Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина
Представлен анализ кинетических характеристик процесса сушки капель суспензий лецитина. Наведено аналіз кінетичних характеристик процесу сушіння крапель суспензій лецитину. Analysis of kinetical characteristics of lesitine water suspense drops is presented....
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59077 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина / Л.Ю. Авдеева, Э.К. Жукотский, Т.Я. Турчина, Л.А. Костянец, А.В. Ткаченко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 54-58. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860174613431975936 |
|---|---|
| author | Авдеева, Л.Ю. Жукотский, Э.К. Турчина, Т.Я. Костянец, Л.А. Ткаченко, А.В. |
| author_facet | Авдеева, Л.Ю. Жукотский, Э.К. Турчина, Т.Я. Костянец, Л.А. Ткаченко, А.В. |
| citation_txt | Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина / Л.Ю. Авдеева, Э.К. Жукотский, Т.Я. Турчина, Л.А. Костянец, А.В. Ткаченко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 54-58. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлен анализ кинетических характеристик процесса сушки капель суспензий лецитина.
Наведено аналіз кінетичних характеристик процесу сушіння крапель суспензій лецитину.
Analysis of kinetical characteristics of lesitine water suspense drops is presented.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:59:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №254
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
УДК 66.047
Авдеева Л.Ю., Жукотский Э.К., Турчина Т.Я., Костянец Л.А., Ткаченко А.В.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ СУШКИ КАПЕЛЬ ВОДНЫХ СУСПЕНЗИЙ ЛЕЦИТИНА
Наведено аналіз кінетичних
характеристик процесу сушіння
крапель суспензій лецитину.
Представлен анализ кинетичес-
ких характеристик процесса сушки
капель суспензий лецитина.
Analysis of kinetical characteristics
of lesitine water suspense drops is
presented.
С – содержание сухих веществ;
Т – температура;
τ – время;
δ – диаметр капли;
кр. 1, 2, 3 – первая вторая, третья критические
точки.
Индексы нижние:
в – воздух;
дос – досушивание;
к – капля;
кон – конечный;
о – исходный, начальный;
общ – общий.
Развитие работ по созданию новых совре-
менных технологий получения наноматериа-
лов по данным [1-5] является на сегодняшний
день актуальным для многих отраслей, в том
числе фармацевтики, косметологии и меди-
цины, где существует острая необходимость
средств локальной доставки биологически
активных элементов и лечебных препаратов.
Существующие методы получения нанома-
териалов классифицируются по данным [1] на:
- методы получения наноматериалов, основан-
ные на испарении твердого вещества в инерт-
ный газ при очень низком давлении с после-
дующей конденсацией частиц, а также синтез
наночастиц в плазме;
- методы, которые включают стадию сушки,
причем, структурообразование частиц проис-
ходит по мере обезвоживания;
- методы, использующие сушку для заключи-
тельной обработки, когда подаваемый на суш-
ку раствор содержит уже готовые наночасти-
цы, полученные, например, золь-гель методом,
методом дисперсии сольватированных атомов
металлов и другими. В этом случае сушка ис-
пользуется для разделения продукта и раство-
рителя, в котором он был синтезирован.
Для получения сухих наноматериалов вы-
сокого качества одна из основных задач иссле-
дований состоит в разработке высокоэффек-
тивных технологий, позволяющих управлять
процессами формирования структуры частицы
на макро- и наноуровне. В связи с этим одним
из наиболее перспективных методов получе-
ния таких наноматериалов является сушка
распылением, поскольку только в дисперги-
рованном состоянии по мере обезвоживания
происходит формирование микро- и нанострук-
туры материала. А как известно [6, 7], про-
цессы формо- и структурообразования частиц
при сушке распылением полностью зависят
от физико-химических свойств исходных ма-
териалов, подаваемых в сушильную камеру, и
теплотехнологических режимов их высушива-
ния.
Цель работы заключалась в изучении вли-
яния температурных режимов на характер ки-
нетических кривых сушки капель водных
суспензий лецитина, термопластичных и адге-
зионных свойств высушенных частиц для оп-
ределения рациональных параметров полу-
чения порошкообразной пролипосомной фор-
мы лецитина в условиях распылительной су-
шилки.
