Дослідження процесу гомогенізації при роботі триярусної закритої турбінної мішалки

The object of research is a three-level turbine mixer of the closed type, designed and manufactured in full size using a 3D printer.One of the most problematic places of the fermentation process in a bioreactor is the homogenization of the medium. During mixing, stagnant zones form in most fermenters, in these zones the medium is heterogeneous, warms up worse, receives insufficient air (if the medium is aerobic) and causes the death of cultivated microorganisms. Thus, the final product is not 100 % of the same structure, and, accordingly, quality, which is critical for pharmaceutical products.In the course of the study, 2 different methods were used, which were designed to confirm or refute each other, namely: the computer simulation method and the experimental method. The experiment consists in manufacturing the developed mixer model and carrying out the mixing process with its use. Mixing is carried out at different velocities, with different types of mixers and using a contrast tracer to visualize the type of formed streams. Graphical modeling consisted of creating a similar experimental model of the mixer and carrying out graphical modeling in the CFX block of the ANSYS program. This method makes it possible to see the created flows from different angles, find the most dynamic zones and study the physics of the process from the inside.The obtained result shows that a three-level closed turbine mixer shows better homogenization speed results than a typical closed turbine. This is due to the fact that the proposed solution has a number of features, in particular, the cellular structure of the shaft. The proposed computational models in ANSYS make it possible to obtain velocity fields and establish the magnitude and direction of velocity vectors.A similar technique for evaluating the effectiveness of homogenization can be used in the design of new designs of mechanical mixing devices.Объектом исследования является трехъярусная турбинная мешалка закрытого типа, разработана и изготовленная в натуральную величину с помощью 3D принтера.Одним из самых проблемных мест процесса ферментации в биореакторе является гомогенизация среды. В процессе перемешивания в большинстве ферментеров образуются застойные зоны, в этих зонах среда является неоднородной, хуже прогревается, получает недостаточное количество воздуха (если среда аэробная) и вызывает отмирание культивируемых микроорганизмов. Таким образом, конечный продукт не на 100 % одинаковой структуры, а соответственно, и качества, что для фармацевтической продукции является критическим.В ходе исследования использовались 2 различных метода, которые были призваны подтвердить или опровергнуть друг друга, а именно: метод компьютерного моделирования и метод эксперимента. Эксперимент заключался в изготовлении разработанной модели мешалки и проведении процесса перемешивания с ее использованием. Перемешивания проводились на различных скоростях, с различными типами мешалок и с использованием контрастного трассеры для визуализации вида образовавшихся потоков. Графическое моделирование состояло в создании аналогичной экспериментальной модели мешалки и проведении графического моделирования в блоке CFX программы ANSYS. Этот метод позволил под разными углами увидеть созданные потоки, найти наиболее динамичные зоны и изнутри исследовать физику процесса.Получен результат, который показывает, что трехъярусная закрытая турбинная мешалка показывает лучшие результаты по скорости гомогенизации, чем типичная закрытая турбина. Это связано с тем, что предлагаемое решение имеет ряд особенностей, в частности ячеистую структуру вала.Предложенные расчетные модели в ANSYS позволили получить поля скоростей и установить величину и направление векторов скорости.Подобная методика оценки эффективности гомогенизации может быть использована при проектировании новых конструкций механических перемешивающих устройств.Об'єктом дослідження є триярусна турбінна мішалка закритого типу, розроблена та виготовлена у натуральному розмірі за допомогою 3D принтера.Одним з найбільш проблемних місць процесу ферментації у біореакторі є гомогенізація середовища. Під час процесу перемішування у більшості ферментерів утворюються застійні зони, у цих зонах середовище є неоднорідним, гірше прогрівається, отримує недостатню кількість повітря (якщо середовище аеробне) та спричиняє відмирання мікроорганізмів, що культивуються. Таким чином, кінцевий продукт не на 100 % однакової структури, а відповідно, і якості, що для фармацевтичної продукції є критичним.В ході дослідження використовувалися 2 різні методи, що були покликані підтвердити або спростувати один одного, а саме: метод комп’ютерного моделювання та метод експерименту. Експеримент полягав у виготовленні розробленої моделі мішалки та проведенні процесу перемішування з її використанням. Перемішування проводилось на різних швидкостях, з різними типами мішалок та з використанням контрастного трассера для візуалізації виду потоків, що утворились. Графічне моделювання полягало у створенні аналогічної до експериментальної моделі мішалки та проведенні графічного моделювання у блоці CFX програми ANSYS. Цей метод дав змогу під різними кутами побачити створені потоки, знайти найбільш динамічні зони та зсередини дослідити фізику процесу.Отримано результат, який показує, що триярусна закрита турбінна мішалка показує кращі результати по швидкості гомогенізації, ніж типова закрита турбіна. Це пов'язано з тим, що запропоноване рішення має ряд особливостей, зокрема порожнисту структуру вала.Запропоновані розрахункові моделі в ANSYS дозволили отримати поля швидкостей та встановити величину і напрямок векторів швидкості.Подібна методика оцінки ефективності гомогенізації може бути використана при проектуванні нових конструкцій механічних перемішуючих пристроїв

