食品機(jī)械設(shè)備網(wǎng)
技術(shù)文章
關(guān)于液體混合機(jī)理和液體混合設(shè)備的原理
閱讀：434 發(fā)布時(shí)間：2019-2-20
一、固體混合機(jī)理
1、對(duì)流混合
固體顆粒在設(shè)備內(nèi)翻轉(zhuǎn)、與顆粒群一起發(fā)生位置移動(dòng)的混合過(guò)程叫對(duì)流混合。在對(duì)流作用下，物料經(jīng)過(guò)多次翻轉(zhuǎn)、位移而達(dá)到混合。
2、剪切混合
由于顆粒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一些平滑面，在不同成分的界面間發(fā)生剪切作用，而剪切力作用于交界面，使顆粒破碎并混合的過(guò)程就是剪切混合。
3、擴(kuò)散混合
由于顆粒的紊亂運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致相鄰顆粒相互交換位置所產(chǎn)生的局部混合叫擴(kuò)散混合。當(dāng)顆粒的形狀、充填狀態(tài)和流動(dòng)速度不同時(shí)可發(fā)生擴(kuò)散混合。在混合過(guò)程中，以上三種過(guò)程都同時(shí)發(fā)生，每種過(guò)程進(jìn)行的程度因攪拌器結(jié)構(gòu)不同而不同。
在固體混合過(guò)程中，顆粒的性質(zhì)對(duì)混合物均勻度有較大的影響。不同固體顆粒混合靜置后發(fā)生的分離現(xiàn)象叫離析效應(yīng)。顆粒粒度大小不一致容易產(chǎn)生離析效應(yīng)，其原因是小顆粒易在大顆粒之間的縫隙中往下流動(dòng)，從而導(dǎo)致離析現(xiàn)象發(fā)生。
顆粒的形狀對(duì)混合效果產(chǎn)生較大的影響。常見(jiàn)的顆粒有圓柱形、球形、粒狀等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，顆粒形狀不同容易導(dǎo)致混合程度不同。在其他條件相同時(shí)圓柱形顆粒的混合效果好，球形差。
顆粒密度也是影響混合均勻程度的又一重要因素。粒度相同密度不同的顆粒由于流動(dòng)速度的差異而造成混合時(shí)的分離現(xiàn)象，重質(zhì)沉于器底，輕質(zhì)浮于上部，使混合效果下降。
顆粒的去他性質(zhì)如表面狀態(tài)、流動(dòng)性、黏附性等都會(huì)不同程度地影響混合均勻度。
二、液體混合機(jī)械
常見(jiàn)的液體混合機(jī)械有配料罐、噴射混合器等。配料罐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由缸體、攪拌器、缸蓋等構(gòu)成。物料從上部加入，混合均勻了的液體從下部流出?？梢赃M(jìn)行間歇和連續(xù)混合操作。
噴射混合器由收縮噴嘴、喉管以及擴(kuò)散器等主要部件構(gòu)成。其工作原理是：高壓液體從壓縮段通過(guò)噴嘴高速射向擴(kuò)散器時(shí)，在喉管處產(chǎn)生真空，將待混合溶液吸入，兩溶液在喉管處即進(jìn)行混合，然后經(jīng)泵擴(kuò)散器出口由尾管排出。高壓液體和吸入待混合溶液在混合段產(chǎn)生了強(qiáng)大的剪切力，使得兩種液體被破碎為很小的液體微團(tuán)而擴(kuò)散，達(dá)到混合的效果。
三、固體混合設(shè)備
在藥物制劑生產(chǎn)中，常常要將固體狀態(tài)的原料藥、填充劑、輔藥等經(jīng)粉碎篩分后再在設(shè)備中進(jìn)行混合，混合均勻的粉體才可用于制片劑、膠囊、顆粒劑和散劑。
1、篩分
用篩網(wǎng)對(duì)物料顆粒按照粒徑大小進(jìn)行分等級(jí)的單元操作稱為篩分。
原料經(jīng)粉碎后其顆粒粒度不均勻，需要篩分后才能進(jìn)行混合。在藥物生產(chǎn)過(guò)程中，篩分所使用的工具是標(biāo)準(zhǔn)藥篩。我國(guó)的藥篩是以泰勒標(biāo)準(zhǔn)和《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)制成的。泰勒標(biāo)準(zhǔn)是以每英寸長(zhǎng)度上含一個(gè)孔徑與一個(gè)線徑之和的個(gè)數(shù)（近似數(shù)）加單位目作為篩的名稱，如每英寸長(zhǎng)度上有100個(gè)單個(gè)孔徑與單個(gè)線徑之和的篩稱為100目篩?！吨袊?guó)藥典》共規(guī)定了九種篩號(hào)，一號(hào)篩的篩孔內(nèi)徑大，九號(hào)篩的篩孔內(nèi)徑小。具體情況見(jiàn)附錄。
