автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Моделирование и разработка процесса получения нано- и микрочастиц диспергированием

Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева

На правах рукописи

ЛЕБЕДЕВ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ НАНО- И МИКРОЧАСТИЦ ДИСПЕРГИРОВАНИЕМ

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

1 3 ДЕК 2012

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2012

005057214

005057214

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Меныпутина Наталья Васильевна Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева профессор кафедры кибернетики химико-технологических процессов

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лабутин Александр Николаевич Ивановский государственный химико-технологический университет заведующий кафедрой технической кибернетики и автоматики ИГХТУ

кандидат технических наук Матасов Алексей Вячеславович

Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева начальник управления информационных технологий

Ведущая организация - ФГУП «ИРЕА»

Защита состоится «20» декабря 2012 года в 11-00 на заседании диссертационного совета Д 212.204.03 при РХТУ им. Д.И. Менделеева (125047, г. Москва, Миусская пл., д. 9) в актовом зале имени А.П. Бородина.

С диссертацией можно ознакомиться в Информационно-библиотечном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева.

Автореферат диссертации разослан «17» ноября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.204.03 х-—&—- (ЖенсаА.В.)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последнее время микропорошки и порошки на основе микроинкапсулированных частиц находят всё большее применение в различных областях. Большую привлекательность имеет применение таких материалов в качестве мезапористьтх сорбентов для высокопроизводительной жидкостной хроматографии, матриц-носителей катализаторов, для производства ингаляционных форм лекарственных препаратов, в качестве мягких абразивных компонентов для косметологии и препаратов для диагностики и при операциях, при металлизации поверхностей плазменным напылением и т.д. Однако получение частиц с размерами до 30 мкм в настоящее время представляется возможным либо с использованием технологии помола, либо путём диспергирования жидкости и последующей сушки образующихся капель. Процесс помола обладает недостатком в сравнении с диспергированием, заключающимся в образовании частиц несферической формы. В то время как за последние три десятилетия было изобретено огромное количество видов диспергирующих устройств, обладающих различными характеристиками.

Работа выполнялась в соответствии с заданием Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы»: ГК№ 02.513.11.3359 «Индустриализация технологий получения наночастиц и наноструктурированных материалов».

Цель работы заключается в моделировании и разработке процесса получения сферических нано- и микрочастиц диспергированием. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научно-технические задачи:

1. Проведён анализ существующих методов и устройств для диспергирования жидкостей, на основании которого был сделан выбор диспергирующего устройства, позволяющего получать минимальный диаметр частиц и обеспечить их узкое распределение по размерам.

2. Разработана математическая модель, отражающая гидродинамику процесса диспергирования и кинетику сушки, позволившая провести большой вычислительный эксперимент и оценить влияние конструкционных параметров

камеры на движение потоков газа и частиц, подобрать конструкцию газораспределительных элементов, решить проблему отделения нано- и микрочастиц от газовой фазы.

3. На основании результатов расчётов по уравнениям модели разработана конструкция сушильной камеры, обеспечивающая наименьшую степень осаждения влажных частиц материала на стенках камеры, поверхностях форсунки и газораспределительных элементах, а также создан пакет проектно-конструкторской документации, по которому изготовлен экспериментальный экземпляр сушильной камеры.

4. Проведён ряд экспериментальных работ в аппарате собственной конструкции, включающем разработанную сушильную камеру, с использованием однопотоковых и двухпотоковых ультразвуковых форсунок и разных типов пылеосадительных устройств.

Научная новизна. Впервые разработан процесс получения нано- и микрочастиц, а также микроинкапсулированных частиц с использованием метода ультразвукового диспергирования, подтверждённый заявкой на патент. Полученные с использованием данного метода порошки обладают рядом уникальных характеристик, включающих чрезвычайно узкий гранулометрический состав порошков, сферичность частиц и т.д. Разработанный процесс позволяет получать порошки как на основе веществ устойчивых к тепловому воздействию, так и термолабильных.

Разработана математическая модель для описания гидродинамики сушильного агента, траектории движения частиц дисперсной фазы, а также протекающих тепло- и массообменных процессов, с учётом влияния дисперсной фазы на сушильный агент. Данная модель позволяет рассчитывать изменение скоростей газовой и твёрдой фаз, их температуры и скорость сушки в каждой точке аппарата, и визуализировать полученные результаты. Предложенная модель может использоваться как для исследования процесса и выбора оптимальных технологических параметров, так и для проектных расчётов нового оборудования с тщательным анализом влияния конструкции на течение процесса.

Получены закономерности движения нано- и микрочастиц в газовом потоке для различных гидродинамических режимов.

Проанализированы особенности эксплуатации ультразвуковых форсунок, установлена необходимость проведения процесса диспергирования в направлении снизу вверх (с незначительными отклонениями), а также сравнительно малые начальные скорости образующихся в процессе диспергирования частиц.

Практическая ценность. Создан вычислительный комплекс для расчета параметров процесса получения нано- и микрочастиц диспергированием, позволяющий снизить потери дорогостоящего материала, сократить время проведения процесса и количество экспериментальных исследований.

Создан комплект конструкторской документации для разработанной конструкции сушильной камеры.

Создан аппарат собственной конструкции и технологическая схема, включающая данный аппарат.

Апробация. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии, Москва, 2009 г.; 4ой Международной конференции по сушке «NDC 2009», Рейкьявик, 2009 г.; Международной конференции молодых ученых по химии и химической технологии, Москва, 2010 г.; XX Европейском симпозиуме по информационным технологиям и управлению «ESCAPE20», Искья, 2010 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 работы в ведущих рецензируемых журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией, 1 заявка на патент.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 147 наименований. Общий объём составляет 178 страниц печатного текста, включая 15 таблиц и 83 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена и обоснована актуальность поставленной задачи.

В первой главе представлен обзор современных и классических методов диспергирования жидкостей и их аппаратных реализаций. Особое внимание уделено ультразвуковому методу диспергирования, как наиболее перспективному

в области получения нано- и микропорошков, а также микроинкапсулированных порошков с узким распределением частиц по размерам. Рассмотрены различные методы моделирования в области диспергирования, а также особенности структурообразования частиц в процессе распылительной сушки.

В соответствии с целью работы и на основании результатов анализа литературы была сформулирована постановка задачи исследования.

Во второй главе был проведён детальный анализ особенностей ультразвуковых форсунок. Рассматривалась конструкция однопотоковых и двухпотоковых форсунок. В отличие от первого типа, двухпотоковые форсунки позволяют получать микроинкапсулированные частицы. Были установлены температурные диапазоны их эксплуатации. На рисунке 1 представлена принципиальная схема ультразвуковой форсунки производства компании SONO-TEK, принцип действия которой состоит в том, что при подаче переменного электрического сигнала на установленные в корпусе форсунки пьезоэлектрические кристаллы за счёт обратного пьезоэлектрического эффекта происходит преобразование электрических колебаний в механические. Эти механические колебания передаются поверхности, на которую поступает диспергируемая жидкость. В результате в слое жидкости возникают стоячие волны, амплитуда которых зависит от мощности подаваемого электрического сигнала. Как только амплитуда колебаний этих волн превышает некоторое критическое значение, происходит отрыв капель от поверхности жидкости.

Были определены ключевые параметры, оказывающие наибольшее влияние на производительность как однопотоковых, так и двухпотоковых форсунок и дисперсный состав факела распыла. Этими параметрами являются: размер выходного отверстия, площадь распыляющей поверхности и свойства диспергируемой жидкости, из которых наибольшее влияние оказывает вязкость.

