zinet home
home home
home ИНТЕЛЛЕКТ-ПОРТАЛ
home Стартовал прием материалов в сборник XХХIX-й научной конференции. Требования к публикациям - в разделе "Объявления".

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

РЕСУРСЫ ПОРТАЛА:

Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 28 мая 2016 г.)


Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)


Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)


Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24-27 ноября 2015 г.)


Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13-17 октября 2015 г.)


Тридцать третья научно-практическая конференция
(20-27 мая 2015 г.)


Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2-7 апреля 2015 г.)


Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)


Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)


Двадцать девятая международная научно-практическая конференция
(19-25 ноября 2014 г.)


Двадцать восьмая международная научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)


Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)


Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)


Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)


Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)


Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабя 2013 г.)


Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноябя 2013 г.)


Первая международная научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцать первая научно-практическая конференция
(14-18 мая 2013 г.)


Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)


Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февряля - 3 марта 2013 г.)


Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)


Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)


Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)


Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01 - 07 марта 2012 г.)


Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)


Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)


Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)


Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля - 04 мая 2011 г.)


Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)


Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)


Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)


Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)


Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)


Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)


Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)


Третья научно-практическая конференция
(20-27 декабря 2008 г.)


Вторая научно-практическая конференция
(1-7 ноября 2008 г.)


Первая научно-практическая конференция
(10-15 мая 2008 г.)



НАШИ ПАРТНЕРЫ:

Студия веб-дизайна www.zinet.info



Студия ландшафтного дизайна Флора-МК


Уникальное предложение!



Сайт-визитка - теперь
всего за 200 грн!

подробнее>>>



ВДОСКОНАЛЕННЯ ПРОЦЕСУ ЛІОФІЛІЗАЦІЇ ШЛЯХОМ РОЗРОБКИ ТЕРМОДАТЧИКА

 

Лиса Я.П., к.б.н., доцент Беспалова О.Я.

Україна, м. Київ, Національний технічний

університет України

«Київський політехнічний інститут»,

 

Аннотация: Статья сосредоточена на проблеме мониторинга процесса лиофилизации биологического материала в флаконах. Контроль необходим для проверки, что температура продукта не превышает максимальную, чтобы предупредить повреждение, а также определения позиции движущегося фронта сублимации, что дает информацию об окончании этапа первичной сушки. Проводится разработка термодатчика для контроля этапа первичной сушки.

 

Вступ. Ліофілізація використовується як альтернатива традиційної сушки завдяки нижчій робочій температурі, що робить її підходящою для матеріалів, чутливих до нагрівання (наприклад, фармацевтичні препарати), які можливо пошкодити при вищих температурах. Вона застосовується при необхідності тривалого зберігання та консервування різних продуктів біологічного походження, зокрема для одержання сухої плазми донорської крові, сухих сироваток і вакцин, у фармацевтичній і харчовій промисловості. У ряді випадків, наприклад, при виробництві сухих легкорозчинних антибіотиків, бактерійних і вірусних препаратів, заквасок і ферментів, БАДів і т.п., ліофілізація поки не має альтернативи [1].

Після заморожування більша частина розчинника видаляється за допомогою сублімації на стадії первинної сушки при низькому парціальному тиску. На етапі первинної сушки дуже важливо контролювати оптимальну температуру продукту нижче її верхньої межі, що зменшує тривалість процесу та запобігає руйнуванню; це вимагає моніторингу температури продукту та позиції рухомого фронту сублімації [2].

Постановка проблеми. Обмеженням процесу є неможливість отримання прямого вимірювання параметрів, не впливаючи на динаміку процесу чи зменшення стерильних умов, необхідних деяким продуктам [3].

Моніторинг та контроль етапу первинної сушки дозволяє уникнути незворотних ушкоджень досліджуваного матеріалу та оптимізації використання часу, необхідного на даному етапі [4]. Система моніторингу має бути здатною виявити кінцеву точку первинної сушки, після якої вторинна сушка повинна бути запущена.

Тому метою роботи є вдосконалення існуючої методики контролю етапу первинної сушки за допомогою неінвазивних методів вимірювання шляхом розробки датчика температури, який буде розміщений в нижній частині флакона та буде розраховувати температуру продукту в режимі реального часу, що дозволить економити як енергію, необхідну для ліофілізації, так і слідкувати за якістю ліофілізованого продукту.