制藥工業(yè)中使用的篩分機(jī)械的孔徑就是參照《中國(guó)藥典》制成的。常見(jiàn)的篩分機(jī)械是圓振動(dòng)篩粉機(jī)、電磁振動(dòng)篩粉機(jī)。如圖9—9是圓形振動(dòng)機(jī)及其的結(jié)構(gòu)示意圖。在電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸上裝有兩個(gè)不平衡的重錘，上部重錘使網(wǎng)篩發(fā)生水平圓周運(yùn)動(dòng)，下部重錘使沙網(wǎng)發(fā)生垂直方向運(yùn)動(dòng)，由此合成篩網(wǎng)三維運(yùn)振動(dòng)。物料落入篩網(wǎng)中心部位，經(jīng)篩分后，篩網(wǎng)上面的粗料由出口排出，篩分出的系料由下部出口排出。其篩網(wǎng)直徑一般偽0.4～0.5米，每臺(tái)可由一至五層篩網(wǎng)做成。
電磁震動(dòng)篩粉機(jī)由電磁鐵、篩網(wǎng)、架、彈簧接觸器等組成，利用較高的頻率與較小的振幅產(chǎn)生振動(dòng)。篩內(nèi)安裝有滑軌，滑軌安裝在支架上，在篩的邊框上支撐著電磁震動(dòng)裝置，使篩網(wǎng)沿滑軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)。物料從篩的加入，粗料由篩網(wǎng)上面的下端口排出，系料從篩網(wǎng)下面排出。該機(jī)振動(dòng)頻率高，每分鐘3000～3600次，振幅小只有0.5～1，可以使用于粘性藥分的篩分，其篩分效率高。
2、固體顆粒混合機(jī)械
在制藥生產(chǎn)中常用的固體顆?；旌蠙C(jī)械，按運(yùn)動(dòng)方式可分為有固定型混合機(jī)和回轉(zhuǎn)型混合機(jī)兩大類。現(xiàn)分別介紹如下。
?。?）固定型混合機(jī)
?、俨坌位旌蠙C(jī)槽形混合機(jī)內(nèi)裝有螺旋槳，可將藥物顆粒由外向中心集結(jié)煤油將中心藥物顆粒推向兩端，以達(dá)到均勻混合。槽體可繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便自槽內(nèi)卸出藥料?；旌蠒r(shí)間可自動(dòng)控制，裝料容積為80%。
?、陔p螺旋錐形混合機(jī)在雙螺旋錐形混合機(jī)的混合室內(nèi)安裝有兩根與錐體壁平行的攪拌器，這兩根攪拌器連接在傳動(dòng)軸橫臂的兩端，在傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又發(fā)生自轉(zhuǎn)。被混合的固體顆粒在螺旋槳自轉(zhuǎn)推動(dòng)下自底部上升，在公轉(zhuǎn)作用下在全容器內(nèi)作循環(huán)運(yùn)動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)（2～8分鐘）即可達(dá)到混合均勻。
?。?）回轉(zhuǎn)型混合機(jī)
?、傩位旌蠙C(jī)
該機(jī)由兩個(gè)長(zhǎng)短不一的圓筒按形焊接而成，其夾角一般是80°，每個(gè)圓筒設(shè)置有密封蓋，可通過(guò)抽真空的方法將物料抽入圓筒中，因而可以進(jìn)行無(wú)菌混合操作。當(dāng)設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)，筒內(nèi)物料不停地進(jìn)行分離與混合的運(yùn)動(dòng)，在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到混合。
形混合機(jī)的轉(zhuǎn)速一般控制在臨界轉(zhuǎn)速的30%～80%左右（8～20r/min），其裝料容積是30%，主要用于粉體的混合。