Проведено экспериментальное исследование по определению начальной скорости диспергируемых частиц для одно- и двухпотоковых форсунок производства компании SONO-ТЕК с различной рабочей частотой. Исследование проводилось с использованием метода цифровой трассерной визуализации (англ. PIV, Particle Image Velocimetry), заключающемся в получении цифровых изображений потока частиц через известные промежутки времени и

последующей обработке обработке снимков. Было установлено, что в пределах некоторой погрешности начальная скорость частиц составляет 0.2 м/с.

Были выявлены следующие особенности ультразвуковых форсунок, которые необходимо учитывать при их эксплуатации: процесс распыла осуществляется в направлении снизу вверх с отклонениями от вертикали в диапазоне ±20°, начальные скорость и масса частиц очень малы, в результате чего очень велико влияние сушильного агента на частицы.

В третьей главе содержится комплексное математическое описание процесса получения нано- и микрочастиц диспергированием. Модель состоит из двух блоков: блока описывающего поведение непрерывной фазы и блока описывающего поведение дисперсной фазы. Уравнения блока модели, описывающего непрерывную фазу, записаны в координатах Эйлера, в то время как для описания дисперсной фазы использовалась запись уравнений в координатах Лагранжа. Уравнения модели дисперсной фазы были записаны для отдельно взятой частицы. Связь между блоками осуществлялась с использованием методики «частица-источник в ячейке» (Particle-source in cell), неразрывно связанной с методом конечных объёмов, применённым для численного решения системы уравнений модели.

В основе модели, описывающей поведение непрерывной фазы, лежат фундаментальные уравнения гидродинамики, закон сохранения энергии и уравнение переноса концентрации парообразной влаги. Для описания явлений,

Поверхность распыла

Пьезоэлектрический преобразователь

Заземленный электрод

Рис. 1. Принципиальная схема ультразвуковой форсунки

связанных с наличием турбулентности, была использована модель к-е, основными уравнениями которой являются транспортные уравнения для кинетической энергии турбулентности и скорости диссипации кинетической энергии турбулентности.

Модель дисперсной фазы состоит из уравнения сохранения массы частицы, уравнения, описывающего движение частицы дисперсной фазы, представляющее собой второй закон Ньютона, и уравнения сохранения энергии.

При разработке модели были приняты следующие допущения:

• тепло- и массообмен с окружающей средой через стенки аппарата отсутствует;

• непрерывная фаза является несжимаемой жидкостью;

• все частицы диспергированного материала имеют сферическую форму;

• градиент температуры внутри частицы дисперсной фазы равен 0;

• конденсация водяных паров на частицах дисперсной фазы и внутренних поверхностях аппарата не происходит;

• все соударения частиц между собой являются абсолютно упругими.

Список допущений дополнялся в зависимости от решаемых задач. Система уравнений, описывающая поведение непрерывной фазы, состоит из следующих уравнений:

у'(М) = /21 (!)

= + + (2)

= + +Оь(3)

деУ.у, = V.(.а.м<гЪ) + Си +СиСь)~С2^ (4)

= + (5)

(6)

где р, - плотность непрерывной фазы; V; - скорость непрерывной фазы; /л -поток массы, переходящей от дисперсной фазы к непрерывной в результате испарения; Р - давление; g - ускорение свободного падения; ты - тензор напряжений; к - кинетическая энергия турбулентности; е - скорость диссипации кинетической энергии турбулентности; - изменение кинетической энергии турбулентности в результате наличия градиента средней скорости; Съ -изменение кинетической энергии турбулентности, благодаря действию силы

Архимеда; ац и ас - обратные эффективные числа Прандтля для к и е соответственно; С/,:, С2е и С3г: - константы; ц^ - турбулентная вязкость; -ренормализационный член; Е - полная энергия; 7/ - температура непрерывной фазы; Ипар - энтальпия парообразной влаги; - поток тепла, идущий от или к дисперсной фазе; к — коэффициент теплопроводности непрерывной фазы; еопар -массовая доля парообразной влаги; J— диффузия парообразной влаги.

Рис. 2. Общая схема вычислительного комплекса Поведение частицы дисперсной фазы описывается следующей системой уравнений:

ш рч

РЛГЧ дт

ш ш

(7)

(8) (9)

где I — время; Мв - молярная масса испаряемой влаги; Ь — молярный поток

испаряемой влаги с единицы площади поверхности; S4 - площадь поверхности частицы дисперсной фазы; v4 - скорость диспергированной частицы; к12 -коэффициент трения между частицей дисперсной фазы и непрерывной фазой; рч - истинная плотность частицы дисперсной фазы; F- сумма прочих внешних сил; (?ч- удельная теплоемкость частицы дисперсной фазы; Тч - температура частицы дисперсной фазы; ак - коэффициент конвективного теплообмена; тч - масса частицы дисперсной фазы; г - удельная теплота парообразования.

Система уравнений дополнена граничными, начальными условиями и дополнительными соотношениями.

Принципиальная схема вычислительного комплекса показана на рисунке 2. Представленная схема включает в себя блок задания различных свойств непрерывной и дисперсной фаз, блок создания геометрии модели и генерации первичной расчётной сетки, блок математического описания, расчётный блок, в котором осуществляется численное решение системы уравнений, блоки расчета конструкции сушильной камеры и системы сбора готового продукта и подбора технологических параметров ведения процесса. Суммарно было проведено более 140 расчётов, на которые было затрачено более 750 часов машинного времени на компьютерном кластере.

В четвертой главе приведено описание процесса конструирования сушильной камеры с использованием разработанной математической модели. Конструирование осуществлялось с учётом особенностей эксплуатации ультразвуковых форсунок, рассчитывались следующие характеристические параметры сушильной камеры: высота, диаметр, количество входных патрубков для подачи сушильного агента и их длина. Определялась конструкция внутренних газораспределительных элементов. Анализу были подвергнуты 23 варианта конструкции сушильной камеры (см. таблицу 1), отличающиеся по типу подачи сушильного агента, длиной и количеством входных патрубков, через которые осуществляется подача сушильного агента, наличием или отсутствием внутренних газораспределительных элементов, а также их (элементов) конструкцией.

Для численного решения системы уравнений модели был использован метод конечных объёмов заложенный в программном комплексе Fluent,

требующий разбиения исследуемой геометрии модели трёхмерной расчётной сеткой.

Таблица 1.

Тип подачи сушильного агента Номер варианта Описание

Тангенциальный 1.1 С одним входным патрубком без газораспределительных элементов

1.2 С двумя входными патрубками без газораспределительных элементов

1.3 С четырьмя входными патрубками без газораспределительных элементов

1.4 С газораспределительной пластиной с увеличенной плотностью отверстий возле форсунки

1.5 С газораспределительной пластиной с уменьшенной плотностью отверстий возле форсунки

1.6 С газораспределительной пластиной без отверстий на переферии

1.7 С газораспределительной пластиной и наклонными направляющими пластинами

• ••

1.13 С газораспределительной пластиной и вертикальными направляющими пластинами

Аксиальный 2.1 Без газораспределительных элементов

2.2 С газораспределительной пластиной с отверстиями только на периферии

2.3 С газораспределительной пластиной с отверстиями только возле форсунки

2.4 С газораспределительной пластиной с увеличенной плотностью отверстий возле форсунки

...

2.10 С удлинённым входным патрубком и газораспределительной пластиной с увеличенной плотностью отверстий возле форсунки

Была применена процедура итеративной адаптации расчётной сетки, заключающаяся в том, что происходит пошаговое увеличение количества ячеек в областях, где характеристики потока изменяются наиболее быстро. Изменение сетки производится на основании данных, полученных на предыдущем шаге. Это позволило резко сократить время счёта при сохранении необходимой точности решения.

