Dry powder inhalers (DPIs) are used for delivering drugs to the airways. In addition to the drug, the formulations often contain a coarse carrier, most commonly alpha lactose monohydrate. The presence of fine lactose particles in the formulation is known to improve the formulation performance. The active site, drug-fines agglomeration and increased cohesion theories have been suggested to explain improved DPI performance upon addition of fine excipient particles. This project aimed to investigate the validity of those theories. The viability of the active sites theory in explaining the improved DPI performance was investigated by studying the impact of loaded drug dose on the in vitro performance for formulation series prepared with coarse carriers with different surface characteristics. The formulations prepared with the rougher lactose carrier were seen to outperform the formulations prepared with the smoother carrier at all drug concentrations. These findings were concluded to be non-compatible with the active sites theory. The impact of addition of lactose fines with different size distributions on powder flow and fluidisation properties and in vitro performance was studied. Powder cohesion increased independent of size distribution of the fines, but did not necessarily correspond to improved performance. Therefore, the increased cohesion theory was concluded not to be the sole explanation for the improvement in DPI performance in the presence of lactose fines. Instead, the increase in performance could be preliminarily attributed to the formation of agglomerated systems. The formation and co-deposition of drug-fines agglomerates, and consequential improvement in the DPI performance was proved using morphologically directed Raman spectroscopy. The project also aimed to develop a universal model for predicting DPI performance based on the lactose properties for a wide range of carriers with different properties. No simple linear correlations between any the lactose properties and the final DPI performance were found. Therefore no single parameter can be used as a universal predictor for DPI performance. To establish more complex relationships, artificial neural networks were used for modelling the importance of different lactose properties in determining DPI performance. The proportion of fine lactose particles (<4.5 μm) was identified as the most important parameter. However, this parameter was capable of explaining only approximately half of the variation seen in the formulation performance. The current study showed that to obtain more accurate predictions for the purposes of quality-by-design approach, also other lactose properties need to be characterised.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Dynamique des Fluides : Toulouse, INPT : 2001. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 145 réf.

Th. doct.-ing.--Génie chim.--Toulouse--I.N.P., 1980. N°: 92.

Cette étude est consacrée à la compréhension des phénomènes mis en jeu dans les écoulements fluidisés denses verticaux ascendant et descendant, ainsi que dans leur couplage avec un écoulement fluidisé dense horizontal dans une enceinte à pression contrôlée. Tout d'abord une étude hydrodynamique, réalisée dans une colonne de fluidisation classique sans circulation de solide, a permis de déterminer les différentes grandeurs caractéristiques de la suspension lors de sa fluidisation et de sa désaération, indispensables à la compréhension et à la modélisation des écoulements : Vitesses minimales de fluidisation et de bullage. Porosités au minimum de fluidisation et de bullage. Porosité de la phase dense. Vitesse de désaération et de sédimentation. Puis, l'influence des paramètres tant géométriques (diamètre de la colonne d'expédition, longueur de la partie horizontale, …) qu'opératoires (vitesses de fluidisation de la partie horizontale et d'aération de la colonne d'expédition, politique de dégazage, …) sur le comportement global de deux unités pilotes a mis en évidence les paramètres clés du procédé : Vitesse de fluidisation de la partie horizontale. Politique de dégazage. Aération de la colonne d'expédition. Les transferts de gaz entre les différentes zones du procédé ont également été mis en évidence grâce à l'utilisation d'un traceur gazeux. Enfin, une modélisation de type monodirectionnelle est entreprise dans le but de simuler le comportement des suspensions fluidisées denses en écoulement verticaux ascendant et descendant. Les résultats obtenus concordent de manière très satisfaisante avec les mesures expérimentales. Ils permettent de mettre en évidence les mécanismes de transport ascendant de solide. De plus, le logiciel de calcul ainsi créé permet d'optimiser les dimensions d'une conduite verticale accueillant une suspension fluidisée dense en écoulement descendant afin d'en garantir le bon fonctionnement.

