Файл: Глухов, С. А. Техническое оснащение аэрозольтерапии.pdf

пятствий, о которые ударится поток аэрозоля внутри рас­ пылителя.

Строго говоря, сепарация должна являться также следствием 'седиментационного осаждения. Однако, учи­ тывая, что при работе распылителя время нахождения в нем частиц не превышает 0,05—0,10 секунды, седимента­ ция не будет играть сколько-нибудь заметную роль, тем более что размеры частиц не велики (на выходе из фор­ сунки до сепарации гS 25,0 мкм).

Функциональная зависимость эффективности инер­ ционного осаждения аэрозольных частиц при сепарации в распылителе имеет вид:

где Stk — критерий Стокса; п — кратность сепарации. При этом критерий Stk обусловливает тем большую

эффективность инерционного осаждения, чем больше размер частиц, их плотность и скорость движения и меньше вязкость и длина пути.

Определялась дисперсность аэрозоля для случаев ра­ боты распылителя без сепарации (п = 0), с однократной

золе практически не содержится частиц с радиусом бо­ лее 4 мкм. Таким образом, двукратная сепарация, как правило, является достаточной.

Поскольку, как уже отмечалось выше, при сепарации происходит снижение производительности распылителя, необходимо уточнить ее величину при различной крат­ ности сепарации. Для количественной оценки этой вели­ чины введен коэффициент потери производительно­ сти— k„. Совершенно естественно, что при работе фор­ сунки без сепарации /г°„=1,0 п производительность

29

однократной сепарации. Здесь k'nk°n = 60 — 80. При вве­ дении второй сепарации это снижение уже менее значи-

тем, что с увеличением кратности сепарации происходит увеличение эффективности осаждения за счет все более мелких частиц, не осажденных при меньшей кратности, а эти частицы составляют незначительную долю в весо­ вом распределении.

Значительное влияние на работу распылителя оказы­ вает температура распиливаемой жидкости, которая может меняться в широком диапазоне при использова­ нии нагревателей. С повышением температуры распили­ ваемой жидкости происходит изменение ее физических характеристик — уменьшение коэффициента вязкости и поверхностного натяжения.

Уменьшение вязкости распиливаемой жидкости опре­ деляет уменьшение гидравлических потерь при ее дви­ жении во каналу к жидкостному соплу, т- е. увеличивает производительность форсунки.

Для жидкостей, не удовлетворяющих неравенству (4.2), уменьшение вязкости ведет к уменьшению сред­ него массового радиуса аэрозольных частиц. Уменьше­ ние поверхностного натяжения жидкости при нагрева­ нии ведет также к уменьшению среднего массового радиуса.

Происходящий таким образом при нагревании распыливаемой жидкости сдвиг распределения размеров частиц в сторону меньших частиц приводит к увеличе­ нию производительности распылителя по жидкости за счет уменьшения эффективности сепарации частиц с меньшими размерами.

Для выяснения влияния температуры распыливаемой жидкости на производительность распылителя были проведены исследования по определению производитель­ ности распылителя при работе без сепарации, с одно­ кратной и двукратной сепарацией при распыливании воды с температурой 18 и 30°, которые показали, что при однократной п двукратной сепарации увеличение производительности распылителя при повышении тем­ пературы аэрозоля достигает заметной величины. Это можно обтэясцить сдвигом кривой распределения аэро-

30

золя в сторону меньших частиц при нагревании распи­ ливаемой жидкости преимущественно за счет уменьшения коэффициента поверхностного натяжения. Посколь­ ку производилось раслыливание воды, для которой при

условиях эксперимента—^ ^ — <10~2, то уменьшение

вязкости воды при ее нагреве до температуры 30° не могло оказать заметного влияния на уменьшение раз­ меров аэрозольных частиц.

Таким образом, если при работе форсунки без сепа­ рации температура распиливаемой жидкости не оказы­ вает заметного влияния на производительность форсун­ ки, то при работе распылителя с однократной сепара­ цией при температуре распиливаемой жидкости 30° производительность в 1,3—1,4 раза выше, чем при тем­ пературе 18°. Для двукратной сепарации производитель­ ность при нагреве жидкости увеличивалась в 1,6—1,8 раза.

Поскольку при различных температурах распыливае­ мой жидкости повышение производительности распыли­ теля будет различным, наиболее правильным является ее определение экспериментальным путем в каждом кон­ кретном случае. _

В связи с изложенным необходимо отметить, что изза увеличения производительности распылителя при_нагревании распиливаемого лекарственного вещества имеет'м'есто и увеличение плотности ингалируемого аэ­ розоля, а .это-пар яду с благоприятным лечебным дей-

31

32

При увеличении скорости вращения дисков скорость жидкости на выходе из сопла возрастает и увеличивает­ ся производительность распылителя. Одновременно с этим происходит сдвиг кривой распределения генери­ руемого аэрозоля в сторону меньших частиц, т. е. про­ исходит уменьшение среднего радиуса частиц. В связи с этим для получения высокодисперсного аэрозоля же­ лательно применение центробежных генераторов с боль­ шим числом оборотов.