Розрахунок основних параметрів процесу. Біологічний матеріал, який висушують за допомогою ліофільної сушки, зазвичай знаходиться в ємностях (флакони, ампули і т.п.), розташовані на полицях сушильної камери [5]. Схема, яка складається з матеріалу та простору над ним, зображена на рис. 1. На схемі показано вертикальний розріз. Ємності зазвичай розташовані на горизонтальній поверхні камери (полиці), однак зображена на схемі площина повернута на 900 за часовою стрілкою. Таким чином, шар досліджуваного матеріалу товщиною h на схемі розташований вертикально, зліва від нього – поверхня полиці, справа – паровий простір. Вертикальна пунктирна лінія позначає границю фазового переходу, яка рухається вліво, її початкова величина співпадає з товщиною досліджуваного матеріалу. Границя фазового переходу ділить початковий шар на два; зліва – ще не змінений, вихідний матеріал, властивості якого позначимо індексом 1; справа – змінений, сублімований матеріал, властивості якого позначимо індексом 2. Товщина зміненого шару позначена ξ(τ) та є шуканою функцією часу, що змінюється від нуля (при τ=0) до h [6].

 

Рис. 1. Плоский переріз матеріалу та газового простору

 

Для розрахунку математичної моделі процесу ліофілізації застосовані основні закономірності тепло масообміну з урахуванням фазових перетворень. Розрахунок моделі дозволить не тільки отримати кількісні характеристики процесів, що розглядаються, але і провести порівняльний аналіз процесів при різноманітний величинах зовнішнього впливу.

Математична модель в загальному випадку включає наступні умови.

1.           Рівняння теплопровідності (з урахуванням конвекції і тепловиділення) (1):

                                               (1)

де Т- температура, 0С, ρ – густина, кг/м3, Cp – теплоємність, Дж/кг•К, k – теплопровідність, Вт/м•К, ū – швидкість, м/с, Q – потужність об’ємного тепловиділення, Вт/м3, t – час, с.

2.       Рівняння дифузії пари (2):

                                                         (2)

де с – концентрація пари, моль/м3, D – коефіцієнт дифузії, м2/с, ɛ - пористість матеріалу.

3.       Умова на рухомій границі фазового переходу (сублімації) (3):

                    (3)

де dξ/dτ=V – швидкість руху границі, м/с, Дж/м2•с, ε – ступінь чорноти, σ = 5.67•10-8 Вт/м2 К4   - стала  Стефана-Больцмана, L – прихована теплота сублімації, Дж/кг, Tamb – температура зовнішнього середовища, К.

Таким чином, швидкість V руху границі фазового переходу обчислюється, виходячи з теплового балансу на цій границі, з урахуванням можливого нагріву її випромінюванням.

4. На рухомій границі для рівняння дифузії швидкість V визначає потік Nv, моль/м2•с, сублімаційної пари, яка відходить від рухомої границі, у вигляді (4):

                                                          (4)

де Mv=0,018 кг/моль – молекулярна маса водяної пари,  - одиничний вектор зовнішньої нормалі.

Концентрація водяної пари на границі фазового переходу (за умови термодинамічної рівноваги) рівна (5):

                                                                    (5)

де Pv – парціальний тиск пари, Па, R=8.314 Дж/моль∙К – газова стала, T – температура, К.

Залежність тиску від температури буде мати вигляд (6):

,                            (6)

Розробка термодатчика для моніторингу процесу ліофілізації є необхідною, оскільки температура продукту є основним параметром на етапі первинної сушки. Він допоможе у визначенні максимуму температури продукту, що ліофілізується, щоб запобігти денатурації. Моніторинг фронту сублімації також є дуже важливим, оскільки рух фронту сублімації є основним показником прогресії етапу первинної сушки [7].

Висновки. Розглянута можливість та шляхи впровадження моніторингу етапу первинної сушки в режимі реального часу за допомогою датчика температури. Вона зосереджена на двох найбільш важливих параметрах, які будуть контролюватись на етапі первинної сушки, температура продукту, що дозволить запобігти колапсу або денатурації, та позиції рухомого фронту сублімації, що дає інформацію про прогрес первинної сушки. Оскільки для розробки датчика температури, який би відповідав вимогам процесу ліофілізації, необхідні не тільки математичні симуляції, використана спрощена модель, буде використана для випробування розробленого датчика температури. Термодатчик, який буде розроблено, оснований на точковому вимірюванні температури продукту. Він буде розташований зовні в нижній частині флакона зі сторони замороженого шару продукту.

 

Джерела:

1.           Rowe, T.W.G. Freeze-drying of biological materials: some physical and engineering aspects// Current Trends in Cryobiology. – 1970. – P. 61-138.

2.           Jennings T. A. Lyophilization: introduction and basic principles// Englewood. CO : Interpharm Press. – 1999. – P. 624.

3.           Barresi A.A., Velardi S., Fissore D., Pisano R. Monitoring and controlling processes with complex dynamics using soft sensors// Control and Optimization of Continuous Processes, ISA/O3NEDIA, Ottawa. – 2008. – Chapter 7.

