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粉体混合(均化)原理及混合质量分析

发布时间:2011/12/6 22:04:13    文章来源:

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一、概述
粉体混合(均化)就是指二种以上的固态粉体物料在外力的作用下,使其不均匀性降到最低的过程。例如药品生产过程的总混就是让药品的有效成份能均匀的分布到辅料内,满足生产质量的要求。
二、混合(均化)机理
     由于粉体均化目的不一样,对均化的要求和评价方式也不完全一样,均化的途径也是不一样的,但均化的过程的基本原理是基本相同的(这里主要讲固态粉体物料的均化混合和评价),归纳起来,主要有三种:1.对流混合:物料的团块从物料的一处移动到另一处,类似于流体的对流。2.扩散混合:分离的粒子分散到不断展现的斜面上,如同一般的扩散作用那样,相互掺和、渗透而得到均匀的混合。3.剪切混合:在物料团堆内部,粒子之间的相对移动,在物料中形成若干滑动面,像薄层状的流体一样相互混合和掺和。
三、混合的随机性
     以粒度相同的两种等量物料固体A和固体B为混合例,如AB的密度相同,在理论上达到完全的混合状态,似应十分的简单,只要使AB相互交错排列即可,即达到完全的理想的混合。但AB的一倍的量,则必须有两个A粒子与一个B粒子排列在一起。有若AB的密度不同,BA的两倍,就必须一个A2B并列。 这样一来绝对的均化在工业生产中就不大可能出现了,那么最佳的混合的状态就是无序的不规则排列了,一般认为混合的过程就是一个“随机过程”,也称“概率混合”,他能所达到的最佳程度称为随机完全混合。
实际的混合问题比上述的情况要复杂的多,不仅颗粒的大小是不均匀的,密度也不相同,而且影响固体粒子混合的固体粉料特性远远不止密度和粒度两项,还有混合机内(堆料内)的混合作用(指复杂的混合运动的状态)。
三、影响混合的因素
     由于混合的物料性质和运动的方式等状态在混合过程中的改变,使混合的过程不能达到最佳混合状态,尤其是较细的粒子,由于粉体的凝聚以及静电的效应的原因,产生了逆混合均化的现象称为反混合,也叫偏析。显然偏析会阻碍随机的完全混合,由此也可说混合状态是分料与混合之间的平衡,平衡的建立乃基于一定的条件,适当的改变这些条件,可使平衡向着有利于混合的方面转化,从而改善混合作业。影响混合的因素如下:
1.颗粒的性质  
    主要包括:粒子的粒度与粒度的分布、粒子的形状、粗糙度、粒子的密度、松散体积密度、静电荷、水分含量、脆碎性、休止角、流动性、结团性以及弹性等。例如:粒子的形状影响粒子的流动性;粒子的密度差异在混合中会发生密度偏析作用。
EYH二维运动混合机和YYH二维运动混合机的在防止以上偏析因素的几点运用:首先,从混合机理来看,移动混合最少偏析,以上2中混合机筒体内设有刮板和运动方式(摇摆)采用移动混合方式;其次,在混合出料时,设备的振动和落差小,保证出料时混合的物料均匀;其次,原料的密度、形状、粗糙度和弹性的是不容调节的,二种设备内有刮板可以强制混合,符合扩散混合和剪切混合机理。
2.混合的工艺  
    运转的条件,包括物料在容器内各组成的多少及其占据混合机体积的比率,个组成进入混合机的方法、次序、搅拌部件和混合机的旋转速度。混合时间:是根据混合设备的不同和混合物料的不同而改变的,二维、一维运动混合机混合时间在25~30分钟以上。
3.混合机性能和混合方式
    混合机性能包括机身、搅拌部件的尺寸与几何形状、清洗性能、进料部位和结构材料表面加工质量以及卸料装置的性能,他们影响粒子在混合机内的运动,如流动方式和速度。二维、一维的混合均化方式为机械均化方式,有利于提高混合均匀度。
四、混合(均化)质量评价
1.合格率(平均值<X>)   合格率是指若干样本在规定的质量标准上下限之内的百分率,即一定范围内的合格率。这种计算方法虽然也在一定的范围内反映了样品的波动情况,但不能反映出全部样品的波动幅度,更没有提供全部样品中各种波动幅度的分布情况。如两种样品中某一成分的含量在0.95%~1.05%之间,合格率都在100%。平均值第一组为1.0112%;第二组为1.0016%,这两组的合格率一样,平均值相近,单比较两组波动的幅度相差很大,这说明需要其他的比较方法。
   平均值的计算公式:    平均值<X>=(X 1+X 2+X 3+…+X N)/N
 
