Трансмембранный перенос

Содержание

Введение

1.Анализ существующих конструкций

1.1Прибор для оценки проницаемости полимерных материалов по отношению к жидким средам ППС-3

1.2Установка для исследования эффектов переноса жидкости через мембрану

1.3Задачи проекта

1.4Техническое задание

2.Описание автоматизированного комплекса для исследования трансмембранного переноса жидкости

2.1Описание конструкции устройства

2.2Описание методики проведения исследований с помощью разрабатываемого комплекса

3.Расчетно-конструкторский раздел

3.1Математическое моделирование рабочего органа устройства

3.2Энергетический расчет привода

3.3.Расчет параметров дебаланса

3.4.Расчет пружин

3.5.Расчет направляющих

4.Система автоматического управления электроприводом установки

4.1Функциональная схема САУ

4.2Структурная схема САУ

4.3Определение передаточных функций САУ

4.4Корректировка САУ

4.5Исследование качественных показателей САУ

		ВКР- 220200-08.КИТП - 00.00.00.ПЗ
Изм. Лист	№ докум.	Подпись Дата
Разраб.	Мальчиков А.В.		Лит. Лист Листов
Провер.	Мищенко В.Я.	5
Реценз.
Н. Контр.			КурскГТУ МТ-41

Утверд. Яцун С.Ф.

4.6Определение запаса устойчивости САУ

4.7Получение частотных характеристик системы

4.8Моделирование САУ с учетом нелинейности

5.Компьютерное управление

5.1Описание функциональной схемы САУ

5.2.Описание принципиальной схемы САУ

5.2.1.Подбор микроконтроллера

5.2.2.Датчик ускорения

5.2.3.Цифровой датчик Холла

5.2.4Жидкокристаллический индикатор 5.2.5 Драйверная схема

5.2.6Общий вид принципиальной схемы

5.3Разработка алгоритмов управляющей программы

5.3.1Процедура обработки сигналов с датчика ускорения

5.3.2Процедура обработки сигналов с датчика частоты

5.4Проверка цифровой системы на устойчивость

6.Исследовательская часть

Заключение Список использованных источников

		Лист
Изм. Лист № докум. Подпись Дата	ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ	6

Введение

В фармакологии, пищевой промышленности и многих других отраслях широко распространены процессы фильтрации, экстракции, сепарации.

Кроме этого такие технологии применяются в медицине при подаче лекарственного вещества через кожный покров человека. Интерес к этой проблемы обусловлена в основном двумя причинами. Прежде всего, многие профессиональные и непрофессиональные заболевания возникают в результате проникновения в организм через кожу вредных химических веществ. Кроме того, для лечения заболеваний, локализованных в коже или её придатках, на кожу наносят ряд лекарственных препаратов,

эффективность которых существенно зависит от проникновения их через эпидермальный барьер. В последнем случае возрастающий интерес к проблеме трансдермальных терапевтических форм лекарственных препаратов обусловлен такими их преимуществами, как способность пролонгировать действие включенного в них активного компонента,

стабилизировать его концентрацию в крови на постоянном уровне, в

результате чего достигается длительный стационарный фармакологический эффект, а побочные эффекты выражены в гораздо меньшей степени[15,11].

Несмотря на повышенный интерес к этой проблеме специалистов в области дерматологии, физиологии, фармацевтики, токсикологии, гигиены,

онкологии, косметологии и многих других отраслях, проблема целенаправленной доставки в заданный орган-мишень пока не решена. Для создания нужной концентрации лекарственного вещества в организме необходимо, чтобы оно в достаточном количестве проникало через роговой слой эпидермиса, являющегося основным препятствием при проникновении чужеродных веществ через кожу. Так как большинство лекарственных средств не могут в необходимом количестве проникнуть через кожу,

появляется необходимость в обратимом изменении барьерных свойств

(степени проницаемости) кожи, мембраны. В данной работе в качестве

		Лист
Изм. Лист № докум. Подпись Дата	ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ	7

такого усилителя предложено внешнее возмущающее вибрационное воздействие, которое при воздействии на мембрану повышает ее проницаемость.