?、诙S運(yùn)動(dòng)混合機(jī)
滾筒式混合機(jī)是典型的二維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)部件是機(jī)座、電動(dòng)機(jī)、混合筒、傳動(dòng)系統(tǒng)和筒內(nèi)螺旋槳葉片組成。在啟動(dòng)電機(jī)后，混合筒既轉(zhuǎn)動(dòng)又?jǐn)[動(dòng)，筒內(nèi)螺旋槳對(duì)筒中物料產(chǎn)生攪拌的作用，使得物料充分混合。混合筒的出料口偏離混合筒的中心線，使該機(jī)具有混合迅速、混合量大、出料便捷等特點(diǎn)，每批可裝料的固體物料混合。
?、廴S運(yùn)動(dòng)混合機(jī)
三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)由機(jī)座、傳動(dòng)系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、多向運(yùn)行機(jī)構(gòu)、混合筒等部件組成。傳動(dòng)系統(tǒng)中直接與混合筒連接的是帶萬(wàn)向節(jié)主傳動(dòng)軸和從動(dòng)軸。混合筒在傳動(dòng)軸帶動(dòng)下發(fā)生擺動(dòng)、平移轉(zhuǎn)動(dòng)和搖滾運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生劇烈的交替脈動(dòng)，物料在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的渦流具有變化的能量梯度，上物了在混合過(guò)程中產(chǎn)生加速流動(dòng)和擴(kuò)散，同時(shí)避免了一般混合機(jī)因離心力的作用產(chǎn)生了物料偏析和積聚現(xiàn)象，從而闊大了該機(jī)的使用范圍，可用于不同密度和不同粒度的多種物料的混合。
三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)裝料系數(shù)80%左右，混合均勻度99.9%以上，混合時(shí)間短，混合時(shí)無(wú)升溫現(xiàn)象，由于密封性能好，因而可用于無(wú)菌混合，所以在生物制藥生產(chǎn)中被廣泛地使用。
1、對(duì)流混合
固體顆粒在設(shè)備內(nèi)翻轉(zhuǎn)、與顆粒群一起發(fā)生位置移動(dòng)的混合過(guò)程叫對(duì)流混合。在對(duì)流作用下，物料經(jīng)過(guò)多次翻轉(zhuǎn)、位移而達(dá)到混合。
2、剪切混合
由于顆粒運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一些平滑面，在不同成分的界面間發(fā)生剪切作用，而剪切力作用于交界面，使顆粒破碎并混合的過(guò)程就是剪切混合。
3、擴(kuò)散混合
由于顆粒的紊亂運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致相鄰顆粒相互交換位置所產(chǎn)生的局部混合叫擴(kuò)散混合。當(dāng)顆粒的形狀、充填狀態(tài)和流動(dòng)速度不同時(shí)可發(fā)生擴(kuò)散混合。在混合過(guò)程中，以上三種過(guò)程都同時(shí)發(fā)生，每種過(guò)程進(jìn)行的程度因攪拌器結(jié)構(gòu)不同而不同。
在固體混合過(guò)程中，顆粒的性質(zhì)對(duì)混合物均勻度有較大的影響。不同固體顆粒混合靜置后發(fā)生的分離現(xiàn)象叫離析效應(yīng)。顆粒粒度大小不一致容易產(chǎn)生離析效應(yīng)，其原因是小顆粒易在大顆粒之間的縫隙中往下流動(dòng)，從而導(dǎo)致離析現(xiàn)象發(fā)生。
顆粒的形狀對(duì)混合效果產(chǎn)生較大的影響。常見(jiàn)的顆粒有圓柱形、球形、粒狀等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，顆粒形狀不同容易導(dǎo)致混合程度不同。在其他條件相同時(shí)圓柱形顆粒的混合效果好，球形差。