Ce travail est focalisé sur la synthèse par voie sèche des ferrates de métaux alcalins (A2FeVIO4, A = K, Na) en utilisant le chlore comme oxydant. Les ferrates (VI) sont des composés qui contiennent du fer sous son état d’oxydation +6. Leur importance s’avère grandissante dans le traitement des eaux et des effluents industriels du fait de la nature multifonctionnelle du FeVI. Bien que l’existence de ferrates alcalins soit citée depuis un siècle, ceux-ci n’ont pas fait l’objet d’un nombre considérable d’études. Ceci est principalement du à leur instabilité et aux difficultés concernant les méthodes de préparation. La synthèse de ferrates alcalins dans le réacteur rotatif a été réalisée à température ambiante et la réaction totale de synthèse fut exothermique. Pour les expériences effectuées, des quantités de réactants solides (sel de fer + AOH) allant de quelques dizaines de grammes jusqu’à 400 grammes ont été utilisées. Les effets de différents paramètres sur le déroulement de la synthèse ont été étudiés. Afin d’améliorer le processus de synthèse et appliquer l’extrapolation industrielle, la synthèse de ferrates a été réalisée au sein d’un réacteur à lit fluidisé. Le procédé consiste premièrement, à mélanger préalablement l’hydroxyde de sodium (NaOH) avec le sulfate ferreux (FeSO4?H2O) et deuxièmement, à fluidiser le mélange obtenu en présence du chlore dilué. L’application de ce procédé permet d’atteindre un rendement en FeVI d’environ 56 %. Les résultats obtenus témoignent d’un processus propre et innovant et d’un faible coût pour la synthèse des ferrates de métaux alcalins à plus grande échelle / This work is focused on the dry method synthesis of alkaline metal ferrates (A2FeVIO4, A = K, Na) by using chlorine as oxidant. The ferrates (VI) are compounds which contain iron under its oxidation state +6. They gain growing importance in the industrial effluent and water treatment because of multipurpose nature of FeVI. Although the existence of alkaline ferrates has been mentioned for one century, the alkaline ferrates were not the subject of a considerable number of studies. This is mainly due to their instability and difficulties concerning the methods of preparation. The alkaline ferrate synthesis in the rotary reactor was carried out at room temperature and the whole reaction of synthesis was exothermic. For the realized tests of synthesis, solid quantities of (iron salt + AOH) of a few tens of grams up to 400 grams were used. The effects of various parameters on the synthesis process were studied. In the perspective of improving the process of synthesis and applying the industrial extrapolation, the synthesis of ferrate was realised in a fluidized bed reactor. The proceeding occurs by two successive steps: the first consisting in mixing beforehand the sodium hydroxide with ferrous sulphate and the second to fluidize the mixture obtained in the presence of diluted chlorine. The application of this process makes possible to attain a yield in FeVI of about 56 % and the results obtained show a clean and innovative process of low cost for the synthesis of alkaline metal ferrates on a large scale

Parmi les centrales solaires thermiques à concentration, la technologie des centrales à tour offre l'un des rendements les plus importants de production d'énergie. Néanmoins, l'efficacité et la sécurité de ces centrales sont améliorables. En effet, les sels fondus, généralement utilisés comme fluide de transfert thermique, présentent une plage limitée d'utilisation (200-550°C), à l'origine des limites d'efficacité de la conversion thermique-électrique, ainsi que de consommations parasites d'énergie de chauffage. De plus, leurs caractères corrosif et comburant sont à l'origine de sévères contraintes de sécurité. Un nouveau concept de récepteur solaire, dont les caractéristiques permettent de s'affranchir des contraintes associées aux sels fondus, est présenté dans ce manuscrit. Il utilise des suspensions denses de particules fluidisées par un gaz comme fluide de transfert et de stockage de l'énergie thermique. Ce concept, et la technologie de récepteur associée, a été brevetée par Flamant et Hemati dans le cadre d'une collaboration entre le Laboratoire CNRS-PROMES d'Odeillo, et l'Institut National Polytechnique de Toulouse. Son développement a reçu le soutien financier du CNRS, puis de la Commission Européenne. Les propriétés thermiques du carbure de silicium ont déterminé le choix de ce solide. Le diamètre moyen des particules utilisées avoisine 60 micromètres (groupe A). Ces particules présentent d'excellentes propriétés de fluidisation pour des vitesses de gaz faibles. La construction et l'exploitation d'une maquette froide transparente ont permis de démontrer la faisabilité hydrodynamique du concept. Cette maquette est un échangeur à deux passes. Chaque passe est constituée de deux tubes verticaux en parallèle. L'une est traversée par un débit vertical ascendant