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混合性能單軸構(gòu)件 式 攪拌機(jī) 摘要 對許多研究人員來說 參與混合動(dòng)力 研究 仍然是一個(gè) 感興趣的主題 ， 然而理論不發(fā)達(dá) ， 大部分 設(shè)計(jì) 都建立在經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上。 在許多行業(yè) ,包括藥品 ,大 部分混合 機(jī)器 是“ 翻滾 攪拌機(jī)”。 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(jī)、果汁機(jī)、書本 攪拌機(jī)。 在所有這些攪拌機(jī)而均勻旋 轉(zhuǎn)方向的 塊 ,通常 透過一個(gè)對流混合過程、混合橫向 (軸向 )方向驅(qū)動(dòng) ,然而比較慢 。在本文中 ,我們實(shí)驗(yàn)研究了新翻滾旋轉(zhuǎn)攪拌 機(jī)，它 對水平軸 (滾運(yùn)動(dòng) )和中央對稱（ 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) )進(jìn)行了詳細(xì)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。混合 后試樣后利用近紅外光譜分析獲取標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)樗?),比較所知甚少 [3]。一種常見 的 批量工業(yè)混合機(jī)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(gè)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(shí)證的方法。 滾筒式烘干機(jī) 雖然 作為 最普遍的批量攪拌機(jī) 應(yīng)用于各行 各 業(yè)中 ,而 使用的人 同時(shí)也 希望能找到 其它 實(shí)施烘干機(jī)、鍍膜機(jī)、磨坊 機(jī) 、 遭粒機(jī) [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(jī) ,它們都有 一個(gè)重要特點(diǎn) ，就是繞著水平軸 ,:當(dāng)均勻旋轉(zhuǎn)方向的塊 透過一個(gè)對流混合過程、混合橫向 (軸向 )方向分散 ,致使 驅(qū) 動(dòng)過程通常 較慢 。 在本文中 ,我們實(shí)驗(yàn)研究了水平軸 (滾運(yùn)動(dòng) )和中央對稱軸 （ 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) )對新翻滾旋轉(zhuǎn)攪拌機(jī) 的影響 ,在 混 和所需 時(shí)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(jìn)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(shí)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(huì)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(jìn)行量化 分析， 校準(zhǔn)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(jī)減少缺陷的影響 而賦形劑的 真正 融合提高了 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度?？焖賰?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(tái)北使用平衡的精確度± 克 ，在 光譜掃描范圍內(nèi)的收集1116發(fā)利用二階微分?jǐn)?shù)學(xué)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(zhǔn)。 于該研究中 的攪拌機(jī) :室內(nèi)單軸攪拌機(jī) (攪拌器 1),雙軸 攪拌器 (攪拌器 2) 由于容量為 30L 的圓柱狀攪拌器 1 廣泛的使用 ,我將它選做為一個(gè)參考攪拌器 。圖 2,這臺(tái)有圓形截面和底部 為橢圓的果汁機(jī)， 它 有一個(gè)很好的 隔板 ,并有個(gè)可移 動(dòng)的蓋子，但 在這項(xiàng)研究中所有的實(shí)驗(yàn)而不使用隔板。 新開發(fā)的容量為 40 提供基線接收機(jī)來評價(jià)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(gè)軸旋轉(zhuǎn)， 旋轉(zhuǎn)的相對運(yùn)動(dòng)速度 是 中央對稱軸繞水平軸 向速率的一半 。 2. 3實(shí)驗(yàn)方法 在實(shí)驗(yàn)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(gè)樣本參考點(diǎn)。為了描述該過程 ,用 混合槽 提取攪拌機(jī) 樣品 的采樣方法選取 5,30,60和 120 格點(diǎn) 。 仔細(xì)的進(jìn)行篩選 ,并在每點(diǎn)提 取的樣品放在 攪拌器 中來減少振動(dòng) 。約 7 次 采樣 ,并 從每個(gè) 點(diǎn)開始 共設(shè) 5 個(gè) 被用于采樣 的 時(shí)間 ,最后將總體 35 個(gè)采樣繪制如圖 4。 該 實(shí)驗(yàn) 研究 計(jì)劃 如下 : ?填補(bǔ)等級 :攪拌器 1?