怎樣克服混合粉體在攪拌和氣力輸送過程中出現的分離現象

在食品、制藥、造紙、塑料和橡膠行業的氣力輸送過程中，多種粉末和顆粒材料的混合對于產品的質量和性能至關重要。為了使最終產品符合參數要求，混合產品需要具備三個重要特征：流動性，均質性以及對混合物進行抽樣以評估產品的混合性。粉末攪拌混合機（翻滾，對流或高剪切）根據其混合機理進行分類：擴散，對流和剪切。混合機的選擇取決于顆粒特性，例如形狀，顆粒大小，密度和每種成分的量。這些因素的綜合考慮將降低混合材料分離。

流動性永遠不能用一個單獨的值或指標來表示。流動性是影響材料流動的物理特性和用于處理、儲存或加工材料的設備相結合的結果。產生自由流動的藥物粉末的主要動機是從大容量存儲容器向后續加工操作的進料機制中建立一致的進料。所有這些轉移機制都需要適當的粉末流動行為，這取決于材料性能和工藝設備，以及傳遞設備的設計。顆粒間力，包括范德華力、毛細(液體橋)力、靜電力、導致燒結和固體橋形成的力、摩擦力等，對料斗、提升管、填充流化床和氣力輸送等粉末流動系統的行為有很大的影響。這些力決定了細粉末的內聚性能以及它們形成聚集體或團聚體的傾向。即使引入相對少量的水分，也會使粉末的氣力輸送變得更加難以處理。因此，了解濕度對被處理和儲存的材料的影響對于開發具有成本效益的操作策略是至關重要的。

由于粉末的粘結性，化學加工行業（CPI）中的許多公司都會遇到流動和氣力輸送問題。很多時候，修改料斗排出物料的設計會促進流動，這在制藥工業中尤為重要，在制藥工業中，必須將均勻的粉末混合物流送入壓片機以獲得均勻的劑量輸送。質量流料斗設計可防止粉末的分離。表征固體材料流動特性的標準方法是剪切測試，該測試可提供有關固體的屈服軌跡的信息。固體的所有其他流動特性（內摩擦角，內聚力，流動函數，壁摩擦運動角等）也可以從屈服點確定。

每當散裝物料氣力輸送時，往往會發生偏析。因此，每一個處理或加工操作都會產生可能發生隔離的條件。當不同的力作用于散裝物料質量的不同部分時，就會發生偏析。作用中的不同力由特定材料處理操作中普遍存在的力學決定。在某些情況下，大多數顆粒特性的差異會導致顆粒的非隨機運動。當顆粒性質的差異導致顆粒優先移動到混合機的某些區域時，在混合機內發生分離。粒度，密度，形狀和回彈力的差異是造成偏析的主要因素。最常見的偏析類型是滲濾或篩分偏析，

分離通常發生在從混合機或產品儲存箱中排出粉末或顆粒混合物的氣力輸送過程中。在氣力輸送過程中，較小的顆粒穿過較大顆粒的混合物。通常，粒度差異越大，偏析的范圍越大。當在裝載或卸載產品期間氣力輸送時，會發生流化分離。因此，由于較粗顆粒和細顆粒之間的粒徑差異以及當混合材料從混合機中排出或從儲料箱中排出時，它們在空氣中的懸浮能力不同，因此產生了粉塵離析。在幾種情況下，一種或另一種形式的過度混合不僅浪費能量，而且起反作用。

要確定混合物的質量并對其進行表征，需要取樣并進行分析。如果理解混合機的作用方式，則可以選擇采樣位置，以便可以考慮緩慢移動的區域或具有偏析傾向的區域。抽樣方法旨在從理論上給出代表性樣本，然后假定任何抽樣誤差均可以忽略不計。由于粉末混合物樣品中的變化可能是粒度分布的函數，因此無法測量該技術的絕對效率。采樣數量與估計真實標準偏差的最終準確性之間的關系是高斯分布的標準統計量度。通常，隨著混合物質量的降低，采樣問題也隨之增加。如果使用隨機數選擇潛在樣本，則可以避免選擇有偏的樣本。如果樣品是從混合物的運動流而不是靜態顆粒中獲取的，則通常可以減少從混合物中偏向樣品的過程。確定成分分布后，將結果報告為方差。

在制藥工業中，混合均勻性是保證藥物在粉末/顆粒混合中均勻分布的首要條件。最常用的混合藥劑取樣方法是取樣器取樣法。該方法的優點是可以在大型攪拌機中收集樣品，然后進行混合，直到達到最佳混合時間。流采樣也是一種替代使用的采樣。流采樣不能針對懷疑混合不良的位置。流采樣的目標是獲得有代表性的樣本，而不是針對特定的位置。當發現活性藥物成分在混合物中符合規范時，該混合物被認為是均勻的。所得結果通常以每克藥物混合物中有效成分的毫克數以及藥物含量的標準偏差或相對標準偏差來表示。為了獲得可靠的估計，需要提取樣品的數量。個人采集的樣本的可變性，以及分析過程中可能出現的差異，需要時間和精力來確定混合的質量。近紅外(NIR)實時測量混合剖面，為研究粉末混合動力學提供了機會。近紅外和數據處理等傳感器技術的進步使越來越多的參數能夠通過在線過程進行完全監測。由于這種自動化，可收集的測試數據的數量大大增加，從而能夠進行更全面的統計分析。

總之，粉末的混合需要對顆粒物理性能有很好的理解，這些物理性能構成了混合的成分，設備設計，以及適當的采樣技術，以確保達到規定的混合質量。