顆粒密度也是影響混合均勻程度的又一重要因素。粒度相同密度不同的顆粒由于流動(dòng)速度的差異而造成混合時(shí)的分離現(xiàn)象，重質(zhì)沉于器底，輕質(zhì)浮于上部，使混合效果下降。
顆粒的去他性質(zhì)如表面狀態(tài)、流動(dòng)性、黏附性等都會(huì)不同程度地影響混合均勻度。
二、液體混合機(jī)械
常見(jiàn)的液體混合機(jī)械有配料罐、噴射混合器等。配料罐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由缸體、攪拌器、缸蓋等構(gòu)成。物料從上部加入，混合均勻了的液體從下部流出?？梢赃M(jìn)行間歇和連續(xù)混合操作。
噴射混合器由收縮噴嘴、喉管以及擴(kuò)散器等主要部件構(gòu)成。其工作原理是：高壓液體從壓縮段通過(guò)噴嘴高速射向擴(kuò)散器時(shí)，在喉管處產(chǎn)生真空，將待混合溶液吸入，兩溶液在喉管處即進(jìn)行混合，然后經(jīng)泵擴(kuò)散器出口由尾管排出。高壓液體和吸入待混合溶液在混合段產(chǎn)生了強(qiáng)大的剪切力，使得兩種液體被破碎為很小的液體微團(tuán)而擴(kuò)散，達(dá)到混合的效果。
三、固體混合設(shè)備
在藥物制劑生產(chǎn)中，常常要將固體狀態(tài)的原料藥、填充劑、輔藥等經(jīng)粉碎篩分后再在設(shè)備中進(jìn)行混合，混合均勻的粉體才可用于制片劑、膠囊、顆粒劑和散劑。
1、篩分
用篩網(wǎng)對(duì)物料顆粒按照粒徑大小進(jìn)行分等級(jí)的單元操作稱為篩分。
原料經(jīng)粉碎后其顆粒粒度不均勻，需要篩分后才能進(jìn)行混合。在藥物生產(chǎn)過(guò)程中，篩分所使用的工具是標(biāo)準(zhǔn)藥篩。我國(guó)的藥篩是以泰勒標(biāo)準(zhǔn)和《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)制成的。泰勒標(biāo)準(zhǔn)是以每英寸長(zhǎng)度上含一個(gè)孔徑與一個(gè)線徑之和的個(gè)數(shù)（近似數(shù)）加單位目作為篩的名稱，如每英寸長(zhǎng)度上有100個(gè)單個(gè)孔徑與單個(gè)線徑之和的篩稱為100目篩?！吨袊?guó)藥典》共規(guī)定了九種篩號(hào)，一號(hào)篩的篩孔內(nèi)徑大，九號(hào)篩的篩孔內(nèi)徑小。具體情況見(jiàn)附錄。
制藥工業(yè)中使用的篩分機(jī)械的孔徑就是參照《中國(guó)藥典》制成的。常見(jiàn)的篩分機(jī)械是圓振動(dòng)篩粉機(jī)、電磁振動(dòng)篩粉機(jī)。如圖9—9是圓形振動(dòng)機(jī)及其的結(jié)構(gòu)示意圖。在電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸上裝有兩個(gè)不平衡的重錘，上部重錘使網(wǎng)篩發(fā)生水平圓周運(yùn)動(dòng)，下部重錘使沙網(wǎng)發(fā)生垂直方向運(yùn)動(dòng)，由此合成篩網(wǎng)三維運(yùn)振動(dòng)。物料落入篩網(wǎng)中心部位，經(jīng)篩分后，篩網(wǎng)上面的粗料由出口排出，篩分出的系料由下部出口排出。其篩網(wǎng)直徑一般偽0.4～0.5米，每臺(tái)可由一至五層篩網(wǎng)做成。
電磁震動(dòng)篩粉機(jī)由電磁鐵、篩網(wǎng)、架、彈簧接觸器等組成，利用較高的頻率與較小的振幅產(chǎn)生振動(dòng)。篩內(nèi)安裝有滑軌，滑軌安裝在支架上，在篩的邊框上支撐著電磁震動(dòng)裝置，使篩網(wǎng)沿滑軌往復(fù)運(yùn)動(dòng)。物料從篩的加入，粗料由篩網(wǎng)上面的下端口排出，系料從篩網(wǎng)下面排出。該機(jī)振動(dòng)頻率高，每分鐘3000～3600次，振幅小只有0.5～1，可以使用于粘性藥分的篩分，其篩分效率高。
2、固體顆粒混合機(jī)械
在制藥生產(chǎn)中常用的固體顆?；旌蠙C(jī)械，按運(yùn)動(dòng)方式可分為有固定型混合機(jī)和回轉(zhuǎn)型混合機(jī)兩大類。現(xiàn)分別介紹如下。
