Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем

Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем

Исследовано влияние эффектов ДИВЭ, реализуемых в дисково-цилиндрических аппаратах, на процессы структурообразования в системах спиртсодержащая смесь – карбомер. Предложенная ДИВЭ-технология позволила интенсифицировать тепломассообменные процессы получения спиртовых гелей в 2 раза....

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2010
Автор: Грабова, Т.Л.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Інститут технічної теплофізики НАН України 2010
Назва видання:Промышленная теплотехника
Теми:
Энергосбережение
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60548
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем / Т.Л. Грабова // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 3. — С. 80-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-60548
record_format dspace
spelling irk-123456789-605482014-04-17T03:01:24Z Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем Грабова, Т.Л. Энергосбережение Исследовано влияние эффектов ДИВЭ, реализуемых в дисково-цилиндрических аппаратах, на процессы структурообразования в системах спиртсодержащая смесь – карбомер. Предложенная ДИВЭ-технология позволила интенсифицировать тепломассообменные процессы получения спиртовых гелей в 2 раза. Досліджено вплив ефектів ДІВЕ, які реалізуються у дисково-циліндричних апаратах, на процеси структуроутворення у системах спиртвмісна суміш – карбомір. Запропонована ДІВЕ-технологія дозволила інтенсифікувати тепломасообмінні процеси отримання спиртових гелів у 2 рази. The influence of the DPIE effects in the disc-cylinder apparatus on the process of structuring in systems alcohol-containing mixture – Carbomer is investigated. The proposed DPIE-technology has allowed to intensify heat-mass exchange processes of obtaining alcohol gels twice. 2010 Article Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем / Т.Л. Грабова // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 3. — С. 80-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0204-3602 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60548 532.695:541.182.644 ru Промышленная теплотехника Інститут технічної теплофізики НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Энергосбережение
Энергосбережение
spellingShingle Энергосбережение
Энергосбережение
Грабова, Т.Л.
Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем
Промышленная теплотехника
description Исследовано влияние эффектов ДИВЭ, реализуемых в дисково-цилиндрических аппаратах, на процессы структурообразования в системах спиртсодержащая смесь – карбомер. Предложенная ДИВЭ-технология позволила интенсифицировать тепломассообменные процессы получения спиртовых гелей в 2 раза.
format Article
author Грабова, Т.Л.
author_facet Грабова, Т.Л.
author_sort Грабова, Т.Л.
title Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем
title_short Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем
title_full Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем
title_fullStr Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем
title_full_unstemmed Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем
title_sort применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем
publisher Інститут технічної теплофізики НАН України
publishDate 2010
topic_facet Энергосбережение
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60548
citation_txt Применение метода дискретно-импульсного ввода энергии для получения структурированных спиртсодержащих систем / Т.Л. Грабова // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 3. — С. 80-86. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
series Промышленная теплотехника
work_keys_str_mv AT grabovatl primeneniemetodadiskretnoimpulʹsnogovvodaénergiidlâpolučeniâstrukturirovannyhspirtsoderžaŝihsistem
first_indexed 2025-07-05T11:36:32Z
last_indexed 2025-07-05T11:36:32Z
_version_ 1836806720052002816
