Дослідження гідродинаміки реакційної маси у реакторі-змішувачі

Abstract

У проєктуванні фармацевтичних, біотехнологічних і хімічних виробництв ва- жливе значення має апаратурне оформлення технологічних процесів. Обладнання має багато спільного з обладнанням галузей хімічної та харчової промисловості. Реактори-змішувачі встановлюють на різних технологічних етапах вироб- ництва, оскільки процес перемішування відіграє важливу роль у виробництві. Перемішування робить більш ефективними процеси розчинення речовин, процеси теплообміну, масообміну, прискорює перебіг реакцій, робить більш ефективними процеси біосинтезу. При розрахунку хімічних реакторів визначаються необхідні для досягнення заданої продуктивності обʼєм, швидкість потоку, поверхня теплообміну, гід- равлічний опір, швидкість заміни каталізатора, конструктивні параметри, ре- жими роботи. При отриманні неоднорідних систем ефективність перемішування можна характеризувати рівномірністю розподілу дисперсної фази в дисперсійному се- редовищі, а при отриманні однорідних систем — рівномірністю розподілу роз- чинених речовин у розчині. Для інтенсифікації хімічних, теплових і дифузійних процесів у гетерогенних системах створюються умови для підводу речовини в зону реакції, до межі поділу фаз чи до поверхні теплообміну. У статті досліджено гідродинамічні характеристики субстанції, що пере- мішується, за допомогою програмного комплексу CAE. Програма використовує кінцево-елементні розрахунки та дає змогу моделювати фізичний процес, який описується диференційними рівняннями. Розвʼязання задачі базується на чисель- ному розвʼязанні рівнянь у частинних похідних методом скінченних елементів. Розглядається процес перемішування твердих активних фармацевтичних ін- гредієнтів та ексципієнтів у рідкому дисперсійному середовищі, зокрема масі, якою виступає твердий жир, що стає рідким при підводі тепла крізь стінки конструкції.In the designing of pharmaceutical, biotechnology and che- mical production facilities, the hardware design of technological processes is of great importance. The equipment has much in common with the equipment used in the chemical and food industries. Mixing reactors are installed at various technological stages of production, as the mixing process plays an important role in technological process. Mixing makes the dissolution of substan- ces, heat and mass transfer processes more efficient, accelerates reactions, and makes biosynthesis processes more effective. When designing chemical reactors, the volume, flow rate, heat transfer surface, hydraulic resistance, catalyst replacement rate, design parameters, and operating modes required to achieve a given performance were determined. When obtaining heterogeneous systems, the mixing effici- ency can be characterized by the uniformity of the dispersed phase distribution in the dispersion medium, and when obtain- ning homogeneous systems, by the uniformity of the dissolved substances distribution in the solution. To intensify chemical, thermal, and diffusion processes in heterogeneous systems, conditions are created to supply a substance to the reaction zone, to the interface, or to the heat transfer surface. In this work, the hydrodynamic characteristics of the mixed substance were investigated using the CAE software package. The program uses finite element calculations and allows mode- ling a physical process described by differential equations. The solution of the problem is based on the numerical solution of partial differential equations by the finite element method. The process of mixing solid active pharmaceutical ingredi- ents and excipients in a liquid dispersion medium, namely a mass of solid fat that becomes liquid when heat is applied through the walls of the structure, was considered