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粉体的流动与混合
流体的流动与混合
药品的冻干
第五章 制剂工程原理
粉体的流动与混合
药物粉体的混合是药物制剂工程的重要单元操作，通过机械的或流体的方法使得不同物理性质σ，能够反映粉体混合的质量，它是以样品的统计学检验为基础的。σ值变化越小，混合体质量越好。标准偏差又称标准离差或标准。
①样品均值：抽出一个样本(一组样品，样品个数Ns)，得到一批数据，每组数据的算术平均值称为“样品均值”，用x表示：
②标准偏差：标准偏差是用以表示数据波动幅度的一种方法，也称为均方差根：
S—样本的标准偏差；Ns—数据数量（样品个数Ns）；xi—每个数据的数值；x—样本均值。
对于样本，标准偏差用S表示，样本均值用x表示。根据数理统计原理，在计算总体的标准偏差时，用n或表示。
式中μ为总体的数据均值。
当Ns值很大，即样本的观察数值很多时，就比较接近或代表了总体，S值同n值就几乎相等了。
在旋转混合设备中的粉体或颗粒其混合均匀度可用Osama等的经验公式表示：
2=R2+W02e-km
2是实验混合物浓度方差；R2是完全混合时的方差；Ｗ0是某组分的质量分数；m是旋转次数；ｋ是混合速率常数。
粉体混合过程中组分变化的方差随混合时间呈指数下降。
对设有挡板的旋转容器，靠近其边壁处颗粒混合程度明显好于内部颗粒。R是无规混合的理想标准偏差，R可借助理论方程估算，对于相似粒子A、B二元混合体系有：
随着旋转次数的增加，（2－R2）值减小。在高装填率时，（2－R2）值的下降幅度比低装填率的要小的多，且挡板的作用几乎不存在；但在低装填量的混合器中，挡板能够提高混合均匀度。
是混合体系中B粒子的体积分数；Ns是A和B样粒子总数
混合设备的结构与性能
根据机器的构造:
容器旋转型——依靠混合容器本身的旋转、固体粒子在容器内实现混合
容器固定型——依靠叶片、螺旋推进器或气流等产生的搅拌作用实现混合
根据操作方式：
间歇式——容易控制混合质量，适用于固体物料的配比及种类经常改变的情况
连续式
按粉体受力作用原理：
重力式
强制式
一、重力式混合设备
1 回转型混合器及其工作特性
物料在绕水平轴(个别也有倾斜的)转动的容器内进行均化，借助容器的旋转运动实现混合。
按容器的外形而分为：圆筒式、鼓式、立方体式、双锥式、V式等。
其混合的作用力主要是重力，易使粒度差或密度差较大的物料趋向偏析。
回转型混合器可以处理自由流体和黏性流体粉末，但不能处理糊状物和面团状物料，而且混合效果并不理想。
形状简单，可以采用多种材料制造其容器，且便于清洁和取样；其内部轴承等传动装置不与产品接触，易于实现无污染操作。
其缺点是不易传热，不便添加液体添加剂，需分步或间歇加料。
V式混合器结构及其筒内物料运动轨迹示意图
2 回转型混合器的流动模型与设计
用佛雷德数（Ｆr)作为相似准则。Ｆr等于粉体运动时的惯性离心力除以重力，即：
Ｆr=ω2Ｒ/ｇ=(2N)2Ｒ/ｇ
ω-容器旋转角速度，rad/ｓ；
N -容器旋转速度，rad/ｓ；
Ｒ-容器最大回转半径，ｍ；
ｇ-重力加速度，ｍ/ｓ2。
一般地，在低于临界转速(NRc=，NRc为临界转速，ｄ为混合器的旋转直径)，佛雷德数越大，混合运动越激烈。
（1）最佳转速
（2）装料比
其最佳值可以考虑为30～50％。
（3）功率消耗
混合机所需动力即功率消耗P与机长L、转速N之间的关系为：
P∝L5N3
由最佳转速条件，得：
N12·L1 = N22·L2
于是有：
容器旋转型混合机械功率消耗P和混合机有效容积Ve及准数Fr的关系为：
P=(～)VeFr
而容器回转型的螺旋叶片式混合机的性能，其关系为：
当物料的容积密度为：～，P=
～，P=
0～，P=
二、强制式混合设备
1 输送式混合器
在一静止的容器中通过旋转叶轮对物料进行混合的设备，其容器可以是方形、垂直锥形或圆柱形槽或双层槽。叶轮可以是刀片状、带状、螺旋状，Z型或桨状。旋转速度一般5～