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混合性能單軸構(gòu)件 式 攪拌機 摘要 對許多研究人員來說 參與混合動力 研究 仍然是一個 感興趣的主題 ， 然而理論不發(fā)達 ， 大部分 設(shè)計 都建立在經(jīng)驗基礎(chǔ)上。 在許多行業(yè) ,包括藥品 ,大 部分混合 機器 是“ 翻滾 攪拌機”。 滾 筒 中 有 空容器 ,部分裝滿了材料 。 一些常見的例子包括水平鼓 雙筒攪拌機、果汁機、書本 攪拌機。 在所有這些攪拌機而均勻旋 轉(zhuǎn)方向的 塊 ,通常 透過一個對流混合過程、混合橫向 (軸向 )方向驅(qū)動 ,然而比較慢 。在本文中 ,我們實驗研究了新翻滾旋轉(zhuǎn)攪拌 機，它 對水平軸 (滾運動 )和中央對稱（ 旋轉(zhuǎn)運動 )進行了詳細的研究 。 混合粉末和性能的關(guān) 鍵影響 的基本參數(shù)包括攪拌器幾何 速度、填充水平、加載模式以及軸旋轉(zhuǎn)。在這部作品中 乙酰氨基酚是用作原料 及常用的賦形劑和乳糖 微晶纖維素 等?；旌?后試樣后利用近紅外光譜分析獲取標準函數(shù) 以確定作曲的分布。結(jié)果表明 ,在軸的旋轉(zhuǎn) 下幾乎所有 粉末均勻交融。 粒子混合是必不可少的步驟 ,在各種應(yīng)用 中跨越了陶瓷、食品、玻璃、冶金、聚合物 和醫(yī)藥行業(yè)。盡管歷史悠久的干固體混合 (或者也許因為它 ),比較所知甚少 [3]。一種常見 的 批量工業(yè)混合機是 將 攪拌器打開 ,將 顆粒流 因重力結(jié)合而后 旋轉(zhuǎn)。雖然 該 攪拌器是一個很常見 用于混合，隔離 的設(shè)備 ,但 這 些混合設(shè)備很大程度上 只 是基于實證的方法。 滾筒式烘干機 雖然 作為 最普遍的批量攪拌機 應(yīng)用于各行 各 業(yè)中 ,而 使用的人 同時也 希望能找到 其它 實施烘干機、鍍膜機、磨坊 機 、 遭粒機 [4 而 新型 材料在旋轉(zhuǎn)鼓 中的混合 已經(jīng)廣泛地 開始 研究了 [9、 10],然而這些 材料的 系統(tǒng)粘性還不完全 被人所 理解。很少有人了解基本參數(shù)的影響 ,如攪拌器幾何、速度、填充水平、加載模式和軸的旋轉(zhuǎn)粘性 對 粉混合性能上的要求。 然而傳統(tǒng) 滾筒式烘干機 ,它們都有 一個重要特點 ，就是繞著水平軸 ,:當均勻旋轉(zhuǎn)方向的塊 透過一個對流混合過程、混合橫向 (軸向 )方向分散 ,致使 驅(qū) 動過程通常 較慢 。 在本文中 ,我們實驗研究了水平軸 (滾運動 )和中央對稱軸 （ 旋轉(zhuǎn)運動 )對新翻滾旋轉(zhuǎn)攪拌機 的影響 ,在 混 和所需 時間、加載模式和軸的旋轉(zhuǎn) 中 對混合矩陣的自然流暢的性能 的要求。其中材料包括 微晶纖維 、 乳糖 和 乙酰氨基酚。我們使用近紅外光譜分析檢測方法獲取 大量的樣本 來 跟蹤 并 描述混合均勻性對乙酰氨基酚 進化 的影響 。材料 選擇 和 研究 方法 在后面 有具體介紹 ,仿真在第三節(jié) ,其次是結(jié)論和建議 ,第四節(jié)給出了 總結(jié) 。 在研究中使用的材料都列在表 1,連同 它們 的大小和形態(tài)。對乙酰氨基酚是混合了常用的賦形劑 來 作為示蹤程度的評 估以及實現(xiàn)均勻轉(zhuǎn)數(shù) 的功能 。 