 样本
                    代        号
 编号
1
2
3
4
5
平均数<X>
 
第一组
1.062%
0.983%
1.026%
1.005%
0.980%
1.0112%
 
第二组
0.994%
0.983%
1.007%
1.010%
1.014%
1.0016%
 
 
2.标准偏差:也称为均方差根,表示数据的波动幅度,其计算公式为:
 
S=   (--------------)                                         
 
 
      式中:<X>:样品的平均对含量,g;
X i:某一样品对某物料的含量(i=1,2,…,N),g;
N:样品的数量N个;
      S:对含量的标准误差,%。
当式中N值很大时,即样本的观察数值很多时,就比较接近和代表了总体。
3.离散度和均匀度
     离散度R(也叫变异系数,用“CV”表示,%)定义为标准差S与样本平均值<X>。
             R=(S/R)*100%
     均匀度H是相对于离散度的,H=100%-R
4.均化效果,是指均化过程前后的的标准差之比。即:
                  e=S1/S2
      均化效果主要运用在预均化过程中,来定工艺混合均化时间和来保证混合物料的均齐性。
五、混合质量检验
混合质量检验,一般是根据其均匀性与化学组成的正确性来评定。均匀度的测定的基本内容为试样采取和试样的分析。试样的采取主要包括试样的大小、试样只数和取样位置。试样分析则包括测定的组数和具体分析方法。(以上在此不做具体详述)
六、案例
 EYH二维运动混合机混合均匀度验证
1.混合试验地点:常州市润邦干燥设备科技有限公司 厂内
 验证混合机型号:EYH-1000A二维运动混合机(润邦干燥生产)
2.混合机额定技术参数:

序号
项目
规格
序号
项目
规格
1
型号
EYH-1000A
4
装料量
250kg
2
料筒容积
1000L
5
旋转摆动
8/6r/min
3
装料容积
500L
6
电机功率
3kW

3、物料组成:对乙酰氨基酚(2.5Kg) 淀粉(247.5Kg) 
4、验证目的:EYH二维运动混合机的运行是证明该设备是否符合生产工艺要求。
5、取样方法:总混一段时间后,按筒体的上、下、左、右和中心顺序取样。混合出料开始1样、过程3样和出料结束1样。取样量:40g/样。
6、确认方法:对药品含量、含量均匀性确认
平均值<X>=(X 1+X 2+X 3+…+X N)/N
S=                                            
       
 
   式中:<X>:样品的平均对乙酰氨基酚含量,g;
X i:某一样品的对乙酰氨基酚含量(i=1,2,…,N),g;
N:样品的数量N=5个;
S:对乙酰氨基酚含量的标准误差,%。
    CV:变异系数(离散度),%
CV=S/X×100%
H:均匀度,%
H=100%-CV
7、接纳标准:
以每10g含对乙酰氨基酚0.1g计。各点CV≤1.38%,H≥98.62%。
 
8.试验情况
时间段
代   号
 
混合10分钟
A1
A2
A3
A4
A5
CV
H
1.062%
0.983%
1.026%
1.005%
0.980%
3.320%
96.680%
混合20分钟
B1
B2
B3
B4
B5
CV%
H
0.994%
0.983%
1.007%
1.010%
1.014%
1.177%
98.823%
混合25分钟
C1
C2
C3
C4
C5
CV%
H
1.016%
1.018%
0.989%
0.978%
0.990%
1.586%
98.414%
混合30分钟
D1
D2
D3
D4
D5
CV%
H
1.014%
0.988%
1.012%
0.985%
1.013%
1.319%
98.681%
混合40分钟
E1
E2
E3
E4
E4
CV%
H
1.007%
0.995%
1.005%
0.997%
1.005%
0.548%
99.452%
结束后出料
F1
F2
F3
F4
F5
CV%
H
1.010%
0.990%
1.008%
0.997%
1.011%
0.920%
99.080%
9.结论:设备混合30分钟后CV可满足要求。发现混合到25~30分钟时均匀度有回落现象;30分钟后混合均匀度叫稳定提高
 
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