В качестве одного из результатов расчётов были получены траектории движения частиц дисперсной фазы (см. рис. 3). Результаты были получены для полидисперсного впрыска (размер частиц изменялся в диапазоне от 300 нм до 25 мкм) и для различных расходов сырьевой смеси (от 4 до 10 мл/мин). В результате анализа полученных данных к дальнейшему рассмотрению были приняты лишь три варианта конструкции, которые обеспечивали наименьшее число столкновений влажных частиц с поверхностями форсунки и сушильной камеры (варианты 1.4, 2.3 и 2.10).

а б в

Рис. 3. Траектории движения частиц (а - вар. 1.4, б - вар. 2.3, в - вар. 2.10) Более тщательный анализ выбранных вариантов конструкции сушильной камеры проводился с использованием графиков зависимости доли налипших влажных частиц на поверхностях форсунки и сушильной камеры от начальной скорости сушильного агента во входном патрубке (см. рис. 4). Из рисунка 4 видно, что для двух вариантов конструкции (1.4 и 2.10) с ростом скорости происходит падение степени осаждения, а для одного (2.3) — незначительное падение и последующий рост. Подобная зависимость для варианта 1.4 (график с квадратными маркерами) может быть объяснена тем, что при увеличении скорости создаётся более стабильный поток с меньшим количеством флуктуаций и некоторой зоной разрежения вдоль оси аппарата, которые препятствуют оседанию частиц. Однако приемлемая степень осаждения достигалась лишь при скоростях более 3.5 м/с. Для варианта 2.3 (график с ромбическими маркерами) рост степени осаждения, скорее всего, обусловлен большими флуктуациями, возникающими из-за невозможности выравнивания потока во входном патрубке.

Для выбранного варианта конструкции сушильной камеры и с использованием

Рис. 4. Зависимость доли налипшего материала от скорости сушильного агента

разработанного математического описания были подобраны технологических параметров ведения процесса.

При подборе параметров варьировались: скорость сушильного агента в диапазоне от 1 до 4 м/с, оказывающая влияние на эффективность работы системы сбора готового продукта и продолжительность процесса сушки, температура сушильного агента в диапазоне от 313 до 353 Ки его влажность в диапазоне от 0.2 до 28 % (при 20°С), которые влияют на продолжительность процесса сушки и энергоэффективность процесса.

Была получена зависимость степени осаждения частиц готового продукта в циклоне от начальной скорости сушильного агента во входном патрубке. Зависимость имеет асимптотический характер и практически достигает своего максимума при скоростях более 3.8 м/с.

Анализ графиков изменения диаметров частиц (рисунок 5) показал, что даже для частиц одной фракции (начальный диаметр частиц равен 10~5 м) процесс сушки протекает не одинаково.

Рис. 5. Изменение диаметров частиц при различных скоростях сушильного агента (а — скорость 1 м/с, б — скорость 4м/с) Профили температуры и относительной влажности сушильного агента (рисунки 6 и 7) в осевом сечении сушильной камеры продемонстрировали, что для частиц, находящихся внутри факела распыла, движущая сила процесса сушки ниже, чем для частиц, располагающихся на периферии. При этом при больших значениях скорости сушильного агента профили более выровнены, что приводит к гораздо меньшему отклонению продолжительности процесса сушки отдельно взятых частиц от среднего значения.

а б

Рис. 6. Профили температуры сушильного агента (а - скорость 1 м/с, б - 4м/с)

а б

Рис. 7. Профили влажности сушильного агента (а - скорость 1 м/с, б - 4м/с) Таким образом, процесс подбора технологических параметров осуществлялся по следующей схеме: первоначально были исключены все варианты расчётов, которые не обеспечивали завершения процесса сушки до остаточной влажности частиц 0.5% на протяжении 0.95% от всей высоты сушильной камеры, а затем из оставшихся вариантов выбирался тот вариант, который обеспечивал наименьшее относительное отклонение продолжительности процесса сушки отдельно взятых частиц от среднего значения.

Принимая во внимание, что наибольшая эффективность работы системы сбора готового продукта достигается при скоростях более 3.8 м/с (для частиц, лежащих в диапазоне от 300 нм до 25 мкм, и расходов сырьевой смеси - от 4 до 10 мл/мин), были выбраны следующие значения технологических параметров:

скорость сушильного агента — 3.8 м/с, температура сушильного агента — 343К, относительная влажность сушильного агента при 20°С — 26.1%.

На основании проведённого анализа в качестве окончательного варианта конструкции сушильной камеры был выбран вариант с аксиальной подачей сушильного агента с газораспределительной пластиной с увеличенной плотностью отверстий возле форсунки и с увеличенной длиной вертикальной части входного патрубка. Для данного варианта конструкции был разработан пакет конструкторской документации, по которому был изготовлен экспериментальный образец сушильной камеры. Габаритные размеры сушильной камеры вместе с опорной конструкцией составили 300x300x1965 мм (ДхШхВ), высота рабочей зоны - 800 мм, диаметр рабочей зоны - ] 50 мм. В пятой главе описываются экспериментальные исследования, проведённые на установке собственной конструкции, технологическая схема которой представлена на рисунке 8. Установка состоит из: безмасляного компрессора, осуществляющего подачу сушильного агента, магистрального фильтра, адсорбционного осушителя и калорифера, предназначенных для кондиционирования сушильного агента, непосредственно сушильной камеры с установленной в ней ультразвуковой форсункой, частотного генератора для подачи электрического сигнала на форсунку, шприцевого насоса, осуществляющим подачу сырьевой смеси для диспергирования, перистальтического насоса, подающего теплоноситель в корпус форсунки для её охлаждения, циклона для сбора готового продукта и фильтра тонкой очистки для окончательного обеспыливания отходящих газов.

Были проведены опыты с использованием водных растворов декстрана и поливинилпирролидона (ПВП). Раствор декстрана диспергировался с помощью однопотоковой ультразвуковой форсунки, раствор ПВП — двухпотоковой, с целью получения микроинкапсулированных частиц. Также проводился эксперимент по получению микроразмерных молекулярных сит с узким фракционным составом на основе диоксида кремния. Эксперименты проводились с использованием подобранных в главе 4 технологических параметров. В ходе экспериментов варьировался расход сырьевой смеси в диапазоне от 4 до 10 мл/мин. На рисунке 9 представлены снимки отдельно взятых частиц готовых

продуктов (декстран и ПВП), полученные на сканирующем электронном микроскопе.

1 - компрессор

2 - магистральный фильтр

3 - адсорбционный осушитель

4 - калорифер

5 - частотный генератор

6 - шприцевой насос

7 - перистальтический насос

8 - УЗ форсунка

9 - сушильная камера

10 - циклон

11 - электрофильтр

Воздцх >

3 ! отобый продукт

Рис. 8. Технологическая схема экспериментальной установки С помощью оптического микроскопа, камеры Горяева и специализированного программного обеспечения удалось получить кривые распределения полученных частиц по размерам, приведённые на рисунке 10а. Анализу подвергались образцы, полученные при различных расходах сырьевой смеси. Для сравнения также был получен образец с использованием специализированной пневматической форсунки компании В11ЕСН1, предназначенной для получения особо мелких частиц.

На рисунке 106 представлена кривая распределения по размерам для частиц, уловленных в электрофильтре. Массовая доля данных частиц составила 12%. Данные получены с помощью СЭМ и ручной обработки результатов съёмки. Средний диаметр частиц составил порядка 600 нм.