而乙酰氨基酚和常作為藥用輔料的乳糖微晶纖維素的 藥物 通常 混合 起來用于廣泛的 研究。簡單的來說 ,他們的 析不包括 這些 ,但 也 可以發(fā)現(xiàn) ,在 藥用輔料 中也會有所研究 。 2. 1 近紅外光譜分析 對 均勻的 乙酰氨基酚 用近紅外光譜 進行量化 分析， 校準曲線 并 構(gòu) 建 35%的 粉末混合物的 (平均 )， 微晶纖維素 ,62%的 乳糖和乙酰氨基酚 的圖像。近紅外光譜技術(shù)可以作為很有用的工具來描述乙酰氨基酚。樣品制備 比率 的 保持 使 微晶纖維素隨機減少缺陷的影響 而賦形劑的 真正 融合提高了 實驗結(jié)果的精度。快速內(nèi)容分析儀儀器 是用近紅外 系統(tǒng)和 視覺軟件 (版本 同 來分析 的 。 其中將 1克重的樣品 混合 ，而在 臺北使用平衡的精確度± 克 ，在 光譜掃描范圍內(nèi)的收集1116混合模式，開發(fā)利用二階微分數(shù)學預(yù)處理 ,并利用偏最小二乘 ( 校正模型 ， 最大限度地減少粒度的影響。如圖 1，對 壓荷載之間的預(yù)測值和 最后的 校準。 于該研究中 的攪拌機 :室內(nèi)單軸攪拌機 (攪拌器 1),雙軸 攪拌器 (攪拌器 2) 由于容量為 30廣泛的使用 ,我將它選做為一個參考攪拌器 。圖 2,這臺有圓形截面和底部 為橢圓的果汁機， 它 有一個很好的 隔板 ,并有個可移 動的蓋子，但 在這項研究中所有的實驗而不使用隔板。 新開發(fā)的容量為 40 提供基線接收機來評價混合性能 ,而用 圓柱 體是 為了確定雙軸 對 混合旋轉(zhuǎn)性能 的影響 。在圖 2(b)中攪拌器顯示兩個軸旋轉(zhuǎn)， 旋轉(zhuǎn)的相對運動速度 是 中央對稱軸繞水平軸 向速率的一半 。 2. 3 實驗方法 在實驗中采用 兩種類型的初始粉加載 :自上而下加載 和 側(cè)面加載 ,如圖 3。為了避免結(jié)塊 ， 對乙酰氨基酚 被 放入攪拌器中通過 ,并在 篩網(wǎng) 選擇 35 個樣本參考點。為了描述該過程 ,用 混合槽 提取攪拌機 樣品 的采樣方法選取 5,30,60和 120 格點 。 仔細的進行篩選 ,并在每點提 取的樣品放在 攪拌器 中來減少振動 。約 7 次 采樣 ,并 從每個 點開始 共設(shè) 5個 被用于采樣 的 時間 ,最后將總體 35 個采樣繪制如圖 4。 該 實驗 研究 計劃 如下 : ?填補等級 :攪拌器 1?填補等級 :攪拌器 270%,80% ?加載方式 :攪拌器 1 - 兩側(cè)面 載荷、 自上而下 載入 ?加載方式 :攪拌器 2 - 兩側(cè)面 載荷、 自上而下 載入 ?速度 :攪拌機 1每分鐘 20,25 轉(zhuǎn) ?速度 :攪拌器 2 每分鐘轉(zhuǎn)速 15/分鐘轉(zhuǎn)速 30/15 ?采樣時間 :攪拌機第 1， 0,60,120 轉(zhuǎn) 均勻性指數(shù)是相對 C 濃度的每個樣本 ,C 的平均濃度樣品和總數(shù) 是 在給定樣品進行采樣時間 的 n。 相對標準偏差 = S=)1()( 22?? ??我們之前有研究填補水平的影響 ,所有將 攪拌器打開 ,將填補的材料扔到 雙錐攪拌器 中進行攪拌 [11]。所有上述攪拌機只有一個軸的旋轉(zhuǎn) ,因此本研究的目的在于探究混合的雙軸 的影響 。 為了 避免重復(fù) ,本攪拌器 1不進行填補水平的研究 。 根據(jù) 在以前的研究中使用 結(jié)果來看 ,室內(nèi)單軸攪拌機 混合下來的 填滿 水平 大大 超過 70%。