CC BY
53
информационных баз данных, которая включает в себя группировку исходной информации по следующим основным категориям: анализируемое вещество; используемый метод анализа; нормативная и отчетная документация. CALS-проект включает в каждую категорию несколько иерархических подкатегорий для декомпозиции информации по соответствующим критериям. Например, в первую категорию «Объект анализа (анализируемое вещество)» включены следующие вещества: фосфорная кислота и фосфорный шлам, при переработке которого получается гипофосфит натрия и фосфит натрия. В результате проведенных работ показано, что применение CALS-стандарта при утилизации отходов фосфорной промышленности, позволяет создать не только эффективную технологию утилизации экологически-опасных отходов, но и соответствующую международным стандартам эффективную систему управления на всех этапах научно-производственного цикла. Для каждой стадии функционирования системы были разработаны специальные процедуры и экранные формы, включающие комплекс современных элементов представления информации и взаимодействия с пользователем.
Система позволяет решить целый ряд дополнительных задач: автоматизированный заказ материалов и запасных частей; планирование и учет проведения регламентных работ; диагностика оборудования и поиск неисправностей; обеспечение информацией о количестве и квалификации персонала и др. Пользователями такой информации могут быть как сотрудники и руководство научно-производственной организации, так и проверяющие (контролирующие) государственные органы, потенциальные инвесторы и другие заинтересованные стороны.
Список литературы
1. Огородникова, Т.В. Информационные CALS-технологии при получении широкого класса фосфорсодержащих продуктов / Т.В.Огородникова, А.М.Бессарабов.- Сб. научных трудов «Успехи в химии и химической технологии».-М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. -2007.- Т. XXI, № 2 (70).- С. 119-121.
2. Bessarabov, A.M. Development of an analytical quality control system of high-purity chemical substances on the CALS concept basis/ A.M.Bessarabov, O.A.Zhdanovich, A.M.Yaroshenko, G.E.Zaikov.- Oxidation Communications.-2007.- Vol. 30, No 1.- P. 206-214.
УДК 66.047.049.6:661.12
1 2 А.В. Широнин, Н.В. Меньшутина
1 Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича Российской академии медицинских наук, Москва, Россия
2 Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРОЦЕССА СУБЛИМАЦИОННОЙ СУШКИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ИНЪЕКЦИОННОЙ ФОРМЫ ЛЕКАРСТВЕННОГО ПРЕПАРАТА «ФОСФОГЛИВ»
The given work concerns such perspective direction in Russia, as use nanotechnology in a pharmaceutical industry. Application of the complex approach including mathematical modeling for optimization of freeze drying technology in production of aseptic pharmaceutical product «Phosphogliv» of which "know-how" is introduced in Institute of biomedical chemistry of the Russian Academy of Medical Science is considered.
Данная работа относится к такому перспективному в России направлению, как использование нанотехнологий в фармацевтической промышленности. Рассматривается применение комплексного подхода, включающего математическое моделирование для оптимизации процесса высушивания лекар-
ственного препарата «Фосфоглив» в вакуумной сублимационной сушилке, технология производства которого внедрена в ГУ НИИ БМХ РАМН.
Химико-фармацевтическая индустрия на сегодняшний день одна из наиболее развивающихся отраслей промышленности. Постоянно повышающиеся требования к качеству производимой продукции, подталкивают к разработке и внедрению инновационных и совершенствованию уже существующих технологических процессов.
Использование нанотехнологий в фармацевтической промышленности зачастую повышает требования к качеству используемых технологий. Так, лучшим способом получения сухих биологических наночастиц яляется лиофильное высушивание. Данный щадящий способ максимально снижает количество дефектов уникальных структур наночастиц и позволяет максимально сохранить исходную структуру и свойства высушиваемых наносоединений.
Необходимость математического моделирования процесса сублимационной сушки обоснована следующими причинами: невозможностью проведения всего комплекса исследований на самом объекте из-за длительности процесса; высокими эксплуатационными затратами; высокой стоимостью объекта сушки.
