автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование атмосферной сублимационной сушки в аппаратах с активной гидродинамикой

На правах рукописи

Корнеева Анастасия Евгеньевна

МОДЕЛИРОВАНИЕ АТМОСФЕРНОЙ СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ В АППАРАТАХ С АКТИВНОЙ ГИДРОДИНАМИКОЙ

05.17.08 Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева.

Научный руководитель

Доктор технических наук, профессор Меньшутнна Наталья Васильевна

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, доцент Ефремов Герман Иванович

Кандидат технических наук Цуканов Вектор Алексеевич

Ведущая организация

ВНИИ "Синтезбелок"

Защита диссертации состоится «29» декабря 2005 г. в 11 часов в Конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.204.03 в РХТУ им. Д.И. Менделеева по адресу: 125047, г. Москва, Миусская пл., д. 9.

С диссертацией можно ознакомиться в Научно-информационном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат диссертации разослан «28» ноября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ^ _

Шг

Д 212.204.03 Женса А.В.

224$ 033

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ОБЩАЯ

Актуальность работы. Сублимационная сушка, широко применяемая в химико-фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности, не имеет альтернативы по качеству высушиваемых продуктов. Благодаря тому, что процесс проводится при отрицательных температурах, удается максимально сохранить все полезные и ценные компоненты, первоначальную форму и размер, структуру высушиваемых продуктов. Данный способ применяется для сушки термочувствительных, легкоокисляющихся, нестабильных в жидком состоянии фармацевтических препаратов и биопродуктов Наряду с неоспоримыми преимуществами сублимационного обезвоживания существуют и некоторые недостатки, среди которых необходимо отметить высокие капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с обеспечением вакуума, энергоемкость процесса, его продолжительность и не всегда удовлетворительное качество сухого продукта (образование «пирога», необходимость в дополнительном измельчении и так далее).

Поэтому предлагаемый в работе способ атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме выступает в качестве альтернативы классическому сублимационному обезвоживанию в вакууме, обеспечивая интенсивный тепло- и массоперенос, снижение продолжительности процесса, получение качественно новых наноструктурированных дисперсных продуктов с заданными структурой и свойствами.

Несмотря на огромный экспериментальный и теоретический опыт, накопленный в России и за рубежом, до сих пор нет единого мнения о механизме тепло- массопереноса сублимационной сушки при атмосферном давлении, что затрудняет разработку аналитических методов исследования и объясняет применение эмпирических моделей для конкретных задач. Однако в связи с тем, что процесс относится к энергоемким и требует больших эксплуатационных затрат, а высушиваемые продукты имеют высокую стоимость, не всегда возможно проведение экспериментальных исследований. Помимо этого для предлагаемого п олжна быть решена

¿

проблема устойчивости.

Решение приведенных проблем невозможно без детального понимания гидродинамической обстановки в аппарате и тепло- и массообмена процесса. С учетом вышеперечисленного, задача математического моделирования атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме более чем актуальна.

В соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ в рамках Российско-Польского проекта ГК № 41.700.12.0075. а также в рамках Российско-Швейцарского проекта SCOPES № 7IP 62613.

Цель работы заключается в разработке технологии сублимационной су шки в активном гидродинамическом режиме для получения фармацевтических порошков с заданными свойствами.

Дтя достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научно-технические задачи'

исследование кинетики, гидродинамики процесса атмосферной сублимационной сушки в аппаратах фонтанирующего слоя, аналитические исследования свойств высушиваемых продуктов;

разработка математической модели для описания атмосферной сублимационной сушки в аппарате фонтанирующего слоя;

разработка программного обеспечения для расчета изменения параметров газовой и дисперсной фаз по высоте аппарата с течением времени;

выявление условий устойчивой работы атмосферных сублимационных установок с активной гидродинамикой

Научная новизна. Показана и теоретически обоснована возможность получения качественно новых фармацевтических продуктов способом атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме

Разработана математическая модель атмосферной сублимационной сушки в аппарате фонтанирующего слоя на основе положений механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики. Математическая модель позволяет исследовать гидродинамический и температурный режимы и рассчитать параметры газовой и дисперсной фаз по высоте аппарата, определить движущую силу атмосферного сублимационного обезвоживания в первом периоде сушки.

Сделаны рекомендации по созданию энерго- и ресурсосберегающей технологии получения фармацевтических порошков, усовершенствованию конструкции атмосферных сублимационных установок.

Практическая ценность. Проведены исследования кинетики и гидродинамики процесса сублимационной сушки в аппаратах двух типоразмеров, выявлены закономерности влияния параметров процесса на продолжительность сушки и качество получаемых продуктов.

Проведены аналитические исследования свойств высушиваемых материалов.

На основе математического описания атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме разработано программное обеспечение, которое позволяет рассчитать процесс сушки при варьируемых параметрах сушильного агента для различных конструкций аппаратов, а также подобрать режимы устойчивой работы аппаратов.

Представлен анализ энергетической эффективности процесса с применением динамических критериев эффективности. Проведено сравнение энергетической эффективности процесса атмосферной сублимационной сушки относительно вакуумной сублимационной сушки в полочных сушилках.

Апробация. Основные результаты диссертационной работы были доложены на международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-2002»», Тамбов, 2002 г.; «Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии МКХТ-2002», Москва, 2002 г.; 27ой Международной выставке-конгрессе по химической технологии, защите окружающей среды и биотехнологии «АСНЕМА-2003», Франкфурт-на-Майне, 2003 г.; 16ом Международном конгрессе по химической технологии, Прага, 2004 г.; 2ой Международной научно-практической конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)», Москва, 2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения,

4 глав, заключения, списка использованной литературы из_наименований.

Общий объем работы составляет_страниц печатного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена и обоснована актуальность поставленной задачи.

В первой главе приводятся теоретические основы процесса сублимационной сушки при атмосферном давлении, а также обзор способов реализации и аппаратурного оформления процесса с присущими им достоинствами и недостатками.

Рассмотрены особенности тепло- и массообмена атмосферной сублимационной сушки в фонтанирующем слое и основные закономерности гидродинамического режима.

Проведен литературный обзор математических моделей, описывающих тепло- и массообмен сублимационной сушки, гидродинамику процесса.

Во второй главе описаны экспериментальные и аналитические исследования (рис. 1), которые включали:

■ изучение кинетики атмосферной сублимационной сушки в аппаратах двух типоразмеров с активной гидродинамикой различных исследуемых веществ, оценку влияния внешних параметров на интенсивность сушки;

■ комплексный анализ свойств высушиваемых веществ;

■ изучение гидродинамического режима процесса, для этого был исследован ряд модельных дисперсных материалов различного гранулометрического состава и плотности в аппаратах двух типоразмеров. При этом оценивалось влияние таких параметров, как скорость воздуха на входе в аппарат, масса загружаемого материала.