此外 ,也可以假定對乙酰氨基酚類 的研究結(jié)果 似在此前的研究中獲得 [11,13],作 為一個單一的軸矩形本攪拌器 [11],此結(jié)果 表明 ,即使在幾百 次改革中所 實現(xiàn) 的 均勻的 80%填補水平 仍然很差 。 檢查填補水平 是否 影響雙軸攪拌 機得 實驗 ,我們 分別進行了 自上而下 對攪拌器進行 加載 的 格局 ，即 轉(zhuǎn)速 為每分鐘 15 和 從檢查 填充水平 的角度來看 ,對填滿水平在 60%、 70%和 80%以上 的采樣 ,否則樣品 選 取后 面每分鐘 30、 60 和 120轉(zhuǎn)的 。典型的結(jié)果顯示在圖 5 中 ,這表明相對的數(shù)量 較集中。而此 數(shù)據(jù)曲線 被大多資料認為是 一個快速腐朽的地區(qū)。 由于 曲線的斜率在這個地區(qū) ,所有這些 坐標被 用于定義混合率。然后水平曲線表明了一個最大均勻度的是可以實現(xiàn)的。 類似于先前 其他翻滾攪拌機的研究， 我們觀察到混合性能 所 產(chǎn)生 得 負面影響 ,因此 通過 提高 填 補 水平 來減小影響 。 在 圖 5中 ,曲線為 80%的 填補相比 60%和 70%填補 更糟糕 ;可以看到填充水平越 高 ,曲線更慢衰減 ,這 象徵一個較慢的混合過程。然而效果不明顯 ,所以該種現(xiàn)象 (相同的漸近混合均勻性 )是本國 需要提高 填補的水平 的關(guān)鍵 。 其次 ,研究 比較 攪拌機 1一個軸的旋轉(zhuǎn)和雙轉(zhuǎn)軸攪拌機 2 對轉(zhuǎn)速的影響 。實驗 是 進行 自上而下 和 兩側(cè)面 攪拌機 載入。 實驗以 60%進行填充水平和旋轉(zhuǎn)速度考慮攪拌器 1是 15 轉(zhuǎn) ,20 轉(zhuǎn) 與 25 每分鐘轉(zhuǎn) 的分別。如圖 6和 7,當繪制成函數(shù) 圖后 ,并 發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度并 沒有太大的影響均勻性指數(shù)醋氨酚 60%的 填補水平。研究還 發(fā)現(xiàn) ,混合在 20 轉(zhuǎn) 與 25 每分鐘轉(zhuǎn) 略好于 其它 轉(zhuǎn)速 ,但在 15 轉(zhuǎn)時 性能 的 差異 對不同速度下的攪拌機 的太小是有意義的。相對同一個衰退的 曲線 ,顯示 出相似的混合率。在這項研究中報道表明，在 充填水平只有 60%的情況下， 所有的轉(zhuǎn)速足以實現(xiàn)均勻。上述 還進行了填 滿 為 85%以上水平 的研究。對于這樣一個高填滿 水平 ,在 低速度 攪拌機 的中心發(fā)生許多 情況，而且 要求較高 ,單位體積的剪切應(yīng)力均要 達到。 流動特性被認為是 由于 大多數(shù)材料不同 而產(chǎn)生的 ,但 混合作為一個整體 卻對流動特性有深遠的影響 。此外 ,一個 對 剪切敏感的材料。因此 ,期望和混合潤滑相似的行為會 被認為 可能是毫無根據(jù)的。 隨后 ,實驗 2對攪拌器 進行 了 三個旋轉(zhuǎn)速度 的研究 :15 轉(zhuǎn)速 ,20 轉(zhuǎn)速與 30 轉(zhuǎn)速 ,才有了相應(yīng)的每分鐘轉(zhuǎn)速 10 與 15?？紤] 兩側(cè)面 充滿水平都 自上而下 加載 , 同樣的 60%水平 ,因此 觀察 得到 不同的旋轉(zhuǎn)速度 在混合率上 并沒有很大的差別。