對于指定新工廠的工藝設(shè)計人員，其目標(biāo)按照設(shè)計簡介的要求來設(shè)計能夠持續(xù)、高效加工粉體的設(shè)備。相比之下，生產(chǎn)團(tuán)隊之一的工程師很少能夠更換設(shè)備，因此必須努力使用現(xiàn)有工廠設(shè)備來獲得可接受的操作性能。雖然這些目標(biāo)有所不同，兩個群體需要詳細(xì)地理解工藝，了解粉體特性與工藝設(shè)備之間的相互關(guān)系，以及如何結(jié)合生產(chǎn)出性能和質(zhì)量達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品。對于顆粒加工業(yè)而言，這可能是一項艱巨的挑戰(zhàn)。為了成功設(shè)計和實現(xiàn)粉體加工流程，工程師需要確定特定單元操作對粉體的具體要求，然后測量粉體對這些環(huán)境條件的響應(yīng)。
如果是混料從料斗流入壓片機(jī)進(jìn)料靴的示例。每當(dāng)粉體平面低于某一高度時，一批新的粉料就會重新注滿料斗。值得注意的是，某些混料再次注入后，短時間內(nèi)下料流動變得不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致工廠停工。當(dāng)料斗中的粉體恢復(fù)流動時，堵塞現(xiàn)象就會轉(zhuǎn)移到進(jìn)料靴位置，使得流入模具的流動性差，從而導(dǎo)致粉料填充不均勻。然而并非所有的混料都表現(xiàn)出這種行為。
圖1 - 壓片原理
通過對這些簡單工藝步驟的分析，可以得到粉體加工所處的條件。在下料的過程中，料斗出口處的粉料被其上方的粉體重量壓縮，重力則是與粉體高度密切相關(guān)。當(dāng)進(jìn)料靴內(nèi)的粉體停止流動時，周圍機(jī)械振動可能導(dǎo)致固結(jié)問題。因此粉體對直接壓縮或振動所造成固結(jié)的響應(yīng)是高度相關(guān)的。如果粉體固結(jié)導(dǎo)致流動特性發(fā)生重大變化，則有可能出現(xiàn)更多問題。
通用粉體測試儀在一臺儀器中集成了整體、剪切和動態(tài)測量功能，因此為工程師提供了直觀、靈敏的方法，可以測量運動狀態(tài)的粉體，并可在固結(jié)、預(yù)處理、充氣甚至流化的狀態(tài)下分析樣品。通過比較樣品預(yù)處理后的流動能與通過壓縮或振實固結(jié)的流動能，可得到固結(jié)指數(shù)（CI）。以這種方式量化了粉體的響應(yīng)，從而提供了必要的洞察力來合理化上述加工行為。
通過比較和研究兩種不同粉體A和B在模具中的填充性能，可以很好地證明以上論點。試樣A的CI值（振實后）為1.11，而試樣B的CI值為2.32。這表明試樣B是一種更粘的材料，具有非常細(xì)微的（4微米）棱角顆粒，受振動的影響明顯大于試樣A。模具填充試驗證實，如果樣品B固結(jié)后的性能會顯著下降，而且也可以從測試結(jié)果中得到驗證。試樣A可能表現(xiàn)出更優(yōu)異的性能。
好的填充 差的填充
圖2 - 中模填充
在這種情況下，粉體測試儀的數(shù)據(jù)設(shè)計師具有以下選項 - 選擇一個壁面更陡峭的、更容易調(diào)節(jié)的料斗；遵循減少設(shè)備振動的原則；或安裝可快速疏通料斗堵塞的組件。利用上述信息，生產(chǎn)團(tuán)隊就可以在料斗填充環(huán)節(jié)采用更好的方法，并能積極應(yīng)對堵塞問題。使用較少量的粉料，同時更頻繁地加料可能是減少對工藝流程干擾的方法之一。兩組粉料采用細(xì)化的性能指標(biāo)并且更有相關(guān)性的測試，因此測試結(jié)果中獲得的信息可以有效地控制設(shè)計參數(shù)或得到實際方法，從而實現(xiàn)生產(chǎn)目標(biāo)。
作者簡介：
Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
自20世紀(jì)90年代末，Tim Freeman作為粉體表征公司富瑞曼科技有限公司的總經(jīng)理，在FT4粉體流變儀®和通用型粉體測試儀的設(shè)計和持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專業(yè)機(jī)構(gòu)合作并參與行業(yè)活動，對促進(jìn)粉體加工領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。
Tim擁有英國薩塞克斯大學(xué)的機(jī)電一體化學(xué)位。他是美國結(jié)構(gòu)化有機(jī)微粒系統(tǒng)工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項目組的導(dǎo)師，并經(jīng)常組織粉體表征和加工領(lǐng)域的行業(yè)會議。作為美國藥學(xué)科學(xué)家協(xié)會 (AAPS) 的"過程分析技術(shù)"焦點小組的前任主席，Tim是制藥技術(shù)編輯顧問委員會的成員，以及《歐洲藥物評論》雜志的行業(yè)專家組成員。Tim還是化學(xué)工程師學(xué)會"顆粒技術(shù)"特別興趣小組的委員會成員、ASTM負(fù)責(zé)粉體和松裝固體的特性和處理的D18.24小組委員會副主席，以及美國藥典 (USP) 通論 - 物理分析專家委員會 (GC-PA EC) 的成員。
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