Реєстраційний номер
0219U101140,
0115U004710
, Науково-дослідна робота
Назва роботи
Гідродинаміка і тепломасообмін при зневодненні термолабільних розчинів в плівковому апараті
Назва етапу роботи
Керівник роботи
Костик Сергій Ігорович, Кандидат технічних наук
Дата реєстрації
13-05-2019
Організація виконавець
Видавничо-поліграфічний інститут КПІ ім. Ігоря Сікорського
Опис етапу
Наведено узагальнення отриманих результатів комп’ютерного моделювання фізичних процесів в роторно-дисковому плівковому випарному апараті. Плівкові апарати широко використовуються в фармацевтичній та біотехнологічній промисловості для концентрування термолабільних рідин. Однак оптимізація режиму роботи не може бути здійснена без встановлення особливості протікання фізичних процесів. Запропоновано комп’ютерну модель гідродинаміки, з урахуванням всіх конструкційних особливостей, початкових та граничних умов. Результати комп’ютерного моделювання дають можливість адекватно оцінювати ефективність використання роторно-дискового плівкового випарного апарату для концентрування термолабільних матеріалів. Встановлені особливості протікання фізичних процесів в обладнанні запатентованої конструкції, за допомогою комп’ютерного моделювання гідродинаміки у середовищі ANSYS використовуючи k-ε модель турбулентності.
В результаті моделювання отримані наступні дані: поля швидкостей газової та рідкої фази, напруження зсуву в рідині, зони інтенсивної турбулізації потоку, що є основними параметрами гідродинаміки роторно-дискового плівкового випарного апарату. Достовірність результатів забезпечується коректністю, повнотою та адекватністю фізичних припущень в постановці задачі та на етапі її розв’язку із застосуванням системи автоматизованого проектування ANSYS.
Проведені експериментальні дослідження на пілотному стенді, які дали можливість встановити оптимальні параметри процесу зневоднення термолабільних матеріалів. Отримано критеріальне рівняння тепловіддачі, яке можливо використовувати в методиці розрахунку тепло масообміну. Встановлено, що запропонована конструкція є ефективною альтернативою обладнання для концентрування розчинів. Отримані дані можуть бути використані при проектуванні тепломасообмінного обладнання для високоефективного зневоднення термолабільних матеріалів.
Опис продукції
Сучасні економічні реалії спонукають виробників до скорочення витрат на одиницю продукції та підвищення продуктивності виробничих ліній. Не є винятком і фармацевтична галузь, що має велику номенклатуру продукції, певні види якої є високоспецифічними і вимагають особливих умов. Зокрема це пробіотичні лікарські засоби, вакцини та гормони, які представлені у вигляді ліофілізату і є термолабільними речовинами. Зневоднення таких термолабільних речовин потребує пошуку нових технології та вдосконалення вже існуючих.
Основні способи зневоднення матеріалів не стійких до тривалої дії високих температур, які наразі використовуються в світовій практиці: сублімаційне сушіння, вакуумне сушіння, розпилювальне сушіння, сушіння в киплячому шарі, плівкові випарні апарати. В усіх типах апаратів де реалізуються запропоновані процеси є ряд негативних чинників, що призводить до дезінтеграції діючих речовин, а саме за рахунок високої температури, зміни агрегатного стану (заморожування при сублімації), а також за рахунок механічних пошкоджень викликаних напруженнями зсуву. В кожному конкретному випадку необхідно розглядати сукупну дію всіх вищеперерахованих негативних чинників. Апарати плівкового типу постають цікавою альтернативою, тому що температура зневоднення не перевищує температуру мокрого термометра, вони володіють розвиненою питомою поверхнею тепломасообміну, а також в них наявна можливість мінімізувати пошкодження живих клітин за рахунок напружень зсуву.
На основі зазначеної необхідності використання даного типу апаратів та їх високої ефективності авторами запропонована конструкція роторно-дискового плівкового випарного апарату (РДПВА). Працездатность конструкції РДПВА підтверджується представленими в НДР результами технологічних та конструкційних розрахунків, адекватними математичними та компютернимими моделями фізичних процесів. Доведено можливість використання РДПВА для зневоднення термолабільних матеріалів в фармацевтичній біотехнології.
Автори роботи
Додано/оновлено в НРАТ
2020-04-02