Рис. 9. СЭМ частиц декстрана и ПВП

»» Пиоеи. Форсунка

Рис. 10. Распределение частиц по размерам Как видно из рисунка 10а все образцы, полученные с помощью ультразвуковой форсунки, имеют гораздо более узкое распределение по размерам в сравнении с пневматической форсункой и меньший средний диаметр частиц.

Экспериментальные исследования показали, что разработанная установка в достаточной мере обеспечила выполнение требований, продиктованных особенностями эксплуатации ультразвуковых форсунок, а также экспериментально была подтверждена необходимость ведения процесса с использованием рассчитанных значений технологических параметров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

1. На основе комплексного анализа осуществлен выбор диспергирующего устройства, принцип действия которого заключается в отрыве капли под действием высокочастотных колебаний, что обеспечивает получение

минимального диаметра частиц (в диапазоне от 0,2 до 25 мкм), а также их узкое распределение по размерам.

2. Выявлены особенности работы ультразвуковых форсунок: процесс распыла осуществляется в направлении снизу вверх, начальная скорость диспергированных частиц и их масса очень малы, существует возможность диспергирования не только истинных растворов, но и суспензий с твердыми включениями, и возможность получения микроинкапсулированных частиц. Проведены экспериментальные исследования по определению начальной скорости диспергированных частиц, которая составила 0.2 м/с.

3. Разработано математическое описание, отражающая гидродинамику процесса диспергирования и кинетику сушки. Численное решение системы уравнений осуществлено с использованием программного пакета Fluent.

4. Проведён комплекс расчётов по уравнениям математической модели для различных вариантов конструкции сушильной камеры, внутренних газораспределительных элементов, параметров входных патрубков, через которые осуществляется подача сушильного агента (всего 23 варианта). Выбран вариант конструкции, обеспечивающий гидродинамическую обстановку, препятствующую оседанию влажных частиц диспергированного материала на стенках камеры, газораспределительных элементах и поверхностях ультразвуковой форсунки. Проведены расчёты по подбору технологических параметров процесса и разработана соответствующая методика.

5. Разработан комплект конструкторской документации для выбранной конструкции сушильной камеры.

6. В соответствии с конструкторской документацией изготовлена сушильная камера и создана экспериментальная установка для получения нано- и микрочастиц диспергированием.

7. Проведены экспериментальные исследования с применением одно- и двухпотоковой форсунок, в результате которых получены порошки, состоящие из частиц с размерами менее 1 мкм, с размерами от 1 до 20 мкм и узким распределением по размерам, проведены эксперименты по получению микроразмерных молекулярных сит с узким фракционным составом на основе диоксида кремния.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Меныиутина Н.В., Гордиенко М.Г., Лебедев Е.А., Войновский A.A. Применение CFD-моделирования для решения задач химической технологии // Химическая промышленность сегодня. - 2010. — №6. — С. 44-51.

2. Меныиутина Н.В., Гордиенко М.Г., Лебедев Е.А. Инновационное оборудование для получения нано- и микропорошков // Естественные и технические науки -2012-№6-С. 36-38.

3. Войновский A.A., Лебедев Е.А. Исследование и моделирование процесса диспергирования (ММТТ-22): сборник трудов. - 2009. - Т.9. - С. 14-17.

4. A.Voynovskiy, Е. Lebedev, M. Gordienko, N. Menshutina and O. Alves-Filho. Particle Dispersion Modeling in Spray Drying // CD-ROM proceedings of 4th Nordic Drying Conference (NDC2009), Reykjavik, Iceland, 2009 - Юр.

5. Войновский A.A., Лебедев Е.А. Использование технологии CFD для моделирования процесса распылительной сушки // Сб. научных трудов «Успехи в химии и химической технологии» Í РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва 2009, Т.ХХП1, №1, с. 44-49.

6. Lebedev Е.А., Voynovskiy A.A., Matasov A. V., Menshutina N. V. Dispersion Process Modeling And Equipment Design // 20th European Symposium on Computer Aided Process Engineering - ESCAPE20 - Ischia, Italy, 2010. - P. 1859-1864.

7. Войновский A.A., Лебедев E.A., Меньисутина H.B. Разработка оборудования для процесса получения микрочастиц диспергированием // ММТТ-23 - Сб. научных трудов XXIII Междунар. науч. конф - 2010. — Т.З. — С. 105-108.

8. A.A. Войновский, Е.А. Лебедев. Применение CFD-моделирования для проектирования нового оборудования // Инновационные материалы и технологии в химической и фармацевтической отраслях промышленности: Сборник докладов международной конференции с элементами научной школы для молодёжи.-2010.-С. 129-130.

9. Заявка на патент на изобретение №2012148192. Меньшутина Н.В., Лебедев Е.А., Гордиенко М.Г. - дата приоритета 14.11.2012.

Заказ 119

Объем 1.0 п. л.

Тираж 100 экз.

Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева

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.

В последнее время микропорошки и порошки на основе микроинкапсулированных частиц находят всё большее применение в различных областях. Большую привлекательность имеет применение таких материалов в качестве мезапористых сорбентов для высокопроизводительной жидкостной хроматографии, матриц-носителей катализаторов, для производства ингаляционных форм лекарственных препаратов, в качестве мягких абразивных компонентов для косметологии и препаратов для диагностики и при операциях, при металлизации поверхностей плазменным напылением и т.д. Однако получение частиц с размерами до 30 мкм в настоящее время представляется возможным либо с использованием технологии помола, либо путём диспергирования жидкости и последующей сушки образующихся капель. Процесс помола обладает недостатком в сравнении с диспергированием, заключающимся в образовании частиц несферической формы. В то время как за последние три десятилетия было изобретено огромное количество видов диспергирующих устройств, обладающих различными характеристиками.

Исследование и моделирование процесса получения нано- и микрочастиц диспергированием является актуальной задачей благодаря высокой перспективности технологии для химической промышленности.

Диссертационная работа представлена в шести главах и посвящена моделированию и разработке процесса получения нано- и микрочастиц диспергированием.

В первой главе представлен обзор современных и классических методов диспергирования жидкостей и их аппаратных реализаций. Особое внимание уделено ультразвуковому методу диспергирования, как наиболее перспективному в области получения высококачественных нано- и микропорошков, а также микроинкапсулированных порошков с узким распределением частиц по размерам. Рассмотрены различные методы моделирования в области диспергирования.

В соответствии с целью работы и на основании выводов, сделанных в результате анализа литературы, была сформулирована постановка задачи исследования и намечены этапы ее решения.

Вторая глава работы посвящена детальному рассмотрению процесса ультразвукового диспергирования. Приведены характеристики и особенности форсунок, реализующих данный способ распыла. Были также рассмотрены способы подбора геометрических характеристик форсунок для обеспечения заданных характеристик распыла. Проведено экспериментальное исследование по определению начальной скорости диспергируемых частиц для форсунок производства компании SONO-TEK с различной рабочей частотой.

В третьей главе содержится комплексное математическое описание процесса получения нано- и микрочастиц диспергированием. Модель состоит из двух блоков: блока описывающего поведение непрерывной фазы и блока описывающего поведение дисперсной фазы. Уравнения блока модели, описывающего непрерывную фазу, записаны в координатах Эйлера, в то время как для описания дисперсной фазы использовалась запись уравнений в координатах Лагранжа. Уравнения модели дисперсной фазы были записаны для отдельно взятой частицы. Связь между блоками осуществлялась с использованием методики «частица-источник в ячейке» (Particle-source in cell),

1 , f Ml l >(i, I •' j I 1 ' 1 1 • „ , t " , 1

- неразрывно связанной с методом конечных объёмов, применённым для численного решения системы уравнений модели.

