Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of new chemical test reactions to study mass transfer from shrinking droplets and micromixing in the rotor-stator mixer

Bałdyga J., Kotowicz M.

Chemical and Process Engineering

|

2017

|

Vol. 38, nr 3

477--489

EN

A pair of fast competitive reactions, neutralization and 2,2-dimetoxypropane (DMP) hydrolysis, has been applied do study mass transfer and micromixing in a T 50 Ultra-Turrax® - IKA rotor-stator device. In experiments the dispersed organic phase containing p-Toluenesulfonic acid (pTsOH) dissolved in diisopropyl ether, whereas the continuous phase was represented by the aqueous solution of sodium hydroxide, 2,2-dimetoxypropane (DMP) and ethanol. During mixing a fast mass transfer of a solute (pTsOH) from organic phase droplets, which were shrinking due to fast dissolution of the organic solvent, was followed by micromixing and chemical reactions in the continuous phase. Measured hydrolysis yields were applied to express effects of mixing on the course of chemical reactions. Modeling was based on application of models describing drop breakup, mass transfer in the liquid-liquid system and micromixing. Combined effects of mass transfer and drop breakage on drop population were expressed using the population balance equations. The model has been used to interpret experimental results, in particular to identify the efficiency of mixing.

2

Test Reactions To Study Efficiency Of Mixing

Jasińska M.

Chemical and Process Engineering

|

2015

|

Vol. 36, nr 2

171--208

EN

Effects of mixing on the course of fast chemical reactions are relatively well understood, especially in homogeneous systems. This enables to design and operate chemical reactors with the goal to achieve a high yield of a desired product and use systems of complex reactions as a chemical probe (chemical test reactions) to identify progress of mixing and quality of mixture. Recently, a number of studies have focused on the application of chemical test reactions to identify energy efficiency of mixing, being a convenient way of comparing mixers and reactors in terms of their mixing efficiency. This review offers a presentation of chemical test reactions available in the literature and methods of applications of test reactions to identify the energy efficiency of mixing. Also methods to assess the extent of micromixing by measuring product distribution or segregation index, and to determine the time constant for mixing are presented for single phase homogeneous systems and two-phase liquid-liquid systems.

3

Zderzanie strumieni reagentów jako sposób mikromieszania w procesie precypitacji mikrokryształów powstających w reakcji modelowej

Pawełczyk R., Jaschik J.

Przemysł Chemiczny

|

2012

|

T. 91, nr 7

1463-1466

PL

Przedstawiono wyniki badań precypitacji mikrokryształów szczawianu wapnia powstającego w reakcji modelowej między chlorkiem wapnia i szczawianem sodu. Intensywne mieszanie w strefie reakcji zachodzi w wyniku ciągłego zderzania się strumieni rozpuszczonych reagentów. W pomiarach zmieniane były parametry geometryczne dystrybutora strumieni oraz parametry procesowe: prędkość strumieni w dyszach i stężenia początkowe reagentów. Badano rozkłady rozmiarów otrzymanych mikrokryształów. Część otrzymanych rozkładów spełnia wymagania stawiane przez przemysł farmaceutyczny. Rozmiary wszystkich produkowanych kryształów mieszczą się w zakresie 1–10 μm, odpowiednim do potrzeb terapii inhalacyjnych.

EN

Ca oxalate was pptd. from aq. solns. of CaCl₂ and Na oxalate by micromixing of the reactant streams in the two-perpendicular-jets distributor. The strems continuously collided with each other at 23.5°C, pH 6.5 and ionic strength of solns. 0.2 mol/L. Velocity of the streams were 2.78–11.11 m/s and reagent concns. 0.003–0.05 mol/L. Both immersed and unimmersed configurations of disributors with varying widths of nozzles (0.5 and 1 mm) and horizontal inter-nozzle distances (0, 1.3 and 1.8 mm) were used. The size distributions and hydratation degree of crystals were analyzed. The monodisperse microcrystals of desired form (Ca oxalate dihydrate) and size (1–10 μm) required for inhalation delivery systems were produced.

4

Application of test reactions to study micromixing and mass transfer in chemical apparatus

Bałdyga J., Jasińska M., Trendowska J., Tadeusiak W., Cooke M., Kowalski A.