4.           Willemer H. Measurement of temperature, ice evaporation rates and residual moisture contents in freeze-drying.// Dev. Biol. Stand. – 1991. – Vol. 74. – P. 123–136.

5.           Teagarden L., Baker S. David. Practical aspects of lyophilization using non-aqueous co-solvent systems// Journal of Pharmaceutical Sciences. 2002. – Vol. 15.P. 115-133.

6.           Velardi S.A., Barresi A.A. Development of simplified models for the freezedrying process and investigation of the optimal operating conditions// Chemical Engineering Research & Design. – 2008. – Vol. 86. – P. 9–22.

7.           Barresi A. Monitoring of the primary drying of a lyophilization process in vials// Barresi A, Pisano R, Fissore D, et al. – Chem Eng Process. – 2009. – Vol. 48. – P. 408–423.



Первая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(10-15 мая 2008 г.)


(отчет)
Вторая научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(1-7 ноября 2008 г.)
(отчет)
Третья научно-практическая конференция
"Инновационный потенциал украинской науки - ХХI век"
(20-27 декабря 2008 г.)
(отчет)
Четвертая научно-практическая конференция
(10-17 апреля 2009 г.)
(отчет)
Пятая научно-практическая конференция
(20-27 мая 2009 г.)
(отчет)
Шестая научно-практическая конференция
(1-15 апреля 2010 г.)
(отчет)
Седьмая научно-практическая конференция
(28 мая - 7 июня 2010 г.)
(отчет)
Восьмая научно-практическая конференция
(05-12 декабря 2010 г.)
(отчет)
Девятая научно-практическая конференция
(27-31 декабря 2010 г.)
(отчет)
Десятая научно-практическая конференция
(15-23 марта 2011 г.)
(отчет)
Одинадцатая научно-практическая конференция
(26 апреля 04 мая 2011 г.)
(отчет)
Двенадцатая научно-практическая конференция
(28 мая - 06 июня 2011 г.)
(отчет)
Тринадцатая научно-практическая конференция
(28 октября - 09 ноября 2011 г.)
(отчет)
Четырнадцатая научно-практическая конференция
(12-20 декабря 2011 г.)
(отчет)
Пятнадцатая научно-практическая конференция
(01-07 марта 2012 г.)
(отчет)
Шестнадцатая научно-практическая конференция
(09-14 апреля 2012 г.)
(отчет)
Семнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 октября 2012 г.)
(отчет)
Восемнадцатая научно-практическая конференция
(22-26 декабря 2012 г.)
(отчет)
Девятнадцатая научно-практическая конференция
(26 февраля - 3 марта 2013 г.)
(отчет)
Двадцатая научно-практическая конференция
(20-28 апреля 2013 г.)
(отчет)
Двадцать первая научно-практическая конференция
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Первая международная научно-практическая конференция
"Перспективные направления отечественной науки - ХХI век"
(13-18 мая 2013 г.)
(отчет)
Двадцать вторая научно-практическая конференция
(4-9 ноября 2013 г.)
(отчет)
Двадцать третья научно-практическая конференция
(10-15 декабря 2013 г.)
(отчет)
Двадцать четвертая научно-практическая конференция
(20-25 января 2014 г.)
(отчет)
Двадцать пятая юбилейная научно-практическая конференция
(3-7 марта 2014 г.)
(отчет)
Двадцать шестая научно-практическая конференция
(7-11 апреля 2014 г.)
(отчет)
Двадцать седьмая научно-практическая конференция
(20-25 мая 2014 г.)
(отчет)
Двадцать восьмая научно-практическая конференция
(08-13 октября 2014 г.)
(отчет)
Двадцать девятая научно-практическая конференция"
(19-25 ноября 2014 г.)
(отчет)
Тридцатая научно-практическая конференция
(19-25 января 2015 г.)
(отчет)
Тридцать первая научно-практическая конференция
(25 февраля - 1 марта 2015 г.)
(отчет)
Тридцать вторая научно-практическая конференция
(2 - 7 апреля 2015 г.)
(отчет)
Тридцать третья научно-практическая конференция
(20 - 27 мая 2015 г.)
(отчет)
Тридцать четвертая научно-практическая конференция
(13 - 17 октября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать пятая научно-практическая конференция
(24 - 27 ноября 2015 г.)
(отчет)
Тридцать шестая научно-практическая конференция
(29 декабря 2015 - 5 января 2016 г.)
(отчет)
Тридцать седьмая научно-практическая конференция
(19 - 22 апреля 2016 г.)
(отчет)
Тридцать восьмая научно-практическая конференция
(23 - 25 мая 2016 г.)
(отчет)

На главную | Объявления | Отчеты предыдущих конференций | История Украины | Контакты

Copyright © Zinet.info. Разработка и поддержка сайта - Студия веб-дизайна Zinet.info