Дослідження процесу гомогенізації при роботі триярусної закритої турбінної мішалки

The object of research is a three-level turbine mixer of the closed type, designed and manufactured in full size using a 3D printer.One of the most problematic places of the fermentation process in a bioreactor is the homogenization of the medium. During mixing, stagnant zones form in most fermenters, in these zones the medium is heterogeneous, warms up worse, receives insufficient air (if the medium is aerobic) and causes the death of cultivated microorganisms. Thus, the final product is not 100 % of the same structure, and, accordingly, quality, which is critical for pharmaceutical products.In the course of the study, 2 different methods were used, which were designed to confirm or refute each other, namely: the computer simulation method and the experimental method. The experiment consists in manufacturing the developed mixer model and carrying out the mixing process with its use. Mixing is carried out at different velocities, with different types of mixers and using a contrast tracer to visualize the type of formed streams. Graphical modeling consisted of creating a similar experimental model of the mixer and carrying out graphical modeling in the CFX block of the ANSYS program. This method makes it possible to see the created flows from different angles, find the most dynamic zones and study the physics of the process from the inside.The obtained result shows that a three-level closed turbine mixer shows better homogenization speed results than a typical closed turbine. This is due to the fact that the proposed solution has a number of features, in particular, the cellular structure of the shaft. The proposed computational models in ANSYS make it possible to obtain velocity fields and establish the magnitude and direction of velocity vectors.A similar technique for evaluating the effectiveness of homogenization can be used in the design of new designs of mechanical mixing devices.Объектом исследования является трехъярусная турбинная мешалка закрытого типа, разработана и изготовленная в натуральную величину с помощью 3D принтера.Одним из самых проблемных мест процесса ферментации в биореакторе является гомогенизация среды. В процессе перемешивания в большинстве ферментеров образуются застойные зоны, в этих зонах среда является неоднородной, хуже прогревается, получает недостаточное количество воздуха (если среда аэробная) и вызывает отмирание культивируемых микроорганизмов. Таким образом, конечный продукт не на 100 % одинаковой структуры, а соответственно, и качества, что для фармацевтической продукции является критическим.В ходе исследования использовались 2 различных метода, которые были призваны подтвердить или опровергнуть друг друга, а именно: метод компьютерного моделирования и метод эксперимента. Эксперимент заключался в изготовлении разработанной модели мешалки и проведении процесса перемешивания с ее использованием. Перемешивания проводились на различных скоростях, с различными типами мешалок и с использованием контрастного трассеры для визуализации вида образовавшихся потоков. Графическое моделирование состояло в создании аналогичной экспериментальной модели мешалки и проведении графического моделирования в блоке CFX программы ANSYS. Этот метод позволил под разными углами увидеть созданные потоки, найти наиболее динамичные зоны и изнутри исследовать физику процесса.Получен результат, который показывает, что трехъярусная закрытая турбинная мешалка показывает лучшие результаты по скорости гомогенизации, чем типичная закрытая турбина. Это связано с тем, что предлагаемое решение имеет ряд особенностей, в частности ячеистую структуру вала.Предложенные расчетные модели в ANSYS позволили получить поля скоростей и установить величину и направление векторов скорости.Подобная методика оценки эффективности гомогенизации может быть использована при проектировании новых конструкций механических перемешивающих устройств.Об'єктом дослідження є триярусна турбінна мішалка закритого типу, розроблена та виготовлена у натуральному розмірі за допомогою 3D принтера.Одним з найбільш проблемних місць процесу ферментації у біореакторі є гомогенізація середовища. Під час процесу перемішування у більшості ферментерів утворюються застійні зони, у цих зонах середовище є неоднорідним, гірше прогрівається, отримує недостатню кількість повітря (якщо середовище аеробне) та спричиняє відмирання мікроорганізмів, що культивуються. Таким чином, кінцевий продукт не на 100 % однакової структури, а відповідно, і якості, що для фармацевтичної продукції є критичним.В ході дослідження використовувалися 2 різні методи, що були покликані підтвердити або спростувати один одного, а саме: метод комп’ютерного моделювання та метод експерименту. Експеримент полягав у виготовленні розробленої моделі мішалки та проведенні процесу перемішування з її використанням. Перемішування проводилось на різних швидкостях, з різними типами мішалок та з використанням контрастного трассера для візуалізації виду потоків, що утворились. Графічне моделювання полягало у створенні аналогічної до експериментальної моделі мішалки та проведенні графічного моделювання у блоці CFX програми ANSYS. Цей метод дав змогу під різними кутами побачити створені потоки, знайти найбільш динамічні зони та зсередини дослідити фізику процесу.Отримано результат, який показує, що триярусна закрита турбінна мішалка показує кращі результати по швидкості гомогенізації, ніж типова закрита турбіна. Це пов'язано з тим, що запропоноване рішення має ряд особливостей, зокрема порожнисту структуру вала.Запропоновані розрахункові моделі в ANSYS дозволили отримати поля швидкостей та встановити величину і напрямок векторів швидкості.Подібна методика оцінки ефективності гомогенізації може бути використана при проектуванні нових конструкцій механічних перемішуючих пристроїв