Сублимационная сушка материалов с одновременным снятием кинетики и непрерывным онлайновым контролем параметров проводилась в модифицированных аппаратах MiniGlatt и GPCG 1 1 (компания Glatt Gmbh. Германия) для получения тонкодисперсных порошков.

Процесс состоит из двух стадий: подготовительной стадии распыления -замораживания высушиваемого раствора и сублимационной сушки замороженных частиц. На подготовительной стадии водный раствор высушиваемого вещества с концентрацией 10-20%, распыляемый с помощью ультразвуковой форсунки в противотоке холодного воздуха, мгновенно замерзает Температура в камере составляет -60°С.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ И АНАЛИТИЧЕСКИЕ

ИССЛЕДОВАНИЯ

КИНЕТИКА

Аппарат I Аппарат II

Влияние параметров

- скорости воздуха.

- температуры воздуха- температуры материала

- начального вла го содержания

- дисперсности материала

Исследуемые вещества

- лекарственные вещества Интерферон 3-аденозигй_-метионин

- вспомогательные вещества Маннитол

Декстран Лактоза

- пищевые продукты Экстракт кофе Апельсиновый сок

АНАЛИЗ СВОЙСТВ ВЫСУШИВАЕМЫХ ВЕЩЕСТВ

ГИДРОДИНАМИКА

Поверхность, морфология частиц (MIRA/LHM)

Средний диаметр, распределение частиц по размерам (MasterSizerX)

Влагосодержание (Mettler Toledo LP 16)

Пористость, структура, распределение пор по размерам

(Porosimeter 2000, Carlo Erba) Сыпучесть Насыпная плотность

Аппарат I Аппарат II

Влияние параметров

- скорости воздуха

- плотности материала

- массы загрузки

- дисперсности материала

Исследуемые материалы

- Целлюлоза -Лактоза

- Маннитол

Рис. 1. Схема экспериментальных и аналитических исследований

Замороженные твердые частицы имеют правильную шарообразную форму и размер порядка 150 мкм.

Стадия сублимационной сушки замороженных частиц происходит в активном i идродинамическом режиме при атмосферном давлении, что позволяет значительно интенсифицировать тепло- и массоперенос, и состоит из двух периодов: постоянной и падающей скорости. Температура материала составляет около -20°С.

Для определения количества удаленной влаги в течение процесса и построения кинетики сушки устанавливали влагосодержание воздуха на входе и выходе из аппарата путем измерения температур точки росы.

С помощью современного аналитического оборудования были проведены исследования характеристик высушенных продуктов, в результате которых были определены:

размер и форма частиц,

средний диаметр и распределение частиц по размерам, пористость, структура, кривая распределения пор по размерам, влагосодержание,

сыпучесть, насыпная плотность дисперсного продукта.

На основании аналитических исследований было получено, что средний диаметр частиц замороженного продукта составил около 150 мкм и практически не изменялся в течение процесса. На рис. 2 показана частица (а) и поверхность частицы (б) высушенного маннитола.

Рис 2 Частица (а) и поверхность частицы (б) высушенного маннитола

Исследование гидродинамической обстановки проводилось в аппаратах \iiniGlatt и СтРСй 11, на базе которых были созданы сублимационные установки,

В качестве дисперсного материала была взята целлюлоза с различной дисперсностью, средним диаметром частиц 1000, 700 и 350 мкм, гранулированная лактоза со средним диаметром частиц 125 мкм, предварительно полученная на установке СРСв 1.1, а также сублимационно высушенный дисперсный маннитол со средним диаметром частиц 150 мкм

В ходе эксперимента варьировались: тип материала, масса загружаемой в аппарат партии продукта, скорость воздуха на входе в аппарат.

В результате экспериментального исследования гидродинамики было установлено, что гидродинамический режим отвечает фонтанирующему слою, и были подобраны параметры устойчивого фонтанирования.

На рис. 3 приведены фотографии режима фонтанирования дисперсной целлюлозы с размером частиц 1000 мкм с массой загрузки 500 г в аппарате МЫЮ1аи при различных скоростях входящего воздуха.

д е

Рис. 3 Режим фонтанирования дисперсной целлюлозы при скоростях воздуха на входе в аппарат, м/с: а - 1 63 . 6-18, в-2 3, г-2 68, д- 3 05, е - 3 39

В результате экспериментального исследования гидродинамики были полечены зависимости высоты слоя от скорости входящего воздуха для частиц различного размера, плотности и массы загрузки материала На рис. 4 приведены зависимости высоты фонтана дисперсной целлюлозы с диаметром частиц 1000 мкм от скорости входящего воздуха для массы загружаемого материала от 500, 250, 100 г.

2 о з

н ♦

о о? ♦ Рис. 4. График зависимости

2 и"' 4 . ♦ 5G0 г r т

33 • •250 г высоты фонтана от скорости

п. 100 г

и 1 входящего воздуха в аппарате

MimGlatt

0 * 0 12 3 4

Скорость, м/с

Экспериментальные исследования позволили выявить влияние параметров процесса на качество продукта, длительность процесса, подобрать устойчивые режимы работы аппаратов.

Третья глава посвящена математическому моделированию атмосферной сублимационной сушки в аппарате с активной гидродинамикой и проверке результатов моделирования на адекватность.

Математическая модель процесса атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме была построена на базе термогидромеханических уравнений для гетерогенной смеси, занимающих локальный объем аппарата.

В основе математического описания лежат уравнения сохранения массы, импульса и энергии, записанные для газовой и дисперсной фаз. На микроуровне были описаны движущая сила процесса атмосферной сублимационной сушки и процессы на границе раздела фаз.

Для описания гидродинамики во всем объеме аппарата с учетом конструкционных особенностей была использована система уравнений математической модели аппарата фонтанирующего слоя, разработанная сотрудниками кафедры. Система уравнений включает уравнения для зон ядра и кольца фонтанирующего слоя, начальные и граничные условия, а также дополнительные соотношения, замыкающие систему.

Были подобраны коэффициенты и выражения для разработанной ранее системы уравнений с целью описания частиц микроразмеров. На основании обзора и анализа литературных данных были найдены зависимости силы и коэффициента сопротивления, выражения тепло- и массоотдачи для сушки микрочастиц в фонтанирующем слое.

Для решения системы уравнений математической модели был построен алгоритм и численная схема.

