженном слое с тепловым насосом
2.3. Сушка прототипа фармацевтического протеина.
2.3.1. Описание и принцип действия экспериментальной установки .
2.3.2. Описание эксперимента и анализ экспериментальных данных.
2.4. Сушка чистого фармацевтического протеина.
2.4.1. Описание и принцип действия экспериментальной установки .
2.4.2. Описание эксперимента и анализ экспериментальных данных.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДВУХСТАДИЙНОЙ СУШКИ В ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ.
3.1. Уравнения движения гетерогенной среды с фазовыми переходами
3.1.1. Особенности описания гетерогенных сред и принятые допущения
3.1.2. Уравнения сохранения массы, импульса и энергии для локального объема аппарата.
3.2. Математическое моделирование гидродинамики
псевдоожиженного слоя.
3.2.1. Основные положения, используемые при моделировании гидродинамики псевдоожиженного слоя, и принятые допущения
3.2.2. Уравнения сохранения массы и импульса для аппарата псевдоожиженного слоя
3.2.3. Алгоритм решения системы уравнений модели гидродинамики
3.3. Движущая сила атмосферной сублимационной и тепловой сушки в
псевдоожиженном слое
3.4. Описание тепломассообмена сушки для аппарата
псевдоожиженного слоя.
3.5. Результаты расчета уравнений обобщенной математической модели двухстадийной сушки в псевдоожиженном слое
с тепловым насосом.
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ВЫБОРА УСЛОВИЙ СУШКИ НА ОСНОВАНИИ КАЧЕСТВА ПРОДУКТА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА Л
4.1. Создание исходного массива вариантов условий сушки.
4.2. Отбор из исходного массива вариантов, удовлетворяющих требованию к остаточному влагосодержанию продукта
4.3. Отбор вариантов, удовлетворяющих требованиям к цвету продукта
4.4. Отбор вариантов, удовлетворяющих требованиям к насыпной плотности продукта.
4.5. Отбор вариантов, удовлетворяющих всем требованиям к качеству продукта.
4.6. Оценка энергетической эффективности процесса сушки с тепловым насосом
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Численное решение уравнений математической модели позволило исследовать гидродинамику процесса сушки в псевдоожиженном слое с учетом сделанных допущений, рассчитать тепло и массообмен. Математическая модель была апробирована на экспериментальных данных по сушке прототипа фармацевтического протеина. Адекватность математической модели была проверена на экспериментальных данных по сушке чистого фармацевтического протеина. Полученные результаты свидетельствуют об адекватности математической модели. Четвертая глава посвящена разработке методики выбора условий двухстадийной сушки в псевдоожиженом слое с тепловым насосом на основании качества продукта и энергетической эффективности процесса. Оценка качества проводилась по таким качественным характеристикам продукта, как остаточное влагосодержание, цвет и насыпная плотность. Для оценки энергетической эффективности сушильной установки с тепловым насосом использовался критерий удельной скорости удаления влаги . В результате были найдены условия проведения двухстадийной сушки в псевдоожиженном слое, удовлетворяющие всем требованиям к качеству продукта и энергетической эффективности процесса. Работа выполнялась в соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦНТП Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научнотехнологического комплекса России на годы, ГК . Автор выражает глубокую благодарность руководителю работы к. Алвес С. В., руководителю научной группы, д. Меньшутиной Н. В., сотрудникам и аспирантам научной группы, а также профессору Норвежского университета науки и технологий дру АлвесФильо О. ГЛАВА 1. В данной главе приводится краткое описание, достоинства и недостатки традиционных и новых технологий сушки фармацевтических материалов. Проведен обзор математических моделей кинетики и гидродинамики процессов сушки в псевдоожиженном слое. Рассмотрен принцип действия сушильной установки с тепловым насосом, ее преимущества и недостатки, описаны основные критерии эффективности, а также приведены различные варианты технологических схем процесса сушки с тепловым насосом. Сушка в химикофармацевтической промышленности наиболее энергоемкий и трудоемкий технологический процесс, который в значительной степени определяет качество готового продукта, энерго и материалоемкость производства и уровень загрязнения окружающей среды. Большинство фармацевтических материалов как объектов сушки характеризуются такими свойствами, как высокое начальное влагосодержание, чувствительность к воздействию высоких температур и кислорода, чувствительность к величине остаточного влагосодержания. Также требования, предъявляемые к характеристикам готового продукта, накладывают ограничения при выборе метода обезвоживания материала. Кратко рассмотрим каждую из перечисленных технологий. При небольших объемах производства термолабильных материалов широко используется вакуумная сублимационная сушка . Процесс вакуумной сублимационной сушки продуктов химикофармацевтической промышленности протекает в основном в условиях среднего разряжения при температурах от 5 до С. Сушильная установка рис. Рис. К основным недостаткам вакуумной сублимационной сушки относятся периодичность, длительность процесса, его энергоемкость, сложность оборудования и высокая гигроскопичность высушенного материала. Основное преимущество сушки в псевдоожиженном слое по сравнению с сушкой в стационарном слое заключается в том, что в псевдоожиженном слое достигается очень тесный контакт газа и тврдой фазы, в результате чего значительно увеличивается интенсивность тепло и массообмена. В установках с псевдоожиженным слоем можно одновременно проводить несколько процессов сушку и обжиг, сушку и классификацию частиц по размерам, сушку и гранулирование и т. На рис. Совмещение процессов грануляции и сушки является экономически выгодным. К сожалению, в России доля гранулированных препаратов в общем объеме производства незначительна, поэтому специальное оборудование для микробиологического производства не разрабатывалось. Подобное оборудование представлено такими крупнейшими мировыми производителями сушилок, как компании , i, i и другие. Рис. На рис.