В настоящее время центробежные аэрозольные ап­ параты открытого тина широко применяются в медицин­ ской практике, что обусловливается их простотой и лег­ костью обращения с ними медицинского персонала. Еще одной положительной отличительной чертой этого мето­ да генерирования аэрозолей является высокая произво­ дительность по распыливаемой жидкости. К недостат­ кам метода можно отнести сравнительно широкий спектр размеров аэрозольных частиц.

Ультразвуковые распылители. Сведения о дисперги­ ровании жидкости с помощью ультразвука были получе­ ны еще в 1927 г., когда наблюдалось явление образова­ ния тумана жидкости, помещаемой в ультразвуковое поле [31, 73]. Вслед за этим последовал ряд работ, по­ священных изучению механизма образования тумана под действием ультразвука. Причиной образования ту­ мана в настоящее время считают кавитационные и коле­ бательные процессы ма поверхности жидкости.

В медицинских ультразвуковых генераторах аэрозо­ лей применяется 'высокочастотный 'метод распылнвания жидкости. Принципиальная схема ультразвукового расЬылителя приведена на рис. 6. Напряжение от генерато- *ра электрических колебаний ультразвуковой частоты

брану (4), разделяющую лекарственное вещество (5) и контактную воду, и фокусируется на поверхности распыливаемого раствора. Крышка (6) служит для ограни­ чения высоты фонтана, образующегося при распыливании. Аэрозоль (7) создается в распылительной камере (8), откуда он вдыхается больным через клапан вдо­

<)

Рис. 6. Схема ультразвукового распылителя.

розоля в аппарате поддерживается постоянный уровень распиливаемой жидкости с помощью системы, состоя­ щей из сосуда (14), соединительного шланга (15) и пружины (16). При понижении уровня лекарства ib рас­ пылительной камере в сообщающемся с ней сосуде (14) также понижается уровень и пружина поднимает его вверх, компенсируя это изменение. Таким образом, уль­ тразвуковой пучок всегда оказывается сфокусирован­ ным на поверхности жидкости, что обеспечивает ста­ бильную производительность распыливания. Производи­ тельность ультразвукового метода может быть охарак­ теризована зависимостью [71]:

где q — производительность ультразвукового распыли­ теля; р — давление насыщающего пара; а — коэффици­ ент поверхностного натяжения; pg — коэффициент вяз­ кости жидкости.

34

Дисперсность генерируемого аэрозоля следующим образом зависит от частоты колебаний:

л о )

где г — наиболее часто встречающийся радиус частиц; а = 0,12 — 0,17 — опытный коэффициент; pg — 'плотность жидкости; f — частота колебаний.

На рис. 7 представлен график зависимости наиболее часто встречающегося радиуса частиц от частоты коле­ баний. Ход кривой на рисунке подтверждает вытекаю­ щее из формулы (4.10) уменьшение радиуса частиц при повышении частоты колебаний.

Одним из основных преимуществ данного метода ге­ нерирования аэрозоля перед описанными выше метода­ ми является сравнительно узкий опектр размеров час­ тиц, что определяет высокую устойчивость аэрозольного облака. При этом ультразвуковой метод позволяет до­ стигать очень больших производительностей по распыливаемой жидкости (в 10 раз и более 'превышающих производительность пневматических распылителей). Большое значение имеет возможность регулирования размера аэрозольных частиц путем изменения частоты колебаний. .Еще одним преимуществом ультразвукового метода является отсутствие фракционирования нелету­ чих веществ в процессе распыливания лекарственных растворов. Этот недостаток присущ и пневматическим и центробежным распылителям, в работе которых обя­ зательным элементом является сепарация. При этом частицы, состоящие из растворителя и растворенного вещества, ударяются о сепараторы и происходит частич­ ное испарение летучей фракции — т. е. растворителя (например, воды при распиливании водных растворов). Осевшая на сепараторе частица возвращается в распи­ ливаемый раствор, обогащая его нелетучей фракцией, т. е. растворенным веществом. Таким образом, увеличи­ вается по мере работы распылителя концентрация ве­ щества в распиливаемом растворе. Это затрудняет определение необходимой дозы введенного лекарствен­ ного вещества.

Одним из недостатков ультразвукового аппарата аэрозольтерапни является затрудненность распыливания вязких веществ. В соответствии с формулой (4.10) при распиливании вязких жидкостей снижается производи­