Виявлення особливостей гідродинаміки в роторно-дисковому плівковому випарному апараті

This paper reports the generalized results of computer simulation of physical processes at a rotor-disk film evaporating plant. Optimization of the operation mode cannot be achieved without establishing patterns in the course of physical processes. We have proposed a computer model of hydrodynamics that accounts for all the features, initial and boundary conditions. The results of computer simulations make it possible to adequately assess the effectiveness of using a rotor-disk film evaporating plant (RDFVP) for the concentration of heat-labile materials. We have established patterns in the course of physical processes within a structure of RDFVP by using computer simulation of hydrodynamics in the programming environment ANSYS and applying a k-ε turbulence model. The result of simulation is the derived velocity fields of the concentrated fluid (wmax=0.413 m/s) and the gas phase (wmax=8.176 m/s), as well as the magnitude of values for shear stress τ=0.94·10-6 Pa. It was established that the gas heat-carrier is characterized by the highly-turbulent flows with maximum values for kinetic energy TKEmax=8.985·10-1 m2/s2. The reliability of results is ensured by the correctness, completeness, and adequacy of physical assumptions when stating the problem and while solving it using the computer aided design system ANSYS. It has been established that the proposed structure is an effective alternative to equipment for the concentration of solutions. The data obtained could be used when designing heat-and-mass-exchange equipment for the highly efficient dehydration of thermolabile materialsПриведены обобщения полученных результатов компьютерного моделирования физических процессов в роторно-дисковом пленочном выпарном аппарате. Оптимизация режима работы не может быть осуществлена без установления особенности протекания физических процессов. Предложена компьютерная модель гидродинамики, с учетом всех особенностей, начальных и граничных условий. Результаты компьютерного моделирования позволяют адекватно оценивать эффективность использования роторно-дискового пленочного выпарного аппарата (РДПВА) для концентрирования термолабильных материалов. Установлены особенности протекания физических процессов в конструкции РДПВА, с помощью компьютерного моделирования гидродинамики в среде ANSYS используя k-ε модель турбулентности. В результате моделирования получены поля скоростей концентрируемой жидкости (wmax=0,413 м/с) и газовой фазы (wmax=8,176 м/с), а также величина значений напряжений сдвига τ=0,94·10-6 Па. Установили, что для газового теплоносителя характерны високотурбулентные потоки с максимальными значениями кинетической энергии TKEmax=8,985·10-1 м2/с2. Достоверность результатов обеспечивается корректностью, полнотой и адекватностью физических допущений в постановке задачи и на этапе ее решения с применением системы автоматизированного проектирования ANSYS. Установлено, что предложенная конструкция является эффективной альтернативой оборудования для концентрирования растворов. Полученные данные могут быть использованы при проектировании тепломассообменного оборудования для высокоэффективного обезвоживания термолабильных материаловНаведено узагальнення отриманих результатів комп’ютерного моделювання фізичних процесів в роторно-дисковому плівковому випарному апараті. Оптимізація режиму роботи не може бути здійснена без встановлення особливості протікання фізичних процесів. Запропоновано комп’ютерну модель гідродинаміки, з урахуванням всіх конструкційних особливостей, початкових та граничних умов. Результати комп’ютерного моделювання дають можливість адекватно оцінювати ефективність використання роторно-дискового плівкового випарного апарату (РДПВА) для концентрування термолабільних матеріалів. Встановлені особливості протікання фізичних процесів в конструкції РДПВА, за допомогою комп’ютерного моделювання гідродинаміки у середовищі ANSYS використовуючи k-ε модель турбулентності. В результаті моделювання отримано поля швидкостей рідин, що концентрується (wmax=0,413 м/с), та газової фази (wmax=8,176 м/с), а також величину значень напружень зсуву τ=0,94·10-6 Па. Встановили, що для газового теплоносія характерні високотурбулентні потоки з максимальними значеннями кінетичної енергії TKEmax=8,985·10-1 м2/с2. Достовірність результатів забезпечується коректністю, повнотою та адекватністю фізичних припущень в постановці задачі та на етапі її розв’язку із застосуванням системи автоматизованого проектування ANSYS. Встановлено, що запропонована конструкція є ефективною альтернативою обладнання для концентрування розчинів. Отримані дані можуть бути використані при проектуванні тепломасообмінного обладнання для високоефективного зневоднення термолабільних матеріалі