de solide, l'autre descendant. Un débit de solide continu, stable et équitablement réparti a été obtenu à l'intérieur des tubes. La caractérisation hydrodynamique détaillée de l'écoulement, et du comportement globale de la maquette, en fonction des conditions opératoires, a été effectué sur la partie ascendante de l'écoulement dans l'échangeur. La construction et l'exploitation d'une maquette chaude, constituée d'un seul tube traversé par une suspension dense en écoulement ascendant, chauffé par 3 fours d'une puissance totale de 5,6 kW, a permis d'estimer la capacité de transfert thermique de ce nouveau type d'échangeur. Le contrôle et la stabilité des conditions opératoires a permis d'évaluer l'effet de ces dernières sur le transfert thermique entre l'échangeur et la suspension dense de fines particules le traversant. La modélisation par 3 approches du transport ascendant de la suspension dense a également été réalisée. Une approche corrélative 1D basée sur le formalisme du modèle Bulle-Emulsion, adapté afin de tenir compte de l'entraînement des particules dans le sillage des bulles. Ce modèle permet de représenter la structure diphasique de l'écoulement. Une autre approche 1D a été utilisée. Elle repose sur la résolution des équations locales de conservation de masse et de quantité de mouvement sur chaque phase gaz et solide. Cette méthode permet de s'affranchir des hypothèses du modèle Bulle-Emulsion. Enfin, la simulation numérique 3D a été réalisée sur un maillage complet du système, de telle sorte que les conditions aux bornes imposées son identiques à celle imposée par l'opérateur (débit de fluidisation, débit d'aération, débit de solide, pression de la nourrice). Cette dernière apporte des informations sur la structure locale de l'écoulement, dont les caractéristiques permettent d'expliquer l'efficacité du transfert thermique entre la suspension et la paroi observé expérimentalement. / Among concentrating solar power plants, solar tower technology is one of the more power efficient. Nevertheless, their efficiency and safety can be improved. Indeed, molten salts, commonly used as heat transfer fluid, have a limited range of operating temperature (470-820K), thus lowering the thermal-electrical conversion efficiency, and increasing parasitic power consumption. Moreover, they are corrosive and combustion agent, leading to severe safety constraints. A new concept of solar receiver is presented in the present study, the characteristics of which avoid most of the molten salts drawbacks. It uses dense gas-particle suspension as heat transfer and storage fluid. This concept and the associated technology has been patented by Flamant et Hemati in the frame of a collaboration between the PROMES-CNRS Laboratory of Odeillo and the Polytechnic National Institute of Toulouse. Its development has been first supported by the CNRS, and later by the European Commission. Thermal properties of silicon carbide have determined the choice of this solid. The mean diameter of particles is around 64 microns (A group). These particles have excellent fluidisation properties at low gas velocities. The construction and the operation of a transparent cold mockup allowed demonstrating the hydrodynamic feasibility of this concept. This mockup is composed of two passes. Each pass is composed of two tubes in parallel. One pass is upward flow of solid, the other is downward flow. A steady, stable and evenly distributed solid flow has been set inside the tubes. The global behaviour of the system and the hydrodynamics of the suspension has been evaluated as a function of operating parameters on the upward pass. The construction and the operation of a hot mockup allowed estimating the heat transfer efficiency of this new kind of exchanger. On this mockup, the dense suspension flows upward inside a single tube, heated by three ovens of 5.6 kW total power. Thanks to the control and stability of the operating parameters, their effects on the heat transfer between the tube and the dense gas-solid suspension has been accurately determined. Modelling of the suspension upward flow has been performed using 3 approaches. The first one is based on the 1D Bubble-emulsion formalism, adapted to take into account the solid entrainment by the bubble wakes. It allows modelling the diphasic structure of the flow. The resolution of the local mass and momentum balance equation on each phase has also been performed. It allows to sidestep the Bubble-Emsulion assumptions, and to study the effects of drag models. 3D simulation has been performed on a complete mesh of the system, so that the boundary conditions are the same as those imposed by the operator (fluidisation flow rate, aeration flow rate, solid flow rate, dispenser pressure). These simulations give information on the local structure of the suspension flow, influencing on the heat transfer efficiency between the exchanger wall and the suspension.

