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怎样克服混合粉体在搅拌和气力输送过程中出现的分离现象

  • 宏工网络部
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在食品、制药、造纸、塑料和橡胶行业的气力输送过程中,多种粉末和颗粒材料的混合对于产品的质量和性能至关重要。为了使最终产品符合参数要求,混合产品需要具备三个重要特征:流动性,均质性以及对混合物进行抽样以评估产品的混合性。粉末搅拌混合机(翻滚,对流或高剪切)根据其混合机理进行分类:扩散,对流和剪切。混合机的选择取决于颗粒特性,例如形状,颗粒大小,密度和每种成分的量。这些因素的综合考虑将降低混合材料分离。

气力输送

流动性永远不能用一个单独的值或指标来表示。流动性是影响材料流动的物理特性和用于处理、储存或加工材料的设备相结合的结果。产生自由流动的药物粉末的主要动机是从大容量存储容器向后续加工操作的进料机制中建立一致的进料。所有这些转移机制都需要适当的粉末流动行为,这取决于材料性能和工艺设备,以及传递设备的设计。颗粒间力,包括范德华力、毛细(液体桥)力、静电力、导致烧结和固体桥形成的力、摩擦力等,对料斗、提升管、填充流化床和气力输送等粉末流动系统的行为有很大的影响。这些力决定了细粉末的内聚性能以及它们形成聚集体或团聚体的倾向。即使引入相对少量的水分,也会使粉末的气力输送变得更加难以处理。因此,了解湿度对被处理和储存的材料的影响对于开发具有成本效益的操作策略是至关重要的。

由于粉末的粘结性,化学加工行业(CPI)中的许多公司都会遇到流动和气力输送问题。很多时候,修改料斗排出物料的设计会促进流动,这在制药工业中尤为重要,在制药工业中,必须将均匀的粉末混合物流送入压片机以获得均匀的剂量输送。质量流料斗设计可防止粉末的分离。表征固体材料流动特性的标准方法是剪切测试,该测试可提供有关固体的屈服轨迹的信息。固体的所有其他流动特性(内摩擦角,内聚力,流动函数,壁摩擦运动角等)也可以从屈服点确定。

气力输送投料口

每当散装物料气力输送时,往往会发生偏析。因此,每一个处理或加工操作都会产生可能发生隔离的条件。当不同的力作用于散装物料质量的不同部分时,就会发生偏析。作用中的不同力由特定材料处理操作中普遍存在的力学决定。在某些情况下,大多数颗粒特性的差异会导致颗粒的非随机运动。当颗粒性质的差异导致颗粒优先移动到混合机的某些区域时,在混合机内发生分离。粒度,密度,形状和回弹力的差异是造成偏析的主要因素。最常见的偏析类型是渗滤或筛分偏析,

分离通常发生在从混合机或产品储存箱中排出粉末或颗粒混合物的气力输送过程中。在气力输送过程中,较小的颗粒穿过较大颗粒的混合物。通常,粒度差异越大,偏析的范围越大。当在装载或卸载产品期间气力输送时,会发生流化分离。因此,由于较粗颗粒和细颗粒之间的粒径差异以及当混合材料从混合机中排出或从储料箱中排出时,它们在空气中的悬浮能力不同,因此产生了粉尘离析。在几种情况下,一种或另一种形式的过度混合不仅浪费能量,而且起反作用。

要确定混合物的质量并对其进行表征,需要取样并进行分析。如果理解混合机的作用方式,则可以选择采样位置,以便可以考虑缓慢移动的区域或具有偏析倾向的区域。抽样方法旨在从理论上给出代表性样本,然后假定任何抽样误差均可以忽略不计。由于粉末混合物样品中的变化可能是粒度分布的函数,因此无法测量该技术的绝对效率。采样数量与估计真实标准偏差的最终准确性之间的关系是高斯分布的标准统计量度。通常,随着混合物质量的降低,采样问题也随之增加。如果使用随机数选择潜在样本,则可以避免选择有偏的样本。如果样品是从混合物的运动流而不是静态颗粒中获取的,则通常可以减少从混合物中偏向样品的过程。确定成分分布后,将结果报告为方差。


在制药工业中,混合均匀性是保证药物在粉末/颗粒混合中均匀分布的首要条件。最常用的混合药剂取样方法是取样器取样法。该方法的优点是可以在大型搅拌机中收集样品,然后进行混合,直到达到最佳混合时间。流采样也是一种替代使用的采样。流采样不能针对怀疑混合不良的位置。流采样的目标是获得有代表性的样本,而不是针对特定的位置。当发现活性药物成分在混合物中符合规范时,该混合物被认为是均匀的。所得结果通常以每克药物混合物中有效成分的毫克数以及药物含量的标准偏差或相对标准偏差来表示。为了获得可靠的估计,需要提取样品的数量。个人采集的样本的可变性,以及分析过程中可能出现的差异,需要时间和精力来确定混合的质量。近红外(NIR)实时测量混合剖面,为研究粉末混合动力学提供了机会。近红外和数据处理等传感器技术的进步使越来越多的参数能够通过在线过程进行完全监测。由于这种自动化,可收集的测试数据的数量大大增加,从而能够进行更全面的统计分析。

 

总之,粉末的混合需要对颗粒物理性能有很好的理解,这些物理性能构成了混合的成分,设备设计,以及适当的采样技术,以确保达到规定的混合质量。

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