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Consultar: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química

Título [PT]: Modelagem da precipitação com antissolvente supercrítico assistida por CFD
Título [EN]: Modeling of precipitation with supercritical antisolvent assisted by cfd
Autor(es): Flávia Aparecida Reitz Cardoso
Palavras-chave [PT]:

Fluido supercrítico. SAS. CFD. Equações do balanço populacional. Brasil.

Supercritical Fluid. SAS. CFD. Population Balance Equations. Brazil.

Lúcio Cardozo-Filho [Orientador] - UEM Cláudio Dariva - ITP Elton Franceschi - ITP Sandra Regina Salvador Ferreira - UFSC Vladimir Ferreira Cabral - UEM

Resumo: O emprego de técnicas de micronização baseadas nas propriedades de fluidos supercríticos tem sido estudado e amplamente relatado na literatura. A principal vantagem da utilização dos fluidos supercríticos é que eles podem ser eficientemente separados, por descompressão, a partir de ambos os solventes orgânicos e produtos sólidos, facilitando um processo limpo e reciclável de uma grande variedade de produtos de alta qualidade da indústria farmacêutica e de alimentos O poder de solvatação do fluido supercrítico pode ser facilmente controlado ajustando-se a pressão e/ou temperatura, proporcionando novas oportunidades para a cristalização seletiva, separação de impurezas e controle de formas cristalinas. Do ponto de vista termodinâmico, as técnicas para a formação de partículas usando fluidos supercríticos mais facilmente empregadas são as do processo antissolvente supercrítico (SAS), pois o CO2 é usado como antissolvente, e uma solução de solvente orgânico mais o soluto sólido é expandida pela injeção do fluido sub ou supercrítico. O processo SAS explora tanto o poder elevado de fluidos supercríticos para dissolver solventes orgânicos, como a baixa solubilidade de compostos farmacêuticos em fluidos supercríticos, resultando normalmente na obtenção de partículas de pequenos tamanhos e de formatos esféricos, características desejáveis em muitas aplicações. Contudo, essa garantia só acontece se forem consideradas as condições de operação do processo, fatores importantes que facilitam o controle sobre o tamanho e distribuição do tamanho de partículas. Face a essas considerações e à dificuldade de encontrar um estudo sistêmico que relacione o comportamento fluidodinâmico da mistura supercrítica e os seus efeitos sobre o tamanho e distribuição do tamanho de partículas, propôs-se nesse estudo um modelo matemático capaz de prever os mecanismos de formação de micro e nanopartículas de substâncias químicas em processos do tipo SAS. O modelo resolvido numericamente levou em consideração os principais fenômenos físicos envolvidos no processo, incluindo a hidrodinâmica do jato, transferência de massa, bem como a nucleação e a cinética de crescimento da partícula, empregando-se um modelo de turbulência k-ε tipo standard resolvido em conjunto com balanços de massa, momento e energia em duas e três dimensões e intercalado com as equações de balanço populacional (PBE). Os parâmetros cinéticos de precipitação das partículas do balanço populacional foram calculados a partir dos resultados experimentais da distribuição das partículas formadas. Os cálculos das propriedades, incluindo densidade, condutividade térmica, viscosidade e difusividade mássica, foram determinados via equação de estado de Peng-Robinson com regra de mistura quadrada de Van der Walls, Método de Chung e de Riazi e Whitson, respectivamente, empregando modelos para alta pressão. A resolução do modelo por fluidodinâmica computacional (CFD) permitiu discutir os efeitos no tamanho e distribuição de tamanho da partícula e mostrou boa concordância com os resultados experimentais, permitindo que a abordagem possa ser aplicada a sistemas semelhantes e contribua para melhorar o desempenho dos equipamentos de micronização que utilizam a técnica SAS, além de permitir prever as melhores condições de operação para a obtenção de menores partículas e de formatos esféricos. Abstract: The use of spray drying techniques based on properties of supercritical fluids have been studied and widely reported in literature. The main advantage of the use of supercritical fluids is that they can be efficiently separated by decompression, from both organic solvents and solids, facilitating a clean recycling process of a wide variety of high quality products and the pharmaceuticaland food industry. The food solvating power of the supercritical fluid can be easily controlled by adjusting the temperature or pressure, providing new opportunities for selective crystallization, separation of impurities and control of crystal forms. From the viewpoint of thermodynamics, the techniques for particle formation using supercritical fluids more easily employed are those of the supercritical antisolvent method (SAS), as CO2 is used as the antisolvent and an organic solvent solution plus a solid solute is expanded by injection of a sub or supercritical fluid. The SAS process exploits both the high power supercritical fluid to dissolve organic solvents such as low solubility of pharmaceutical compounds in supercritical fluids, which ensures obtaining small size particles and of spherical shapes, desirable characteristics for many applications. However, this guarantee only happens if the operating conditions of the process are considered, important factors that facilitate control over the size and size distribution of particles. Given these considerations and the difficulty of finding a systemic study that relates the fluid dynamic behavior of supercritical mixture and its effects on the size, size distribution of particles in this study, a mathematical model able to predict the formation mechanisms micro, and nanoparticles chemical processes in the SAS type is proposed. The model solved numerically took into account the main physical phenomenon involved in the process, including the hydrodynamics of the jet, mass transfer, as well as the nucleation and growth kinetics of the particle, using the turbulence model of k-ε standard type solved together with mass balance, momentum and energy in two and three dimensions and merged with the population balance equations (PBE). The kinetics parameters of particles precipitation of the population balance were calculated from the experimental results of the distribution of the particles formed. The calculations of the properties including density, thermal conductivity, viscosity and mass diffusivity were determined via equation of state of Peng-Robinson with a square mixture rule of Van der Waals and Chung method Riazi and Whitson, respectively, using models for high pressure. The resolution of the model by computational fluid dynamics (CFD) allowed the discussion of the effects on the size and size distribution of particle and showed good agreement with the experimental results, allowing the approach to be applied to similar systems and helping to improve the performance of the equipment that use the SAS micronization technique, as well as allowing to predict the best operating conditions for obtaining smaller particles and spherical shapes.

Idioma: Português Data de Publicação: 2014 Local de Publicação: Maringá, PR Orientador: Prof. Dr. Lúcio Cardozo-Filho Co-Orientador: Prof. Dr. Dirceu Noriler ; Prof. Dr. Henry França Meier Instituição: Universidade Estadual de Maringá. Centro de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química Nível: Tese (doutorado em Engenharia Química) UEM: Departamento de Engenharia Química

Responsavel: elaine
Categoria: Aplicação
Formato: Documento PDF
Arquivo: Tese Final.pdf
Tamanho: 9866 Kb (10102633 bytes)
Criado: 12-07-2016 08:43
Atualizado: 12-07-2016 08:50
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