В основе модели, описывающей поведение непрерывной фазы, лежат фундаментальные уравнения гидродинамики, закон сохранения энергии и уравнение переноса концентрации парообразной влаги. Для описания явлений, связанных с наличием турбулентности, была использована модель к-е, основными уравнениями которой являются транспортные уравнения для кинетической энергии турбулентности и скорости диссипации кинетической энергии турбулентности.

Модель дисперсной фазы состоит из уравнения сохранения массы частицы, уравнения, описывающего движение частицы дисперсной фазы, представляющее собой второй закон Ньютона, и уравнения сохранения энергии.

В четвёртой главе приведено описание процесса конструирования сушильной камеры с использованием разработанной математической модели.

Конструирование осуществлялось с учётом особенностей эксплуатации ультразвуковых форсунок, рассчитывались следующие характеристические параметры сушильной камеры: высота, диаметр, количество входных патрубков для подачи сушильного агента и их длина. Определялась конструкция внутренних газораспределительных элементов. Анализу были подвергнуты 23 варианта конструкции сушильной камеры, отличающиеся по типу подачи сушильного агента, длиной и количеством входных патрубков, через которые осуществляется подача сушильного агента, наличием или отсутствием внутренних газораспределительных элементов, а также их (элементов) конструкцией.

Для численного решения системы уравнений модели был использован метод конечных объёмов заложенный в программном комплексе Fluent, требующий разбиения исследуемой геометрии модели трёхмерной расчётной сеткой.

Была применена процедура итеративной адаптации расчётной сетки, заключающаяся в том, что происходит пошаговое увеличение количества ячеек в областях, где характеристики потока изменяются наиболее быстро. Изменение сетки производится на основании данных, полученных на предыдущем шаге.

Для выбранного варианта конструкции сушильной камеры и с использованием разработанного математического описания были подобраны технологические параметры процесса.

Пятая глава посвящена экспериментальным исследованиям, проведённым с использованием установки, включающей разработанную сушильную камеры. В ходе экспериментов с применением однопотоковой и двухпотоковой ультразвуковых форсунок были получены мелкодисперсные порошки декстрана и поливинилпирролидона. Образцы были исследованы с использованием оборудования Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Российско-швейцарского учебно-научного центра трансфера фармацевтических и биотехнологий и Кафедры геохимии Геологического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Были получены кривые распределения частиц по размерам для порошков, полученных при различных расходах сырьевой смеси, а также проведено сравнение с образцом, полученным с помощью специализированной пневматической форсунки производства компании ЕШЕСН1, предназначенной для получения частиц особо малых размеров.

На разработанной установке также был проведен ряд экспериментов по получению микроразмерных молекулярных сит с узким фракционным составом на основе диоксида кремния.

Автор выражает глубокую благодарность руководителю работы д.т.н., профессору Н.В. Меныыутиной, заместителю руководителя НИЧ к.т.н. М.Г. Гордиенко за консультации и помощь в проведении экспериментальных исследований, сотрудникам кафедры кибернетики химико-технологических процессов, а так же сотрудникам и аспирантам научной группы, принимавшим участие в обсуждении данной работы.

Выводы по работе

1. На основе комплексного анализа осуществлен выбор диспергирующего устройства, принцип действия которого заключается в отрыве капли под действием высокочастотных колебаний, что обеспечивает получение минимального диаметра частиц (в диапазоне от 0,2 до 25 мкм), а также их узкое распределение по размерам.

2. Выявлены особенности работы ультразвуковых форсунок: процесс распыла осуществляется в направлении снизу вверх, начальная скорость диспергированных частиц и их масса очень малы, существует возможность диспергирования не только истинных растворов, но и суспензий с твердыми включениями, и возможность получения микроинкапсулированных частиц. Проведены экспериментальные исследования по определению начальной скорости диспергированных частиц, которая составила 0.2 м/с.

3. Разработано математическое описание, отражающее гидродинамику процесса диспергирования и кинетику сушки. Численное решение системы уравнений осуществлено с использованием программного пакета Fluent.

4. Проведён комплекс расчётов по уравнениям математической модели

I' »я I 1 1,1 1,1 , I 1 | 'UU для различных вариантов конструкции сушильной камеры, внутренних ' ' 1Ц; газораспределительных элементов, параметров входных патрубков, через которые осуществляется подача сушильного агента (всего 23 варианта). Выбран вариант конструкции, обеспечивающий гидродинамическую обстановку, препятствующую оседанию влажных частиц диспергированного материала на стенках камеры, газораспределительных элементах и поверхностях ультразвуковой форсунки. Проведены расчёты по подбору технологических параметров процесса и разработана соответствующая методика.

5. Разработан комплект конструкторской документации для выбранной конструкции сушильной камеры.

6. В соответствии с конструкторской документацией изготовлена сушильная камера и создана экспериментальная установка для получения нано-и микрочастиц диспергированием.

7. Проведены экспериментальные исследования с применением одно-и двухпотоковой форсунок, в результате которых получены порошки, состоящие из частиц с размерами менее 1 мкм, с размерами от 1 до 20 мкм и узким распределением по размерам, проведены эксперименты по получению микроразмерных молекулярных сит с узким фракционным составом на основе диоксида кремния.

1. Сахно В.Д., A.M. Мануйлов, К.А. Рамадан. Лечение панкреонекроза с использованием аппарата ультразвуковой дезинтеграции тканей CUSA Excell // Анналы хирургической гепатологии. 2006. - т. 11. - №4, . -С. 77-81.

2. A. Kourmatzis, E.L. Ergene, J.S. Shrimpton. Combined aerodynamic and electrostatic atomization of dielectric liquid jets // Exp Fluids. 2012. - 53. -P. 221-235.

3. D. Sivakumar, V. Kulkarni. Regimes of spray formation in gas-centered swirl coaxial atomizers // Exp Fluids. 2011. - 51. - P. 587-596.

4. F.Z. Batarseh, M. GnirB, I.V. Roisman, C. Tropea. Fluctuations of a spray generated by an airblast atomizer // Exp Fluids. 2009. - 46. - P. 10811091.

5. R.K. Pandey, A. Rehman, R.M. Sarviya. Impact of alternative fuel properties on fuel spray behavior and atomization // Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 16. - Issue 3. - April 2012. - P. 1762-1778.

6. Hiroyasu H. and Kadota T. Models for Combustion and Formation of Nitric Oxide and Soot in Direct-Injection Diesel Engines // SAE Trans. 1976. -85.- P. 513-526.

7. Mock F. C. and Ganger D. R. Practical Conclusions on Gas Turbine Spray Nozzles // SAE Q. Trans. 1950. - 3. - P. 357-367.

8. Carey F. H. The Development of the Spill Flow Burner and Its Control System for Gas Turbine Engines // J. R. Aeronaut. Soc. 1954. - 58(527). -P. 737-753.

9. Бормосов Н.А. Разработка метода определения теплообменных характеристик низконапорных плоскофакельных форсунок при охлаждении высокотемпературных поверхностей в технологических установках: дис. . канд. тех. наук : 05.14.04. Вологда. - 2002.

10. Werner S.R.L., Jones J.R., Paterson A. at al. Air-suspension particle coating in the food industry: Part I state of the art // Powder Technology. - 2007. -Volume 171.-P. 25-33.

11. Лисицын E.B. Повышение эффективности использования газового топлива в газодизельных двигателях : дис. . канд. тех. наук : 05.02.13. Москва. - 2010.

12. С. Dumouchel. On the experimental investigation on primary atomization of liquid streams // Exp Fluids. 2008. - 45. - P. 371-422.