В настоящее время принципы и стратегия системного подхода к математическому моделированию, разработанные Кафаровым В.В. [1], остаются основным методом исследования сложных явлений и процессов химической технологии. Химико-технологический процесс рассматривается как сложная система, состоящая из элементов различных уровней детализации.
Применение системного подхода к исследованию технологических процессов связано с выбором средств и инструментов вычислительной техники, разработкой математического описания, выбором численного метода и алгоритма решения [1].
Для системного анализа процесса сушки и построения математической модели общую задачу анализа химико-технологической системы декомпозируют на два основных уровня: микроуровень, на котором дается описание процесса сушки единичных частиц (капель) или элементарного объема и макроуровень - описание процесса с учетом конструктивных, гидродинамических, тепло- и массообменных особенностей аппарата. Подобная декомпозиция дает возможность разрабатывать более содержательные математические модели процесса [2].
Процесс лиофильного высушивания состоит из трех стадий: заморозка, стадия сублимации, стадия тепловой досушки. Для каждого из указанных периодов характерен свой механизм тепломассообмена, в связи с чем, считают целесообразным на микроуровне анализировать каждую стадию отдельно. Однако, обычно выделяют два вида математических моделей для описания данного процесса: описывающие замораживание в процессе сублимационной сушки и описывающие тепло-, массообмен вакуумного сублимационного обезвоживания в неподвижном слое.
Стадия заморозки хорошо изучена эмпирически, а ее продолжительность составляет около 25 % длительности всего процесса. В связи с этим, основной задачей исследования являлась разработка математической модели вакуумной сублимационной сушки, учитывающей тепло-, массообмен вакуумного сублимационного обезвоживания в неподвижном слое [3].
Математические модели, описывающие процесс сушки, направлены на получение таких кинетических характеристик, как: полное время обезвоживания, текущее, критическое и конечное влагосодержание, теплопроводность и так далее [4].
При разработке математической модели были приняты следующие допущения [5]: 1. Все потоки тепла и массы в системе имеют одно измерение и направлены вдоль нормали к поверхностям; 2. Сушка вымораживанием - это комбинация кондук-тивного нагрева от полки, на которой стоит пузырек, и теплового излучения от полки
над пузырьком; 3. Во время сушки замороженный продукт условно можно разделить на 2 части: верхняя часть - слой высушенного материала (Я), нижняя часть - слой льда (С). При этом граница между ними двигается сверху вниз; 4. На поверхности льда концентрация водяного пара находиться в равновесии со льдом; 5. Высушенные и замороженные участки рассматриваются как гомогенные, с точки зрения постоянства теплопроводности, температурной диффузии, плотности и удельной теплоёмкости, описываемых при помощи эквивалентных значений; 6.На поверхности пузырька теплоперенос отсутствует, потому что основной теплоперенос производиться от полки.
Рис. 1. Схема процесса сублимации
Граничные условия для фиксированных поверхностей Xj и Х2 могут быть представлены в виде граничных условий типа Дирихле, Ноймана или смешенного Робина. В граничном условии Дирихле, которое здесь рассматривается, поле описывается вдоль граничной поверхности. В момент времени t = 0 горячая поверхность х = 0 приводиться за счёт теплопроводности к температуре Т0 > Ts и удерживается T0 = const, соответственно, поверхность х = L приводится за счёт излучаемого тепла к температуре Ti > Ts и удерживается Ti = const.
Пусть среднее содержание влаги в образце материала в начальный момент времени t = 0 равно W = Wi, и температура во всей области равна Т(х, 0) = Ts.
Модель состоит из нестационарных балансовых энергетических уравнений для областей (С) и (R) и соответствующих граничных и начальных условий.