如圖 6 和 7 混合曲線 ,攪拌 器 2不同旋轉(zhuǎn)只是稍微 變小速 度。 自上而下 加載模式似乎 對 攪拌 的 轉(zhuǎn)速 有所提高 (旋轉(zhuǎn)速度稍低 ,顯示改善水平的漸近性無明顯改變 ,但發(fā)現(xiàn)和速度的 兩側(cè)面 加載模式 有所增加 )。 比較兩種攪拌機在不同旋轉(zhuǎn)速度 及 兩側(cè)面 加載 和 自上而下 的 加載模式 的混合性能。比較得出 充填水平 60%是一直 被作為攪拌機實現(xiàn) 在一定長的時間 有效的混合 的條件。由于幾何相似的兩個攪拌機， 幫助 比較 評價 (旋轉(zhuǎn) 的 對中央對稱軸 )在混合性能 上的效果 。圖 6,混合曲線 說明 了攪拌器 2低于 1那臺果汁機 ,并注明大轉(zhuǎn)動速率 可以 更快的混合。注意最后兩相對達到直觀性攪拌機也有所不同 ,攪拌器 2顯示 混合態(tài) (大概 由于效果緩慢的 是在 混合模式 的 水平方向 )比攪拌器 1直觀性顯示低 。 為 了 能得到類似的結(jié)果 進行 兩側(cè)面 加載模式 ,如 圖 7所示 。相對攪拌器 1的曲線攪拌器中 2 顯示出旋轉(zhuǎn)率比較低 。因此 ,確認旋轉(zhuǎn)攪拌器方向 是否 垂直 對 于轉(zhuǎn)軸混合均勻 有所 幫助 與 提高 ， 然而 ,為材料檢查了這里 ,轉(zhuǎn)動頻率沒有太多影響混合性能。 最后 ,進行了比較兩種加載模式之間攪拌機 情況 。再次 ,以達到合理 ,所有的實驗都 進行比較 15 轉(zhuǎn)速與 60%得 填補水平。 如 圖 8,表明 攪拌機 自上而下 加載 得更迅速 ,而 其相對標準偏差衰退 ,相比 而言 兩側(cè)面 是 更快 的 加載模式 。然而 ,對于加載方式， 攪拌器 2能 達到更快的處理。 在過去的研究報道 ,所有的相對標準偏差分析曲線顯示了一種普遍的趨勢相對 于 時間 ,其特點是快速的最初因?qū)α骰旌暇鶆?,有一段時期是速度較慢的 分散控制化或剪切 典型。這一趨勢顯示在圖 9中， 第一個 直觀性限制 快速指數(shù)衰減 ,另一個是緩慢的 衰減 。第一部分代表了一種快速減少 的混合 流驅(qū)動 (對流 )， 斜率的弧線 ,在相對坐標 中 是對流混合率。第二部分是驅(qū)使質(zhì)點運動 (色散 )或 由于活性醫(yī)藥物成分凝聚剪切而 緩慢的侵蝕。 當只有一個混合機制的狀況 ,則需要 嚴格控制能夠?qū)崿F(xiàn)的初始加載型 ,一個簡單的 傳 遞 模型表現(xiàn) 了出來 。 (1)可以被使用 ,在過去的研究 中 [14],在粉末系統(tǒng)中捕捉相對的演化 。在該模型中 ,一個指數(shù)曲線腐朽的向高 處 的混合曲線 ,其中 σ是標準差、 ?? 是 標準偏差 ,A 是一個常數(shù) ,標志著λ攪拌速率和 N 是 有關(guān)系的 。該模型預(yù)測實驗方差會隨著時間 指數(shù) 的推移 ,越 靠近隨機混合狀態(tài)。為了描述混合 率 、必須計算出每個混合實驗 的數(shù)據(jù) 。 e ?? ?? ?? (1) 對參數(shù)值 ,通過最小化計算λ之間的誤差平方和的數(shù)據(jù)和指數(shù)函數(shù)。最后的價值標準偏差 (σ∞ )作為方差最小的值混合中取得的研究。λ值計算的實驗對象提供不同混合比例填滿 ,并 用在 加載模式和結(jié)果上。