fulltext ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №380 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ УДК 532.695:541.182.644 Грабова Т.Л. Институт технической теплофизики НАН Украины ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИСКРЕТНО-ИМПУЛЬСНОГО ВВОДА ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРИРОВАННЫХ СПИРТСОДЕРЖАЩИХ СИСТЕМ Досліджено вплив ефектів ДІВЕ, які реалізуються у диско- во-циліндричних апаратах, на процеси структуроутворення у системах спиртвмісна суміш – карбомір. Запропонована ДІВЕ- технологія дозволила інтенси- фікувати тепломасообмінні про- цеси отримання спиртових гелів у 2 рази. Исследовано влияние эффек- тов ДИВЭ, реализуемых в дисково- цилиндрических аппаратах, на процессы структурообразования в системах спиртсодержащая смесь – карбомер. Предложенная ДИВЭ- технология позволила интенси- фицировать тепломассообменные процессы получения спиртовых ге- лей в 2 раза. The influence of the DPIE effects in the disc-cylinder apparatus on the process of structuring in systems alcohol-containing mixture – Carbomer is investigated. The proposed DPIE- technology has allowed to intensify heat-mass exchange processes of obtaining alcohol gels twice. C – концентрация; t – температура; рН – водородный показатель; γ – скорость сдвига; τ – время; μ – коэффициент динамической вязкости; ГЗМП – Государственный экспериментальный завод медицинских препаратов; ДИВЭ – дискретно-импульсный ввод энергии; ИБОНХ – Институт биоорганической химии и нефтехимии. Исследование процессов структурообра- зования в дисперсных системах имеет важное теоретическое и прикладное значение ввиду многообразия таких систем, участвующих, как в природных явлениях, так и при проведении различных технологических операций [1]. В частности, процессы структурообра- зования, в т. ч. при получении нанострукту- рированных систем, являются основными в технологиях получения широкого спектра фар- мацевтической и косметической продукции (гели, мази, кремы и т. п.). Характер протека- ния таких процессов и функциональные свой- ства готового продукта зависят от ряда факто- ров, в частности, физико-химической природы субстанций, водородного показателя системы, концентрации структурообразователя, темпе- ратуры процесса, а также от методов обработки и получения связно-дисперсных систем [2, 3]. В представленной работе рассмотрены про- цессы структурообразования (гелеобразования) в спиртсодержащей смеси (этанол, эфиры кис- лот, ароматические масла, вода), где в качестве структурообразователя применяется карбомер. Процесс гелеобразования в таких системах проходит в 3 стадии (рис. 1). Первая стадия заключается в получении дисперсии структурообразователя (карбоме- ра) в спиртовой смеси. Карбомер является высокодисперсным порошком (размер частиц 2…25 мкм). Каждая частица представляет со- бой трехмерную сетчатую структуру и в силу гидрофильных свойств характеризуется высо- кими значениями поверхностной энергии на межфазной границе. Сила взаимодействия в контактах между частицами возрастает при его погружении в дисперсионную среду (спирто- вую смесь), что приводит к образованию боль- ших коагуляционных структур неравномерно распределенных по объему смеси и затрудняет процессы гелеобразования во всем объеме. На второй стадии молекула карбомера ги- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №3 81 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Рис. 1. Схема механизма гелеобразования в спиртсодержащих системах. дратируется и начинает набухать. Интенсив- ность такого массообменного процесса су- щественно зависит от температуры системы (рис. 2). Однако повышение температуры при- водит к возникновению коагуляционных струк- тур (слипанию набухающих частиц). А нагрев смеси свыше 70…75 оС приводит к деструкции (пластификации) карбомера и, соответственно, к прекращению процесса гелеобразования. На 3-й стадии существенно изменяются основные структурно-механические свойства – система теряет текучесть из-за образования структурной сетки. Увеличение вязкости систе- мы в зависимости от содержания карбомера в водной дисперсии изменяется по экспоненци- альной зависимости (поз. 1, рис. 3), а для дис- персии со значением рН системы большим в 2,5 раза – по линейной зависимости (поз. 2). Кроме того, понижение водородного показа- теля системы дает возможность осуществлять процессы гелеобразования в системах с кон- центрацией карбомера менее 1 % [3]. Специалистами ИТТФ НАНУ и ГЗМП ИБОНХ НАНУ создана установка по отработке теплотехнологии получения спиртовых гелей. Принципиальная схема получения таких гелей (рис. 4) включает реактор 1 объемом 200 л с перемешивающим устройством 2, сито Рис. 2. Зависимость изменения времени смачивания (набухания частиц) карбомера от температуры системы. Рис. 3. Вязкость водной дисперсии в зависимости от концентрации карбомера: 1 – для системы с рН = 2,8…3,3; 2 – с рН = 7,5. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №382 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Рис. 4. Принципиальная схема получения спиртовых гелей: 1 – реактор; 2 – мешалка; 3 – роторный насос; 4 – дисково-цилиндрический аппарат; 5 – сито; 6 – погружной насос. 