Уравнения сохранения массы газовой и дисперсной фаз в зонах ядра и кольца

= (1)

С1\

ах

= , (3)

а\

(4)

Уравнения движения газовой и дисперсной фаз в зонах ядра и кольца вдоль оси х:

. <1 . йРя

=-а2я~ + Р1я/ип-Р2И8 , (7)

- <> ■ ЛРк

= ~аь ~Г + Р2> f■ь,-Pь.g (9)

а\ ах

Уравнение скорости движения газовой фазы вдоль ось у:

^аы6я2(Ря-РК) (Ю)

а\

Уравнение состояния газовой фазы'

р, = р'!„ят , рк = Р°1ккт (П)

Дополнительные соотношения:

а„+а:, = 1, р,^р"паи , (12)

/ш = - ^-П'Ри^ а2! \и11х ~и2!х\(°11\ ~и2!\}а21

=(0.63,^г . Л, = Сякпй чр1!н (1 - Са°2*3) '°1ях , сж =10-\ С = 5

Граничные условия:

- на входе:

^ + Ри-й^-Л .г, = , 'ж. + /Д-Л, = 0 , (13)

р* = Р* = Р** , и,* = 0 , = О , о3ю = 0 , а,к = 0.4 , а!я =

- на высоте фонтана:

Л-=/•/,.• + А А,Л 'х^Нр = , 02«с = ¿'кг = 0 , где С¡2 - коэффициент сопротивления при взаимодействии несущей фазы с частицами; с1 - диаметр, м; /як - сила взаимодействия между зонами ядра и кольца, Н/м; /12 - сила взаимодействия между несущей фазой и частицей, И; F - площадь сечения, м2; Г/ - массовая сила, действующая на фазу, Н/кг; С - массовый расход, кг/с: Р - давление, Па; Яе - критерий Рейнольдса; а - объёмная доля фазы; р- средняя плотность фазы, кг/м-5: р° - истинная плотность фазы, кг/м"5; х - время, с; и - скорость, м/с; I - я, к; 1. 2 - газовая, дисперсная фазы; х,у - оси координат; вх, вых - на входе и выходе из аппарата; А - средний.

Численное решение системы уравнений математической модели позволило исследовать стационарный гидродинамический режим и определить основные параметры слоя при варьируемых значениях скорости входящего воздуха, дисперсности, плотности для различных исследуемых материалов.

На рис. 5 показан профиль скоростей газовой и дисперсной фаз по высоте аппарата для частиц дисперсной целлюлозы с диаметром 1 ООО мкм при загрузке 500 г, со скоростью воздуха на входе 1.5 м/с.

скорость воздуха 8 ядре скорость частиц в ядре скорость воздуха в кольце скорость частиц в кольце

Рис. 5. Изменение скоростей газовой и дисперсной фаз по высоте слоя в зонах ядра и кольца

О 0 02 0 04 0 06 0.03 0.1 0 12

Высота, м

Расчет тепломассообменных характеристик проводился по системе уравнений математической модели с учетом фазовых переходов для всего ряда исследуемых веществ в первом и втором аппаратах.

Для расчета коэффициентов тепломассоотдачи были использованы уравнения (14, 15):

Ми я = 2.0 + 0. б Яе/' - Ргя'п , Мик = 0.42 + 0.35 Яе™, (14)

Ми,. ■ В п Ми ■ А

где Ми - критерий Нуссельта; Д - коэффициент массоотдачи, м/с; Д - коэффициент теплоотдачи, кВт/м2-К; О - коэффициент диффузии в газе. м~/с; / - коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К); д - диффузионный.

Результаты расчета коэффициентов тепло- и массоотдачи в зонах ядра и кольца по высоте фонтанирующего слоя для процесса атмосферной сублимационной сушки дисперсного маннитола с диаметром частиц 150 мкм, начальным влагосодержанием 85%, плотностью 959 кг/м3, скоростью воздуха на входе 0,5 м/с для аппарата МтЮ1аП приведены на рис. 6, 7.

Высота, м

о 8

Высота, м

Рис. 6. Коэффициенты тепло- и массоотдачи в зоне ядра

Ь 2

¥ К

3 £ 0.35-;.

6 И 0-345-

Высота, м Высота, м

Рис. 7. Коэффициенты тепло- и массоотдачи в зоне кольца

Результаты расчета подтверждают интенсивный тепломассообмен в течение процесса. Причем наибольшее значение коэффициентов достигается в ядре слоя.

Расчет движущей силы процесса сушки проводился на основе энтропийного анализа:

С \ ( г I (' "V

,, и, и, . 7 1 (и?- и,)

Х= Ш-Ш. +1---+ ^-и~

[т, Т]) \Т, Т2) 2Т\ ' ^

где Т - температура, К; X - термодинамическая движущая сила; и - химический потенциал, Дж/кг; г - энтальпия, Дж/кг.

По результатам оценки значимости составляющих движущей силы процесса атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме на основании поставленных экспериментов было определено, что наибольшее влияние оказывают составляющие концентрационной и температурной неравновесности, при этом температурная составляющая увеличивает движущую силу в отличие от тепловой сушки. Была проверена адекватность этого выражения для различных продуктов.

Скорость сушки была определена по результатам тепло- и массоотдачи и движущей силы процесса. В течение процесса, благодаря интенсивному тепломассообмену, происходит значительное изменение массы слоя в аппарате. В связи с этим для предотвращения уноса частиц возникает необходимость регулирования скорости воздуха, поступающего в аппарат.

Проверка адекватности математической модели процессу осуществлялась по экспериментальным данным, полученным в результате гидродинамических и кинетических исследований в аппаратах Мгпг&аИ и СРСв 1 1 и в сублимационных установках, созданных на их базе.

В четвертой главе проведен анализ энергетической эффективности процесса с использованием динамического критерия энергетической

эффективности, отражающего степень использования подводимой энергии: -^- (1Г)

С? -Т*) ' У '

где Д#су6л - энтальпия сублимации льда Дж/кг; Дт - масса удалённой влаги за время Ат, г; Ср - теплоемкость, Дж/кг-К; Ее - мгновенная энергетическая эффективность; ос - окружающая среда.

Были получены кривые анализа энергетической эффективности атмосферной сублимационной сушки маннитола в аппарате с фонтанирующим слоем Максимальное значение энергетической эффективности составило Е£ ~ 0 35 Дополнительно было проведено сравнение энергетической эффективности атмосферной сублимационной сушки в фонтанирующем слое с энергетической эффективностью вакуумной сублимационной сушки, в полочных сушилках.

По проведенному расчету был сделан вывод о том, что процесс атмосферной сублимационной сушки в аппарате с фонтанирующим слоем более энергоэффективен (ев = 0.35) по сравнению с полочной вакуум-сублимационной сушкой (б£ = 0.12) Активный массоперенос наблюдается в интервале от 20 мин до 120 мин. С понижением скорости сушки происходит снижение энергетической эффективности.