13. M. Shafaee, S.A. Banitabaei, V. Esfahanian, M. Ashjaee. An investigation on effect of geometrical parameters on spray cone angle and droplet size distribution of a two-fluid atomizer // Journal of Mechanical Science and

14. Technology. -2011.-25 (12). P. 3047-3052./. 1 ' 1 і

15. S.G. Lee. Geometrical effects on spray characteristics of air-pressurized swirl flows // Journal of Mechanical Science and Technology. 2008. - 22. -P. 1633-1639.

16. L. A. Dombrovskii, V. I. Zalkind, Yu. A. Zeigarnik, D. V. Marinichev, V. L. Nizovskii, A. A. Oksman, and K. A. Khodakov. Atomization of Superheated

17. Water: Results from Experimental Studies // Thermal Engineering. 2009. -Vol. 56.-No. 3.-P. 191-200.

18. P.D.Hedea, P. Bachb, Anker D. Jensen. Two-fluid spray atomization and pneumatic nozzles or fluid bed coating/agglomeration purposes: A review // Chemical Engineering Science. 2008. - 63. - P. 3821-3842.

19. Rizkalla, A. A. and Lefebvre A. H. The Influence of Air and Liquid Properties on Airblast Atomization // Trans. ASME J. Fluids Eng. . 1975. -97(3).-P. 316-320.

20. Kayano A. and Kamiya T. Calculation of the Mean Size of the Droplets Purged from the Rotating Disk // Proc. of the First Int. Conf. on Liquid Atomization and Spray Systems. 1978. - Fuel Society of Japan. - Tokyo. -P. 133-143.

21. Tanasawa Y., Miyasaka Y. and Umehara M. Effect of Shape of Rotating

22. Disks and Cups on Liquid Atomization // Proc. of the First Int. Conf. on1.quid Atomization and Spray Systems. 1978. - Fuel Society of Japan. 1. Tokyo.-P. 165-172.1 i " 11 1

23. Lee K. W., Putnam A. A., Gieseke J. A., Golovin M. N. and Hale J. A.

24. Spray Nozzle Designs for Agricultural Aviation Applications // NASA-CR-159702. -1979.

25. Masters K. Spray Drying. Second Edition. // John Wiley and Sons. 1976. -New York.

26. Hinze J. O. and Milborn H. Atomization of Liquids by Means of a Rotating Cup // Trans. ASME J. Appl. Mech. 1950. - 17(2). - P. 145-153.

27. Christensen L. S. and Steely S. L. Monodisperse Atomizers for Agricultural Aviation Applications // NASA CR 159777. 1980.

28. Kitamura Y. and Takahashi T. Atomization of Highly Viscous Liquids by a Spinning Disk // Atomization and Sprays. 1992. - 2(1). - P. 61-71.

29. Eisenklam P. Recent Research and Development Work on Liquid Atomization in Europe and the USA // Fifth Jpn Conf. on Liquid

30. Atomization and Spray Systems. 1976. - The Japan Institute of Energy. -Tokyo. - P. 86-104.

31. Hallstrom A., Danner J. Sprays from nozzles and rotary atomizers. // Atomization and sprays. Volume 4. - 1994. - P. 263-273.

32. M. E. Teske, H. W. Thistle, A. J. Hewitt, I. W. Kirk, R. W. Dexter, J. H. Ghent. Rotary atomizer drop size distribution database // American Society of Agricultural Engineers. 2005. - Vol. 48(3). - P. 917-921.

33. Kirk I. W. Droplet spectra classification for fixed-wing aircraft spray nozzles // ASAE Paper No. 011082. St. Joseph. 2001. - Mich.

34. Kirk I. W. Measurement and prediction of helicopter spray nozzle atomization // Trans. ASAE. 2002. - 45(1). - P. 27-37.

35. Teske M. E., H. W. Thistle, A. J. Hewitt, I. W. Kirk and J. H. Ghent. Rotary atomizer droplet size distribution database for forestry applications // Proc. ICLASS 9th International Conference. 2003. - Sorrento. - Italy.

36. Teske M. E., H. W. Thistle and G. G. Ice. Technical advances in modelingaerially applied sprays // Trans. ASAE. 2003. - 46(4). - P. 985-996.i

37. Teske M. E., H. W. Thistle, R. C. Reardon, D. C. Davies, G. Cormier, Rl S. Cameron, M. LeClerc and A. Karipot. Flight line variability in rotary atomizer drop size distributions // JAI 9017. West Conshohocken, Pa.: ASTM International. 2005.

38. Solomon A. S. P., Rupprecht S. D., Chen L. D. and Faeth G. M. Flow and Atomization in Flashing Injectors // Atomization Spray Technol. 1985. -1(1).-P. 53-76.

39. M.S. Agathou, D.C. Kyritsis. Electrostatic atomization of hydrocarbon fuels and bio-alcohols for engine applications // Energy Conversion and Management. Volume 60. - August 2012. - P. 10-17.

40. S. Martin, A. Perea, P.L. Garcia-Ybarr, J.L. Castillo. Effect of the collector voltage on the stability of the cone-jet mode in electrohydrodynamic spraying // Journal of Aerosol Science. Volume 46. - April 2012. - P. 5363.

41. Sato M., Hatori T. and Saito M. Experimental Investigation of Droplet Formation Mechanisms by Electrostatic Dispersion in a Liquid-Liquid System // IEEE Industry Applications Conference. Thirtieth IAS Annual Meeting. - New York. - 1995. - P. 1485-1492.

42. Shiryaeva S. O. and Grigor'ev A. J. Some Regularities of Rayleigh Breakup of Drops in a Highly Nonuniform Electrostatic Field // Sov. Phys. Tech. Phys. 1992. - 37(3). - P. 254-256.

43. Drozin V. G. The Electrical Dispersion of Liquids as Aerosols // J. Colloid Sci. 1955. - 10(2). - P. 158-164.

44. Peskin R. L., Raco R. J. and Morehouse J. A Study of Parameters Governing Electrostatic Atomization of Fuel Oil // Proc. of API Res. Conf. on Distillate Fuel Combustion. API Publication. - 704. - 1965. - P. 461.

45. Bailey A. G. The Theory and Practice of Electrostatic Spraying // Atomization Spray Technol. 1986. - 2. - P. 95-134.

46. A. Dalmoroa, A.A. Barbaa, G. Lamberti, M. d'Amore. Intensifying the microencapsulation process: Ultrasonic atomization as an innovative approach // European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics. -Volume 80. Issue 3. - April 2012. - P. 471-477.

47. СаЫег P., Geddes L. A. and Rosborough J. The Use of Ultrasonic Energy to Vaporize Anaesthetic Liquids // Br. J. Anaesth. 1975. - 47. - P. 541-545.

48. Торр M. N. and Eisenklam P. Industrial and Medical Use of Ultrasonic Atomizers // Ultrasonics. 1972. - 10(3). - P. 127-133.

49. Wilcox R. L. and Tate R. W. Liquid Atomization in a High Intensity Sound Field // J. Am. Inst. Chem. Eng. 1965. - 11(1). - P. 69-72.

50. T. Brandau, E. Brandau, A. Schmallenbach. Microencapsulation and industrial application for uniform controlled release particles // XVIth International Conference on Bioencapsulation. -2008. Dublin. - Ireland.

51. P. del Gaudio, P. Colombo, G. Colombo, P. Russo, F. Sonvico. Mechanisms of formation and disintegration of alginate beads obtained by prilling // International journal of pharmaceutics. Volume 302. - Issues 1-2. - 2005. -P. 1-9.

52. T. Ciach. Microencapsulation of drugs by electrostatic atomization // XVIth International Conference on Bioencapsulation. 2008. - Dublin. - Ireland.