Виявлення особливостей гідродинаміки в роторно-дисковому плівковому випарному апараті

This paper reports the generalized results of computer simulation of physical processes at a rotor-disk film evaporating plant. Optimization of the operation mode cannot be achieved without establishing patterns in the course of physical processes. We have proposed a computer model of hydrodynamics that accounts for all the features, initial and boundary conditions. The results of computer simulations make it possible to adequately assess the effectiveness of using a rotor-disk film evaporating plant (RDFVP) for the concentration of heat-labile materials. We have established patterns in the course of physical processes within a structure of RDFVP by using computer simulation of hydrodynamics in the programming environment ANSYS and applying a k-ε turbulence model. The result of simulation is the derived velocity fields of the concentrated fluid (wmax=0.413 m/s) and the gas phase (wmax=8.176 m/s), as well as the magnitude of values for shear stress τ=0.94·10-6 Pa. It was established that the gas heat-carrier is characterized by the highly-turbulent flows with maximum values for kinetic energy TKEmax=8.985·10-1 m2/s2. The reliability of results is ensured by the correctness, completeness, and adequacy of physical assumptions when stating the problem and while solving it using the computer aided design system ANSYS. It has been established that the proposed structure is an effective alternative to equipment for the concentration of solutions. The data obtained could be used when designing heat-and-mass-exchange equipment for the highly efficient dehydration of thermolabile materialsПриведены обобщения полученных результатов компьютерного моделирования физических процессов в роторно-дисковом пленочном выпарном аппарате. Оптимизация режима работы не может быть осуществлена без установления особенности протекания физических процессов. Предложена компьютерная модель гидродинамики, с учетом всех особенностей, начальных и граничных условий. Результаты компьютерного моделирования позволяют адекватно оценивать эффективность использования роторно-дискового пленочного выпарного аппарата (РДПВА) для концентрирования термолабильных материалов. Установлены особенности протекания физических процессов в конструкции РДПВА, с помощью компьютерного моделирования гидродинамики в среде ANSYS используя k-ε модель турбулентности. В результате моделирования получены поля скоростей концентрируемой жидкости (wmax=0,413 м/с) и газовой фазы (wmax=8,176 м/с), а также величина значений напряжений сдвига τ=0,94·10-6 Па. Установили, что для газового теплоносителя характерны високотурбулентные потоки с максимальными значениями кинетической энергии TKEmax=8,985·10-1 м2/с2. Достоверность результатов обеспечивается корректностью, полнотой и адекватностью физических допущений в постановке задачи и на этапе ее решения с применением системы автоматизированного проектирования ANSYS. Установлено, что предложенная конструкция является эффективной альтернативой оборудования для концентрирования растворов. Полученные данные могут быть использованы при проектировании тепломассообменного оборудования для высокоэффективного обезвоживания термолабильных материаловНаведено узагальнення отриманих результатів комп’ютерного моделювання фізичних процесів в роторно-дисковому плівковому випарному апараті. Оптимізація режиму роботи не може бути здійснена без встановлення особливості