5 для загрузки структурообразователя с дезин- теграцией, для выгрузки готового продукта используют погружной насос 6 и мобильный насосно-диспергационный агрегат типа «Фар- матрон-3000», разработанный и изготовленный ИТТФ НАНУ [4]. Одним из составных элемен- тов агрегата является дисково-цилиндрического аппарат роторно-пульсационного типа (рис. 5). Применение эффектов дискретно- импульсного ввода энергии (ДИВЭ) в гетеро- генные системы [5,6], реализуемые в таких аппаратах за счет многофакторного динамиче- ского и энергетического воздействия на обра- батываемую систему [7,8], позволяет решить ряд проблем в процессах гелеобразования. Опытно-промышленные испытания показа- ли, что получение спиртсодержащего геля не- возможно без применения методов ДИВЭ. При этом действующая технология имела ряд недо- статков (см. табл. 1): неравномерное распреде- ление субстанций по объему обрабатываемой системы, завоздушивание готового продукта, продолжительность операций. Технологиче- ская цепочка рассчитана на 165 кг готового продукта, где массовая доля структурообразо- вателя составляет менее 0,006 %. Учитывая результаты теоретических и при- кладных работ в области ДИВЭ в гетерогенные системы, а также проведенные в ИТТФ НАНУ экспериментальные исследования [9-11], пред- ложена технология, в которой эффекты ДИВЭ используются на каждой стадии процесса ге- леобразования (см. табл. 2). Такой подход обо- снован следующим. При прохождении системы через аппарат развиваются большие скорости сдвига, приводящие к диссипации энергии, что сопровождается выделением теплоты. Т. е. при обработке системы повышается ее температур- ный потенциал, что приводит к интенсифика- ции тепломассообменных процессов (смачива- ния, набухания, гидратации, нейтрализации). При этом кратковременный нагрев в локальных зонах не приводит к деструкции геля. За счет динамического и пульсирующего режимов течения, турбулентных и вихревых потоков (особенно их влияние существенно ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №3 83 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Технологичес- кая операция Субстанция Технологическое оборудование П ро до лж ит ел ьн ос ть оп ер ац ии , м ин . Недостатки Ре ак то р М еш ал ка С ит о Ро то рн ы й на со с Д ис ко во -ц ил ин др а пп ар ат П ог ру ж но й на со с 1 Загрузка жидкая смесь 2 Загрузка порошок карбомера 60 продолжительная, трудоемкая операция 3 Перемешива- ние смеси 120...150 неравномерное распре- деление карбомера по объему смеси, возникно- вение коагуляционных структур 4 Загрузка (метод непрямого добавления) жидкий нейтрализа- тор 5 Перемешива- ние смеси 30 неравномерное распре- деление субстанции по объему смеси, помутнение смеси 6 Гомогениза- ция 45...60 происходит распреде- ление частиц структу- рированного продукта в объеме неструктуриро- ванного, т. е. не возни- кает пространственной сетки во всем объеме 7 Выгрузка готовый продукт: гель привлечение дополни- тельного оборудования 4...4,5 часа Табл. 1. Карта получения спиртсодержащего геля по действующей технологии на первых стадиях процесса – пока система является свободно-дисперсной) происходит равномерное распределение порошка структу- рообразователя в смеси, а соответственно, по- зволяет получить равномерную по плотности во всем объеме трехмерную структуру. Динамика процесса гелеобразования и ка- чество готового продукта определяют по значе- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №384 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ Технологичес- кая операция Субстанция Технологическое оборудование П ро до лж ит ел ьн ос ть оп ер ац ии , м ин . Тепломасообменные и физико-химические процессы Ре ак то р М еш ал ка С ит о Ро то рн ы й на со с Д ис ко во -ц ил ин др а пп ар ат П ог ру ж но й на со с 1 Загрузка и го- могенизация жидкая смесь 25...30 равномерное распре- деление карбомера в объеме смеси, начало процесса смачивая кар- бомера порошок карбомера жидкая смесь 2 Перемешива- ние 30 процесс смачивания и частичное разворачива- ние молекулы карбомера 3 Загрузка (метод непрямого добавления) и гомогениза- ция жидкий нейтрализа- тор 5...10 равномерное распределение субстанции в объеме 4 Перемешива- ние смеси 30 процесс нейтрализации: полностью разворачи- вается молекула карбо- мера, образуя простран- ственную сетку во всем объеме смеси 5 Выгрузка готовый продукт: гель 15...20 сдвиговые напряжения, развиваемые в аппарате, разжижают систему и позволяют ее транспортировать 2...2,5 часа Табл. 2. Карта получения