53. Долинский A.A., Малецкая К.Д., Шморгун B.B. Кинетика и технология' ' " 1 ' \ I , Г 1 1сушки распылением. -Киев: Наук, думка. 1978. - С. 224.

54. Pakowski Z. Producing nanoparticles by spray drying / Proceedings of the 11th Polish Drying Symposium XI PSS / Z. Pakowski, M. Czapnik, M. Pi^tkowski, I. Zbicinski Poland, Poznan, 2005.

55. Меныпутина H.B. Наночастицы и наноструктурированные материалы для фармацевтики. Калуга. - Издательство научной литературы Бочкаревой Н.Ф. - 2008. - С. 192.

56. A.B.D. Nandiyanto, F. Iskandar, T. Ogi, K. Okuyama. Nanometer to submicrometer magnesium fluoride particles with controllable morphology // Langmuir. 2010. - 26 (14). - P. 12260-12266.

57. A.K. Peterson, D.G. Morgan, S.E. Skrabalak. Aerosol synthesis of porousparticles using simple salts as a pore template // Langmuir. 2010. -P. 60-103.

58. Alysson L. R. Rattes and Wanderley P. Oliveira. Spray-drying as a method for microparticulate modified release systems preparation // Drying. 2004. - Proceeding of the 14th International Drying Symposium.

59. Сажин Б.С., Сажин В.Б. Научные основы техники сушки. М.: Наука, 1997.- С. 670.

60. В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, А.В. Шалунова. Ультразвуковое распыление жидкостей. Бийск: Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова. -2010. ;!

61. Горелик Г. С. Колебания и волны. Москва, - JI. - 1950.

62. Ю.В. Корицкий. Электротехнические материалы. Москва. - 1968.

63. Есис, А.А. Электрострикция и пьезоэффект в сегнетоэлектрических керамиках системы ПКР / А.А. Есис, С.А. Турик, JI.A. Резниченко // Тезисы докладов XVII Всероссийской конференции по физике сегнетоэлектриков (BKC-XVII). Пенза. 2005. - С. 226.

64. Е.Ю. Розина. Капиллярно-вибрационное распыление жидкости // Акустичний BicHHK. 2002. - Том 5. - N 2. - С. 43 - 53.

65. Н.В. Xiong, L.J. Qian, J.Z. Lin. Simulation of Effervescent Atomization and Nanoparticle Characteristics in Radio Frequency Suspension Plasma Spray // JTTEE5. 21. - P. 226-239.

66. P.E. Santangelo. Experiments and modeling of discharge characteristics in water-mist sprays generated by pressure-swirl atomizers // Journal of Thermal Science. 2012. - Vol.21. - No.6. - P. 539-548.

67. Qian L.J., Lin J.Z. Modeling on effervescent atomization: A review // SCIENCE CHINA. Physics, Mechanics & Astronomy. 2011. - Vol.54. -No.12.-P. 2109-2129.

68. C.L. Yeh. Turbulent flow simulation of liquid jet emanating from pressure-swirl atomizer II Heat Mass Transfer. 2008. - 44. - P. 275-280.

69. P. Fokaides, M. Weiß, M. Kern, N. Zarzalis. Experimental and Numerical Investigation of Swirl Induced Self-Excited Instabilities at the Vicinity of an Airblast Nozzle // Flow Turbulence Combust. 2009. - 83. - P. 511-533.

70. R. Maddahian, B. Farhanieh, B. Firoozabadi. Turbulent flow in converging nozzles, part one: boundary layer solution // Appl. Math. Mech. -Engl. Ed. -2011.-32(5).-P. 645-662.

71. Sandra Mandatoa, E. Rondet et al. Liquids' atomization with two different nozzles: Modeling of the effects of some processing and formulation conditions by dimensional analysis // Powder Technology. Volume 224. - ■: July 2012.-P. 323-330.

72. W. Duangkhamchan, F. Ronsse, F. Depypere, K. Dewettinck, J.G. Pieters. CFD study of droplet atomisation using a binary nozzle in fluidised bed coating // Chemical Engineering Science. Volume 68. - Issue 1.-22 January 2012. - P. 555-566.

73. M. Jalaal, K. Mehravaran. Fragmentation of falling liquid droplets in bag breakup mode // International Journal of Multiphase Flow. Volume 47. -December 2012. - P. 115-132.

74. Sharath S. Girimaji, Sawan Suman. Partially Averaged Navier Stokes (PANS) Method for Turbulence Simulations: Theory and Practice // Progress in Hybrid RANS-LES Modelling. Volume 117. - 2012. - P. 2943.

75. DaoYang Ding, ShiQiang Wu. Direct numerical simulation of turbulent flow over backward-facing at high Reynolds numbers // Science China Technological Sciences. November 2012. - Volume 55. - Issue 11. - P. 3213-3222.

76. Morteza Naeij, Ali Aaghar Mirghasemi. Numerical Simulation of Direct Shear Test Using Elliptical particles // Constitutive Modeling of Geomaterials. Springer Series in Geomechanics and Geoengineering. -2013.-P. 441-450.

77. Yu. V. Yudov. Direct numerical simulation of turbulent flows in fuel rod bundles // Mathematical Models and Computer Simulations. April 2011. — Volume 3. - Issue 2. - P. 185-195.

78. M. Pezeshki, K. H. Luo, S. Gu. Direct numerical simulation of binary1 !species mixing layers // Direct and Large-Eddy Simulation VIII. -ERCOFTAC Series. 2011. - Volume 15. - P. 219-224.

79. Peng Wu, Johan Meyers. An Improved Blending Formulation for WallModeled Large-Eddy Simulations // Progress in Hybrid RANS-LES Modelling. 2012. - Volume 117. - P. 111-120.

80. Kozo Fujii. Role of RANS, Hybrid and LES for Wing Flow Simulations at Relatively Low Reynolds Numbers // Progress in Hybrid RANS-LES Modelling. 2012. - Volume 117. - P. 45-57.

81. Heng Xiao, Michael Wild, Patrick Jenny. Preliminary Evaluation and Applications of a Consistent Hybrid LES/RANS Method // Progress in Hybrid RANS-LES Modelling. -2012. Volume 117. - P. 91-100.

82. Biao Huang, Guoyu Wang, Zhiyi Yu, Shuguo Shi. Detached-eddy simulation for time-dependent turbulent cavitating flows // Chinese Journalof Mechanical Engineering. May 2012. - Volume 25. - Issue 3. - P. 484490.

83. Zhen-dong Luo, Qiu-lan Ou, Zheng-hui Xie. Reduced finite difference scheme and error estimates based on POD method for non-stationary Stokes equation // Applied Mathematics and Mechanics. July 2011. - Volume 32. - Issue 7. - P. 847-858.

84. S. Chen and G. D. Doolen, 1998. Lattice Boltzmann method for fluid flows // Annu. Rev. Fluid Mech. 30. - P. 329-64.

85. S. Succi. Lattice Boltzmann Equation for Fluid Dynamics and Beyond. 2001. - Oxford University Press.

86. D. Rothman and S. Zaleski. Lattice-Gas Cellular Automata. -2004. -Cambridge University Press.

87. U. Frisch, B. Hasslacher, and Y. Pomeau. Lattice-gas automata for the » Navier-Stokes equations // Phys. Rev. Lett. 1986. - 56. - P. 1505.

88. U. Frisch, D. d'Humires, B. Hasslacher, P. Lallemand, Y. Pomeau, and J. P Rivet. Lattice gas hydrodynamics in two and three dimensions // Complex Syst. 1987. - 1. - P. 649.