протікання фізичних процесів. Запропоновано комп’ютерну модель гідродинаміки, з урахуванням всіх конструкційних особливостей, початкових та граничних умов. Результати комп’ютерного моделювання дають можливість адекватно оцінювати ефективність використання роторно-дискового плівкового випарного апарату (РДПВА) для концентрування термолабільних матеріалів. Встановлені особливості протікання фізичних процесів в конструкції РДПВА, за допомогою комп’ютерного моделювання гідродинаміки у середовищі ANSYS використовуючи k-ε модель турбулентності. В результаті моделювання отримано поля швидкостей рідин, що концентрується (wmax=0,413 м/с), та газової фази (wmax=8,176 м/с), а також величину значень напружень зсуву τ=0,94·10-6 Па. Встановили, що для газового теплоносія характерні високотурбулентні потоки з максимальними значеннями кінетичної енергії TKEmax=8,985·10-1 м2/с2. Достовірність результатів забезпечується коректністю, повнотою та адекватністю фізичних припущень в постановці задачі та на етапі її розв’язку із застосуванням системи автоматизованого проектування ANSYS. Встановлено, що запропонована конструкція є ефективною альтернативою обладнання для концентрування розчинів. Отримані дані можуть бути використані при проектуванні тепломасообмінного обладнання для високоефективного зневоднення термолабільних матеріалі

Assessment of Critical Parameters of the Cultivating Process in Biotechnology of Active Pharmaceutical Ingredients

Background. The production of medicines of a certain quality, efficiency, and safety has never lost its relevance. Modern quality assurance and quality management systems – Good manufacturing practice – take into account the existence of critical stages and critical process parameters. The production of biological drugs by cell culture methods or using classical fermentation refers to the critical stages and they need adequate methods of validating the cultivation processes in the original fermenters and equipment to which structural changes have been made. Objective. The aim of the study is to test the methods for evaluating the hydrodynamic situation in a fermenter with a classic mixer and a specific V-blade mixer, in model environments and on various imitation objects, and to determine the dependence of the change in hydrodynamic characteristics on the main critical parameters of the process. Methods. The hydrodynamic situation in the fermenter is characterized by specific parameters of the flows of the existing phases. To determine the specificity of the flows, methods of visualization and a method for equalizing the tracer concentration, the homogenization time, are proposed. Results. The visualization methods carried out during high-speed photography revealed specific flow characteristics for various mixing devices. More adequate and convenient for assessing the hydrodynamic situation in the fermenter, with changing environmental factors, was the introduction of a chemical tracer and an estimate of the homogenization time from the pH changes. Conclusions. The possibility of using a simple and easily repeatable technique for the validation of fermentation equipment in assessing critical stages in the production of biological medicines by cell culture methods or using classical fermentation has been proved. The high efficiency of the V-blade agitator is shown in comparison with the conventional design

Aerodynamic Drag Study of the Heat Exchange Equipment with Different Fin Geometries

