麦克粉末流动性讲堂—针对料斗设计的粉体表征技术（20191115）
今天我们将讨论制药行业中与粉体表征密切相关的问题。随着加工生产受到日益严格的监管，行业内是否存在相应的粉体表征工具能够接受这一类新的挑战。然而，在开始考虑这些问题之前，先讨论一个实际生产相关的主题：料斗设计。对于许多的研发或生产技术人员而言，标准的剪切测试方法才是其要考虑因素，然而对于一些技术人员，这将是进入粉体表征世界的桥梁。
对许多粉体加工者而言，以可控的速率确保粉体稳定地从料斗中流出，经常会遇到问题，例如：不规则流动、堵塞、溢出（敞流）、分层、漏斗状流动和鼠孔（经料斗中心流出，但有滞留的外层）。成功的料斗流出依赖于在产品与料斗某些属性之间的有效匹配，其中料斗的属性包括：结构组成材料、半角（料斗壁斜面坡度）以及出口尺寸。易于流动的材料、更陡峭的半角和更大的出口尺寸都有助于促进流动。
图1 -料斗参数计算公式
图2 -流动函数和流动因数示意图
jenike在20世纪60年代开发的料斗设计方法在现今依然是业界标准。本文不赘述该方法，概括来说，该方法依赖于计算两个参数：流动函数（ff）和流动因数（ff）。ff仅与粉体剪切强度有关，可由剪切盒测试确定；而ff还与料斗特性——结构组成材料和形状有关。料斗半角和出口尺寸可在这两个参数的基础上计算得到。
基于这些方法，许多人都认为料斗设计是粉体处理中确保粉体流动的关键环节。然而，实际操作上却往往发生很多问题，因为许多公司确定料斗的规格都是外包服务，由三方专家完成。为什么会变成这样？为什么即使有了确定的方法，所谓合适的料斗设计实际上仍然具有挑战性？
jenike方法所得到的结果是相对确定的粉体，如果料斗的结构组成材料、形状或半角不同于另一个料斗，可能就需要不同的出口尺寸，才能实现相同的质量流。另一个重要的点是，对于某种粉体适用的料斗，使用另种替代材料可能就无法成功。但不为人所熟知的是，仅仅是生产条件的变化，便可能使ff和ff变化并导致料斗参数变化。例如，如果在相对湿度较高的状态下填充料斗，卸料时可能就会受到影响。如果料斗中的粉体出现分层的现象，因此实际的设计可能针对不同粉体——包括细颗粒和粗颗粒材料。
以上分析都表明，将料斗设计与相关的粉体测试相关联是极其有利的。内部工程师们更容易全面地审视运行过程中可能需要的条件，并使得故障排除团队了解问题的根本原因。解决这些阻碍都是为了掌握必要的专业知识，但还需要能够辅助的工具。自动化的剪切测试加上粉体流变仪所提供的料斗设计软件，从初始分析到数值计算的每一步骤中引导用户完成料斗设计。使用这类工具有助于粉体加工者充分利用现有的料斗，同时能够确定合适的新料斗规格。
图为麦克仪器旗下富瑞曼科技 ft4粉体流变仪™-粉体流量测试仪
英国富瑞曼科技作为美国麦克仪器子公司，专注于研究测量粉体流动性的系统并具有超过15年的粉体及粉体流动性表征经验。专家团队为公司所有产品提供广泛且有效的支持。
富瑞曼仪器系统已广泛应用于不同行业，提供的数据大限度地提高了工艺和产品的理解，加速了研发和配方的成功商业化，并支持粉体工艺的*优化
富瑞曼科技总部位于英国格洛斯特郡，在主要地区拥有运营中心和分销合作伙伴。公司曾荣获“女王贸易企业奖”。
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对许多粉体加工者而言，以可控的速率确保粉体稳定地从料斗中流出，经常会遇到问题，例如：不规则流动、堵塞、溢出（敞流）、分层、漏斗状流动和鼠孔（经料斗中心流出，但有滞留的外层）。成功的料斗流出依赖于在产品与料斗某些属性之间的有效匹配，其中料斗的属性包括：结构组成材料、半角（料斗壁斜面坡度）以及出口尺寸。易于流动的材料、更陡峭的半角和更大的出口尺寸都有助于促进流动。
图1 -料斗参数计算公式
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基于这些方法，许多人都认为料斗设计是粉体处理中确保粉体流动的关键环节。然而，实际操作上却往往发生很多问题，因为许多公司确定料斗的规格都是外包服务，由三方专家完成。为什么会变成这样？为什么即使有了确定的方法，所谓合适的料斗设计实际上仍然具有挑战性？
jenike方法所得到的结果是相对确定的粉体，如果料斗的结构组成材料、形状或半角不同于另一个料斗，可能就需要不同的出口尺寸，才能实现相同的质量流。另一个重要的点是，对于某种粉体适用的料斗，使用另种替代材料可能就无法成功。但不为人所熟知的是，仅仅是生产条件的变化，便可能使ff和ff变化并导致料斗参数变化。例如，如果在相对湿度较高的状态下填充料斗，卸料时可能就会受到影响。如果料斗中的粉体出现分层的现象，因此实际的设计可能针对不同粉体——包括细颗粒和粗颗粒材料。
以上分析都表明，将料斗设计与相关的粉体测试相关联是极其有利的。内部工程师们更容易全面地审视运行过程中可能需要的条件，并使得故障排除团队了解问题的根本原因。解决这些阻碍都是为了掌握必要的专业知识，但还需要能够辅助的工具。自动化的剪切测试加上粉体流变仪所提供的料斗设计软件，从初始分析到数值计算的每一步骤中引导用户完成料斗设计。使用这类工具有助于粉体加工者充分利用现有的料斗，同时能够确定合适的新料斗规格。
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