CC BY
13
УДК 532 : 533.1
Т. Х. Блинов, И. И. Гильмутдинов, И. М. Гильмутдинов, И. В. Кузнецова, А. Н. Сабирзянов
УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ СВОБОДНОЙ
СТРУИ РАСШИРЯЮЩЕГОСЯ СВЕРХКРИТИЧЕСКОГО ФЛЮИДА ЧЕРЕЗ КАНАЛЫ
МИКРОННЫХ РАЗМЕРОВ
Ключевые слова: микро- и наноразмерные фармацевтические субстанции, метод быстрого расширения сверхкритических растворов, Экспериментальная установка, методика эксперимента.
Приводится описание модернизированной экспериментальной установки RESS-100-2 Base фирмы Thar Technologies Inc и описывается методика проведения эксперимента для исследования температурного поля свободной струи расширяющегося сверхкритического флюида через канал микронных размеров.
Keywords: Micro-and nano-sized pharmaceutical substances, the method of the rapid expansion of supercritical solutions, experimental setup, the experimental method
The description of the experimental setup is upgraded RESS-100-2 Base firms Thar Technologies Inc and described experimental technique for the study of the temperature field of a free jet expanding supercritical fluid through the channel of micron size.
Введение
Одной из актуальных задач современной медицины является получение микро- и нанораз-мерных фармацевтических субстанций. Размер частиц определяет размеры поверхности, что в свою очередь контролируют скорость растворения, усвояемость и действие лекарства. Одним из методов получения фармацевтических субстанций высокой чистоты является метод быстрого расширения сверхкритических растворов (метод RESS - Rapid Expansion of Supercritical Solution). В процессе быстрого расширения сверхкритических растворов в области свободной струи происходит три основных механизма образования и роста частиц: образование критических зародышей, конденсация и коагуляция. На механизм образования частиц влияют такие параметры, как плотность, давление, температура, скорость и явления в процессе истечения: турбулентность, ударные волны и смешение с фоновым газом. Механизмы образования и роста частиц мало изучены диска Маха в связи со скачкообразным изменением термодинамических параметров и механическим взаимодействием растущих частиц с ударными волнами. Для экспериментального измерения температурного профиля потока после выхода из канала расширения возможно применение систему из хромель-копелевой термопары, а так же использовать тепловизор. Экспериментальный анализ поля температуры в потоке позволяет идентифицировать геометрию боковых ударных волн и диска Маха по скачкообразному изменению температуры.
Экспериментальная часть
Опыты в данной работе проводились на модернизированной установке RESS-100-2 Base (рис. 1) фирмы Thar Technologies Inc. Данная установка включает в себя: насос высокого давления, теплообменник охлаждения СО2, электронагреватель, насытитель со смотровым
окном и мешалкой, устройство расширения, сборник частиц, систему контроля и защиты. Установка обладает следующими техническими характеристиками: рабочее давление 6 60 МПа (с мешалкой до 40 МПа); номинальный массовый расход сверхкритического растворителя 8^10-4 кг/с (пиковое значение расхода может достигать 1,6^10-3 кг/с); рабочая температура от комнатной до 393 К.
Рис. 1. - Экспериментальная установка TharRESS-100-2 Base. 1 - насытитель; 2 - мешалка; 3 - термостат; 4,7,8 - вентиль; 5 - расходомер; 6 - насос высокого давления; 9 - устройство расширения; 10 - теплообменник на нагрев (электронагреватель); 11 - камера расширения; 12 - теплообменник - охладитель; 13 - баллон с СО2
На первом этапе данной работы для исследования температурного поля в струе расширяющегося потока углекислого газа предлагается использовать систему из хромель-копелевой термопары. Изменяя место положение термопары, измеряется температура в любой исследуемой точки расширяющегося потока (рис. 2).
Устройство 4, которое передвигает рамку с термопарой 2, необходимо для точного расположения термопары на определенном расстоянии от сопла 1, которое измеряется с помощью линейки 3. Процесс измерения температуры потока происходит следующим образом. Сверхкритический диоксид углерода расширяется в атмосферу. Рамка с термопарой устанавливается по центру сопла и далее из-
мерение температуры потока происходит с помощью прибора ТРМ 200. После чего рамка спускается ниже на 1 мм и процесс повторяется.
Рис. 2 - 1 - сопло; 2 - термопара; 3 - линейка; 4 - устройство передвижения
Также для исследования температурного поля в струе расширяющегося потока углекислого газа предлагается использовать инфракрасный тепловизор ПикеТь25 (рис. 3).
Рис. 3 - 1 - сопло; 2 - металлическая пластинка; 3 - тепловизер
Сверхкритический диоксид углерода, расширяясь в атмосферу через сопло 1, попадает на металлическую пластинку 2, у которой в свою очередь меняется температурное поле. Это изменение отмечается с помощью тепловизера 3. Использование данных методик позволяют качественно исследовать профиль температурного поля в струе расширяющегося потока.
Работа выполнена в рамках Соглашения №14-08-31319\14 от 14.02.2014 с федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский фонд фундаментальны исследований»
ЛИТЕРАТУРА
1. И.В. Кузнецова, И.И. Гильмутдинов, И.М. Гильмутди-нов, А.А.Мухамадеев, А.Н. Сабирзянов. Вестник Казанского технологического университета. 1, 111-118 (2012).
2. И.В. Кузнецова, Р.Р. Илалов, И.И. Гильмутдинов, И.М. Гильмутдинов, А.А. Мухамадиев, А.Н. Сабирзя-нов. Вестник Казанского технологического университета. 3, 38-43 (2011)
© Т. Х. Блинов - студент КНИТУ, blinov_timur@mail.ru; И. И. Гильмутдинов - канд. техн. наук, асс. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ; И. М. Гильмутдинов - канд. техн. наук, доц. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ, gilmutdinov@kstu.ru; И. В. Кузнецова - канд. техн. наук, доц. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ; А. Н. Сабирзянов - д-р техн. наук. проф. каф. теоретических основ теплотехники КНИТУ.
© T. H. Blinov - student KNRTU, blinov_timur@mail.ru; I. I. Gilmutdinov - Associate Professor the Department "Theoretical Foundations of Thermal Engineering" KNRTU; I. M. Gilmutdinov - PhD, the Department "Theoretical Foundations of Thermal Engineering" KNRTU, gilmutdinov@kstu.ru; I. V. Kuznetsova - Associate Professor the Department "Theoretical Foundations of Thermal Engineering" KNRTU;A. N. Sabirzyanov - PhD. the Department "Theoretical Foundations of Thermal Engineering" KNRTU.