Czasopismo Techniczne. Mechanika

|

2012

|

R. 109, z. 1-M

11--20

EN

Chemical parallel test reactions are used to investigated micromixing efficiency in homogeneous systems and effects of mass transfer on selectivity of complex reactions in two-phase liquid-liquid systems. Mixing phenomena in stirred tanks, rotor-stator mixers and microreactors are investigated.

PL

Równoległe, testowe reakcje chemiczne zastosowano do badań efektywności mikromieszania w układach jednofazowych oraz badań wpływu transportu masy na selektywność przebiegu reakcji złożonych w układach dwufazowych ciecz-ciecz. Badania prowadzono w reaktorach zbiornikowych, mieszalnikach typu rotor- stator i mikroreaktorach.

5

New closure method for a simultaneous diazo coupling between 1- and 2-Naphthols and diazotized sulphanilic acid

Bałdyga J., Jasińska M.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2009

|

Vol. 11, nr 2

1-5

EN

This paper presents the effects of mixing on the course of complex chemical reactions in relation to the manufacturing of pure products at high reaction selectivity, and designing mixing strategies using complex, homogeneous test reaction systems. As an example, the competitive-consecutive and parallel reaction test system including a simultaneous diazo-coupling between 1- and 2-naphtols and diazotized sulphanilic acid is considered. The effect of mixing on the reaction selectivity is interpreted using mechanistic modeling and a new closure scheme. The new closure represents an extension of the conditional PDF closure applied before to simple reaction schemes.

6

Investigation of micromixing in a tank reactor with a helical ribbon impeller

Rożeń A.

Chemical and Process Engineering

|

2009

|

Vol. 30, z. 1

57-65

EN

Micromixing of liquids has been studied experimentally in a tank reactor with a double ribbon impeller. Two reactive tracer methods were used to determine an effect of the revolution speed of the impeller, and of the position of a feeding point and a viscosity ratio of mixed liquids on micromixing in a laminar flow. Experimental results were explained based on an existing knowledge on micromixing mechanisms.

PL

Przeprowadzono badania doświadczalne mikromieszania w reaktorze zbiornikowym z mieszadłem wstęgowym. Dwie metody reaktywnego znacznika użyto, aby wyznaczyć wpływ częstości obrotów mieszadła, położenia punktu dozowania i stosunku lepkości mieszanych cieczy na mikromieszanie w przepływie laminarnym. Wyniki eksperymentów wyjaśniono, opierając się na istniejącej wiedzy o mechanizmach mikromieszania.

7

Modelowanie procesów wytwarzania proszków przy użyciu płynów w stanie nadkrytycznym

Henczka M.