Исследования кинетики сушки единичных
капель водных суспензий лецитина с концен-
трацией сухих веществ Со = 1,0; 2,5; 5,0 и 7,5 %
проводились в Институте технической тепло-
физики НАН Украины на системе «капля-па-
рогазовая среда» на стенде в потоке нагрето-
го теплоносителя до Тв = 140, 160 и 180 оС,
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №2 55
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
скорость которого составляла 0,5 м/с, что со-
ответствует скорости потока воздуха в факеле
распыла в распылительных сушилках с дис-
ковым распылением исходного раствора. Диа-
метр капель, которые навешивались на спай
термопары, составляли ~ 1,5 мм.
В процессе сушки единичных капель во-
дных суспензий лецитина с помощью потен-
циометра регистрировалось изменение тем-
пературы капли во времени, в результате чего
были получены термограммы Тк =ƒ(τ), пред-
ставленные на рис. 1, и одновременно с этим
с помощью кинокамеры проводилась видео-
съемка высушиваемой капли, кинограммы ко-
торой представленны на рис. 2.
Процесс сушки капель, как видно из рис. 1,
протекает в периоде падающей скорости, кото-
рый состоит из стадий коркообразования, ки-
пения и досушивания, разделенных на термо-
граммах критическими точками кр. 2 и кр. 3,
кроме 1 %-го раствора при Тв= 140 оС и 160 оС
(рис. 1, а).
По результатам обработки термограм были
Рис. 1. Термограммы сушки капель водных
суспензий лецитина с Со: а) 1,0 %;
б) 7,5 % при Тв: 1 – 140; 2 – 160; 3 – 180 оС .
а)
б)
Рис. 2. Кинограмма сушки капель водных
суспензий лецитина с Со = 7,5 % при Тв:
а) 140 оС; б) 160 оС; в) 180 оС.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №256
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
получены зависимости общего времени суш-
ки от содержания сухих веществ τобщ = ƒ(Со)
(рис. 3, а), времени сушки до точки кр. 3 τкр.3/
τобщ = ƒ(Тв) (рис. 3, б), длительности стадии
коркообразования τкр.2/τобщ =ƒ(Тв) (рис. 4, а) тем-
па прогрева капель (dТк/dτ)корк= ƒ(Тв) в стадии
коркообразования (рис. 4, б), длительности ста-
дий кипения τкип/τобщ =ƒ(Тв) (рис. 4, в) и досуши-
вания τдос/τобщ =ƒ(Тв) (рис. 4, г) от температуры
теплоносителя.
При сушке капель суспензий лецитина с
Со ≤ 5,0 % изменение концентрации сухих ве-
ществ мало влияет на общее время τобщ и вре-
мя сушки до точки кр. 3 (рис. 3). При этом по-
вышение температуры сушки от 140 оС (кривая
1, рис. 3, а) до 180 оС (кривая 3) приводит к со-
кращению общего времени сушки на 30...40 %
в зависимости от содержания сухих веществ.
Кроме того, если повышение температурных
режимов сушки капель суспензий лецитина
с Со ≤ 5,0 % мало влияло на значения τкр.3/τобщ
(рис. 3, б), то для образца с Со = 7,5 % отме-
чается сокращение этой величины в 1,4…1,5
раз по сравнению с остальными за счет увели-
чения стадии досушивания.
Анализ представленных на рис. 3 та 4 за-
висимостей показывает, что при близких зна-
чениях τобщ и τкр3/τобщ концентрация сухих ве-
ществ в растворе влияет на соотношения дли-
тельностей стадий коркообразования, кипения
и досушивания. Так, если с увеличением тем-
пературы сушки от 140 оС до 180 оС (рис. 4, а)
длительность стадии коркообразования τкр.2/τобщ
в зависимости от значения Со сократилась в
1,4…1,8 раза, то с увеличением концентрации
сухих веществ от 1,0…7,5 % при всех режи-
мах сушки длительность той же стадии сокра-
щается уже в 2…2,5 раза, что объясняется боль-
шим темпом прогрева капель суспензий с боль-
шим содержанием сухих веществ (рис. 4, б).
