Mathematical modeling of vacuum freeze-drying for technology transfer from laboratory to industrial scale

升华(心理学) 聚光镜(光学) 传质 传热 水分 材料科学 水蒸气 计算流体力学 热力学 机械 工艺工程 数学模型 化学 机械工程 比例(比率) 热传递 动力学 环境科学 冷冻干燥 矩阵相似性 比例模型 分子动力学 还原(数学) 相对湿度 湿度 尺度分析(数学) 相似 放大
作者
Elizaveta Mokhova,М. Г. Гордиенко,Natalia Vasilyevna Menshutina,О. В. Карманова
出处
期刊:Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий [Voronezh State University of Engineering Technology]
卷期号:87 (3): 224-233
标识
DOI:10.20914/2310-1202-2025-3-224-233
摘要

The paper focuses on mathematical description of vacuum freeze-drying applied to dispersed and biologically active materials used in the production of finished dosage forms and composite polymer systems. The aim of the study was to develop a modeling approach supporting technology transfer of freeze-drying from laboratory to industrial scale while maintaining product uniformity and quality. The proposed method combines a one-dimensional drying kinetics model with computational fluid dynamics for simulation of water vapor distribution inside the lyophilizer chamber. The model describes the first and second drying periods, layer-by-layer movement of the sublimation front, coupled heat and mass transfer in frozen and dried regions, and diffusion-controlled moisture removal during secondary drying. Experimental investigations were carried out on a Labconco pilot freeze-dryer operated at 5–10 Pa with a condenser temperature of 188 K using a model peptide solution. Calculated temperature profiles showed good agreement with experimental data: the difference factor equaled 1.76 and the similarity factor reached 54.77, confirming model adequacy. Computational fluid dynamics simulations demonstrated nonuniform water vapor distribution within the chamber and increasing vapor concentration near the condenser during sublimation. The results indicate that integration of drying kinetics modeling with gas-dynamic simulations enables rational selection of operating regimes, reduction of drying time, and decrease in batch rejection risk. The developed approach is recommended for efficient scale-up and industrial implementation of vacuum freeze-drying technologies.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
wlllllll完成签到,获得积分10
1秒前
light派发布了新的文献求助10
2秒前
小颖发布了新的文献求助10
2秒前
li发布了新的文献求助10
2秒前
王飞跃发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
3秒前
暴龙战士图图完成签到,获得积分10
4秒前
嗯嗯发布了新的文献求助10
4秒前
炙热代丝发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
4秒前
zy完成签到,获得积分20
4秒前
Pseudosalieri发布了新的文献求助10
4秒前
王毅医生转化医学完成签到,获得积分10
6秒前
xxy991007发布了新的文献求助10
6秒前
老吉完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
烟花的应助被鹿呦呦呦呦采纳,获得10
7秒前
科研通AI6.2的应助被余白采纳,获得10
7秒前
秋风的应助被平常马里奥采纳,获得10
7秒前
7秒前
我是老大的应助被爱笑飞荷采纳,获得10
8秒前
是小孙啊发布了新的文献求助10
8秒前
减肥的蕉太狼完成签到,获得积分10
8秒前
lalalalala发布了新的文献求助10
8秒前
pei发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
10秒前
10秒前
秋风的应助被YunjiangZhang采纳,获得10
10秒前
杨柳zzz完成签到 ,获得积分10
10秒前
HAHA发布了新的文献求助20
11秒前
huanhuan完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
yuchuncheng的应助被childe采纳,获得10
11秒前
11秒前
344关注了科研通微信公众号
11秒前
深情安青的应助被dsn采纳,获得10
12秒前
科研小白发布了新的文献求助10
13秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
IRTSD: Open-Source Data and Toolset for Electromagnetic Transient Analysis of Disturbances and IBR Control Malfunctions in Transmission Systems 1000
Challenging Attachment Theory 600
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8140269
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9540579
关于积分的说明 21641114
捐赠科研通 7724345
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3421054
关于科研通互助平台的介绍 2546262
邀请新用户注册赠送积分活动 2463114