Prace Wydziału Inżynierii Chemicznej i Procesowej Politechniki Warszawskiej

|

2008

|

Vol. 32, z. 3

3-202

PL

Przedmiotem pracy są metody opisu matematycznego przebiegu procesu wytwarzania proszków do zastosowań medycznych przy użyciu płynów w stanie nadkrytycznym. Charakterystyczną cechą rozważanej grupy technologii jest silna zależność własności otrzymywanych cząstek stałych od warunków oraz sposobu prowadzenia procesu precypitacji. Pozwala to na sterowanie przebiegiem produkcji proszków w celu otrzymania produktu o wymaganych własnościach poprzez odpowiedni dobór parametrów procesowych. W pierwszej części pracy przedstawiono krótki przegląd i ocenę technologii płynów w stanie nadkrytycznym w kontekście ich użyteczności do bezpiecznego i kontrolowanego przetwarzania farmaceutyków. W przeglądzie tym przedyskutowano zalety, niedoskonałości i ograniczenia zastosowań poszczególnych metod. Następnie omówiono własności fizykochemiczne płynów w stanie nadkrytycznym i mieszanin z ich udziałem oraz usystematyzowano zależności użyteczne do modelowania tych własności. Przedstawiono także metody opisu równowag fazowych w układach dwu- i trójskładnikowych, w których prowadzi się procesy wytwarzania proszków. W dalszej części pracy rozważono szczegółowo dwie technologie wytwarzania proszków w przemyśle farmaceutycznym. Pierwsza z nich polega na wykorzystaniu zjawiska obniżania rozpuszczalności związków chemicznych w rozpuszczalnikach organicznych przez dodatek płynu w stanie nadkrytycznym. Opis procesu wymaga wykorzystania metod modelowania przebiegu procesów precypitacji z roztworów wodnych w połączeniu zarówno z opisem złożonych zależności termodynamicznych charakteryzujących płyny ściśliwe, jak i ze specyficznym opisem przepływu i mieszania burzliwego. Kluczowym elementem tej części pracy jest metoda zamknięcia równań bilansowych opisujących przebieg procesu precypitacji przy użyciu płynów w stanie nadkrytycznym. Do modelowania własności produkowanych proszków zastosowano procedurę rekonstrukcji rozkładu rozmiaru cząstek. Druga rozważana metoda stanowi połączenie procesu zamrażania rozpyłowego z suszeniem próżniowym i jest stosowana do bezpiecznej produkcji sproszkowanych substancji bioaktywnych. Polega ona na jednoczesnej atomizacji i zamrażaniu wodnego roztworu wytrącanej substancji w wyniku szybkiego rozprężenia silnie sprężonej mieszaniny dwufazowej zawierającej dwutlenek węgla w stanie ciekłym lub nadkrytycznym. W tej części pracy opracowano metodę opisu wpływu burzliwości przepływu i rozprężania mieszaniny na przebieg procesów dyspersji oraz zamarzania kropel roztworu wodnego. Zaproponowana metoda modelowania przebiegu procesu nie wymaga stosowania stałych dopasowujących wyniki obliczeń do danych doświadczalnych, co świadczy o jej uniwersalnym charakterze. Wynikiem niniejszej pracy jest opracowanie metod opisu matematycznego przebiegu procesów wytwarzania proszków dla dwóch technologii przemysłu farmaceutycznego. Zaproponowane modele matematyczne rozważanych procesów zostały zweryfikowane poprzez zastosowanie ich do interpretacji i przewidywania wyników badań doświadczalnych. Wykazano, że zastosowanie przedstawionych metod modelowania pozwala na przewidywanie wpływu warunków prowadzenia procesów precypitacji na własności wytwarzanych proszków. W aspekcie praktycznym wyniki niniejszej pracy mogą zostać wykorzystane jako narzędzia użyteczne do projektowania i optymalizacji technologii wytwarzania farmaceutyków w formie proszków.

EN

The work is focused on the methods of modellling in the influence of turbulence on the course of particle formation processes with the use of supercritical fluids (SCF). Application of supercritical fluid technologies enables production of ultrafine (micro- or nanosized) powders of high purity and narrow particle size distribution. Moreover, supercritical fluids are easily separated form crystalline products providing clean and recycable technologies. This causes that particle formation is presently considered one of the major developments of supercritical fluids technologies, mainly in the pharmaceutical, nutraceutical and cosmetic industries. In particular, the pharmaceutical industry aims at producing ultrafine particles to use as powderized drugs administered by various routes including inhalation and oral modes. As the first process, supercritical antisolvent precipitation is considered. The principle of this method relies in sharp decrease of the power of the liquid solvent by addition of a supercritical fluid in which the solute is insoluble. Particle size distribution of the solid product can be controlled by adjusting the rate of mixing of fluids, as well as the rate of addition of the antisolvent. Depending on the process conditions, the resulting mixture forms homo- of heterogeneous systems. The general model of antisolvent precipitation in turbulent field for homogeneous systems is presented. The method combines the non-equilibrium model for scalar dissipation with the conditional moment closure based on probability density function Beta (the Beta PDF). The main idea of the model is based on expressing the local concentration of the precipitated substance as a function of dimensionless concentration of the solvent interpreted as a passive scalar and application of the single precipitation progress variable. The presented PDF method has been verified experimentally. The results of numerical simulations have been compared with experimental data for precipitation of paracetamol from the ethanol solution with the use of carbon dioxide as an antisolvent. The second method considered in this work is spray-freezing with compressed carbon dioxide. The process is suitable for processing proteins, antibodies, vaccines, dry powder aerosols and nanoparticles. During the process, liquid droplets of the solution are first dispersed within supercritical CO2 and then frozen in Joule-Thomson's expansion cooling. The most important stage of the process directly determining the final particle size and structure atomization of the aqueous solution of the precipitated substance. The work is particulary focused on modelling the influence of turbulence on the course of aqueous droplet dispersion and solidification process. Two mechanisms of droplet breakup are taken into account, namely Rayleigh-Taylor instablities and activity of turbulent stresses. The proposed procedure enables indentification of the flow field of the mixture, the distribution of temperature of the dispersed phase and the position in the system where the droplet starts to freeze. Finally, the method enables to predict the average size of frozen droplets, which is comparable with the size of produced solid particles. In modelling complex processes of particle formation using supercritical fluids, the different aspects, such as thermodynamics, fluid dynamics and precipitation kinetics, are complementary and provide a comprehensive process description only when cosidered together. The mathematical models presented in this work after implementation into the commercial CFD software constitute complete numerical procedures useful for prediction of the course of particle formation processes. In practical applications, these methods can be applied in optimization and scaling-up of industrial supercritical fluid technologies.