При повышении температуры сушки ка-
пель суспензий с Со ≤ 5,0 % от 140 оС до 180 оС
происходит сокращение длительности стадии
коркообразования (в условиях близких зна-
чений τобщ и τкр3/τобщ) за счет увеличения ста-
дии кипения τкип/τобщ (рис. 4, в). Для Со =7,5 %
Рис. 3. Зависимости: а) τобщ = ƒ(Со)
при сушке капель суспензий лецитина
при Тв: 1 – 140 оС; 2 – 160 оС; 3 – 180 оС;
б) τкр.3 /τобщ = ƒ(Со) при Со: 1 – 1,0 %;
2 – 2,5 %; 3 – 5,0 %; 4 – 7,5 %.
а)
б)
по вышение температурных режимов сушки
приводит уже наоборот к сокращению дли-
тельности стадии кипения в 1,4 раза (кривая
4, рис. 4, в), а стадии досушивания τдос/τобщ
(кривая 4, рис. 4, г) – к увеличению в 2, 5 раза
по сравнению с растворами с Со ≤ 5,0 %, что
характерно при сушке капель коллоидных
систем и ухудшает условия их высушивания.
Отличительной особенностью сушки ка-
пель водных суспензий лецитина является
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №2 57
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
многократное раздувание капель в стадии ки-
пения, о чем свидетельствуют кинограммы,
представленных на рис. 2. Такое раздувание
капель вызвано высоким градиентом давле-
ния водяных паров под образовавшейся на
поверхности капли корочки, структура кото-
рой не обладает достаточными влагопровод-
ными свойствами и создает сопротивление
процесам влагопереноса при сушке, что также
характерно для коллоидных систем [6-8]. Это
а)
в) г)
б)
приводит, как видно из кинограмм (рис. 2), к
получению полых частиц, размеры которых
превышают первоначальные δкон > δо, что яв-
ляется причиной их разушения, ухудшения
структурно-механических свойства порошка
и условий его сеперации из отработанного
теплоносителя в распылительной сушилке, а
также снижения его выхода.
Экспериментально установлено, что для
высушенных частиц таких коллоидных систем,
Рис. 4. Зависимости а) τкр.2 /τобщ = ƒ(Тв); б) (dТк/dτ)корк= ƒ(Тв); в) τкип/τобщ = ƒ(Тв);
г) τдос/τобщ = ƒ(Тв) при сушке капель суспензий лецитина с величиной Со:
1 – 1,0 %; 2 – 2,5 %; 3 – 5,0 %; 4 – 7,5 %.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №258
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
как лецитин, характерно проявление термо-
пластичных и адгезионных свойств. Даже
после охлаждения до 85 и далее до 20 оС
такие частицы в течение 3…5 мин находи-
лись в вязко-пластичном подвижном состоя-
нии, легко деформировались под воздействием
тонкого металлического зонда и прилипали к
нему, что обуславливает сложность получения
лецитина в порошковой форме из-за образо-
вания адгезионных отложений на стенках ка-
меры в распылительной сушилке.
Таким образом, для улучшения структу-
рирующей способности материала при сушке
распылением, повышения его термостойко-
сти и снижения адгезионных свойств порошка
необходимо применение структурирующих до-
бавок, выбор которых требует проведения до-
полнительных исследований.
Выводы
Экспериментальные исследования процес-
са сушки единичных капель водных суспензий
лецитина показали, что процесс протекает ис-
ключительно в периоде падающей скорости,
что характерно для коллоидных систем и об-
уславливает получение полых частиц с выра-
женными термопластичными и адгезионными
свойствами. Для улучшения структурирующей
способности материала при сушке распылени-
ем, повышения его термостойкости и сниже-
ния адгезионных свойств порошка необходимо
применение структурирующих добавок.