填補(bǔ)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(jī) 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(shí)間 :攪拌機(jī)第 1， 0,60,120 轉(zhuǎn) 均勻性指數(shù)是相對 C 濃度的每個(gè)樣本 ,C 的平均濃度樣品和總數(shù) 是 在給定樣品進(jìn)行采樣時(shí)間 的 n。 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 = S=)1()( 22?? ??我們之前有研究填補(bǔ)水平的影響 ,所有將 攪拌器打開 ,將填補(bǔ)的材料扔到 雙錐攪拌器 中進(jìn)行攪拌 [11]。所有上述攪拌機(jī)只有一個(gè)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(jìn)行填補(bǔ)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(jī) 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(gè)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(shí)現(xiàn) 的 均勻的 80%填補(bǔ)水平 仍然很差 。 檢查填補(bǔ)水平 是否 影響雙軸攪拌 機(jī)得 實(shí)驗(yàn) ,我們 分別進(jìn)行了 自上而下 對攪拌器進(jìn)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(rèn)為是 一個(gè)快速腐朽的地區(qū)。 由于 曲線的斜率在這個(gè)地區(qū) ,所有這些 坐標(biāo)被 用于定義混合率。然后水平曲線表明了一個(gè)最大均勻度的是可以實(shí)現(xiàn)的。 類似于先前 其他翻滾攪拌機(jī)的研究， 我們觀察到混合性能 所 產(chǎn)生 得 負(fù)面影響 ,因此 通過 提高 填 補(bǔ) 水平 來減小影響 。 在 圖 5 中 ,曲線為 80%的 填補(bǔ)相比 60%和 70%填補(bǔ) 更糟糕 ;可以看到填充水平越 高 ,曲線更慢衰減 ,這 象徵一個(gè)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(bǔ)的水平 的關(guān)鍵 。 其次 ,研究 比較 攪拌機(jī) 1 一個(gè)軸的旋轉(zhuǎn)和雙轉(zhuǎn)軸攪拌機(jī) 2 對轉(zhuǎn)速的影響 。實(shí)驗(yàn) 是 進(jìn)行 自上而下 和 兩側(cè)面 攪拌機(jī) 載入。 實(shí)驗(yàn)以 60%進(jìn)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(dāng)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(bǔ)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(shí) 性能 的 差異 對不同速度下的攪拌機(jī) 的太小是有意義的。相對同一個(gè)衰退的 曲線 ,顯示 出相似的混合率。在這項(xiàng)研究中報(bào)道表明，在 充填水平只有 60%的情況下， 所有的轉(zhuǎn)速足以實(shí)現(xiàn)均勻。上述 還進(jìn)行了填 滿 為 85%以上水平 的研究。對于這樣一個(gè)高填滿 水平 ,在 低速度 攪拌機(jī) 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(dá)到。 于 大多數(shù)材料不同 而產(chǎn)生的 ,但 混合作為一個(gè)整體 卻對流動(dòng)特性有深遠(yuǎn)的影響 。此外 ,一個(gè) 對 剪切敏感的材料。因此 ,期望和混合潤滑相似的行為會(huì) 被認(rèn)為 可能是毫無根據(jù)的。 隨后 ,實(shí)驗(yàn) 2 對攪拌器 進(jìn)行 了 三個(gè)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(jī)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(jī)實(shí)現(xiàn) 在一定長的時(shí)間 有效的混合 的條件。由于幾何相似的兩個(gè)攪拌機(jī)， 幫助 比較 評價(jià) (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(tái)果汁機(jī) ,并注明大轉(zhuǎn)動(dòng)速率 可以 更快的混合。注意最后兩相對達(dá)到直觀性攪拌機(jī)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(jìn)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(rèn)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(dòng)頻率沒有太多影響混合性能。 最后 ,進(jìn)行了比較兩種加載模式之間攪拌機(jī) 情況 。再次 ,以達(dá)到合理 ,所有的實(shí)驗(yàn)都 進(jìn)行比較 15 轉(zhuǎn)速與 60%得 填補(bǔ)水平。 如 圖 8,表明 攪拌機(jī) 自上而下 加載 得更迅速 ,而 其相對標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到更快的處理。 