L'agglomération de particules solides modifie leurs propriétés physiques (taille, forme, densité, porosité) et celles de la poudre constituée d'agglomérats (coulabilité, instantanéité), importantes pour les produits alimentaires. La pulvérisation de liquide (solvant, solution de liant) à la surface des particules fluidisées (air chaud) permet la création de ponts liquides, consolidés par séchage par l'air chaud. Dans cette étude, le jet de gouttes pulvérisées est caractérisé (angle et forme ; taille des gouttes) pour différentes conditions de pulvérisation. La région de mouillage " basse température " où l'agglomération se produit, est identifiée par la mesure des températures d'air dans un lit fluidisé de billes de verre pulvérisées par de l'eau. La taille et la forme de cette région dépendent des conditions opératoires (température d'entrée d'air, charge en particules, débit liquide pulvérisé, pression de pulvérisation). Des essais d'agglomération ont été réalisés avec des billes de verre non solubles (sphériques, environ 160 micromètres) en pulvérisant des solutions de gomme d'acacia (20-30% w/w) ; puis des particules de maltodextrine solubles (environ 180 micromètres) en pulvérisant de l'eau ou des solutions de maltodextrine/ou de gomme (20% w/w). Une agglomération contrôlée est obtenue pour un volume de la zone de mouillage compris entre 18 et 30 % du lit fluidisé. Les particules non solubles nécessitent une pré-couche alors que les particules solubles s'agglomérent dès le mouillage. Dans les deux cas, la taille atteint un maximum, plus élevé pour des particules solubles ou pou un débit de liquide élevé. L'analyse des propriétés des poudres agglomérées montre une résistance mécanique et une taille plus faibles pour les agglomérats formés à partir des gouttes pulvérisées les plus petites. Les agglomérats les plus gros sont irréguliers, plus résistants. A partir de bilans de population, un modèle décrivant la croissance de taille dans la zone de mouillage est proposé et validé.

