在接下來的幾篇文章中，我準(zhǔn)備討論一下制藥行業(yè)中與粉體表征有關(guān)的一些最廣泛的問題。隨著生產(chǎn)受到日益嚴(yán)格的監(jiān)管，我將探究該行業(yè)是否有相應(yīng)的粉體表征工具以接受新挑戰(zhàn)。然而，在我開始考慮這些大問題之前，我想要先討論一個實(shí)用的主題：料斗設(shè)計(jì)。料斗設(shè)計(jì)顯然是一種非常特殊的應(yīng)用，但是，對于許多設(shè)計(jì)者而言，相關(guān)聯(lián)的剪切測試方法才是其首要考慮因素，然而對于一些設(shè)計(jì)者，這將是進(jìn)入粉體表征世界的橋梁。
對許多粉體加工商而言，將粉體以可控的速率從料斗中穩(wěn)定地流出一直是一個問題。經(jīng)常遇到的問題包括：不規(guī)則流動、堵塞、溢出 (敞流)、分層、漏斗狀流動和鼠孔 (經(jīng)料斗中心流出，但有滯留外層)。成功的料斗操作依賴于在制品與料斗某些屬性之間的有效匹配，其中料斗屬性包括：結(jié)構(gòu)材料、半角 (料斗壁斜面陡度) 以及出口尺寸。易流的材料、更陡峭的半角和更大的出口尺寸都有助于促進(jìn)流動。
圖1 - 料斗參數(shù)
Jenike在20世紀(jì)60年代開發(fā)的料斗設(shè)計(jì)方法現(xiàn)今依然是標(biāo)準(zhǔn)。對其進(jìn)行詳細(xì)的討論顯然超出本文的范疇，概括地說，它依賴于計(jì)算兩個參數(shù)：流動函數(shù) (FF) 和流動因數(shù) (ff)。FF僅與粉體剪切強(qiáng)度有關(guān)，可由剪切盒測試確定；而ff還與料斗特性--結(jié)構(gòu)材料和形狀有關(guān)。料斗半角和出口尺寸可在這兩個參數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算得到。
圖2 - 流動函數(shù)和流動因數(shù)圖
由于這些方法，許多人都認(rèn)為料斗設(shè)計(jì)是在粉體處理中是一個有保障的環(huán)節(jié)，相對而言，它可能是這樣。然而，操作方面的問題卻很常見，許多公司料斗規(guī)格的確定都是一項(xiàng)外包的專家任務(wù)。為什么會這樣？為什么即使有了定義的方法，所謂穩(wěn)健的料斗設(shè)計(jì)仍然具有挑戰(zhàn)性？
Jenike方法所得到的結(jié)果是，對于相同的粉末，如果一個料斗的結(jié)構(gòu)材料、形狀或半角不同于另一個料斗，可能就需要不同的出口尺寸才能實(shí)現(xiàn)相同的質(zhì)量流。同樣重要的是，對于一種粉體適用的料斗，使用另一種替代的材料可能就不成功。這幾點(diǎn)都是相對公認(rèn)的，但是，不太為人所熟知的是，僅僅是生產(chǎn)條件的變化便可能使FF和ff改變并因此導(dǎo)致的料斗參數(shù)改變。例如，如果在相對濕度較高的狀態(tài)時填充料斗，卸料就可能受到影響?；蛘撸绻隙分械姆垠w出現(xiàn)分層的趨勢，因此實(shí)際設(shè)計(jì)可能需要應(yīng)對各種不同的粉體--包括一些細(xì)顆粒材料和一些粗顆粒材料。
該分析表明，結(jié)合料斗設(shè)計(jì)和相關(guān)的內(nèi)部測試是非常有利的。內(nèi)部能力使工程師們更易全面地審視運(yùn)行可能需要的條件，并使故障排除團(tuán)隊(duì)能夠了解問題的根本原因。這些阻礙都是為了掌握必要的專業(yè)知識，但還需要能夠提供幫助的工具。自動化剪切測試加上富瑞曼科技所提供的料斗設(shè)計(jì)軟件，可引導(dǎo)用戶完成料斗設(shè)計(jì)過程，從初始分析一直到數(shù)值計(jì)算中的每一步。使用這類工具將幫助粉體加工商充分利用現(xiàn)有的料斗，并滿懷信心地確定穩(wěn)健的新規(guī)格。
作者簡介:
Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司總經(jīng)理
Tim Freeman是粉體表征公司富瑞曼科技有限公司的總經(jīng)理，他自20世紀(jì)90年代末便效力于該公司。他在FT4粉體流變儀®和通用型粉體測試儀的設(shè)計(jì)和持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。Tim與各專業(yè)機(jī)構(gòu)合作并參與行業(yè)活動，對促進(jìn)粉體加工領(lǐng)域的發(fā)展做出了杰出貢獻(xiàn)。
Tim擁有英國薩塞克斯大學(xué)的機(jī)電一體化學(xué)位。他是美國結(jié)構(gòu)化有機(jī)微粒系統(tǒng)工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 許多項(xiàng)目組的導(dǎo)師，并經(jīng)常組織粉體表征和加工領(lǐng)域的行業(yè)會議。作為美國藥學(xué)科學(xué)家協(xié)會 (AAPS) 的"過程分析技術(shù)"焦點(diǎn)小組的前任主席，Tim是制藥技術(shù)編輯顧問委員會的成員，以及《歐洲藥物評論》雜志的行業(yè)專家組成員。Tim還是化學(xué)工程師學(xué)會"顆粒技術(shù)"特別興趣小組的委員會成員、ASTM負(fù)責(zé)粉體和散裝固體的特性和處理的D18.24小組委員會副主席，以及美國藥典 (USP) 通論-物理分析專家委員會 (GC-PA EC) 的成員。
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