На основании расчетов уравнений математической модели атмосферной сублимационной сушки тонкодисперсных порошков в активном гидродинамическом режиме была рекомендована конструкция аппарата и технологическая схема Преимуществом рекомендованной конструкции стало расширение верхней зоны аппарата для предотвращения уноса частиц микроразмера. Предлагаемая конструкция аппарата позволяет-

■ создать устойчивый гидродинамический режим;

■ предотвратить унос частиц из слоя, прилипание на фильтр и, как следствие, неэффективную сушку продукта;

■ сушить частицы минимального размера, порядка 10-150 мкм;

■ снизить частоту регулирования скорости воздуха.

Дпя предложенной технологической схемы был проведен анализ экономической эффективности процесса, который показал, что затраты на удаление 1 кг влаги способом атмосферной сублимационной сушки ниже в сравнении с вакуумной сублимационной сушкой в полочных сушилках

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1 Предложен новый способ сушки и получения тонкодисперсных порошков- атмосферная сублимационная сушка с активной гидродинамикой.

2. Предлагаемый способ атмосферной сублимационной сушки в аппаратах с активной гидродинамикой является инновационным и имеет следующие преимущества: интенсивный тепло- и массообмен, а соответственно высокую скорость удаления влаги, благодаря активному гидродинамическому режиму; малое время процесса; отсутствие вакуума, снижение стоимости процесса, легкость обращения, возможность перехода на непрерывный режим; лучший контроль влагосодержания и температуры высушиваемых продуктов; сохранение первоначальной структуры и активных веществ.

3. Проведен комплекс экспериментальных и аналитических исследований, позволивший выявить влияние данного способа сушки на формо- и структурообразование частиц и качество высушиваемых продуктов.

4. На основании положений механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики разработана математическая модель процесса, которая позволяет рассчитать параметры атмосферной сублимационной сушки в фонтанирующем слое для тонкодисперсных порошков.

5. Решение уравнений математической модели позволило определить параметры процесса по высоте аппарата для различных типов материалов и оценить условия устойчивой работы аппарата.

6. На основании проведенного анализа энергетической эффективности процесса атмосферной сублимационной сушки и вакуумной сублимационной сушки в полочных сушилках показано преимущество первого способа сушки.

7. Были выданы рекомендации по новой конструкции сушильного аппарата и технологической схеме, а также сделано ее экономическое обоснование.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Корнеева А.Е., Пучков М.Н, Войновский A.A., Меныиутина Н.В. Моделирование процесса сушки вымораживанием в распылительной сушилке // XV Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях»: сб. трудов. - Тамбов, 2002. - Т. 10. - С. 49.

2. Корнеева А.Е., Пучков М.Н,, Войновский A.A., Меныиутина Н.В. Моделирование процесса сушки вымораживанием в сушилке

псевлоожиженного слоя П Международная конференция молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2002»: матер, конф,- М., 2002. - С 42-44 3 Goncharova S V, Korneeva А Е, Menshutina N V Modeling of freeze drying in the dryer with active hydrodynamics H PRESTO Conference, proceedings of conference - 2003. - abstract № 355.

4. Корнеева AE, Войновский А А., Меныиутина HB Моделирование процесса сушки вымораживанием в аппарате с активной гидродинамикой Ч XVI Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях»: сб. трудов - С-Пб., 2003. - С. 191.

5 Korneeva А Е Puchkov MN, Voynovskiy А А , Menshutinci N V, Leuenberger Н Modelling of freeze drying in fluidized bed dryer // 27 International Exhibition-Congress on Chemical Engineering, Environmental Protection, and Biotechnology (ACHEMA-2003): proceedings of congress - Frankfurt am Main, Germany, 2003 6. Menshutina NV Goncharova S.V, Korneeva AE State-of-the-art of freeze drying // Xth Drying Symposium: proceedings of symposium - Lodz, Poland, 2003 -P. 86-87.

7 Корнеева AE, Меныиутина HB, Пучков MH, Бойцовский A A Леуенбергер Г Моделирование процесса сушки вымораживанием в сушилке псевлоожиженного слоя // Изв. ВУЗов, Сер. Хим. и хим. технология - Иваново. 2004. - Т 47, №. 3-С. 50-54.

8 Korneeva AE Goncharova SV, Menshutina NV, Leuenberger H Model development of atmospheric freeze drying in fluidized bed / 16lh International Congress of Chemical and Process Engineering CHISA'2004: proceedings of conferencc - Prague, Czech Republic, 2004. - P. 1310

9 Korneeva 4 E, Goncharova S V Menshutina N V, Leuenberger H Modeling of freeze drying in fluidized bed // 14lh International Drying Symposium (IDS 2004): proceedings of symposium - Sao Paulo, Brazil, 2004. - V. A. - P. 680-686

10 Korneeva AE Goncharova S F Menshutina NV Leuenberger H Atmospheric spray freeze drying with fluidized bed of mannito! 4 International Meeting on Pharmaceutics. Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology: proceedings of meeting - Nuremberg, Germany, 2004. - P. 303-304.

11 Корнеева AE Гордиенко МГ, Войновский AA, Сидоркин OB Меныиутина HB Инновационные методы биологических препаратов для

фармацевтической индустрии // 3-ий Международный конгресс «Биотехнология -состояние и перспективы развития»: мат. конгр. - М., 2005. - Т. 1. - С. 346.

12. Korneeva А.Е., Gordienko M.G., Goncharova S.V, Menshutina N V. Fundamental approach to modeling of drying process with active hydrodynamics // 3rd Nordic Drying Conference: proceedings of conference - Karlstad, Sweden, 2005.

13. Корнеева AE, Меныиутина HB, Лгуенбергер Г Моделирование атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме // 2-ая Международная научно-практическая конференция «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов)»: тр. конф. - М., 2005. - Т. 2. - С. 244 - 247.

14 Korneeva A., Menshutina N, Leuenberger Н, Plitzko М Modelling and design of atmospheric freeze-drying in spouted bed // 7th World Congress of Chemical Engineering: proceedings of congress - Glasgow, Scotland, 2005. - P. 149. 15. Корнеева AE, Менъшутина H.B., Леуенбергер Г. Моделирование атмосферной сублимационной сушки в фонтанирующем слое // ТОХТ -М., 2005. - Т. 39, № 6. - С. 629 - 633.

Змии МХ_Объем 1.0 пл._Тираж 100 экз.

Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева

IP 22 947

РНБ Русский фонд

2006-4 26998

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 слоя.

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.

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.

Химико-фармацевтическая индустрия на сегодняшний день одна из наиболее развивающихся отраслей промышленности. Постоянно повышающиеся требования к качеству производимой продукции, подталкивают к разработке и внедрению инновационных и совершенствованию уже существующих технологических процессов.