This article is devoted to the method of numerical modelling of aerodynamics when the air flows around fins of a special design, which is implemented in SolidWorks Flow Simulation. The study was carried out for three types of rib orientation, and the aerodynamic drag coefficients were determined for different values of the Reynolds number. It was confirmed that the drag coefficient values depend significantly on the flow regime. The lowest value of the drag coefficient is observed when the fins are oriented from a larger diameter to a smaller one. In the laminar regime (Re CX = 1.04, in the transitional regime (2300 CX = 0.74, and in the turbulent regime (Re > 10,000), CX = 0.22. Characteristic for this case of orientation is a significant decrease in the drag coefficient during the transition from laminar to turbulent regime; the minimum is observed at the flow speed in the range between 2 and 3 m/s

Оцінка критичних параметрів процесу культивування у біотехнології активних фармацевтичних інгредієнтів

Background. The production of medicines of a certain quality, efficiency, and safety has never lost its relevance. Modern quality assurance and quality management systems – Good manufacturing practice – take into account the existence of critical stages and critical process parameters. The production of biological drugs by cell culture methods or using classical fermentation refers to the critical stages and they need adequate methods of validating the cultivation processes in the original fermenters and equipment to which structural changes have been made.Objective. The aim of the study is to test the methods for evaluating the hydrodynamic situation in a fermenter with a classic mixer and a specific V-blade mixer, in model environments and on various imitation objects, and to determine the dependence of the change in hydrodynamic characteristics on the main critical parameters of the process.Methods. The hydrodynamic situation in the fermenter is characterized by specific parameters of the flows of the existing phases. To determine the specificity of the flows, methods of visualization and a method for equalizing the tracer concentration, the homogenization time, are proposed.Results. The visualization methods carried out during high-speed photography revealed specific flow characteristics for various mixing devices. More adequate and convenient for assessing the hydrodynamic situation in the fermenter, with changing environmental factors, was the introduction of a chemical tracer and an estimate of the homogenization time from the pH changes.Conclusions. The possibility of using a simple and easily repeatable technique for the validation of fermentation equipment in assessing critical stages in the production of biological medicines by cell culture methods or using classical fermentation has been proved. The high efficiency of the V-blade agitator is shown in comparison with the conventional design.Проблематика. Производство лекарственных средств определенного качества, эффективности и безопасности никогда не теряло своей актуальности. Современные системы обеспечения и управления качеством – надлежащая производственная практика – учитывают существование критических стадий и критических параметров процесса. Производство биологических лекарственных средств способами культивирования клеток или при использовании классической ферментации относится к критичес­ким стадиям и нуждается в адекватных методиках валидации процессов культивирования в оригинальных ферментерах и аппаратах, в которые внесены конструкционные изменения.Цель. Целью исследования является апробация методик оценки гидродинамической обстановки в ферментере с классическим перемешивающим устройством и специфическим перемешивающим устройством V-blade на модельных средах и на различных имитационных объектах, а также определение зависимости изменения гидродинамических характеристик от основных критических параметров процесса.Методика реализации. Гидродинамическая обстановка в ферментере характеризуется специфическими параметрами потоков взаимодействующих фаз. Для определения специфики движения потоков предложены методы визуализации и метод выравнивания концентрации трассера – время гомогенизации.Результаты. Методами визуализации, проведенными при скоростной съемке, были выявлены специфические особенности потоков для различных перемешивающих устройств. Более адекватным и удобным для оценки гидродинамической обстановки в ферментере, при изменении факторов внешнего окружения, оказался метод ввода химического трассера и оценки времени гомогенизации по изменениям рН.Выводы. Доказана возможность использования простой и легко воспроизводимой методики для валидации ферментационного оборудования при оценке критических стадий производства биологических лекарственных средств способами культивирования клеток или при использовании классической ферментации. Показана высокая эффективность мешалки V-blade по сравнению с обычной конструкцией.Проблематика. Виробництво лікарських засобів визначеної якості, ефективності та безпечності ніколи не втрачало своєї актуальності. Сучасні системи забезпечення та керування якістю – належна виробнича практика – враховують існування критичних стадій та критичних параметрів процесу. Виробництво біологічних лікарських засобів способами культивування клітин або при використанні класичної ферментації відноситься до критичних стадій і потребує адекватних методик валідації процесів культивування в оригінальних ферментерах і ферментерах, у які внесені конструкційні зміни.Мета. Метою дослідження є апробація методик оцінки гідродинамічної обстановки у ферментері з класичним перемішувальним пристроєм і специфічним перемішувальним пристроєм V-blade на модельних середовищах та різних імітаційних об’єктах, а також визначення залежності змін гідродинамічних характеристик від основних критичних параметрів процесу.Методика реалізації. Гідродинамічна обстановка у ферментері характеризується специфічними параметрами потоків наявних фаз. Для визначення специфіки руху потоків запропоновано методи візуалізації та метод вирівнювання концентрації трасера – час гомогенізації.Результати. Методами візуалізації, що проведені при швидкісній зйомці, було виявлено специфічні особливості потоків для різних перемішувальних пристроїв. Більш адекватним і зручним для оцінки гідродинамічної обстановки у ферментері при зміні факторів зовнішнього оточення виявився метод введення хімічного трасера й оцінки часу гомогенізації за зміною рН.Висновки. Доведено можливість використання простої та легко відтворюваної методики для валідації ферментаційного обладнання при оцінці критичних стадій виробництва біологічних лікарських засобів способами культивування клітин або при використанні класичної ферментації. Показана висока ефективність мішалки V-blade порівняно з типовою конструкцією

