Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в области сушки химико-фармацевтических материалов наметился ряд существенных тенденций: повышение качества продукта и сроков его хранения, снижение энергозатрат и негативного воздействия на окружающую среду. Многие химико-фармацевтические материалы представляют собой термолабильные, легкоокисляющиеся, нестабильные вещества. Для их сушки требуются особые условия, что, зачастую, делает неприемлемым использование тепловых способов обработки. К традиционным технологиям, применяющимся сегодня для сушки химически нестойких материалов, относятся: вакуумная сублимационная сушка, низкотемпературная распылительная сушка, сушка в псевдоожиженном слое, сорбционная сушка и др. Однако каждая из перечисленных технологий характеризуется либо высокой стоимостью, либо не обеспечивает требуемого качества получаемых продуктов, либо сам процесс сушки не соответствует современным требованиям химико-фармацевтического производства.
Таким образом, актуальной задачей является разработка новой экологически безопасной технологии сушки химико-фармацевтических материалов, которая позволит получить продукт высокого качества с заданными структурой и свойствами и сократить затраты на производство.
Данная работа посвящена разработке инновационной технологии двухстадийной сушки фармацевтического протеина в псевдоожиженном слое при атмосферном давлении с тепловым насосом, которая полностью удовлетворяет указанным требованиям. Работа выполнена 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 № 02.513.11.33261.
1 Экспериментальные и аналитические исследования процесса двухстадийной сушки в аппарате псевдоожиженного слоя с тепловым насосом проводились на базе Норвежского университета науки и технологий (г. Трондхейм) под руководством д.т.н., проф. О.Алвес-Фильо.
Цель работы заключается в разработке высокотехнологичного процесса двухстадийной сушки в псевдоожиженном слое с использованием теплового насоса для получения фармацевтических продуктов с заданными свойствами. Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие научно-технические задачи:
проведение экспериментальных исследований двухстадийной сушки фармацевтического протеина в сушилке псевдоожиженного слоя с тепловым насосом;
анализ качественных характеристик исходного материала, материала в процессе сушки и конечного продукта;
разработка математической модели процесса двухстадийной сушки фармацевтического протеина в псевдоожиженном слое, численное решение уравнений математической модели;
разработка методики выбора условий двухстадийной сушки в псевдоожижженом слое с тепловым насосом на основании качества продукта и энергетической эффективности процесса сушки;
изучение преимуществ сушки с использованием теплового насоса для обеспечения стабильности процесса, снижения энергозатрат и уменьшения негативного воздействия на окружающую среду.
Научная новизна. Теоретически описана и экспериментально продемонстрирована возможность производства высококачественного фармацевтического протеина методом двухстадийной сушки в псевдоожиженном слое с тепловым насосом.
Разработана математическая модель, описывающая процесс двухстадийной сушки фармацевтического протеина в псевдоожиженном слое при атмосферном давлении. Данная модель позволяет рассчитать параметры газовой и дисперсной фаз в процессе сушки при варьируемых параметрах сушильного агента на входе в сушильную камеру.
Разработана методика выбора условий проведения процесса двухстадийной
сушки в псевдоожиженном слое с тепловым насосом на основании оценки качества продукта и энергетической эффективности процесса. Для оценки энергетической эффективности процесса сушки с тепловым насосом использован критерий удельной скорости удаления влаги (SMER).
Практическая ценность. Проведены экспериментальные исследования двухстадийной сушки фармацевтического протеина при атмосферном давлении в сушилке псевдоожиженного слоя с тепловым насосом. Измерен ряд качественных характеристик исходного материала, материала в процессе сушки и конечного продукта.
Разработано программное обеспечение, позволяющее рассчитать гидродинамические параметры, теплообмен и кинетику процесса двухстадийной сушки в псевдоожиженном слое.
В результате реализации методики выбора условий двухстадийной сушки в псевдоожиженном слое с тепловым насосом на основании оценки качества продукта и энергетической эффективности процесса найдены режимы работы сушильной установки, обеспечивающие получение сухого продукта с заданными качественными характеристиками при минимальных энергозатратах.
Включение в технологическую схему теплового насоса, работающего на природном аммиаке, позволяет стабилизировать процесс сушки, получить высококачественный продукт, а также существенно снизить энергозатраты и отрицательное воздействие на окружающую среду.
Апробация. Основные результаты диссертационной работы были доложены на Международных конференциях молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-2005», «МКХТ-2006», «МКХТ-2007», Москва, 2005-2007 гг.; 15ом Международном симпозиуме по сушке «IDS'2006», Будапешт, 2006 г.; 17ом Международном конгрессе по химической технологии, «CHISA-2006», Прага, 2006 г.; 60М Европейском конгрессе по химической технологии «ЕССЕ-6», Копенгаген, 2007 г. и Международном научном семинаре по атмосферной сублимационной сушке, Трондхейм, 2007 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованной литературы из 111 наименований. Общий объем работы составляет 148 страниц печатного текста, включая 34 таблицы и 36 рисунков.
