Моделирование атмосферной сублимационной сушки в аппаратах с активной гидродинамикой

• Автор: Корнеева, Анастасия Евгеньевна
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1. Требования, предъявляемые к фармацевтическим продуктам.

1.2. Сушка, как способ получения фармацевтических продуктов с заданными свойствами

1.2.1. Вакуумная сублимационная сушка.

1.2.2. Распылительная сублимационная сушка

1.2.3. Атмосферная сублимационная сушка как инновационный способ получения тонкодисперсных фармацевтических порошков

1.3. Математическое моделирование процесса сублимационной сушки.

1.3.1. Математические модели, описывающие замораживание в процессе сублимационной сушки.
1.3.2. Математические модели, описывающие тепло, массообмен вакуумного сублимационного обезвоживания в неподвижном слое.
1.3.3. Математические модели, описывающие тепло, массообмен атмосферной сублимационной сушки
1.3.4. Математические модели гидродинамики фонтанирующего
1.4. Постановка задачи исследования.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Методика и результаты эксперимента по изучению кинетики
сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме
2.2. Комплексный анализ свойств высушиваемых веществ
2.2.1. Определение поверхности и морфологии частиц
2.2.2. Определение размера частиц, кривой распределения по размерам
2.2.3. Определение остаточного влагосодержания
2.2.4. Определение пористости, структуры пор, распределения пор по размерам.
2.2.5. Определение сыпучести
2.2.6. Определение насыпной плотности.
2.3. Исследование гидродинамики фонтанирующего слоя.
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ.
3.1. Стратегия построения математической модели атмосферной сублимационной сушки с активной гидродинамикой
3.2. Уравнения движения гетерогенной среды с фазовыми переходами
ф 3.2.1. Особенности описания гетерогенных сред и принятые
допущения.
3.2.2. Уравнения сохранения массы, импульса, энергии для локального объема аппарата
3.3. Математическая модель гидродинамики фонтанирующего слоя
3.3.1. Основные положения, используемые при разработке математического моделирования гидродинамики фонтанирующего слоя .
3.3.2. Уравнения сохранения массы, импульса для аппарата фонтанирующего слоя.
3.3.3. Алгоритм решения системы уравнений модели гидродинамики.
3.4. Исследование гидродинамики фонтанирующего слоя на основе решения системы уравнений.
3.4.1. Исходные данные для решения системы уравнений
3.4.2. Определение основных гидродинамических параметров в исследуемых аппаратах, проверка на адекватность.
3.5. Описание тепло, массообмена, движущей силы атмосферной сублимационной сушки
3.5.1. Движущая сила атмосферной сублимационной сушки, проверка адекватности.
3.5.2. Допущения, принятые при описании тепло, массообмена
3.5.3. Система уравнений тепло, массообмена для аппарата фонтанирующего слоя.
3.5.4. Алгоритм решения системы уравнений
3.6. Исследование тепло, массообмена по уравнениям математической модели.
3.7. Результаты расчетов уравнений обобщенной модели аппарата атмосферной сублимационной сушки фонтанирующего слоя.
3.7.1. Алгоритм решения по обобщенной модели.
3.7.2. Результаты расчетов уравнений обобщенной модели.
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
4.1. Анализ энергетической эффективности.
4.2. Рекомендации по совершенствованию конструкции аппарата, технологическая схема процесса.
4.3. Экономическая эффективность процесса атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Блочный подход, примененный при моделировании процесса атмосферной сублимационной сушки, позволил описать кинетику сушки на уровне единичной частицы, гидродинамику, тепло и массообмен в аппарате. Математическая модель процесса записана на положениях механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики 2. Численное решение системы уравнений математической модели позволило исследовать гидродинамику фонтанирующего слоя в аппаратах двух типоразмеров, тепло, массообмен атмосферной сублимационной сушки, определить движущую силу процесса. Была проведена оценка условий устойчивой работы сублимационных аппаратов для материалов различного гранулометрического состава. В четвертой главе дан анализ энергетической эффективности процесса атмосферной сублимационной сушки в аппаратах с активным гидродинамическим режимом, проведено сравнение энергоэффективности процесса в сравнении с вакуумным сублимационным обезвоживанием в неподвижном слое, в результате чего была подтверждена преимущественная сторона предлагаемого способа. С учетом особенностей процесса, протекающего с большой интенсивностью удаления влаги из замороженного материала, что влечет значительное изменение массы слоя, были выданы рекомендации по усовершенствованию конструкции сушильного аппарата и технологической схемы для обеспечения устойчивой работы сублимационного аппарата. Проведено экономическое обоснование атмосферной сублимационной сушки в фонтанирующем слое. Работа была проведена в соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ в рамках РоссийскоПольского проекта ГК . РоссийскоШвейцарского проекта Р 3. Автор выражает глубокую благодарность руководителю работы д. Меньшутиной Н. В., сотрудникам и аспирантам научной группы, директору Института фармацевтической технологии Базельского университета профессору Г. Леуенбергеру за консультации и активную помощь в проведении экспериментальных исследований, а также аспирантам и сотрудникам, работающим под его руководством. ГЛАВА 1. В настоящей главе представлен обзор работ, посвященных новым и уже зарекомендовавшим способам сушки, применяемым для обработки термолабильных, легкоокисляющихся и нестабильных материалов, представляющих собой основную категорию продуктов фармацевтического производства. Рассмотрен процесс атмосферной сублимационной сушки не только в качестве необходимой технологической операции для удаления влаги, но и как способ, позволяющий получать продукты с заданными свойствами. Проанализированы математические модели процесса сублимационного обезвоживания при различных условиях проведения процесса. Несмотря на значительное развитие технологий в фармацевтической индустрии, внедрение мировых стандартов производства, качество продукции фармацевтического производства не всегда удовлетворительное. Разработка порошковых лекарственных препаратов, а затем и их производственное получение строится по методу проб и ошибок, на базе эмпирических корреляций 3. На сегодняшний день остро стоит проблема получения стабильных форм протеин содержащих лекарственных препаратов. Наметилась тенденция применения протеин содержащих препаратов не только для инъекционного назначения, но и в качестве препаратов для ингаляционного и трансдермального использования . Среди различных технологических процессов фармацевтического производства сушка является одной из наиболее значимых операций, как на начальных, так и на заключительных стадиях получения фармацевтических продуктов. Поэтому процесс сушки необходимый, прежде всего, для удаления влаги из материала и доведения его до заданного регламентом влагосодержания, может быть применен для придания необходимых свойств высушиваемым продуктам, получения дисперсных продуктов с заданной структурой и формой частиц 8. На сегодняшний день особенно актуально создание новых способов и соответствующего оборудования для обработки термочувствительных материалов с возможностью получения продукта с заданными свойствами. При этом первостепенной задачей при сушке материалов биологической природы остается сохранение исходных компонентов, питательной и терапевтической ценности, органолептических свойств продуктов.