Cette étude est consacrée à la compréhension des phénomènes mis en jeu dans les écoulements fluidisés denses verticaux ascendant et descendant, ainsi que dans leur couplage avec un écoulement fluidisé dense horizontal dans une enceinte à pression contrôlée. Tout d'abord une étude hydrodynamique, réalisée dans une colonne de fluidisation classique sans circulation de solide, a permis de déterminer les différentes grandeurs caractéristiques de la suspension lors de sa fluidisation et de sa désaération, indispensables à la compréhension et à la modélisation des écoulements : Vitesses minimales de fluidisation et de bullage. Porosités au minimum de fluidisation et de bullage. Porosité de la phase dense. Vitesse de désaération et de sédimentation. Puis, l'influence des paramètres tant géométriques (diamètre de la colonne d'expédition, longueur de la partie horizontale, …) qu'opératoires (vitesses de fluidisation de la partie horizontale et d'aération de la colonne d'expédition, politique de dégazage, …) sur le comportement global de deux unités pilotes a mis en évidence les paramètres clés du procédé : Vitesse de fluidisation de la partie horizontale. Politique de dégazage. Aération de la colonne d'expédition. Les transferts de gaz entre les différentes zones du procédé ont également été mis en évidence grâce à l'utilisation d'un traceur gazeux. Enfin, une modélisation de type monodirectionnelle est entreprise dans le but de simuler le comportement des suspensions fluidisées denses en écoulement verticaux ascendant et descendant. Les résultats obtenus concordent de manière très satisfaisante avec les mesures expérimentales. Ils permettent de mettre en évidence les mécanismes de transport ascendant de solide. De plus, le logiciel de calcul ainsi créé permet d'optimiser les dimensions d'une conduite verticale accueillant une suspension fluidisée dense en écoulement descendant afin d'en garantir le bon fonctionnement. / This study is dedicated to the understanding of the phenomena involved in dense fluidized upward and downward flows, and their coupling with a dense fluidized horizontal flow in a pressure controlled chamber. First of all, a hydrodynamic study, conducted in a solid particles flow-free cylindrical fluidization column, is initiated to determine the fluidization and de-aeration characteristics parameters, required to the flows understanding and modeling: Minimum fluidization and minimum bubbling rates. Minimum fluidization and minimum bubbling voidages. Dense phase voidage. De-aeration and sedimentation rates. Then, the geometric (upward-flow zone diameter, horizontal chamber length, …) and operating (horizontal chamber fluidization rate, degassing policy, …) parameters influences on two pilot-scaled unities behavior highlights the process key parameters: Horizontal chamber fluidization rate. Degassing policy. Upward-flow additional aeration. The use of helium tracking also highlights the gas transfer phenomena between horizontal, vertical upward, and vertical downward flow zones. Finally, a monodirectional model is created in order to simulate dense gas/solid suspensions behavior in vertical upward and downward flows. The computed results are concordant with the experimental data and highlight the upward solid conveyance mechanisms. The computation software can also optimize the downward pipe dimensions with the aim of maintaining a good flow.

<div>Gerotor units are widely used in low-pressure (up to 30 bar) </div><div>fluid power applications, injection and lubrication systems, due to their compact package and low cost. Their performance in terms of volumetric efficiency, flow pulsations, internal pressure peaks or localized cavitation depends on many parameters, such as the rotors profiles and the manufacturing tolerances. In this work, a multi-domain simulation approach for the numerical analysis of the performance of Gerotor units is proposed. The model can be used for analysis and virtual prototyping of units considering the actual geometry of the rotors, their geometrical tolerances and the properties of the working fluid and materials.</div><div><br></div><div><div>The approach is based on the coupling of different models: a numerical geometric model evaluating the instantaneous volumes and flow areas inside the unit; a lumped parameter fluid dynamic model describing the displacing process of the tooth space volumes; and a mechanical model evaluating the internal micro-motions of the rotors axes according to their tolerances. In this way, the model determines the actual loading of the rotors, considering also the actual location of the points of contact. Advanced 2D CFD models for the analysis of lubricated interfaces have been developed to study the axial and the radial gaps. This approach allows an accurate prediction of the power losses and radial micro-motion of the rotors taking into account fluidstructure interaction effects. A line contact model is used to describe the contact interface using an elastohydrodynamic approach and non-Newtonian fluid behavior for the prediction of the friction between the rotors.