Соответственно дифференциальные уравнения и их граничные условия могут быть записаны в виде:
• для слоя С (замороженный материал - лед):
Уравнение теплопроводности для замороженного материала:
dT dTn
a
ef
дх2
dt
в диапазоне 0 < х < X(t), t > 0 (1а)
граничные условия на дне флакона:
^ = T0, где х = 0, t > 0 (1б)
Уравнение изменения температуры тонкого слоя на границе с сухим слоем за счет испарения:
Л* ^ = к - Weq ^
dt
начальные условия:
T = T
TC TS ,
dXo dt
где
х = X„
где
0 < х < L,
t > 0 (1в) t = 0 (1г)
для слоя R (высушенный материал):
Уравнение теплопроводности для высушенного материала:
dT dTv
a
ed
в диапазоне X(t) < х < L, t > 0 (2а)
дx2 дt ' граничные условия:
^ = Ть, где x = L, X > 0 (2б)
Уравнение изменения температуры тонкого слоя сухого материала на границе с замороженным слоем:
2 T k
ed
dt
-W - Weq )pbuAHs
X dt
-, где
х — X „
t > 0 (2в)
начальные условия:
^ = Г5, где 0 < х < Ь, X = 0 (2г)
Уравнение изменения температуры поверхности материала за счет теплового излучения верхней полки:
п dTR__f
k
ed
dt
— a(TH -т;),
где
х — L.
t > 0 (2д)
Отношения, описывающие теплоперенос в результате теплового излучения на поверхности высушенного материала:
д dTR__ЛГ-.4 Т^4
ed
dt
— sa (TH - TL), где х — L, t > 0
(2е)
Аналитическое решение этих уравнений приводит к следующим выражениям для суммарной скорости удаления в движущейся границе (3) и для скорости сушки вымораживанием при нагреве проводимость - тепловое излучение (4):
dX dXc + dXR
dt
1
dt
(W - Weq )Pbu^Hs
(kf (Ts - To)^ (к T - Tl)^
Xr
+
bef S
L - Xc
dW _ dWC + dWR
dt
1
dt
LPbu^HS
(kf (Ts - To)} (k (Ts - TL)\
befV_S_
Xr
+
У V S
L - XD
(3)
(4)
Основные условные обозначения:
a - коэффициент температуропроводности, м2/с; L - толщина слоя материала, м; P - давление в сушильной камере, Па; t - время, с; TC - температура в слое замороженного материала C, К; To - температура полки, К; TH - температура излучающей поверхности, К; TL - температура поверхности материала, нагреваемой излучением, К; TR - температура в слое высушенного материала R, К; TS - равновесная температура сублимации, К; W - среднее влагосодержание по исходному материалу, кг/кг; х - координата, м; Xc - положение границы между замороженным и высушенным слоями материала при наличии нагрева теплопроводностью, м; XR - положение границы между замороженным и высушенным слоями материала при наличии нагрева излучением, м; AHs - равновесная теплота сублимации, Дж/кг; 8 - коэффициент лучепоглощения; X -теплопроводность, Вт/мК; рьи - насыпная плотность высушенного материала, кг/м3; о -постоянная Стефана-Больцмана, 5.67*10-8 Вт/м2К4. Индексы: ef - замороженный слой; ed - высушенный слой; eq - равновесный; i - исходный.
Численное решение данных уравнений позволило определить распределение температуры по всему слою материала в определенные моменты времени при различных алгоритмах изменения температуры полки (1. То = f(t), где - 650C < Т0 < 600C, 2. То = const). Результатом обработки полученных данных стала зависимость продолжительности стадии сублимации от алгоритма изменения температуры полки (см. рис. 2).
Так же для указанных алгоритмов изменения температуры полки был осуществлен расчет изменения влагосодержания материала (см. рис. 3) с учетом сделанных допущений.
Рис. 2. Температурная диаграмма
Длительность стадии сублимации при плавном повышение температуры полки со скоростью 1 градус в час (при начальной температуре - 23 °С) составила 1200 минут, а длительность стадии сублимации при постоянной температуре полки ^ = 20°С) составила 720 минут. Завышение температуры привело к тому, что температура материала выросла раньше, чем основная масса льда была удалена сублимацией - началось кипение. Как видно из рис. 3, в указанном случае скорость снижения влагосодержания значительно падает в начале высушивания и в рамках заданных граничных условий окончания стадии сублимации не происходит.
