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麦克粉末流动性讲堂—针对料斗设计的粉体表征技术(20191115)

美国麦克仪器公司发布时间:2019/11/19 11:37 点击: 加载中..

今天我们将讨论制药行业中与粉体表征密切相关的问题。随着加工生产受到日益严格的监管,行业内是否存在相应的粉体表征工具能够接受这一类新的挑战。然而,在开始考虑这些问题之前,先讨论一个实际生产相关的主题:料斗设计。对于许多的研发或生产技术人员而言,标准的剪切测试方法才是其要考虑因素,然而对于一些技术人员,这将是进入粉体表征世界的桥梁。

对许多粉体加工者而言,以可控的速率确保粉体稳定地从料斗中流出,经常会遇到问题,例如:不规则流动、堵塞、溢出(敞流)、分层、漏斗状流动和鼠孔(经料斗中心流出,但有滞留的外层)。成功的料斗流出依赖于在产品与料斗某些属性之间的有效匹配,其中料斗的属性包括:结构组成材料、半角(料斗壁斜面坡度)以及出口尺寸。易于流动的材料、更陡峭的半角和更大的出口尺寸都有助于促进流动。


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图1 -料斗参数计算公式

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图2 -流动函数和流动因数示意图

Jenike在20世纪60年代开发的料斗设计方法在现今依然是业界标准。本文不赘述该方法,概括来说,该方法依赖于计算两个参数:流动函数(FF)和流动因数(ff)。FF仅与粉体剪切强度有关,可由剪切盒测试确定;而ff还与料斗特性——结构组成材料和形状有关。料斗半角和出口尺寸可在这两个参数的基础上计算得到。

基于这些方法,许多人都认为料斗设计是粉体处理中确保粉体流动的关键环节。然而,实际操作上却往往发生很多问题,因为许多公司确定料斗的规格都是外包服务,由三方专家完成。为什么会变成这样?为什么即使有了确定的方法,所谓合适的料斗设计实际上仍然具有挑战性?

Jenike方法所得到的结果是相对确定的粉体,如果料斗的结构组成材料、形状或半角不同于另一个料斗,可能就需要不同的出口尺寸,才能实现相同的质量流。另一个重要的点是,对于某种粉体适用的料斗,使用另种替代材料可能就无法成功。但不为人所熟知的是,仅仅是生产条件的变化,便可能使FF和ff变化并导致最佳料斗参数变化。例如,如果在相对湿度较高的状态下填充料斗,卸料时可能就会受到影响。如果料斗中的粉体出现分层的现象,因此实际的设计可能针对不同粉体——包括细颗粒和粗颗粒材料。


以上分析都表明,将料斗设计与相关的粉体测试相关联是极其有利的。内部工程师们更容易全面地审视运行过程中可能需要的条件,并使得故障排除团队了解问题的根本原因。解决这些阻碍都是为了掌握必要的专业知识,但还需要能够辅助的工具。自动化的剪切测试加上粉体流变仪所提供的料斗设计软件,从初始分析到数值计算的每一步骤中引导用户完成料斗设计。使用这类工具有助于粉体加工者充分利用现有的料斗,同时能够确定合适的新料斗规格。


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图为麦克仪器旗下富瑞曼科技 FT4粉体流变仪™-粉体流量测试仪

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英国富瑞曼科技作为美国麦克仪器子公司,专注于研究测量粉体流动性的系统并具有超过15年的粉体及粉体流动性表征经验。专家团队为公司所有产品提供广泛且有效的支持。

富瑞曼仪器系统已广泛应用于不同行业,提供的数据最大限度地提高了工艺和产品的理解,加速了研发和配方的成功商业化,并支持粉体工艺的长期优化

富瑞曼科技总部位于英国格洛斯特郡,在全球主要地区拥有运营中心和分销合作伙伴。公司曾荣获“女王国际贸易企业奖”

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