8

Formation of microcrystals imitating active pharmaceutical ingredients by means of precipitation at continuous, impinging jet micromixing of reagents

Pindur K., Pawełczyk R.

Chemical and Process Engineering

|

2008

|

Vol. 29, z. 3

827-837

EN

Efficiency of micromixing of two impinging, flat jets originating from two perpendicular nozzles of a distributor has been examined. Quality of micromixing is important from the point of view of features of active pharmaceutical ingredients obtained by means of precipitation from solution. For instance only crystals of the range 1.5 [mi]m are of proper activity in inhalation therapies.

PL

Oceniano efektywność mikromieszania zderzających się dwu płaskich, prostopadłych strumieni reagentów formowanych w dyszach dystrybutora. Jakość mikromieszania jest istotna ze względu na właściwości kryształów substancji aktywnych farmaceutycznie otrzymywanych przez wytrącanie z roztworu. Ważną cechą, wymaganą np. w terapiach inhalacyjnych, jest rozmiar otrzymywanych kryształów, który powinien być rzędu 1.5 [mi]m.

9

Reactive micromixing of liquids of equal and different viscosities in a shear flow

Rożeń A.

Chemical and Process Engineering

|

2007

|

Vol. 28, z. 4

1045-1056

EN

Micromixing of liquids of equal an unequal viscosity in a simple shear flow has been studied theoretically. The effect of the viscosity ratio of mixed liquids on the mixing time of an inert tracer and on the course of competitive-parallel chemical reactions was determined using a multi-dimensional micromixing model. Results of modelling were compared with those obtained for a plane stagnation flow.

PL

Wykonano badania teoretyczne mikromieszania cieczy o jednakowej i różnej lepkości w prostym przepływie ścinającym. Wyznaczono wpływ różnic lepkości mieszanych cieczy na czas mieszania inertnego znacznika i na przebieg równoległych i konkurencyjnych reakcji chemicznych za pomocą przestrzennego modelu mikromieszania. Wyniki modelowania porównano z wynikami uzyskanymi dla płaskiego przepływu stagnacyjnego.

10

Investigations of micromixing in a rotor-stator mixer

Bałdyga

Chemical and Process Engineering

|

2007

|

Vol. 28, z. 4

867-877

EN

A set of competitive consecutive chemical test reactions (between 1-naphtol, 2-naphtol and diazotized sulphanilic acid) was applied to investigate mixing on the molecular scale (micromixing) in the rotor-stator mixer. Experimental results were interpreted using CFD and the engulfment micromixing model.

PL

Badano przebieg procesu mieszania na skalę molekularną (mikromieszania) w mieszalniku typu rotor-stator z wykorzystaniem szeregowo-równoległych reakcji testowych zachodzących między 1-naftolem i 2-naftolem a kwasem 4-sulfofenylodiazoniowym. Wyniki interpretowano za pomocą CFD i modelu mikromieszania przez zagarnianie płynu.

11

Micromixing effects in precipitation - Application of CFD

Bałdyga J., Orciuch W., Makowski Ł.

