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1、混合性能單軸構(gòu)件式攪拌機(jī) 摘要 對(duì)許多研究人員來(lái)說(shuō)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(jiàn)的例子包括水平鼓v形攪拌機(jī)、雙筒攪拌機(jī)、果汁機(jī)、書(shū)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(guò)一個(gè)對(duì)流混合過(guò)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(duì)水平軸(滾運(yùn)動(dòng))和中央對(duì)稱(chēng)（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

2、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。 1. 簡(jiǎn)介 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(jiàn)的批量工業(yè)混合機(jī)是將攪拌器打開(kāi),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(jiàn)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)[

3、4-8]，而新型材料在旋轉(zhuǎn)鼓中的混合已經(jīng)廣泛地開(kāi)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(duì)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(guò)一個(gè)對(duì)流混合過(guò)程、混合橫向(軸向)方向分散,致使驅(qū)動(dòng)過(guò)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(duì)稱(chēng)軸（旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))對(duì)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(duì)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(cè)

4、方法獲取大量的樣本來(lái)跟蹤并描述混合均勻性對(duì)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)。 2. 材料和方法 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(duì)乙酰氨基酚是混合了常用的賦形劑來(lái)作為示蹤程度的評(píng)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?；旌掀饋?lái)用于廣泛的研究。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō),他們的SEM分析不包括這些,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(duì)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%

5、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(lái)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(jué)軟件(版本2.1)共同來(lái)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0.01毫克，在光譜掃描范圍內(nèi)的收集1116-2482的混合模式，開(kāi)發(fā)利用二階微分?jǐn)?shù)學(xué)預(yù)處理,并利用偏最小二乘(PLS)來(lái)校正模型，最大限度地減少粒度的影響。如圖1，對(duì)壓荷載之間的預(yù)測(cè)值和最后的校準(zhǔn)。 2.2用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

6、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(kāi)發(fā)的容量為40L攪拌器2提供基線接收機(jī)來(lái)評(píng)價(jià)混合性能,而用圓柱體是為了確定雙軸對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)速度是中央對(duì)稱(chēng)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(lèi)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(duì)乙酰氨基酚被放入攪拌器中通過(guò),并在篩網(wǎng)選擇35個(gè)樣本參考點(diǎn)。為了描述該過(guò)程,用混合槽提取攪拌機(jī)樣品的采樣方法選取7.5,15,30,60和1

7、20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(lái)減少振動(dòng)。約7次采樣,并從每個(gè)點(diǎn)開(kāi)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(jí):攪拌器1-60% ?填補(bǔ)等級(jí):攪拌器2-60%,70%,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 -旋轉(zhuǎn): 每分鐘轉(zhuǎn)速15/7.5,每分鐘轉(zhuǎn)速30/15 ?采樣時(shí)間:攪拌機(jī)第1，2-7.5 30,60,120轉(zhuǎn) 3. 結(jié)果 均勻性指數(shù)是相對(duì)C濃度的每個(gè)樣本,的平均濃度

8、樣品和總數(shù)是在給定樣品進(jìn)行采樣時(shí)間的n。 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差=，而S= 我們之前有研究填補(bǔ)水平的影響,所有將攪拌器打開(kāi),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MgSt作為示蹤表明的結(jié)果來(lái)看,室內(nèi)單軸攪拌機(jī)混合下來(lái)的填滿水平大大超過(guò)70%。此外,也可以假定對(duì)乙酰氨基酚類(lèi)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

9、機(jī)得實(shí)驗(yàn),我們分別進(jìn)行了自上而下對(duì)攪拌器進(jìn)行加載的格局，即轉(zhuǎn)速為每分鐘15和7.5。從檢查填充水平的角度來(lái)看,對(duì)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(duì)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(lèi)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(guò)提高填補(bǔ)水平來(lái)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,

10、這象徵一個(gè)較慢的混合過(guò)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(guó)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(duì)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(méi)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(duì)不同速度下的攪拌機(jī)的太小是有意義的。相對(duì)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

11、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(duì)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。MgSt的流動(dòng)特性被認(rèn)為是由于大多數(shù)材料不同而產(chǎn)生的,但混合作為一個(gè)整體卻對(duì)流動(dòng)特性有深遠(yuǎn)的影響。此外,MgSt是一個(gè)對(duì)剪切敏感的材料。因此,期望和混合潤(rùn)滑相似的行為會(huì)被認(rèn)為可能是毫無(wú)根據(jù)的。 隨后,實(shí)驗(yàn)2對(duì)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7.5、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(méi)有很大的差別。如圖6和7

12、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(duì)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(wú)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(zhǎng)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(píng)價(jià)(旋轉(zhuǎn)的對(duì)中央對(duì)稱(chēng)軸)在混合性能上的效果。圖6,混合曲線說(shuō)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(duì)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

13、性顯示低。 為了能得到類(lèi)似的結(jié)果進(jìn)行兩側(cè)面加載模式,如圖7所示。相對(duì)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(duì)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(méi)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差衰退,相比而言?xún)蓚?cè)面是更快的加載模式。然而,對(duì)于加載方式，攪拌器2能達(dá)到更快的處理。 在過(guò)去的研究報(bào)道,所有的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分析曲線顯示了一種普遍的趨勢(shì)相對(duì)于時(shí)間,其特點(diǎn)是快速的最初因?qū)α骰旌暇鶆?

14、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(shì)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(duì)流)，斜率的弧線,在相對(duì)坐標(biāo)中是對(duì)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(jiǎn)單的傳遞模型表現(xiàn)了出來(lái)。(1)可以被使用,在過(guò)去的研究中[14],在粉末系統(tǒng)中捕捉相對(duì)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(cè)實(shí)驗(yàn)方差會(huì)隨著時(shí)間指數(shù)的推

15、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)。 (1) 對(duì)參數(shù)值,通過(guò)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(duì)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(hào)機(jī)和11號(hào)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(wú)隔板果汁機(jī)2以及市場(chǎng)上可買(mǎi)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(duì)這四本攪拌機(jī)作了說(shuō)明。攪拌器2雙軸旋轉(zhuǎn)攪拌速率常數(shù)是在

16、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(duì)混合性能更具有影響力。 4. 結(jié)語(yǔ) 填補(bǔ)水平影響混合時(shí)間、加載模式和軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)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(lái)比較在不同攪拌器類(lèi)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(cè)

17、方程對(duì)乙酰氨基酚濃度的樣品進(jìn)行測(cè)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(duì)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(duì)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

18、 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(duì)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)檗D(zhuǎn)數(shù)相對(duì)，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(píng)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(wú)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(wú)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。