</div></div><div><br></div><div><div>Specic experiments were performed by connecting the pump outlet to a variable loading orifice and by measuring the delivered flow, pressure ripple and required torque under dfferent operating conditions of speed and outlet pressure. These experiments allowed a detailed model validation through the comparisons with simulation data in terms of signicant steady-state as well as transient pressure, flow and torque features. After the model validation, gaps compensation solutions to minimize the volumetric losses are developed and studied showing the potential improvements on the performances of a prototype unit by reaching up to 55% volumetric effciency at high pressure (pmax > 100bar).</div><div><br></div><div>The approach used in the current work along with its proven accuracy through experiments can be considered a valuable tool when studying the impact of real-life technological clearances and gears geometry on the fluid-dynamic performance of the pump.</div></div>

A fluidização é definida como a suspensão de partículas de um solo granular devido à ação de um fluxo ascendente, que cria uma força de arrasto suficiente para suportar o peso próprio das partículas, produzindo uma zona fluidizada. Neste trabalho são discutidos os mecanismos e os conceitos envolvidos na fluidização de solos arenosos com a utilização de jatos de água, que futuramente podem ser associados a novas tecnologias de instalação de ancoragens de plataformas de petróleo offshore. O estudo foi baseado em ensaios realizados em câmaras de calibração retangulares, com paredes em acrílico, preenchidas com areias de granulometria distintas, compactadas com densidade relativa de 50% e 100%. O sistema de jateamento consiste basicamente em uma bomba centrífuga que succiona a água armazenada em um reservatório e a conduz, através de um circuito hidráulico, à extremidade de tubos metálicos verticais, responsáveis pelo jateamento de água. Foram utilizados tubos com diferentes diâmetros e diversas velocidades de saída do jato. Iniciado o jateamento, tem-se a formação de um leito fluidizado, com formato côncavo e interface bem definida com a zona não fluidizada. O jato de água penetra certa profundidade no interior do leito fluidizado até ser defletido, no sentido ascendente, carregando partículas de areia que são depositadas ao redor da zona fluidizada. Após a formação de uma geometria fluidizada máxima, os tubos são reposicionados em uma nova profundidade. A fluidização ao longo da profundidade apresenta comportamento definido, com uma geometria inicialmente estável, que alcança uma condição de instabilidade em determinada profundidade, até sofrer sucessivos fechamentos, formando uma cavidade submersa fluidizada. Esta cavidade diminui de tamanho com o aumento da profundidade e a fluidização do solo deixa de ocorrer para certa profundidade de saída do jato. Os parâmetros principais que comandam a geometria da zona fluidizada aberta são a velocidade de saída e o diâmetro do jato, em conjunto com o tamanho das partículas do solo. Não foi observada influência da densidade relativa de compactação da areia na geometria fluidizada final. As dimensões geométricas são função do número densimétrico de Froude, cujo emprego permite a determinação de equações empíricas que descrevem o comportamento da geometria fluidizada aberta. O conjunto de ensaios de laboratório possibilitou determinar os parâmetros de controle dos mecanismos de fluidização em areias e a influência destes parâmetros no comportamento do solo fluidizado. / Fluidisation occurs when a granular soil is subjected to an upward fluid flow which creates a drag force sufficient to support the weight of the particles, producing a fluidised zone. In the present work a discussion is made on the mechanisms and concepts controlling the fluidised process produced by upflow washing in granular materials, aiming at the installation of offshore platform anchors. The study was carried out in laboratory rectangular calibration chambers filled with sand at relative densities ranging from 50% to 100%. The upflow washing was produced by a centrifuge pump that sucks water from a reservoir and conducts the water through a hydraulic system to the extremity of a vertical metalic tube, producing the water jet flow. Tubes with different diameters and fluid velocities have been used. The mechanism initiates with the formation of an open fluidised zone having a characteristic shape and distinct boundaries. The fluid penetrates up to a given depth and is deflected towards the surface. Once a stabilized zone is produced, the jet is lowered to another depth and the process is repeated. The shape of the fluidised zone changes with increasing jet depth from an open and stable approximately ellipsoidal form to an unstable spouted profile, and then to a submerged fluidised cavity. The shape of the cavity reduces with increasing depth. Parameters controlling the geometry of an open fluidised zone are fluid velocity and inside diameter of jet, together with diameter soil particles. There has been no influence of relative density in the geometry of the fluidised zone. In fact, this geometry is expressed by densimetric Froude number. The present work was usefull in demonstrating the parameters controlling fluidisation by upflow washing.