ЛИТЕРАТУРА
1. Меншутина Н.В. Наночастицы и на-
ноструктурированные материалы для фарма-
цевтики – Калуга: Изд-во научной литерату-
ры Н.Ф. Бочкаревой, 2008. – 192 с.
2. Pakowski Z. Drying of nanoporous and
nanostructured materials / Drying 2004: Pro-
ceedings of the 14th International Drying
Symposium (IDS 2004).– São Paulo, Brazil. –
2004. – V.А. – Р. 69-88.
3. Pakowski Z. Modelling of multicomponent
drying of a shrinking gel cylinder containing
DCCA: Drying Technology / Z.Pakowski,
Z.Bartzak. – 1997. – 15(2). – Р. 555-573.
4. Allain C. Regular pattern of cracks formed
by directional drying of colloidal suspensions:
Phys.Rev.Lett. / C. Allain, L.Limat. – 1995. –
№ 74.– Р. 2981 – 2984.
5. Современные подходы к исследованию и
описанию процессов сушки пористых тел / под
ред. В.Н.Пармова. – Новосибирск: Изд-во СО
РАН, 2001. – 300 с.
6. Долинский А.А., Малецкая К.Д., Шмор-
гун В.В. Кинетика и технология сушки рас-
пылением. – К.: Наукова думка. – 1987. – 224 с.
7. Долинский А.А., Иваницкий Г.К. Опти-
мизация процессов распылительной сушки. –
Киев: Наукова думка. – 1984.– 320с.
8. Турчина Т.Я. Кинетика процессов теп-
ловлагопереноса при сушке капель термо-
пластичных материалов – солодовых экстрак-
тов // Пром. теплотехника, 2010. – Т. 32, № 3. –
С. 43–49.
Получено 08.12.2011 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-59077 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:59:26Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Авдеева, Л.Ю. Жукотский, Э.К. Турчина, Т.Я. Костянец, Л.А. Ткаченко, А.В. 2014-04-06T14:18:51Z 2014-04-06T14:18:51Z 2012 Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина / Л.Ю. Авдеева, Э.К. Жукотский, Т.Я. Турчина, Л.А. Костянец, А.В. Ткаченко // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 54-58. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59077 66.047 Представлен анализ кинетических характеристик процесса сушки капель суспензий лецитина. Наведено аналіз кінетичних характеристик процесу сушіння крапель суспензій лецитину. Analysis of kinetical characteristics of lesitine water suspense drops is presented. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теория и практика сушки Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина Research of drying kinetics of droplets of lecithin aqueous solution Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина Авдеева, Л.Ю. Жукотский, Э.К. Турчина, Т.Я. Костянец, Л.А. Ткаченко, А.В. Теория и практика сушки |
| title | Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина |
| title_alt | Research of drying kinetics of droplets of lecithin aqueous solution |
| title_full | Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина |
| title_fullStr | Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина |
| title_full_unstemmed | Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина |
| title_short | Исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина |
| title_sort | исследование кинетики сушки капель водных суспензий лецитина |
| topic | Теория и практика сушки |
| topic_facet | Теория и практика сушки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59077 |
| work_keys_str_mv | AT avdeevalû issledovaniekinetikisuškikapelʹvodnyhsuspenziilecitina AT žukotskiiék issledovaniekinetikisuškikapelʹvodnyhsuspenziilecitina AT turčinatâ issledovaniekinetikisuškikapelʹvodnyhsuspenziilecitina AT kostânecla issledovaniekinetikisuškikapelʹvodnyhsuspenziilecitina AT tkačenkoav issledovaniekinetikisuškikapelʹvodnyhsuspenziilecitina AT avdeevalû researchofdryingkineticsofdropletsoflecithinaqueoussolution AT žukotskiiék researchofdryingkineticsofdropletsoflecithinaqueoussolution AT turčinatâ researchofdryingkineticsofdropletsoflecithinaqueoussolution AT kostânecla researchofdryingkineticsofdropletsoflecithinaqueoussolution AT tkačenkoav researchofdryingkineticsofdropletsoflecithinaqueoussolution |