并以 10號機和 11號機。 ,如圖10顯示 混合速率常數(shù)隨百分比增加充滿水平。一個更廣泛的比較 是 與其他攪拌機如 果汁機 1、 無隔板 果汁機 2以及 市場上可買到的矩形攪拌器。 每分鐘轉(zhuǎn)速 20這個數(shù)字的影響因 加載模式 而 對這四本攪拌機 作了說明。 攪拌器 2雙軸旋轉(zhuǎn)攪拌速率常數(shù) 是在所有攪拌器中 最高的。所有攪拌機應(yīng)用于該研究中 ,發(fā)現(xiàn) 自上而下 加載模式具有更高的表現(xiàn)比 兩側(cè)面 混合載入 對混合性能更具有影響力 。 填補水平影響混 合時間、 加載模式和軸的旋轉(zhuǎn)對混合矩陣的自然流暢的性能和 微晶纖維素 快速 和 乳糖 結(jié)合的性能 。混合性能 所 產(chǎn)生負面影響 ,卻 被發(fā)現(xiàn) 用 在增加填補的水平。 與 自上而下 加載 比較，兩側(cè)面加載模式 混合性能更好。 這 也確認了旋轉(zhuǎn)攪拌器方向垂直于轉(zhuǎn)軸幫助提高 混合均勻的水平 。數(shù)學混合模型是用來比較在不同 攪拌器類型和加載模式下 填充混合利率 的 水平。研究結(jié)果表明 , 在雙重軸攪拌機旋轉(zhuǎn)中， 自上而下 填裝模式 增強，混合率水平卻比較低 。 圖 1 近紅 外光譜技術(shù)驗證曲線。用于預(yù)測方程對乙酰氨基酚濃度的樣品進行測試驗證了所與已知的大量的醋氨酚濃度。 y 軸表示濃度方程 ,計算出的 x 軸代表實際的濃度。因此一條筆直的線條在 45°將是最好的校正模型。圖上的每個點為一個樣品。在這里對乙酰氨基酚濃度的檢查范圍是 0到 8%。 圖 2的圖象表示 (a)本攪拌器 1和 (b)本攪拌器 2 顯示相應(yīng)的軸旋轉(zhuǎn) 圖 3 裝運原理在研究中使用模式。 在 自上而下 加載， 微晶纖維素 加載第一放入攪拌器中 f 跟隨在頂部， 在 兩側(cè)面 加載 微晶纖維素 被放置在底部 ,然后對乙酰氨基酚是只有已篩只有在上半部分的攪拌器 中 ,使 微晶纖維素 能夠進行夾在 乳糖 中間。 圖 4 (a)采樣器 (b)頂視圖的取樣位置方案 圖 6 混合曲線進行 自上而下 載實驗中 ,有 60%的填補水平。圖示相對 則是功能 轉(zhuǎn)數(shù)。實驗虛線放入攪拌機 1,而堅實的數(shù)據(jù) 線代表 攪拌器 2。 圖 8 混合曲線比較的攪拌機攪拌 2,自上而下 和 兩側(cè)面 加載模式。 實驗虛線放入攪拌機 1,而堅實的線代表數(shù)據(jù)點代表 攪拌器 2。實驗在進行每分鐘 15轉(zhuǎn) ,有60%的 填充 水平。 圖 9 一個典型的混合 ,因為 轉(zhuǎn)數(shù)相對，所以 這兩個實線強調(diào)了兩個不同的混合體系。 圖 10 混合性能水平評估三 種不同的填補攪拌機 2。進行試驗 60%,70%和 80%填補水平 ,在 每分鐘 15 轉(zhuǎn) 自上而下 載入。攪拌速率常數(shù) (λ值 )的構(gòu)想在功能上發(fā)現(xiàn) 減少 填補水平和增加充滿水平。 圖 11 混合性能與本攪拌機隨著加載模式進行了比較 ,有 60%的填 充 水平。攪拌速率常數(shù)λ 值 的 在 不同加載模式 下，而且 本攪拌機與無隔板 的都 如上所示 ,攪拌器 2比攪拌器 1有 一個更好的混合性能比。無論攪拌器中使用 哪種加載模式，自上而下 加載 與 兩側(cè)面 加載 相比 也有顯著的效果 。