通过粉体流变学优化单元操作

生产过程中涉及多种单元操作处理粉体。这些材料总是受到各种条件的影响，从料斗下料过程中涉及的静态高应力、流化过程到动态低应力等。因此，全面理解材料整体在各种条件或流动阶段（无论静止、运动还是运动初始）的行为，对于设计并监控单元操作和特定输送系统至关重要。

尽管不同操作之间存在较大差异，需要运用明确的参数来表征粉体的变化趋势。单一参数的表征（例如“内聚力”、“流动性”）不足以全面评估和预测材料在一系列加工工艺中的性质。

关键是要确保加工设备和粉体特征之间的兼容性。这种方法需要全面理解材料的整体行为，以便初期就将相关信息纳入到工艺设计和开发中。

FT4粉体流变仪™作为通用粉体测试仪，提供自动、可靠、全面的粉体性质表征。该信息可与加工经验进行关联，提高生产效率并有助于质量控制。FT4专注于测量粉体的动态流动特性，还可提供剪切盒测试，具有密度、可压性和透气性等整体特性的测试能力，全面表征与工艺相关的粉体性能。

气动输送（←点击标题查看深入研究）

在稀相气动输送过程中，使用气流或真空以流化状态输送粉体。在此过程中，可能会遇到许多问题，例如阻塞、粘附或者溢流。因此，粉体的透气性以及对空气的响应都可能是关键特性。通过适合的测试，可以确定材料能否达到流化状态，以及达到该状态时所需的气流速度。此类测试可以得到操作参数。

FT4的充气性测试可以量化粉体对空气的敏感性。在此测试中，测量以递增的气流流速穿过粉床时的流动能。这样可以简单、准确地识别何时发生流化，如图1中两条曲线结果所示。

当流动能接近零时，视为发生流化。图1中两种粉体都到达流化的状态，其中一种粉体在4mm/s气流速度时发生，而另一种需要较高的气流速度8mm/s。

透气性测试直接测量粉层的压降值，量化空气穿过粉层时的阻力。较低的压降（图2中的灰色曲线）代表较高的透气性。这可能不利于稀相气动输送过程，因为空气更容易通过粉层而非有效地递送。

这一信息可用于优化工艺条件并确定气动传输系统中的工艺参数。

粒度减小（←点击标题查看深入研究）

在某些应用中，进一步加工之前减小颗粒粒度可能是有益的。例如，粒度减小可以增加药物混合物中活性成分的溶解度，或者在混合之前帮助改善混合物的均匀性。但是，不同的粒度减小方法（如粉碎、研磨或者磨削）会对得到的颗粒物理属性（如粒度和粒形）产生不同的影响，进而影响相关的流动属性。

尽管减小粒度可以带来好处，但是颗粒较小的粉体通常表现出更高的内聚力。对于更小更轻的颗粒，颗粒间的力可能比引发和维持流动所需的重力相对要强。测量粉体的压缩性（图3）可以提供材料对施加负载进行固结反应的信息，并得到粉床的填充效率，确定夹带空气的水平。较小的颗粒通常会导致效率较低的堆积结构，这通常与材料粘性更高有关。

图3：典型的可压性测试结果

粒度减小还会影响粉体的流动阻力，具有相同形貌的较小颗粒通常会产生较低的流动能，这是因为它们更容易被旋转的叶片移动。但是，粒度减小后形貌和表面性质的变化也会影响颗粒之间的摩擦和互锁，如图4所示。

分配（←点击标题查看深入研究）

粉体分配是许多行业的关键操作环节，以确保将正确质量或体积的材料传递到工艺的下一个阶段。了解此操作中的粉体行为可以显著提高效率和生产率。在典型的分配操作中，粉体将通过料斗填充到下面的容器、模具或者冲模中。粉体流过孔口的难易程度和效率，对于建立高效的工艺流程和实现一致的灌装性能至关重要。 

颗粒的内聚力和机械咬合决定其在通过下料口时是否会堆积并形成架桥。这些性质的影响可以通过测量比流动能进行量化。比流动能是通过FT4叶片向上抬升粉体且颗粒在不受限制的状态下进行测量的。比流动能高的粉体在此类工艺中更容易产生堵塞并且流动受到限制。 

透气性测量有助于了解粉体取代空气的能力。高效灌装需要空气能稳定的通过粉体，不仅要防止在分配器出口处的流量减小，还要确保空气能够排出容器，减少空隙的形成。与上述气动输送过程相反，更高的透气性更有利于分配操作。

结论

FT4的多元测试方法适用于表征与工艺相关的粉体性能，这些性能将影响加工过程中的表现。这一相关性也可构建粉体性能的设计空间，并与良好的加工表现关联，从而评估新配方以及不同批次的原料和中间体，预测下游环节的行为。

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