Фармацевтическое производство включает целый ряд взаимосвязанных операций, среди которых сушка - один из самых распространенных промышленных процессов на различных производственных стадиях, имеющий огромное значение для качества обрабатываемых продуктов. Для фармацевтических продуктов, в б ольшинстве своем представляющих термолабильные, легкоокисляющиеся, нестабильные вещества, требуются особые условия переработки, что зачастую делает не приемлемыми тепловые способы сушки. Вследствие воздействия положительных температур может происходить изменение структуры вещества, ухудшение цвета, аромата, а также потеря терапевтической и питательной ценности продукта.

Наиболее щадящим, а порой единственно возможным способом обезвоживания биологически активных продуктов является сублимационная сушка. Данный способ сочетает преимущества двух известных способов обезвоживания - замораживание и сушку в вакууме. При замораживании нежелательные изменения свойств продукта минимальны, а удаление замороженной влаги при последующей сушке позволяет хранить продукты при нерегулируемой температуре окружающей среды. Повышение интенсивности сублимации льда обычно достигается понижением давления над материалом. Таким образом, проводимая при отрицательных температурах, сублимационная сушка как никакой другой способ позволяет максимально сохранить исходную структуру и свойства высушиваемых продуктов, избежать недостатков тепловых способов обработки.

Однако вакуумные сублимационные сушилки характеризуются высокой стоимостью, большими эксплуатационными расходами и сложностью обслуживания, недостаточно интенсивным тепло- и массопереносом и как следствие значительной продолжительностью процесса, сутки и более, а также не всегда удовлетворительным качеством готового продукта. Проблема качества высушиваемого продукта, заключается в спекании продукта, образовании корочки верхнего слоя, необходимости в дополнительных операциях по измельчению, приводящих к загрязнению продукта, потере свойств.

В связи с вышеперечисленным актуальна задача совершенствования процесса сублимационной сушки с целью его интенсификации, снижения как капитальных, так и эксплуатационных затрат, улучшения качества перерабатываемых продуктов.

Диссертационная работа представлена в четырех главах и посвящена разработке новой технологии атмосферной сублимационной сушки в активном гидродинамическом режиме для получения фармацевтических порошков.

В первой главе диссертационной работы рассмотрены способы сублимационного обезвоживания, сравнение вакуумной сублимационной сушки с тепловыми способами, их преимущества и недостатки в аспекте качества и свойств высушиваемых продуктов. Проведен анализ литературных данных по возможности интенсификации процесса сублимационной сушки, среди которых: увеличение поверхности контакта фаз, путем достижения минимальной дисперсности частиц, проведение процесса при атмосферном давлении, организация сушки в активных гидродинамических режимах. Сделан вывод о том, что способ атмосферной сублимационной сушки дисперсных материалов представляет собой альтернативу классическому и широко распространенному способу сублимационного обезвоживания в вакууме.

Большое внимание уделяется особенностям тепло- и массообмена вакуумного и атмосферного сублимационного обезвоживания в неподвижном слое и активных гидродинамических режимах, соответственно. Дан обзор математических моделей сублимационной сушки тепло- и массообмена, гидродинамики.

Вторая глава посвящена экспериментальным исследованиям атмосферной сублимационной сушки и комплексному анализу свойств высушиваемых продуктов, направленных на изучение кинетики и гидродинамики процесса, а также оценку качества высушиваемых продуктов.

Экспериментальные исследования были проведены в рамках Российско-Швейцарского проекта в Институте фармацевтической технологии Университета г. Базель (Швейцария) под руководством профессора Г. Леуенбергера.

Комплекс экспериментальных и аналитических исследований различных продуктов, среди которых лекарственные препараты, вспомогательные вещества, пищевые продукты, позволил выявить влияние параметров атмосферной сублимационной сушки на формо- и структурообразование частиц, качество высушиваемых продуктов, длительность процесса, устойчивость режима работы аппаратов.

Третья глава посвящена математическому моделированию атмосферной сублимационной сушки в фонтанирующем слое. В основу математического описания легли основные принципы и стратегия системного анализа к математическому моделированию химико-технологических систем и процессов, разработанных академиком В.В. Кафаровым [1]. 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 Российско-Польского проекта ГК № 41.700.12.0075, а также в рамках Российско-Швейцарского проекта SCOPES №71Р 62613.

Автор выражает глубокую благодарность руководителю работы д.т.н., профессору Меныпутиной 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.

- 10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Предложен новый способ сушки и получения тонкодисперсных порошков: атмосферная сублимационная сушка с активной гидродинамикой.

2. Предлагаемый способ атмосферной сублимационной сушки в аппаратах с активной гидродинамикой является инновационным и имеет следующие преимущества: интенсивный тепло- и массообмен, а соответственно высокую скорость удаления влаги, благодаря активному гидродинамическому режиму; малое время процесса; отсутствие вакуума, снижение стоимости процесса, легкость обращения, возможность перехода на непрерывный режим; лучший контроль влагосодержания и температуры высушиваемых продуктов; сохранение первоначальной структуры и активных веществ.

3. Проведен комплекс экспериментальных и аналитических исследований, позволивший выявить влияние данного способа сушки на формо- и структурообразование частиц и качество высушиваемых продуктов.

4. На основании положений механики гетерогенных сред и неравновесной термодинамики разработана математическая модель процесса, которая позволяет рассчитать параметры атмосферной сублимационной сушки в фонтанирующем слое для тонкодисперсных порошков.

5. Решение уравнений математической модели позволило определить параметры процесса по высоте аппарата для различных типов материалов и оценить условия устойчивой работы аппарата.

6. На основании проведенного анализа энергетической эффективности процесса атмосферной сублимационной сушки и вакуумной сублимационной сушки в полочных сушилках показано преимущество первого способа сушки.

7. Были выданы рекомендации по новой конструкции сушильного аппарата и технологической схеме, а также сделано экономическое обоснование.

1. Кафаров В.В., Дорохов КН. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии. М., Наука, 1976. - 298 с.

2. Кафаров В.В., Дорохов И.Н., Кольцова Э.М. Системный анализ химической технологии. Энтропийный и вариационный методы неравновесной термодинамики в задачах химической технологии. — М., Наука, 1988.-367 с.

3. Leuenberger Н., Lariz М. Pharmaceutical Powder Technology from Art to Science: the challenge of FDA's PAT initiative // Advanced Powder Technology. -2005.-V. 16/1.

4. Wang W. Lyophilization and development of solid protein pharmaceuticals // International Journal of Pharmaceutics. 2000. - V. 203, P. 1 - 60.