В силу сложности математического моделирования процесса трансмембранного переноса жидкости, важную роль при изучении этих процессов играют экспериментальные методы. В данной работе содержаться результаты проектирования автоматизированного комплекса для исследования трансмембранного переноса жидкости при различных внешних возмущающих воздействиях. Данный комплекс позволяет определять проницаемость различных мембран и подбирать необходимые параметры возмущающего воздействия для интенсификации процесса переноса.

		Лист
Изм. Лист № докум. Подпись Дата	ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ	8

1.Анализ существующих конструкций

1.1Прибор для оценки проницаемости полимерных материалов

по отношению к жидким средам ППС-3

Согласно ГОСТу 12.4.218 – 2002 [16] проницаемость мембран по отношению к жидким материалом оценивают с помощью устройства ППС-3,

конструкция которого представлена на рисунке 1.1:

Рисунок 1.1. - Схема прибора ППС-3 для оценки проницаемости полимерных материалов по отношению к жидким средам: 1 — корпус; 2 —

подставка держателя; 3 — гайка крепления электродов; 4 — крепежный стержень электродов; 5 — центральный стержневой электрод; 6 — держатель кассеты; 7 — фторопластовая прокладка; 8 — кассета электродов; 9 —

шайбы; 10 —жидкость; 11 — заземленный охранный электрод; 12 —

крышка; 13 — стакан для жидкости; 14 — прижимная гайка; 15 —

элементарная проба; 16 — прокладка из фильтровальной бумаги; 17—

кольцевые электроды; 18— клемма «Экран» тераомметра; 19— тераомметр;

20 — потенциометр

		Лист
Изм. Лист № докум. Подпись Дата	ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ	9

Устройство ППС-3 состоит из кассеты 8, кольцевых 17 и центрального стержневого 5 электродов, закрепленных на держателе 6, установленном на подставке 2 в корпусе 1. Электроды 5 и 17 параллельно через один соединены с тераомметром 19 типа Е6—13 или Е6—13А и далее с потенциометром 20 типа КСП-4. На кассету электродов 8 последовательно устанавливают шайбу 9, выполненную из фильтровальной бумаги прокладку

16, элементарную пробу 15, шайбу 9 и стакан 13, которые закрепляют прижимной гайкой 14. В стакан 13 заливают жидкость 10, после чего закрывают его крышкой 12 с установленным на ней заземленным охранным электродом 11.

При этом сущность метода заключается в сравнении времени проникания паров кислот, представляющих собой водные растворы газообразных веществ, или аммиака через исследуемый материал (мембрану)

со значениями этого показателя для образца сравнения.

Испытания проводят при температуре (22 ± 3) °С и по следующему алгоритму:

Элементарную пробу испытуемого материала устанавливают на рабочую поверхность кассеты электродов и собирают установку в соответствии с описанием.

Устанавливают в соответствии с инструкцией по эксплуатации диапазон измерения электрического сопротивления на тераомметре.

Заливают во вкладыш 4 см3 кислоты или раствора аммиака,

одновременно делая отметку на ленте потенциометра, и заканчивают сборку установки.

При необходимости в ходе испытания делают корректировку диапазона измерения электрического сопротивления.

Момент проникания паров жидкости через элементарную пробу соответствует точке изгиба tпр1 (начало уменьшения и постоянного значения) или максимума tпр2 на записываемой потенциометром кривой изменения во времени поверхностного электрического сопротивления

		Лист
Изм. Лист № докум. Подпись Дата	ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ	10

изнаночной стороны элементарной пробы (рис. 1.2). Испытание продолжают до регистрации момента проникания.

Рисунок 1.2 - Определение времени проникания tпр агрессивных различным видам записываемых потенциометром кривых изменения времени поверхностного электрического сопротивления Rs: 1 — кривая с точкой изгиба постоянного поверхностного электрического сопротивления; 2 — кривая максимального поверхностного электрического сопротивления.

Результат отдельного испытания времени проникания tпрi, определяют по ленте потенциометра по потенциометрической кривой как время между началом испытания и достижением точки изгиба или максимума по формуле

tпрi = L / vл (2)

где L — расстояние на ленте потенциометра между точкой начала испытания и точкой достижения изгиба или максимума, мм; vл — скорость движения ленты потенциометра, мм/с.

