ПРОМЫШЛЕННОЕ СМЕШИВАНИЕ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ: СОВРЕМЕННАЯ ПРАКТИКА И БУДУЩАЯ ЭВОЛЮЦИЯ
Аннотация
Смешивание порошкообразных материалов является частью нашей повседневной жизни, но и источником озабоченности промышленности. Смешивание широко распространено во многих отраслях промышленности, но проектирование технологии смешивания и смесительного оборудования скорее принадлежит инженерному искусству, чем научно обоснованному расчету. Каждая отрасль промышленности накапливает свой опыт в этой сфере, базирующийся, главным образом, на продолжительных и трудоемких экспериментальных исследованиях, и очень часто эти результаты не могут напрямую использоваться в других отраслях, то есть проблема моделирования и расчета смешивания далека от универсальности. Поэтому очень важно выделить среди частных отраслевых задач общие межотраслевые задачи теории и практики смешивания и сосредоточить внимание исследователей и инженеров на их решении, чтобы создать общий базис для научно обоснованного проектирования технологии и оборудования для смешивания. Текущие проблемы связаны с определением однородности смесей, путями ее измерения, техникой и ошибками отбора проб, сегрегацией смесей в ходе их переработки, выбором смесителей, а также техническими предложениями по смесителям. В данной статье дан обзор этих аспектов и сделана попытка выявить некоторые перспективы из комбинированного промышленного опыта с позиций химической инженерии: применение техники онлайн мониторинга для достижения однородности смеси и управления процессом; совершенствование процедур масштабного перехода; оптимизация конструкций и режимов работы смесителей; развитие новых многофункциональных универсальных технологий непрерывного смешивания; завершение разработки актуальных стандартов для однородности дисперсных материалов на основе введения структурированной информации.
Литература
Berman J., Schoeneman A., Shelton J.T. Unit dose sam-pling: a tale of two thieves. Drug Develop. Indust. Pharm. 2002. V. 22. N 11. P. 1121-1132.
Muzzio F.J., Robinson P., Wightman C., Brone D. Sam-pling practices in powder blending. Internat. J. Pharmaceut. 2001. V. 155. P. 223-242.
United States versus Barr Laboratories Inc., Food and Drug Law Reports, 4 : 4, 2003.
Massol-Chaudeur S., Berthiaux H., Dodds J.A. The de-velopment of a static segregation test to evaluate the robust-ness of various types of powder mixtures. Trans IChemE, Part C - Food & Bio-products Processing. 2003. V. 81. P. 106-118.
Popplewell L.M , Campanella O.H., Sapru V., Peleg M. Theoretical comparison of two segrega-tion indices for binary powder mixtures. Powd. Technol. 1989. V. 58. P. 55-68.
Harris J.F.G., Hildon A.M. Reducing segregation in binary powder mixtures with particular refe-rence to oxygenated washing powders. Indust. Eng. Chem. Proc. Design Develop. 1970. V. 9. P. 363-379.
Schneider B. Tests for animal nutrition laboratory. BASF Internal report. 2001. May.
Pernenkil L., Cooney C.L. A review on the continuous blending of powders. Chem. Eng. Sci. 2006. V. 61. P. 720-742.
Williams J. Continuous mixing of solids, a review. Powd. Technol. 1976. V. 15. P. 237-243.
Bridgwater J. Mixing of particles and powders: Where next? Particuology. 2010. V. 8. P. 563-567.
Ehrhardt N., Montagne M., Berthiaux H., Gatumel C., Dalloz-Dubrujeaud B. Assessing the ho-mogeneity of bina-ry and ternary powder mixtures by on-line electrical capaci-tance. Chem. Eng. Proc. 2005. V. 44. P. 397-403.
Muerza S., Berthiaux H., Massol-Chaudeur S., Thomas G. A dynamic study of static mixing using on-line image analysis. Powd. Technol. 2002. V. 128 (2-3). P. 195-204.
Berthiaux H., Mosorov V., Tomczak L., Gatumel C., Demeyre J.F. Principal Component Analysis for characteris-ing homogeneity in powder mixing using image analysis. Chem. Eng. Proc. 2006. V. 45. P. 397-403.
Ammarcha C., Gatumel C., Dirion J.L., Cabassud M., Berthiaux H. Continuous powder mixing of segregating mix-tures under steady and unsteady state regimes: Homogeneity assessment by real-time on-line image analysis. Powd. Tech-nol. 2017. V. 315. P. 39-52.
Hailey P.A., Doherty P., Tapsell P., Oliver T., Aldridge P.K. Automated system for the on-line monitoring of powder blending processes using near-infra-red spectroscopy – 1. system development and control. J. Pharmaceut. Biomed. Anal. 2000. V. 14. N 5. P. 551-559.