5. Pikal M. Freeze-drying of proteins: process, formulation and stability // Formulation and Delivery of Proteins and peptides: materials of symposium. -1994.-P. 20- 133.

6. Голубев Л.Г., Сажин B.C., Валашек E.P. Сушка в химико-фармацевтической промышленности. — М., Медицина, 1978. — 272 с.

7. Пасет Б.В., Воробьева В.Я. Основы технологии сублимационной сушки антибиотиков // Технология химико-фармацевтических производств и антибиотиков: сб. трудов. С. 402-411.

8. Гинзбург А. С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. -М., Пищевая промышленность, 1973. 528 с.

9. Сублимационная сушка пищевых продуктов растительного происхождения./Под ред. Пановского В.Г. М., Пищевая промышленность, 1975.-335 с.

10. Татоп Н., Ishizaka Н. Preparation of organic mesoporous gel by supercritical/freeze drying// 11th International Drying Symposium: proceedings of symposium 1998. - V. C. - P. 1756-1763.

11. Татоп H., Ishizaka H., Yamamoto Т., Suzuki T. Freeze Drying for Preparation of Aerogel-like Carbon // Drying Technology. 2001. - V. 19/2. - P. 313-324.

12. Galle C. Effect of drying on cement-based materials pore structure as identified by mercury intrusion porosimetry: a comparative study between oven-, vacuum, and freeze-diying // Cement and Concrete Research. 2000. - V.31. - P. 1467-1477.

13. Carapelle A., Henrist M, Rabecki F. A study of vacuum freeze-drying of frozen wet papers //drying Technology. 2001. - V. 19:6. - P. 1113 - 1124.

14. Чернов H.E., Шебанова C.T., Городецкий И.П. Сушка лекарственныхпрепаратов из растительного сырья сублимацией в вакууме // Холодильная техника, 1979. С. 59 - 62.

15. Пассет Б.В., Воробьева В.Я. Технология химико-фармацевтических препаратов и антибиотиков. М.: Медицина, 1977.

16. Алмаши Э., Эрдели Л, Шарой Т. Быстрое замораживание пищевых продуктов. М., Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 407 с.

17. Genin N., Rene F. Influence of freezing rate and the ripeness state of fresh courgette on the quality of freeze dried products and freeze drying time // Journal of food engineering. 1996. - V. 29/2. - P. 201-209.

18. Kobayashi A., Shirai Y., Nakanish K., Matsuno R. A method for making large agglomerated ice crystals for freeze concentration // Journal of food engineering. — 1996.-V. 27/1.-P. 1-15.

19. Ping C., Xiao D.C., Free K.W. Measurement and data interpretation of the freezing point depression of milks // Journal of food engineering. — 1996. V. 30/1-2.-P. 239-253.

20. Лыков A.B. Тепломассообмен. M., Энергия, 1971. - 560 с.

21. Lombrana J. I., Zuazo I., Ikara J. Moisture diffusitivity behavior during freeze-drying under microwave heating power application // Drying technology. -2001.-V. 19/8.-P. 1613-1627.

22. Drouzas A.E., Shubert H. Microwave application in vacuum drying of fruits // Journal of food engineering. 1996. - V. 28/2. - P. 203-209.

23. Uddin M.S., Hawlader M.N., Hui X. A comparative study on heat pump, microwave and freeze drying of fresh fruits // 14th International Drying Symposium: proceedings of symposium 2004. - V. C. - P. 2035 - 2042

24. Камовников Б. П., Малков Л. С., Воскобойников В. А. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов. (Основы теории, расчёт и оптимизация). М., Агропромиздат, 1985.

25. Бабицкая Н.А. Разработка процесса атмосферной сублимационной сушки для продуктов животного происхождения. Дисс. канд. техн.наук. М., 1990.

26. Kpemoe И.Т., Николаенко C.B., Шевцов А.А., Антипов C.T. Оптимизация непрерывнодействующей сублимационной сушилки // Холодильная техника, 1979.

27. Constantino H.R. and all. Protein spray-freeze drying. Effect of atomization conditions on particle size and stability // Pharmaceutical Research. 2000. -V. 17/11.-P. 1374- 1383.

28. Chou S.K., Chua K.J. New hybrid drying technologies for heat sensitive foodstuffs // Trends in Food Science and Technology. 2001. - V. 12, P. 359 - 369.

29. Лыков A.B., Грязное A.A. Молекулярная сушка. M., Пищепромиздат, 1956.-С. 268.

30. Лыков А.В. Теория сушки. М., Энергия, 1968.

31. Гинзбург А.С., Смольский Б.М., Гисина К.Б. О механизме тепло- и массообмена при сублимации в условиях вакуума. Тепло и массообмен при фазовых и химических превращениях/Под ред. Лыкова А.В., Смольского Б.М. — Минск., Наука и техника, 1968. С. 20 - 33.

32. Гинзбург А. С. Тепло- и массоперенос. М., Госэнергоиздат, 1963. - Т. 3.

33. Каухчешвили Э.И. Консервирование мяса и мясопродуктов методом обезвоживания в жидких средах в условиях вакуума. М., 1979. — 43 с.

34. Гуйго Э.И., Журавская Н.Н., Кахучешвили Э.И. Сублимационная сушка в пищевой промышленности. М., Пищевая промышленность, 1972. - 434 с.

35. Meryman Н. Т. // Science 1959. - V. 130, Р. 628-629.

36. Woodward Н. Т. Freeze drying without vacuum // Food Engineering. 1963. — V.35.-P. 95-97.- 12746. Lewin L.M., Mateles R.I. II Food technology. 1962. V. 16, P. 94-96.

37. Liapis A.I., Pikal M.J., Bruttini R. Research and development needs and opportunities in freeze drying // Drying Technology. 1996. - P. 1265-1300.

38. Araki Т., Sagara Y., Abdullan K., Tambunart A.H. Optimum heating temperature of cellular food materials undergoing freeze-drying // Drying technology.-2001.

39. Ratti C. Hot Air and Freeze-drying of High-value foods: a review // Journal of food Engineering. 2001. - V. 49. - P. 311 -319.

40. Kudra T. Mujumdar A. S. Advanced drying technologies. Marcel Dekker Inc., New York, Basel, 2002. - 459 p.

41. Gardiner G. E. and all. Comparative Survival Rates of Human-Derived Probiotic Lactobacillus paracasei and L. salivarius Strains during Heat Treatment and Spray Drying // Applied and Environmental Microbiology 2000 - V. 66, №. 6, P. 2605-2612.

42. Jovanovich N and all. Stabilisation of Proteins in Dry Powder Formulations Using Supercritical Fluid Technology // Pharmaceutical Research. 2004. -V. 21/11.-P. 1955-1969.