спиртсодержащего геля по предложенной ИТТФ НАНУ технологии ниям вязкости и оптической плотности [1, 12]. Полученный спиртсодержащий гель явля- ется вязкопластичной структурой с выражен- ными псевдопластичными реологическими свойствами, что свидетельствует о получении структурированной системы. При низких на- пряжениях сдвига гель не обладает текуче- стью, при высоких сдвиговых напряжениях (до 2…2,5 МПа), которые развиваются в аппа- рате в процессе гидродинамической обработ- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №3 85 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ки, он становится текучим. Кратковременное воздействие таких напряжений не приводит к необратимым разрушениям его пространствен- ной структуры, обработанная система обладает свойствами тиксотропии. Вязкость полученного спиртового геля до- стигает 6,5 ± 1,5 Па·с, а оптическая плотность – 1,366 ± 0,003, что соответствует аналитическо- нормативной документации на готовый продукт по ТУ У 24-2-32665379-010:2007. На ГЗМП ИБОНХ НАНУ по предложенной технологии выпущена промышленная партия №021109 геля АХД-2000, который обладает антибактериальными свойствами – за 30 сек. снижает количество микрофлоры кожи в 100 тыс. раз. Выводы 1. Применение эффектов ДИВЭ, реали- зуемых в дисково-цилиндрических аппаратах роторно-пульсационного типа, позволило осу- ществить и интенсифицировать ряд тепломас- сообменных и физико-химических процессов получения гелеобразных фармацевтических систем, что привело к сокращению продолжи- тельности производственного процесса в 2 раза и ряда трудоемких технологических операций без привлечения дополнительного оборудова- ния, кроме того, позволило улучшить качество готового продукта. 2. Следует отметить, что полученные в ра- боте данные могут быть использованы для раз- работки новых технологий получения гелео- бразных спиртсодержащих топлив. ЛИТЕРАТУРА 1. Урьев Н.Б. Структурированные дисперс- ные системы / Н.Б. Урьев // Соровский образо- вательный журнал. – 1998. – №6. – С. 42–47. 2. Грабова Т.Л. Дискретно-імпульсне вве- дення енергії в наноструктуровані гетерогенні системи: тези Всеукраїнської конференції «Сучасне матеріалознавство: матеріали та технології» (Київ, 12-14.11.08 ) / Т.Л. Грабо- ва, А.В. Бучма / Національна академія наук України. – К.: НАНУ, 2008. – с. 161. 3. Carbopol Ultrez 10 Polymer for Personal Care Applications: TECHNICAL DATA SHEET [Электронный ресурс] / Copyright 2007: The Lubrizol Corporation. – 2007. – 4 p. – Режим до- ступа: http://www.lubrizol.com/Pharmaceutical/ DispersionTechniques.html. 4. Грабов Л.Н. Инновационные техноло- Рис. 5. Схема конструкции дисково- цилиндрического аппарата: 1, 4 – статоры, 2,5 – роторы, 3 – каналы; 6 – прорези; 7 – камера. 1–3 – дисковый узел; 4–6 – цилиндрический узел. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №386 ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ гии и тепломассообменное оборудование для фармацевтических производств / Л.Н. Грабов, В.И. Мерщий, Т.Л. Грабова // Промышленная теплотехника. – 2003. – т. 25, прил. к № 4. – С. 113–115. 5. Долинский А.А. Дискретно-импульсный ввод энергии в теплотехнологиях / А.А. До- линский, Б.И. Басок, С.И. Гулый, А.И. Накор- чевский, Ю.А. Шурчкова. – К.: Наукова думка, 2001. – 348 с. 6. Долинский А.А. Принципы оптимиза- ции массообменных технологий на основе ме- тода дискретно-импульсного ввода энергии/ А.А. Долинский, А.И. Накорчевский // Про- мышленная теплотехника. – 1997. – т. 19, № 6. – С. 5–9. 7. Промтов М.А. Пульсационные аппа- раты роторного типа: теория и практика / М.А. Промтов. – М.: Машиностроение-1, 2001. – 260 с. 8. Грабова Т.Л. Диспергування гетероген- них систем у роторно-пульсаційних апаратах дисково-циліндричного типу: автореферат дис. канд. техн. наук: 05.14.06 / Т.Л. Грабова. – К., 2007. – 23 с. 9. Грабов Л.Н. Диспергирование многоком- понентных гетерогенных систем / Л.Н. Грабов, В.И. Мерщий, Д.В. Посунько // Промышленная теплотехника. – 2008. – т. 30, № 2. – С. 27–32. 10. Накорчевский А.И. Гидродинамика и теломассоперенос в гетерогенных системах и пульсирующих потоках / А.И. Накорчевский, Б.И. Басок. – К.: Наукова думка, 2001. – 346 с. 11. Грабова Т.Л. Воздействие ДИВЭ на свойства кремнийорганических сорбентов / Т.Л. Грабова // – 2004. – т. 26, № 6. – С. 9–15. 12. Нужный А.Ю. Определение скорости гелеобразования в системе SiO2–Н2SO4–H2O методом турбидиметрии / А.Ю. Нужный, О.Н. Калугин // Вісник Харківського національного університету. – 2007. – № 770, вип. 15 (38). – С. 251–262. Получено 25.02.2010 г.

Схожі ресурси