Время t, мин
Рис. 3. Диаграмма влагосодержания материала
Проведенные эксперименты на пилотной и промышленной установке подтвердили правильность расчетов. Процесс лиофильного высушивания при поддержании температуры полки на постоянном уровне в течение стадии сублимации удалось сократить на 60 % на пилотной установке и на 32 % на промышленной установке.
Список литературы
1. Кафаров, В.В. Системный анализ процессов химической технологии. Основы стратегии/ В.В.Кафаров, И.Н.Дорохов. - М.: Наука, 1976.
2. Sadikoglu, H. Mathematical modeling of the primary and secondary drying stages of bulk solution freeze-drying in trays: parameter estimation and model discrimination by comparison of theoretical results with experimental data/ Sadikoglu H., Liapis A.I. // Drying Technology. - 1997. - V. 15. - P. 791-810.
3. Hottot, A. Optimization of freeze drying cycles of pharmaceutical products. Characterization of the ice crystal structure/ Hottot A., Vessot S., Andrieu J. // International Meeting on
Pharmaceutics, Bio- pharmaceutics and Pharmaceutical Technology: proceedings of meeting. - 2004. - P. 295- 296.
4. Гинзбург, А.С. О механизме тепло- и массообмена при сублимации в условиях вакуума. Тепло и массообмен при фазовых и химических превращениях/ А.С.Гинзбург, Б.М.Смольский, К.Б.Гисина //Под ред. Лыкова А.В., Смольского Б.М. - Минск: Наука и техника, 1968.
5. Nastaj, J.F. Some aspects of freeze drying of dairy biomaterials/ J.F. Nastaj // Drying technology. - 1996. - 14(9). - P.1967-2002.
УДК: 681.3:002.5:661.12
Д.А. Арефьев, Д.Ю. Жуков, Е.В. Гусева
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ПО НОВЫМ РАЗРАБОТКАМ В ОБЛАСТИ ФАРМАЦЕВТИКИ
In the connection with the intensity of technologies development in the field of pharmaceutics the number of information grows which needs to systemize and store to be convenient for users. The purpose of work was the creation of information - search system which will contain the data concerning, at first, new developments. Web-realization as an Internet- portal accessible to a lot of users, will promote the improving of technologies and the quality increasing of drugs.
В связи с интенсивностью развития технологий в области фармацевтики растёт количество информации, которую необходимо систематизировать и хранить для удобства пользователей. Целью работы было создание информационно - поисковой системы, которая будет содержать сведения, касающиеся, в первую очередь, новых разработок. Веб-реализация в виде Интернет-портала, доступного большому числу пользователей, будет способствовать совершенствованию технологий и повышению качества получаемых лекарственных средств.
В фармацевтической отрасли стремительно разрабатываются новые, уникальные инновационные технологии, препараты, применяется современное оборудование, а также происходит компьютеризация многих производственных процессов. Информация о новых достижениях в области фармацевтики поступает из различных источников.
На данный момент нет единого источника информации о новых разработках, с помощью которого можно быть в курсе последних фармацевтических технологий. Интернет-портал, на котором будут храниться сведения о новых достижениях в области фармацевтики, предоставит возможность оказаться в центре последних инноваций, так как в настоящее время доступ в «Сеть» имеет подавляющее большинство пользователей. Получение любого запрошенного документа осуществляется за считанные секунды, несмотря на то, что он находится на другом конце планеты, доступ к нужному web-порталу возможен из любой точки мира. Машины выдают на поисковый запрос массу информации: статьи по заданной теме, информацию от производителей оборудования, сайты форумов и т.д.
Обеспечивается открытость, доступ для всех кто нуждается в информации. Если информация не верна, некорректна, то об этом легко заявить как администрации web-ресурса, так и своим коллегам. Специалисты сами в силах влиять на создание полезного хранилища информации, им предоставляются широкие возможности коммуникации, участия в закрытых/открытых форумах с коллегами, либо вести с ними переписку по электронной почте.
Для создания web-портала был выбран язык программирования PHP, в качестве системы управления базой данных была выбрана система MySQL.
