دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.Sc.” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی – طراحی فرآیند

عنوان:

مدلسازی فرایند حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی

چکیده

در سالهای اخیر، استفاده از تکنولوژی سیال فوق بحرانی برای حل مشکلات موجود در فرایندهای صنایع داروئی افزایش یافته است. حلالیت یک جامد در یک سیال فوق بحرانی، یکی از خواص مهمی است که برای هر کاربردی از سیالات فوق بحرانی باید مدلسازی و  محاسبه گردد. در این تحقیق تلاش شده است که یک مدل ریاضی برای محاسبه حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن ارائه شود.

در این تحقیق از روش دینامیک و تجهیزات موجود در پژوهشگاه صنعت نفت برای محاسبه مقادیر حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن در دو دمای 30 و 40 درجه سانتیگراد و محدوده فشار 80 تا 130 بار استفاده شده است. همچنین از مقادیر مشابه ارائه شده توسط سایر محققان برای مقایسه بهره جسته ایم.

برای چک نمودن دقت و سازگاری داده های تجربی به دست آمده، از معادله مندز – سانتیاگو – تجا کمک گرفته شده است. مقادیر حلالیت با 7 معادله حالت و دو قانون اختلاط تطابق داده شده اند. معادلات حالت عبارتند از: واندروالس، ردلیش – کوانگ، سو – ردلیس – کوانگ، پنگ – رابینسون، استریجک – ورا، پتل – تجا – والدرما و پازوکی و دیگران. قوانین اختلاط نیز، قانون اختلاط واندروالس یک و دو پارامتری می باشند.

مدلسازی و تطابق داده ها با نرم افزار مطلب انجام شده است. همچنین از سه گروه از خواص فیزیکی تخمین زده شده توسط سه متد مختلف (جوبک، لیدرسن و امبروس) استفاده شده است. مقادیر این خواص فیزیکی توسط نرم افزار Predict Plus 2000 به دست آمده اند. نتایج بدست آمده بر پایه معادلات حالت، قوانین اختلاط و متد تخمین خواص فیزیکی، مورد بحث و مقایسه قرار گرفته اند.

مقادیر پارامترهای انطباق و مقادیر میانگین مطلق انحراف نسبی (AARD%) برای هر سیستم به دست آورده شده است. نتایج نشان می دهند که در دماهای 35 و 45 درجه سانتیگراد، معادله حالت پازوکی و در دمای 40 درجه سانتیگراد معادلات حالت پتل – تجا – والدرما و واندروالس، هنگام استفاده از قانون اختلاط دو پارامتری واندروالس (vdw2)، از سایر معادلات حالت دقیق ترند. از آنالیز کامل نتایج می توان نتیجه گرفت که استفاده از vdw2 در همه معادلات حالت نتایج بهتری را نسبت به استفاده از vdw1 حاصل می کند. این حقیقت را می توان به این شکل توضیح داد که کاربرد دو پارامتر انطباق قابل تنظیم، قدرت انعطاف پذیری معادله حالت برای فیت نمودن داده های آزمایشگاهی حلالیت را افزایش می دهد. همچنین می توان در اغلب موارد، استفاده از متد لیدرسن برای تخمین مقادیر حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی را نسبت به سایر متدها (جوبک و امبروس) توصیه نمود.

مقدمه

در دهه های اخیر استفاده از سیال فوق بحرانی و تکنولوژی آن در بسیاری از زمینه ها خصوصا در صنایع دارویی، مورد توجه قرار گرفته است. دلیل این امر، در چند موضوع نهفته است:

1- قدرت بالای سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال، که استخراج از ترکیبات چگال را بسیار بهبود می بخشد.

2- امکان افزایش میزان حلالیت با تغییر در محدوده وسیعی از دما و فشار.

3- خواص فیزیکی گاز گونه سیالات فوق بحرانی با توجه به اینکه که رفتار دانسیته در این سیالات مشابه مایعات است.

4- امکان استفاده از حلال های غیررسمی که پساب سمی تولید نمی کنندو

5- قیمت پایین حلال در فرایندهایی که از سیالات فوق بحرانی به عنوان حلال استفاده می کنند.

6- امکان انجام عملیات در دماهای نسبتا پایین برای موادی که در دماهای بالا ناپایدارند.

تمامی موارد ذکر شده در بالا، شرایط ایده آل و مناسبی را برای استفاده از این مواد در فرایندهایی نظیر استخراج، خالص سازی و کریستالیزاسیون مواد داروئی حساس، فراهم می آورند.

میزان حلالیت ماده حل شونده در سیال فوق بحرانی، مهمترین خاصیت ترموفیزیکی است که به عنوان اولین پله در مدلسازی هر نوع عملیات در فاز سوپر کریتیکال، باید تعیین شود.

مهمترین فاکتور موثر و نکته کلیدی در کیفیت فرایندهای استخراج سوپر کریتیکال از لحاظ فنی و اقتصادی، دقت داده های تعادلی برای حلالیت است. با این حال داده های تجربی برای حلالیت بیشتر مواد دارویی در سیالات فوق بحرانی (بخصوص دی اکسید کربن) به ندرت موجود است. دلیل این کمبود را می توان در دو موضوع مهم خلاصه کرد: پیچیدگی و گران بودن تجهیزات و تکنیک های موجود که زمان زیاد و دقت بسیار بالایی را برای به دست آوردن نتایج درست می طلبد. این موضوع مشکل دیگری را در بحث بررسی این فرایندها به وجود می آورد و آن عدم اطمینان به دقت نتایج و داده های آزمایشگاهی گزارش شده در مقالات است که باعث مشکل شدن بررسی این نتایج می شود.

پیش بینی فرایند حلالیت در سیالات فوق بحرانی بسیار مشکل است زیرا دقت مدل های موجود برای شبیه سازی و تخمین تعادلات حلالیت در تمامی شرایط عملیاتی کافی نبوده و همچنین دسترسی به اطلاعات مربوط به خواص فیزیکی بیشتر مواد دارویی محدود می باشد و در صورت موجود بودن این اطلاعات، عدم اطمینان در متد بکار رفته در تخمین این مقادیر، مشکل را دوچندان می کند.

برای تخمین رفتار حلالیت در سیال فوق بحرانی و تخمین خواص ترمودینامیکی با استفاده از داده های آزمایشگاهی، می توان از معادلات حالت به عنوان یک روشی که اساس محکمی از لحاظ تئوری دارند، استفاده نمود. در این صورت مجبور به استفاده از قوانین اختلاط مناسب برای مواد خالص و قوانین ترکیب برای مخلوط سیال فوق بحرانی و ماده جامد مورد نظر خواهیم بود. در قوانین ترکیب برای پیش بینی انحراف های به وجود آمده از حالت ایده آل، خصوصا در موادی با ساختار پیچیده و مواد قطبی، از پارامترهای انطباق استفاده می شود.

در این پروژه، فرایند حلالیت ایبوپروفن در دی اکسید کربن فوق بحرانی با استفاده از داده های آزمایشگاهی توسط تعدادی از معادلات حالت درجه سه معمول و قوانین اختلاط واندروالس یک و دو پارامتری مورد بررسی قرار گرفته و با یک مدل ریاضی که توسط نرم افزار مطلب نوشته شده، مقدار بهینه پارامترهای انطباق برای قوانین اختلاط واندروالس در شرایط عملیاتی موجود به دست آورده است. در انتها مقایسه ای نیز میان نتایج به دست آمده در این پروژه و اطلاعات گزارش شده توسط سایر محققان برای ایبوپروفن، انجام شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.