Результат отдельного испытания определяют визуально по ленте потенциометра по потенциометрической кривой как время между началом испытания и достижением точки изгиба или максимума. Результаты отдельных испытаний определяют в минутах при значениях времени проникания 5 мин и более и в секундах при значениях времени проникания менее 5 мин. Проводят оценку времени проникания той же самой жидкости через образец. Таким образом, осуществляется определение проницаемость жидкости через мембрану.

		Лист
Изм. Лист № докум. Подпись Дата	ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ	11

1.2 Установка для исследования эффектов переноса жидкости через мембрану

Установка для исследования эффектов переноса жидкости через мембрану (рис. 1.3) состоит из вибратора, представляющего собой электродвигатель постоянного тока 1 с ассиметрично закрепленной массой 2

на оси. Двигатель установлен в жестком пластиковом корпусе 3. Роль упруго-диссипативного подвеса исполняет полиэтиленовая крышка 4,

которая передает воздействие от вибратора к рабочему органу установки.

Жидкость-растворитель 5 помещается в стеклянную емкость 6. Рабочий орган устройства состоит из: основания 7, жестко соединенного с крышкой винтовым соединением 8, съемной части (полой трубы) 9, в которую помещается опытное вещество 10. Дно трубы закрывается мембраной 11. На основании рабочего органа закреплена с помощью металлической скобы текстолитовая пластина с датчиком ускорения ADXL203.

1		2
3

	8
4	7
	12
5	9
6			10
			11

Рисунок 1.3. - Схема лабораторной установки для исследования эффектов переноса жидкости через мембрану

ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

Лист

12

1.3 Задачи проекта

Целью данной работы является проектирование автоматизированного комплекса для исследования трансмембранного переноса жидких сред при вибрационном воздействии. Для направленности внешнего воздействия,

система должна совершать возвратно поступательное движение. Так как дебаланс совершает вращательное движение, то необходимо ограничение перемещения в горизонтальной плоскости. В качестве таких ограничителей должны использоваться закрытые цилиндрические направляющие скольжения. Также для обогащения частотного спектра внешнего воздействия установка должна предусматривать ударные режимы воздействия. Для этого в систему вводятся ограничители перемещения в вертикальной плоскости. Установкой предусмотрена возможность регулирования параметров ударного режима, путем изменения зазора между ограничителями.

Также, одной из задач работы является создание цифровой системы управления на основе дискретного пропорционально-интегрального регулятора частоты вращения вала двигателя, для обеспечения постоянства режимов воздействия, Цифровая система комплекса должна предусматривать пользовательский интерфейс, включающий клавиатуру и жидкокристаллический индикатор, отображающий параметры воздействия.

В ходе работы необходимо исследовать устойчивость системы управления оценить качество управления.

		Лист
Изм. Лист № докум. Подпись Дата	ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ	13

1.4Техническое задание

1.1.Целью данной работы является разработка автоматизированного комплекса для исследования процесса переноса жидких сред через пористые поверхности при регулируемом вибрационном и ударном воздействиях.

Врамках данной работы требуется:

разработать конструкцию установки, отвечающую требованиям технического задания, произвести расчет конструктивных параметров стенда;

спроектировать и рассчитать цифровую систему автоматического управления электроприводом установки;

разработать математическую модель комплекса, и провести численное моделирование процессов движения рабочего органа установки;

провести экспериментальные исследования и определить оптимальные

параметры возмущающего воздействия, для различных жидкостей и

мембран.

1.2.Данный комплекс предназначен для определения количественных показателей проницаемости мембран, и подбора оптимальных параметров внешнего воздействия для интенсификации процесса трансмембранного переноса.

1.3.Данный комплекс предназначен для использования в лабораторных условиях: температура t = 0..50oC, относительная влажность воздуха

20..80%, атмосферное давление 740 ± 30 мм. рт. ст.

2. Технические характеристики. Проектируемая система должна обеспечивать устойчивые режимы внешнего вибрационного, ударного воздействия, при этом амплитуда варьируется от 0.5 до 3 мм, а частота от

20 до 100 Гц.

		Лист
Изм. Лист № докум. Подпись Дата	ВКР- 220200-08.КИТП-0.00.00.ПЗ	14