43. Tsapis N., Bennett D., Jackson В., Weitz D.A., Edwards D.A. Trojan particles: Large porous carriers of nanoparticles for drug delivery // PHAS. 2002. -V. 99/19.-P. 12001- 12005.

44. Ашгихин И.С., Ганделъ В.Г. Избранные лекции по курсу технологии лекарств заводского производства. — М., 1972.

45. Sonner, Y-F. Маа, G. Lee Spray-Freeze-Drying for Protein Powder Preparation: Particle Characterization and a Case Study with Trypsinogen Stability // Journal of Pharmaceutical Sciences. 2002. - V. 91/10. - P. 21 - 22.

46. Jacquota, Ph. De Donatob, Barresb O., Ponsc M.N., Scherd J., Micloa A., Poncelet D. Physicochemical characterisation of the lactoperoxidase system powders: comparison of two drying techniques // Powder Technology. — 2002. -V.128:2-3, P. 205-212.

47. Al-Hakim K, Stapley A.G.F. Morphology of spray-dried and spray-freeze-dried whey powders // 14th International Drying Symposium: proceedings of symposium 2004. - V. B. - P. 1720 - 1726.

48. Камовников Б.П. Атмосферная сублимационная сушка пищевых продуктов. М., Колос, 1994. - 225 с.

49. Журавская Н.К., Камовников Б.П., Джамаль М.А., Бабицкая Н.А. Атмосферная сублимационная сушка мясопродуктов //Холодильная техника, 1986. -№!.- С. 32-34.

50. Джамаль М.А., Камовников Б.П., Антипов А.В., Бабицкая Н.А. Исследование процесса производства сублимированных мясопродуктов при атмосферном давлении // Пути интенсификации производства и применения холода в отраслях АПК: тезисы докладов. М., 1985.

51. Муштаев В.И., Тимонин А.С., Лебедев В.Я. Конструирование и расчёт аппаратов со взвешенным слоем. — М., Химия, 1991. 344 с.

52. Clark J.P., King C.J. Chem. Eng. Progr. Symp. Ser. 1971. - V. 67. -P. 102-111.

53. Jones R.L., King С J AlChe Symposium Series. 1977. - V. 73. - P. 113-123.

54. Антипов A.B., Урьяш О.Б., Бабицкая Н.А., Дугаров Ц.Б. Сублимационнаясушка тонкодисперсных порошков при атмосферном давлении // Холодильная техника. 1979.

55. Mink W.H., Sachsel G.H. Chem. Eng. Progr. Symp. Ser. -1968. V. 64. - P. 54-59.

56. Malecki G.J., Shinde P., Vjgan A.I., Farkas D.F. II Food technology. 1970. -V. 24, P. 601-603.

57. Сублимационная сушка пищевых продуктов животного происхождения за рубежом. М., 1972. - С. 41-42.

58. Erbil А. С. Prediction of the fountain heights in fine particles spouted bed systems // Journal of Engineering and Environmental Sciences. 1998. - V. 22, P. 47-55.

59. Guo Q., Hikida S., Takahakashi Y., Nakagava N., Kato K. Drying of microparticle slurry and salt-water solution by a powder-particle spouted bed // Journal of Chemical Engineering of Japan. 1996. -V. 29/1, P. 152 - 158.

60. Kmiec A., Szafran R. Kinetics of drying of microspherical particles in a spouted bed dryer with a draft tube II 12th International Drying Symposium: proceedings of symposium. 2000.

61. Baracat M.M., Nakagawa A.M., Freitas L.A.P., Freitas O. Microcapsula processing in a spouted bed // The Canadian Journal of Chemical Engineering. -2004.-V. 82, P. 134- 141.

62. Rooney N.M., Harrison D. Spouted bed of fine particles // Powder Technology. 1974. - V. 9: 5-6, P. 227-230.

63. Xu J., Washizu Y, Nakagawa N., Kato K. Hold-up of fine particles in a powder-particle spouted bed // Journal of Chemical Engineering of Japan. 1998. - V. 31, №1, P. 61-66.

64. Jono K., Ichikawa H., Miyamoto M., Fukumori Y. A review of particulate design for pharmaceutical powders and their production by spouted bed coating // Powder Technology. 2000. - V. 113, P. 269-277.

65. Wang Z., Warren F.H. Powder formation by atmospheric spray-freeze drying. US Patent No. 2005160615- 2005.

66. Alves-Filho O., Thorbergsen E., Strommen I. A component model for simulation of multiple fluidized bed heat pump dryers //11th International Drying Symposium: proceedings of symposium 1998. - V. A. - P. 94-101.

67. Tomova P., Behns W., Ihlow M., Mori L. Experimental analysis of fluidized bed freeze drying // International Drying Symposium: proceedings of symposium. — 2002. — V. A, P. 526-532.

68. Wang Z., Loebenberg R., Sweeney L., Wong J., Finlay W. Improwed Drug Delivery: Spray Freeze Dried Nano-Liposomal Inhaled Aerosols // International conference on MEMS, NANO and Smart Systems: proceedings of conference -2004. 1 p.

69. Pakowski Z. Drying of nanoporous and nanostructured materials // 14th International Drying Symposium: proceedings of symposium 2004. - V. A. -P. 69 - 88.

70. Choi M.J., Briancon S., Andreu J., Min S.G., Fessi H. Effect of freeze-drying• fUprocess conditions on the stability of nanoparticles // 13 International Drying Symposium: proceedings of symposium 2002. - V. A. - P. 752.

71. Leuenberger H., Plitzko M., Puchkov M. Nanocomposites by spray freeze drying // PARTEC: proceedings of conference. 2004.

72. Анциферов B.H., Бездудный Ф.Ф., Белфнчиков Л.Н. и др. Новые материалы / Под научной ред. Ю.С. Карабасова. М., МИСИС. - 2002. 736 с.

73. Mumenthaler М. Sprueh — Gerfriernrocknung bei Atmosphaerendruck: Moeglichkeiten und Grezen in der Pharmzeutischen Technjlogie und in der Lebensmittel Technologie, Dissertation, Basel, 1990.

74. Рудобашта С.П. Кинетический расчет процесса конвективной сушки дисперсных материалов. С. 41-47.

75. Kim J.-W., Ulrich J. Prediction of degree of deformation and crystallization time molten droplets in pastillation process // International Journal of Pharmaceutics. 2003. - V. 257, P. 205 - 215.

76. Faudi E., Andrieu J., Laurent P. Experimental study and modelling of the ice crystal morphology of model standard ice cream. Part I: Direct characterization method and experimental data // Journal of food engineering. 2001. - V. 48, P. 283 - 291.