Optimization of Heat Exchange Plate Geometry by Modeling Physical Processes Using CAD

This article presents the possibility of evaluating the efficiency of the heat exchange element with a special stamping plate, which is based on the results of computer simulation. The method is based on a comparative analysis of convective heat transfer models implemented in ANSYS using a k-ε turbulence model. To conduct the study, 3D models of three different types of cavity geometry formed between two heat exchange plates (flat plate, chevron plate, and plate with conical stampings) were built. Simulation was performed by finite element analysis in ANSYS for channels formed by the three types of plates, one of which is a new configuration. The results of hydrodynamic and heat exchange parameters allowed for establishing the efficiency of convective heat exchange for plates of known structures and to compare them with the proposed one. It was found that the plates with conical stamping form the smallest channels through which the fluid moves. The velocity of the coolant is uniform throughout the cross section of the channel and equal to 0.294 m/s; the value of the heat transfer coefficient is the largest of the three models and is 5339 W/(m K), while the pressure drop is 1060 Pa. Taking into account the simulation results, the best heat transfer parameters were shown by the channel formed by plates with conical stamping and the highest pressure drop. To increase the efficiency, indicated by the ratio of heat transfer coefficients to hydraulic resistance, the geometry of the plate with conical stamping was optimized. As a result of optimization, it was found that the optimal geometric parameters of the heat exchange plate with conical stamping were achieved at a 55° inclination angle and 1.5 mm height for the cone. The results of this study can be used in the design of heat exchange elements of new structures with optimal parameters for highly efficient heating of liquid coolants

Optimization of Heat Exchange Plate Geometry by Modeling Physical Processes Using CAD

This article presents the possibility of evaluating the efficiency of the heat exchange element with a special stamping plate, which is based on the results of computer simulation. The method is based on a comparative analysis of convective heat transfer models implemented in ANSYS using a k-ε turbulence model. To conduct the study, 3D models of three different types of cavity geometry formed between two heat exchange plates (flat plate, chevron plate, and plate with conical stampings) were built. Simulation was performed by finite element analysis in ANSYS for channels formed by the three types of plates, one of which is a new configuration. The results of hydrodynamic and heat exchange parameters allowed for establishing the efficiency of convective heat exchange for plates of known structures and to compare them with the proposed one. It was found that the plates with conical stamping form the smallest channels through which the fluid moves. The velocity of the coolant is uniform throughout the cross section of the channel and equal to 0.294 m/s; the value of the heat transfer coefficient is the largest of the three models and is 5339 W/(m K), while the pressure drop is 1060 Pa. Taking into account the simulation results, the best heat transfer parameters were shown by the channel formed by plates with conical stamping and the highest pressure drop. To increase the efficiency, indicated by the ratio of heat transfer coefficients to hydraulic resistance, the geometry of the plate with conical stamping was optimized. As a result of optimization, it was found that the optimal geometric parameters of the heat exchange plate with conical stamping were achieved at a 55° inclination angle and 1.5 mm height for the cone. The results of this study can be used in the design of heat exchange elements of new structures with optimal parameters for highly efficient heating of liquid coolants