89. J. Sterling and S. Chen. Stability analysis of lattice Boltzmann methods // J. Comp. Phys. 1996. - 123. - P. 196.

90. X. Y. He and L.-S. Luo. A priori derivation of the lattice Boltzmann equation // Phys. Rev. E. 1997. - 55. - P. 6333.

91. U. Frisch, B. Hasslacher, and Y. Pomeau. Lattice-gas automata for the Navier-Stokes equations // Phys. Rev. Lett. 1986. - 56. - P. 1505.

92. D. Rothman and J. Keller. Immiscible cellular-automaton fluids // J. Stat. Phys.-1988.-52.-P. 1119.

93. X. W. Shan and H. D. Chen. Simulation of non ideal gases and liquidgas phase transitions by the lattice Boltzmann equation // Phys. Rev. E. -1994.-49.- P. 2941.

94. M. R. Swift, W. R. Osborn, and J. M. Yeomans. Lattice Boltzmann simulation of nonideal fluids // Phys. Rev. Lett. 1995. - 75. - P. 830.

95. X. He and L.-S. Luo. Lattice Boltzmann model for the incompressible Navier-Stokes equation // J. Stat. Phys. 1997. - 88. - P. 927-944.

96. X. Y. He, S. Y. Chen, and R. Y. Zhang. A lattice Boltzmann scheme for incompressible multiphase flow and its application in simulation of Rayleigh- Taylor instability // J. Comput. Phys. 1999. - 152. - P. 642.

97. X. Y. He and G. D. Doolen. Thermodynamic foundation of kinectic theory and lattice Boltzmann models for multiphase flows // J. Stat. Phys. -2002.-107.-P. 309-328.

98. S. Wolfram. Theory and Applications of Cellular Automata // World Scientific. 1986. - P. 390-397.

99. S. Wolfram. Cellular automata as models of complexity // Nature. -1984.-P. 311-419.

100. N. Packard, S. Wolfram. Two-dimensional cellular automata // J. Stat. Phys. 1985. - V.38. - P. 901.

101. S. Wolfram. Universality and complexity in cellular automata // Physica. 1984. - V.10. - № 1. - P. 160-173.

102. U. Frisch, D. d'Humires, B. Hasslacher, P. Lallemand, Y. Pomeau, J. P Rivet. Lattice gas hydrodynamics in two and three dimensions // Complex Syst. 1984. - V. l.-P. 649.

103. Ю.Г.Медведев. Трехмерная клеточно-автоматная модель потока вязкой жидкости // Автометрия.- 2003.- т.39.- № 3.- С . 43 50.

104. Ю.Г.Медведев. Моделирование трехмерных потоков клеточными автоматами // Вестник Томского Государственного университета.-2002.- №1(11).- С . 236 240.

105. Ю.Г.Медведев. Вычислительные эксперименты по определению связи физических величин с параметрами трехмерной КА-модели потока жидкости // Труды конференции молодых ученых ИВМиМГ.-Новосибирск.- 2004.- С . 55-63.

106. Ю.Г.Медведев Соотношение модельных и физических величин для трехмерной клеточно-автоматной модели потока жидкости // Вестник.- 2004.- С . 67-70.

107. Роуч П. Вычислительная гидродинамика // Издательство «Мир».-1980.- С. 92-100.

108. Huang, L. X., Kumar, К., & Mujumdar, A. S. A parametric study of the gas flow patterns and drying performance of co-current spray dryer: results of a computational fluid dynamics study // Drying Technology. -2003.-21(6).-P. 957-978.

109. Langrish, T. A. G., Williams, J., & Fletcher, D. F. Simulation of the effects of swirl on gas flow patterns in a pilot-scale spray dryer // Transactions of the Institution of Chemical Engineers. 2004. - Part A. - 82 (A7).-P. 821-833.

110. Huang, L. X., Kumar, K., & Mujumdar, A. S. Simulation of a spray dryer fitted with a rotary disk atomizer using a three-dimensional computational fluid dynamic model // Drying Technology. -2004. 22(6). -P. 1489-1515.

111. Huang, L. X., Passos, M. L., Kumar, K., & Mujumdar, A. S. A three dimensional simulation of a spray dryer fitted with a rotary atomizer // Drying Technology. 2005. - 23. - P. 1859-1873.

112. Huang, L. X., Kumar, K., & Mujumdar, A. S. A comparative study of a spray dryer with rotary disc atomizer and pressure nozzle using computational fluid dynamic simulations // Chemical Engineering and Processing. 2006. - 45. - P. 461-470.

113. Ullum, Т. Simulation of a spray dryer with a rotary atomizer: the appearance of vortex breakdown // Drying. 2006. - Proceedings of the 15th international drying symposium. - Budapest. - Hungary. - P. 251-257.

114. Huang, L. X., & Mujumdar, A. S. Simulation of an industrial spray dryer and prediction of off-design performance // Drying Technology. -2007.-25.-P. 703-714.

115. Woo, M. W., Daud, W. R. W., Mujumdar, A. S„ Talib, M. Z. M., Wu, Z. H., & Tasirin, S. M. CFD evaluation of droplet drying models in a spray dryer fitted with a rotary atomizer // Drying Technology. 2008. - 26. - P. 1180-1198.

116. Mezhericher, M., Levy, A., & Borde, I. Modeling of droplet drying in spray chambers using 2D and 3D computational fluid dynamics // Drying Technology. 2009. - 27. - P. 359-370.

117. Chen, X. D., & Jin, Y. Numerical study of the drying process of different sized particles in an industrial e scale spray dryer // Drying

118. Technology. 2009. - 27. - P. 371-381.i i * * . i 1 1 j

119. Кольцова Э.М. Численные методы решения уравнений "математической физики и химии: учеб. Пособие / Э.М. Кольцова, А. С. Скичко, А.В. Женса М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2009. - С. 224.

120. Sethian J.A. Computational fluid dynamics // Desktop to Teraflop: Exploiting the US lead in high performance computing. NSF Publications. - National Science Foundation. - Washington, DC, USA. - 1993. - P. 131240.

121. Marshall W.R., Seltzer E. Principles of spray drying // Chem. Eng, Prog. part 1. fundamental of spray dryer operation. - 1950, V. 46. - P. 501-508.

122. Miesse C.C. Modeling spray air contact in spray-drying systems // A.S. Mujumdar (Ed.). Advances in Drying. - Hemisphere. - New York. -1980. - V 1.-P. 63-99.

123. Crowe C.T., Stock D.E. The Particle-Source-in Cell (PSI-CELL) Model for Gas and Droplet Flows // Journal of Fluids Engineering. 1977. -P. 145-160.

124. Straatsma J. V., Houweligen G., Steenbergen A.E. Jong P.D. Spray drying of food products // Journal of Food Engineering. 1999. - V.42. - P. 67-72.

125. Zbicinski I. Development and experimental verification of momentum, heat and mass transfer model in spray drying // The Chemical Engineering Journal. 1995. - № 58. - P. 123-133.

126. S.A. Morsi and A.J. Alexander. An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems // J. Fluid mech. 1972. - 55(2). - P. 193-208.

127. L. Talbot et al. Thermophoresis of particles in a heated boundary layer // J. Fluid mech. 1980. - 101(4). - P. 737-758.

128. Краткий справочник физико-химических величин / под редакцией К.П. Мищенко и A.A. Равделя. Издательство «Химия». -Издание 4-ое. - 1965.

129. Fieser and Fieser. Reagents for Organic Synthesis. Vol. 1. - Wiley. - New York. - 1966. - P. 603.

130. Szostak R. Molecular Sieves. Principles of Synthesis and Identification. New York: Van Nostrand Reinhold. - 1989.