Koller, D.M., Posch A., Hörl G., Voura C., Radl S., Ur-banetz N. Continuous quantitative moni-toring of powder mixing dynamics by near-infrared spectroscopy. Powd. Tech-nol. 2011. V. 205. P. 87-96.
Martinez L., Peinado A., Liesum L., Betz G. Use of near-infrared spectroscopy to quantify drug content on a continu-ous blending process: influence of mass flow and rotation speed variations. Eur. J. Pharmaceut. Biopharmaceut. 2013. V. 84. N 3. P. 606-615.
Vanarase A.U., Järvinen M., Paaso J., Muzzio F.J. Devel-opment of a methodology to estimate error in the on-line measurements of blend uniformity in a continuous powder mixing process. Powd. Technol. 2013. V. 241. P. 241-263.
Vergote G.J., DeBeer T.R.M., Vervaet C., Remon J.P. In-line monitoring of a pharma-ceutical blending process using FT-Raman spectroscopy. Eur. J. Pharmaceut. Sci. 2004. V. 21. N 4. P. 479-485.
De Beer T.R.M., Bodson C., Dejaegher B., Waleczak B., Vercruysse P., Burggraeve A. Raman Spectroscopy as a Process Analytical Technology (PAT) tool for the in-line monitoring and unders-tanding of a powder blending process. J. Pharmaceut. Biochem. Anal. 2008. V. 48. P. 83-90.
Lai C.K., Holt D., Leung J.C., Cooney C.L., Raju,G.K., Hansen P. Real-time and non-invasive monitoring of dry powder blend homogeneity. AIChE J. 2001. V. 47. N 11. P. 2618-2622.
Ierapetritou M., Muzzio F., Reklaitis G. Perspectives on the continuous manufacturing of powder-based pharmaceutical processes. AIChE J. 2016. V. 62. N 6. P. 1846-1862.
Marikh K., Berthiaux H., Gatumel C., Mizonov V., Barantseva E. Influence of stirrer type in continuous powder mixing : a model case and a pharmaceutical case. Chem. Eng. Res. Design. 2008. V. 86. P. 1027-1037.
Marikh K. Mélange des poudres en continu: dynamique et modélisation. PhD thesis. INPL. 2003.
Mizonov V., Berthiaux H., Gatumal C., Barantseva E., Khokhlova Y. Influence of crosswise non-homogeneity of particulate flow on residence time distribution in a continuous mixer. Powd. Technol. 2009. V. 190. P. 6-9.
André C., Demeyre J.F., Gatumel C., Berthiaux H., Delaplace C. Dimensional analysis for planetary mixer ho-mogenizing granular materials: mixing time and Froude num-bers. Chem. Eng. J. 2012. V. 198-199. P. 771-778.
Legoix L., Gatumel C., Milhé M., Berthiaux H. Character-izing powders in order to determine their flow behavior in a mixer: from small scale observations to macroscopic in-mixer rheology for powders of various flowabilities. Powd. Technol. 2017. V. 322. P. 314-331.
Legoix L., Gatumel C., Milhé M., Berthiaux H. Analysis of powder flow and in-system rheo-logy in a horizontal convec-tive mixer with reclining blades. Particul. Sci. Technol: An In-ternat. J. 2018. V. 36. P. 955-966.
Roche F., Page T., Seville J. Non-stop pharma: centuries in the making. Chem. Eng. 2013. February. P. 28-31.
Christofides P.D., El Farra N., Li M., Mhaskar P. Model-based control of particulate processes. Chem. Eng. Sci. 2008. V. 63. P. 1156-1172.
Ramachandran R., Arjunan J., Chaudhury A., Iera-petritou M.G. Model-based control-loop performance of a continuous direct compaction process. J. Pharmaceut. Inno-vat. 2011. V. 6. P. 249-263.
Zhao X. Contribution to the implementation of a process control system for continuous powder mixing. PhD thesis. Toulouse University. 2013.
Danckwerts P.V. Theory of mixtures and mixing. Research (London). 1953. V. 6. P. 355-361.
Gyenis J. Assesment of mixing mechanisms on the basis of concentration patterns. Chem. Eng. Proc. 2000. V. 38. P. 665-674.
Ennis B.J. Unto dust shalt thou return. Powders & Grains 97. Behringer & Jenkins ed. P. 13-23.
Bell T.A. Challenges in the scale-up of particulate processes – an industrial perspective. Powd. Technol. 2005. V. 150. P. 60-71.
Jacob K. An industrial perspective on the future needs in solids processing research and educa-tion. Plenary lecture at 8th World Congress on Particle Technology. Orlando. April 2018.
Choplin L. Mixing in cosmetics and personal care industries. The 5th International Syposium on Mixing in Industrial Pro-cesses (ISMIP 5). Sevilla. June 2004.
Berthiaux H., Mizonov V. Applications of Markov chains in particulate process engineering – A review. Canad. J. Chem. Eng. 2004. V. 82. P. 1114-1168.