?。?）固定型混合機(jī)
?、俨坌位旌蠙C(jī)槽形混合機(jī)內(nèi)裝有螺旋槳，可將藥物顆粒由外向中心集結(jié)煤油將中心藥物顆粒推向兩端，以達(dá)到均勻混合。槽體可繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便自槽內(nèi)卸出藥料?；旌蠒r(shí)間可自動(dòng)控制，裝料容積為80%。
?、陔p螺旋錐形混合機(jī)在雙螺旋錐形混合機(jī)的混合室內(nèi)安裝有兩根與錐體壁平行的攪拌器，這兩根攪拌器連接在傳動(dòng)軸橫臂的兩端，在傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又發(fā)生自轉(zhuǎn)。被混合的固體顆粒在螺旋槳自轉(zhuǎn)推動(dòng)下自底部上升，在公轉(zhuǎn)作用下在全容器內(nèi)作循環(huán)運(yùn)動(dòng)，短時(shí)間內(nèi)（2～8分鐘）即可達(dá)到混合均勻。
?。?）回轉(zhuǎn)型混合機(jī)
?、傩位旌蠙C(jī)
該機(jī)由兩個(gè)長(zhǎng)短不一的圓筒按形焊接而成，其夾角一般是80°，每個(gè)圓筒設(shè)置有密封蓋，可通過(guò)抽真空的方法將物料抽入圓筒中，因而可以進(jìn)行無(wú)菌混合操作。當(dāng)設(shè)備旋轉(zhuǎn)時(shí)，筒內(nèi)物料不停地進(jìn)行分離與混合的運(yùn)動(dòng)，在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到混合。
形混合機(jī)的轉(zhuǎn)速一般控制在臨界轉(zhuǎn)速的30%～80%左右（8～20r/min），其裝料容積是30%，主要用于粉體的混合。
?、诙S運(yùn)動(dòng)混合機(jī)
滾筒式混合機(jī)是典型的二維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)，其主要結(jié)構(gòu)部件是機(jī)座、電動(dòng)機(jī)、混合筒、傳動(dòng)系統(tǒng)和筒內(nèi)螺旋槳葉片組成。在啟動(dòng)電機(jī)后，混合筒既轉(zhuǎn)動(dòng)又?jǐn)[動(dòng)，筒內(nèi)螺旋槳對(duì)筒中物料產(chǎn)生攪拌的作用，使得物料充分混合。混合筒的出料口偏離混合筒的中心線，使該機(jī)具有混合迅速、混合量大、出料便捷等特點(diǎn)，每批可裝料的固體物料混合。
?、廴S運(yùn)動(dòng)混合機(jī)
三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)由機(jī)座、傳動(dòng)系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、多向運(yùn)行機(jī)構(gòu)、混合筒等部件組成。傳動(dòng)系統(tǒng)中直接與混合筒連接的是帶萬(wàn)向節(jié)主傳動(dòng)軸和從動(dòng)軸。混合筒在傳動(dòng)軸帶動(dòng)下發(fā)生擺動(dòng)、平移轉(zhuǎn)動(dòng)和搖滾運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生劇烈的交替脈動(dòng)，物料在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的渦流具有變化的能量梯度，上物了在混合過(guò)程中產(chǎn)生加速流動(dòng)和擴(kuò)散，同時(shí)避免了一般混合機(jī)因離心力的作用產(chǎn)生了物料偏析和積聚現(xiàn)象，從而闊大了該機(jī)的使用范圍，可用于不同密度和不同粒度的多種物料的混合。
三維運(yùn)動(dòng)混合機(jī)裝料系數(shù)80%左右，混合均勻度99.9%以上，混合時(shí)間短，混合時(shí)無(wú)升溫現(xiàn)象，由于密封性能好，因而可用于無(wú)菌混合，所以在生物制藥生產(chǎn)中被廣泛地使用。