77. Современные подходы к исследованию и описанию процессов сушки пористых тел/Под. ред. В.Н. Пармона Новосибирск, Издательство СО РАН. -2001.-300 с.

78. Petropoulus J.H., Petrou J.K., Liapis A.I. Network model investigation of gas transport in bidisperse porous adsorbent // Ind. Eng. Chem. Res. 1991. - V. 30. -P. 1281-1289

79. Petropoulus J.H., Liapis A.I., Kolliopoulus N.P., Petrou J.K., Kannelopoulos N.K Restricted diffusion of molecules in porous affinity chromatography adsorbents // Bioseparation. 1990. - V. 1. - P. 69-88.

80. Кафаров B.B., Дорохов И.Н., Кольцова Э.М. Системный анализ химической технологии. Процессы массовой кристаллизации из растворов и газовой фазы. М., Наука, 1983. - 368 с.

81. Strub М, Jabbour О., Strub F., Bedecarrats J.P. Experemental study and modelling of the crystallization of a water droplet // Int. J. of Refrigeration. 2003. -V. 26.-P. 59-68.

82. Liapis A. I., Litch.eld R. J. Numerical solution of moving boundary transport problems in .nite media by orthogonal collocation // Computers and Chemical- 132

83. Tang MM, Liapis A.I, Marchello J.M. A multi-dimensional model describing thethlyophilization of a pharmaceutical product in a vial // 5 International Drying Symposium: proceedings of symposium 1986. - V. 1. - P. 57-65.

84. Boss E.A., Rubens F.M. Vasco de Toledo E.C. Dynamic mathematical model for freeze drying process // 14th International Drying Symposium: proceedings of symposium 1986. - V. 1. - P. 477 - 484.

85. Ferguson W.J., Lewis R.W., Tomosy L. A finite element analysis of freeze-drying of a coffee sample // Computer methods in applied mechanics and engineering. 1993.-V. 108.-P. 341 -352.

86. Mascarenhas W.J., Akay H.U., Pikal M.J. A computational model for finite element analysis of freeze-drying process // Computer methods in applied mechanics and engineering. 1997. - V. 148. - P. 105 - 124.

87. Lombrana J.I., Villarman M.C. Drying rate and shrinkage effect interaction during freeze drying I an adsorbent medium // Journal of Chemical Engineering of Japan. 1996. - V. 29/2. - P. 242 - 250.

88. George J.P., Datta A.K. Development and validation of heat and mass transfer models for freeze-drying of vegetable slices // Journal of Food Engineering. —2002.-V. 52.-P. 89-93.

89. Wolff E., Gibert H. Atmospheric freeze-drying. Part 1: Design, experimental investigation and energy-saving advantages // Drying Technology. 1990. -V. 8:2, P. 385-404.

90. Szafran R. G. Modeling of drying in spouted bed dryer. 2004.

91. Ciesielczyk W., Stojiljkovic M., Ilic G., Radojkovic N., Vukic M. Experimental study on drying kinetics of solid particles in fluidized bed // Mechanical Engineering. 1997. - V. 1/4. - P. 469-478.

92. Tomova P., Behns W., Ihlow M., Mori L. Atmospheric fluidized bed freeze drying: experimental analysis and modelling. 2005.

93. Матур К., Эпстайн H. Фонтанирующий слой. JI., Химия, 1978. - 288 с. Wl.Jleea М. Псевдоожижение. — М., Государственное научно техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1961. - 400 с.

94. Pojманков П.Г., Рашковская Н.Б. Сушка во взвешенном состоянии. — Л., Химия. 1979.-272 с.

95. Кунии Д., Левенштигь О. Промышленное псевдоожижение. М., Химия. -1976.-253 с.

96. Менъшутина Н.В. Моделирование и оптимизация тепло и массообмена на основе механике гетерогенных сред и неравновесной термодинамики в фонтанирующем слое: Дис. к. техн. наук / РХТУ им. Д.И. Менделеева. М., РХТУ, 1985.- 174 с.

97. San Jose M.J., Olazar М., Aguado R., Bilbao J. Influence of the conical section geometry on the hydrodynamics of shallow spouted beds I I The Chemical Engineering Journal. 1996. - V. 62. - P. 113-120.

98. Bartoszewicz Т., Kmiec A., Ludwig W. Hydrodynamic characteristics of aiLspouted bed dryer with a draft tube I I 10 International Drying Symposium: proceedings of symposium 1996. - V. A. - P. 417 - 426.

99. Olazar M., san Jose M.J., Izquierdo M.A., Ortiz de Salazar A., Bilbao J. Effect of operating conditions on solid velocity in the spout, annulus and fountain of spouted beds I I Chemical Engineering. 2001. - V. 56. - P. 3585-3594.

100. Madhiyanon Т., Soponronnarit S., Tia W. A mathematical model for continious drying grains in a spouted bed dryer // Drying technology.- V. 20/3. P. 587-614.

101. Freitas L.A., Freire J.T. Heat transfer in a draft tube spouted bed with bottom solids feed // Powder Technology. 2001. - V. 114. - P. 152-162.

102. Larachia F., Grandjeana B.P.A., Chaoukib J. Mixing and circulation of solids in spouted beds: particle tracking and Monte Carlo emulation of the gross flow pattern // Chemical Engineering Science. 2003. - V. 58, P. 1497 - 1507.

103. Нигматулин Р.И. Механика гетерогенных сред. М., Наука, 1978. - 336 с.

104. Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса.—М., Химия, 1974. 688 с.

105. Gibilaro L. G. Fluidization- dynamics. — 2001. 232 p.

106. Leuenberger H., Plitzko M., Puchkov M. Modelling of the spray freeze-drying process // International Meeting on Pharmaceutics, Bio- pharmaceutics and Pharmaceutical Technology: proc. of meeting. 2004. - P. 871- 872.

107. Чуешов В.И. и др. Промышленная технология лекарств: учебник в двух томах /Под ред. Чуешова В.И. X., МТК-Книга, изд. НФАУ, 2002. - Т.2, 716 с.

108. Меныиутина Н.В., Кудра Т., Гордиенко М.Г., Войновский А.А. Динамический анализ энергопотребления сушки // Теоретические основы химической технологии. 2005. - Т. 39., № 2., С. 158.

109. Kudra Т. Energy aspects in drying // Modern Drying Techniques // Pakowski Z. — 1987.-P. 588.

110. Millman M.J., Liapis A.I., Marchello J.M. Note on the economics of batch freeze dryers //Journal of Food Technology. 1985. - V. 20, P. 541 - 551.

111. Wolff E., Gibert H. Atmospheric freeze-drying. Part 2: Modelling drying kinetics using adsorption isotherms // Drying Technology. 1990. - V. 8(2), P. 405 - 428.