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應用于料斗設計的粉體表征技術

料斗設計顯然是一種非常特殊的應用,但是,對于許多設計者而言,相關聯的剪切測試方法才是其首要考慮因素,然而對于一些設計者,這將是進入粉體表征世界的橋梁。在接下來的幾篇文章中,我準備討論一下制藥行業中與粉體表征有關的一些廣泛的問題。隨著生產受到日益嚴格的監管,我將探究該行業是否有相應的粉體表征工具以接受新挑戰。然而,在我開始考慮這些大問題之前,我想要先討論一個實用的主題:料斗設計。料斗設計顯然是一種非常特殊的應用,但是,對于許多設計者而言,相關聯的剪切測試方法才是其首要考慮因素,然而對于一些設計者,這將是進入粉體表征世界的橋梁。
對許多粉體加工商而言,將粉體以可控的速率從料斗中穩定地流出一直是一個問題。經常遇到的問題包括:不規則流動、堵塞、溢出 (敞流)、分層、漏斗狀流動和鼠孔 (經料斗中心流出,但有滯留外層)。成功的料斗操作依賴于在制品與料斗某些屬性之間的有效匹配,其中料斗屬性包括:結構材料、半角 (料斗壁斜面陡度) 以及出口尺寸。易流的材料、更陡峭的半角和更大的出口尺寸都有助于促進流動。
圖1 - 料斗參數
jenike在20世紀60年代開發的料斗設計方法現今依然是標準。對其進行詳細的討論顯然超出本文的范疇,概括地說,它依賴于計算兩個參數:流動函數 (ff) 和流動因數 (ff)。ff僅與粉體剪切強度有關,可由剪切盒測試確定;而ff還與料斗特性--結構材料和形狀有關。料斗半角和出口尺寸可在這兩個參數的基礎上計算得到。
圖2 - 流動函數和流動因數圖
由于這些方法,許多人都認為料斗設計是在粉體處理中是一個有保障的環節,相對而言,它可能是這樣。然而,操作方面的問題卻很常見,許多公司料斗規格的確定都是一項外包的專家任務。為什么會這樣?為什么即使有了定義的方法,所謂穩健的料斗設計仍然具有挑戰性?
jenike方法所得到的結果是,對于相同的粉末,如果一個料斗的結構材料、形狀或半角不同于另一個料斗,可能就需要不同的出口尺寸才能實現相同的質量流。同樣重要的是,對于一種粉體適用的料斗,使用另一種替代的材料可能就不成功。這幾點都是相對*的,但是,不太為人所熟知的是,僅僅是生產條件的變化便可能使ff和ff改變并因此導致料斗參數改變。例如,如果在相對濕度較高的狀態時填充料斗,卸料就可能受到影響。或者,如果料斗中的粉體出現分層的趨勢,因此實際設計可能需要應對各種不同的粉體--包括一些細顆粒材料和一些粗顆粒材料。
該分析表明,結合料斗設計和相關的內部測試是非常有利的。內部能力使工程師們更易全面地審視運行可能需要的條件,并使故障排除團隊能夠了解問題的根本原因。這些阻礙都是為了掌握必要的專業知識,但還需要能夠提供幫助的工具。自動化剪切測試加上富瑞曼科技所提供的料斗設計軟件,可引導用戶完成料斗設計過程,從初始分析一直到數值計算中的每一步。使用這類工具將幫助粉體加工商充分利用現有的料斗,并滿懷信心地確定穩健的新規格。

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