通過粉體流變學優化單元操作

時間:2021-01-08    瀏覽:156次

生產過程中涉及多種單元操作處理粉體。這些材料總是受到各種條件的影響,從料斗下料過程中涉及的靜態高應力、流化過程到動態低應力等。因此,全面理解材料整體在各種條件或流動階段(無論靜止、運動還是運動初始)的行為,對于設計并監控單元操作和特定輸送系統至關重要。

盡管不同操作之間存在較大差異,需要運用明確的參數來表征粉體的變化趨勢。單一參數的表征(例如“內聚力”、“流動性”)不足以全面評估和預測材料在一系列加工工藝中的性質。

關鍵是要確保加工設備和粉體特征之間的兼容性。這種方法需要全面理解材料的整體行為,以便初期就將相關信息納入到工藝設計和開發中。

 

FT4粉體流變儀™

FT4粉體流變儀™作為通用粉體測試儀,提供自動、可靠、全面的粉體性質表征。該信息可與加工經驗進行關聯,提高生產效率并有助于質量控制。FT4專注于測量粉體的動態流動特性,還可提供剪切盒測試,具有密度、可壓性和透氣性等整體特性的測試能力,全面表征與工藝相關的粉體性能。

 

 

氣動輸送點擊標題查看深入研究)

在稀相氣動輸送過程中,使用氣流或真空以流化狀態輸送粉體。在此過程中,可能會遇到許多問題,例如阻塞、粘附或者溢流。因此,粉體的透氣性以及對空氣的響應都可能是關鍵特性。通過適合的測試,可以確定材料能否達到流化狀態,以及達到該狀態時所需的氣流速度。此類測試可以得到最佳操作參數。

FT4的充氣性測試可以量化粉體對空氣的敏感性。在此測試中,測量以遞增的氣流流速穿過粉床時的流動能。這樣可以簡單、準確地識別何時發生流化,如圖1中兩條曲線結果所示。

 

 

圖1:典型的充氣性測試結果

當流動能接近零時,視為發生流化。圖1中兩種粉體都到達流化的狀態,其中一種粉體在4mm/s氣流速度時發生,而另一種需要較高的氣流速度8mm/s。

透氣性測試直接測量粉層的壓降值,量化空氣穿過粉層時的阻力。較低的壓降(圖2中的灰色曲線)代表較高的透氣性。這可能不利于稀相氣動輸送過程,因為空氣更容易通過粉層而非有效地遞送。

 

 

 圖2:典型的透氣性測試結果

這一信息可用于優化工藝條件并確定氣動傳輸系統中的工藝參數。

粒度減小點擊標題查看深入研究

在某些應用中,進一步加工之前減小顆粒粒度可能是有益的。例如,粒度減小可以增加藥物混合物中活性成分的溶解度,或者在混合之前幫助改善混合物的均勻性。但是,不同的粒度減小方法(如粉碎、研磨或者磨削)會對得到的顆粒物理屬性(如粒度和粒形)產生不同的影響,進而影響相關的流動屬性。

盡管減小粒度可以帶來好處,但是顆粒較小的粉體通常表現出更高的內聚力。對于更小更輕的顆粒,顆粒間的力可能比引發和維持流動所需的重力相對要強。測量粉體的壓縮性(圖3)可以提供材料對施加負載進行固結反應的信息,并得到粉床的填充效率,確定夾帶空氣的水平。較小的顆粒通常會導致效率較低的堆積結構,這通常與材料粘性更高有關。

 

圖3:典型的可壓性測試結果

 

粒度減小還會影響粉體的流動阻力,具有相同形貌的較小顆粒通常會產生較低的流動能,這是因為它們更容易被旋轉的葉片移動。但是,粒度減小后形貌和表面性質的變化也會影響顆粒之間的摩擦和互鎖,如圖4所示。

 

圖4:流動能隨粒度減小過程的變化

 

分配點擊標題查看深入研究

粉體分配是許多行業的關鍵操作環節,以確保將正確質量或體積的材料傳遞到工藝的下一個階段。了解此操作中的粉體行為可以顯著提高效率和生產率。在典型的分配操作中,粉體將通過料斗填充到下面的容器、模具或者沖模中。粉體流過孔口的難易程度和效率,對于建立高效的工藝流程和實現一致的灌裝性能至關重要。 

顆粒的內聚力和機械咬合決定其在通過下料口時是否會堆積并形成架橋。這些性質的影響可以通過測量比流動能進行量化。比流動能是通過FT4葉片向上抬升粉體且顆粒在不受限制的狀態下進行測量的。比流動能高的粉體在此類工藝中更容易產生堵塞并且流動受到限制。 

 

 

圖5:比流動能測試機理

 

 

透氣性測量有助于了解粉體取代空氣的能力。高效灌裝需要空氣能穩定的通過粉體,不僅要防止在分配器出口處的流量減小,還要確??諝饽軌蚺懦鋈萜?,減少空隙的形成。與上述氣動輸送過程相反,更高的透氣性更有利于分配操作。

結論

FT4的多元測試方法適用于表征與工藝相關的粉體性能,這些性能將影響加工過程中的表現。這一相關性也可構建粉體性能的設計空間,并與良好的加工表現關聯,從而評估新配方以及不同批次的原料和中間體,預測下游環節的行為。

 

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