Polish Journal of Chemical Technology

|

2006

|

Vol. 8, nr 1

4-11

EN

The process of precipitation of solid products from two liquid ionic solutions is interpreted theoretically and simulated using PDF closure procedure developed earlier by the authors. The process is described using statistically averaged balance equations including species balances for the reactants and the population balance for particles. The method enables the particle size to be predicted and compared with the experimental data. The criteria for either including or neglecting micromixing effects in modeling are presented and discussed.

12

Laminar micromixing of liquids of equal and unequal viscosities. The role of characteristic time scales of the process

Rożeń A., Bałdyga J.

Inżynieria Chemiczna i Procesowa

|

2006

|

T. 27, z. 2

335-347

EN

Micromixing of liquids of equal and unequal viscosities has been studied in a simple linear flow field. Influence of viscosity difference on time evolution of a new intermaterial surface area was determined. Micromixing model was applied to identify ranges of characteristic time scales of deformation, molecular diffusion and chemical reaction for which viscosity may affect most the reaction time and the selectivity of a system of competitive-parallel reactions.

PL

Zbadano mikromieszanie cieczy o jednakowej i różnej lepkości w prostym liniowym polu przepływu. Określono wpływ różnic lepkości na proces tworzenia się nowej powierzchni kontaktu między cieczami. Użyto modelu mikromieszania do zidentyfikowania zakresu charakterystycznych skal czasowych deformacji, dyfuzji molekularnej i reakcji chemicznej, dla których różnice lepkości mogą najbardziej wpływać na czas reakcji i selektywność układu reakcji równoległych i konkurencyjnych.

13

Effects of mixing on complex chemical reactions. Problem of micromixing models

Bałdyga J., Makowski Ł.

Inżynieria Chemiczna i Procesowa

|

2006

|

T. 27, z. 2

363-376

EN

A modified, non-equilibrium model of micromixing has been applied to describe mixing and chemical reaction in a stirred tank reactor. Modification of the model is based on taking into consideration effects of turbulent shear on dissipation of the passive scalar. Predictions of the model have been compared with the experimental data and results of simulations neglecting shear effect.

PL

Zmodyfikowany nierównowagowy model mikromieszania wykorzystano do opisu procesów mieszania i mieszania z reakcją chemiczną w reaktorze zbiornikowym z mieszadłem. Modyfikacja modelu polega na uwzględnieniu wpływu ścinania na przebieg mieszania. Wyniki modelowania porównano z wynikami otrzymanymi dla modelu zaniedbującego ten efekt oraz z wynikami badań doświadczalnych.

14

Influence of viscosity difference on the instability of the core-annular flow

Rożeń A., Bałdyga J.

TASK Quarterly : scientific bulletin of Academic Computer Centre in Gdansk

|

2003

|

Vol. 7, No 3

425-438

EN

The process of destabilisation of an axi-symmetric, core-annular flow (CAF) of two Newtonian fully miscible liquids widely differing in viscosity is investigated. Formation of periodic structures is observed in experiments, predicted by the linear stability theory and simulated numerically using the volume of fluid method (VOF). Possible influence of this phenomenon on mixing on the molecular scale is discussed.

15

Efekty mieszania w procesie precypitacji

Bałdyga J., Jasińska M., Krasiński A., Kubicki D., Franke D., Gösele W., Welker S., Zauner R.

Inżynieria Chemiczna i Procesowa

|

2001

|

T. 22, z. 3B

205--210

PL

Przedstawiono model precypitacji w układzie z nieidealnym mieszaniem. Model łączy mechanistyczny model mikromieszania z bilansem populacji i kinetyką precypitacji. Wykorzystywany model agregacji uwzględnia efekty dyfuzji Browna, konwekcji i sił koloidalnych. Wyniki symulacji numerycznej porównano z rezultatami doświadczeń dla prowadzonych w sposób półokresowy procesów wytrącania szczawianu wapnia i wodorotlenku magnezu.

EN

A general mixing-precipitation model based on combining the model of mixing with the population balance and kinetics of precipitation is presented. Applied model includes effects of Brownian diffusion, bulk flow, and colloidal type forces. Results of experimental investigations of a semibatch precipitation of calcium oxalate and magnesium hydroxide are presented and compared with model predictions.