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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v形攪拌機(jī)、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(duì)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(duì)水平軸(滾運(yùn)動(dòng))和中央對(duì)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

2、基酚是用作原料及常用的賦形劑和乳糖微晶纖維素等?；旌虾笤嚇雍罄媒t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)[

3、4-8]，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(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)方向的塊透過一個(gè)對(duì)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(duì)稱軸（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

4、方法獲取大量的樣本來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?；旌掀饋碛糜趶V泛的研究。簡單的來說,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2.1)共同來分析的。其中將1克重的樣品混合，而在臺(tái)北使用平衡的精確度0.01毫克，在光譜掃描范圍內(nèi)的收集1116-2482的混合模式，開發(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。新開發(fā)的容量為40L攪拌器2提供基線接收機(jī)來評(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(duì)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(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,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(duì)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

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,

10、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(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(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(píng)價(jià)(旋轉(zhuǎn)的對(duì)中央對(duì)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(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,相比而言兩側(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(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(duì)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

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 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

17、方程對(duì)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(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。