在過去的研究報(bào)道 ,所有的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分析曲線顯示了一種普遍的趨勢相對 于 時(shí)間 ,其特點(diǎn)是快速的最初因?qū)α骰旌暇鶆?,有一段時(shí)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(gè) 直觀性限制 快速指數(shù)衰減 ,另一個(gè)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(dòng) (對流 )， 斜率的弧線 ,在相對坐標(biāo) 中 是對流混合率。第二部分是驅(qū)使質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng) (色散 )或 由于活性醫(yī)藥物成分凝聚剪切而 緩慢的侵蝕。 當(dāng)只有一個(gè)混合機(jī)制的狀況 ,則需要 嚴(yán)格控制能夠?qū)崿F(xiàn)的初始加載型 ,一個(gè)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(gè)指數(shù)曲線腐朽的向高 處 的混合曲線 ,其中 σ是標(biāo)準(zhǔn)差、 ?? 是 標(biāo)準(zhǔn)偏差 ,A 是一個(gè)常數(shù) ,標(biāo)志著λ攪拌速率和 N 是 有關(guān)系的 。該模型預(yù)測實(shí)驗(yàn)方差會(huì)隨著時(shí)間 指數(shù) 的推移 ,越 靠近隨機(jī)混合狀態(tài)。為了描述混合 率 、必須計(jì)算出每個(gè)混合實(shí)驗(yàn) 的數(shù)據(jù) 。 e ?? ?? ?? (1) 對參數(shù)值 ,通過最小化計(jì)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(jià)值標(biāo)準(zhǔn)偏差 (σ∞ )作為方差最小的值混合中取得的研究。λ值計(jì)算的實(shí)驗(yàn)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(jī)和 11號機(jī)。 ,如圖10顯示 混合速率常數(shù)隨百分比增加充滿水平。一個(gè)更廣泛的比較 是 與其他攪拌機(jī)如 果汁機(jī) 1、 無隔板 果汁機(jī) 2以及 市場上可買到的矩形攪拌器。 每分鐘轉(zhuǎn)速 20這個(gè)數(shù)字的影響因 加載模式 而 對這四本攪拌機(jī) 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(jī)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(bǔ)水平影響混 合時(shí)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(fù)面影響 ,卻 被發(fā)現(xiàn) 用 在增加填補(bǔ)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(rèn)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(xué)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(jī)旋轉(zhuǎn)中， 自上而下 填裝模式 增強(qiáng)，混合率水平卻比較低 。 圖 1 近紅 外光譜技術(shù)驗(yàn)證曲線。用于預(yù)測方程對乙酰氨基酚濃度的樣品進(jìn)行測試驗(yàn)證了所與已知的大量的醋氨酚濃度。 y 軸表示濃度方程 ,計(jì)算出的 x 軸代表實(shí)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(gè)點(diǎn)為一個(gè)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(yùn)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(jìn)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(jìn)行 自上而下 載實(shí)驗(yàn)中 ,有 60%的填補(bǔ)水平。圖示相對 則是功能 轉(zhuǎn)數(shù)。實(shí)驗(yàn)虛線放入攪拌機(jī) 1,而堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù) 線代表 攪拌器 2。 圖 8 混合曲線比較的攪拌機(jī)攪拌 2,自上而下 和 兩側(cè)面 加載模式。 實(shí)驗(yàn)虛線放入攪拌機(jī) 1,而堅(jiān)實(shí)的線代表數(shù)據(jù)點(diǎn)代表 攪拌器 2。實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行每分鐘 15轉(zhuǎn) ,有60%的 填充 水平。 圖 9 一個(gè)典型的混合 ,因?yàn)?轉(zhuǎn)數(shù)相對，所以 這兩個(gè)實(shí)線強(qiáng)調(diào)了兩個(gè)不同的混合體系。 圖 10 混合性能水平評估三 種不同的填補(bǔ)攪拌機(jī) 2。進(jìn)行試驗(yàn) 60%,70%和 80%填補(bǔ)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(bǔ)水平和增加充滿水平。 圖 11 混合性能與本攪拌機(jī)隨著加載模式進(jìn)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(jī)與無隔板 的都 如上所示 ,攪拌器 2比攪拌器 1 有 一個(gè)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 。