在接下来的几篇文章中，我准备讨论一下制药行业中与粉体表征有关的一些最广泛的问题。随着生产受到日益严格的监管，我将探究该行业是否有相应的粉体表征工具以接受新挑战。然而，在我开始考虑这些大问题之前，我想要先讨论一个实用的主题：料斗设计。料斗设计显然是一种非常特殊的应用，但是，对于许多设计者而言，相关联的剪切测试方法才是其首要考虑因素，然而对于一些设计者，这将是进入粉体表征世界的桥梁。

       对许多粉体加工商而言，将粉体以可控的速率从料斗中稳定地流出一直是一个问题。经常遇到的问题包括：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，但有滞留外层)。成功的料斗操作依赖于在制品与料斗某些属性之间的有效匹配，其中料斗属性包括：结构材料、半角 (料斗壁斜面陡度) 以及出口尺寸。易流的材料、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

       Jenike在20世纪60年代开发的料斗设计方法现今依然是标准。对其进行详细的讨论显然超出本文的范畴，概括地说，它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。

       图2 - 流动函数和流动因数图

       由于这些方法，许多人都认为料斗设计是在粉体处理中是一个有保障的环节，相对而言，它可能是这样。然而，操作方面的问题却很常见，许多公司料斗规格的确定都是一项外包的专家任务。为什么会这样？为什么即使有了定义的方法，所谓稳健的料斗设计仍然具有挑战性？

       Jenike方法所得到的结果是，对于相同的粉末，如果一个料斗的结构材料、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。同样重要的是，对于一种粉体适用的料斗，使用另一种替代的材料可能就不成功。这几点都是相对公认的，但是，不太为人所熟知的是，仅仅是生产条件的变化便可能使FF和ff改变并因此导致的料斗参数改变。例如，如果在相对湿度较高的状态时填充料斗，卸料就可能受到影响。或者，如果料斗中的粉体出现分层的趋势，因此实际设计可能需要应对各种不同的粉体--包括一些细颗粒材料和一些粗颗粒材料。

       该分析表明，结合料斗设计和相关的内部测试是非常有利的。内部能力使工程师们更易全面地审视运行可能需要的条件，并使故障排除团队能够了解问题的根本原因。这些阻碍都是为了掌握必要的专业知识，但还需要能够提供帮助的工具。自动化剪切测试加上富瑞曼科技所提供的料斗设计软件，可引导用户完成料斗设计过程，从初始分析一直到数值计算中的每一步。使用这类工具将帮助粉体加工商充分利用现有的料斗，并满怀信心地确定稳健的新规格。

       作者简介:

       Tim Freeman，富瑞曼科技有限公司总经理

       Tim Freeman是粉体表征公司富瑞曼科技有限公司的总经理，他自20世纪90年代末便效力于该公司。他在FT4粉体流变仪®和通用型粉体测试仪的设计和持续发展方面发挥了重要作用。Tim与各专业机构合作并参与行业活动，对促进粉体加工领域的发展做出了杰出贡献。

       Tim拥有英国萨塞克斯大学的机电一体化学位。他是美国结构化有机微粒系统工程研究中心 (Engineering Research Center for Structured Organic Particulate Systems) 许多项目组的导师，并经常组织粉体表征和加工领域的行业会议。作为美国药学科学家协会 (AAPS) 的"过程分析技术"焦点小组的前任主席，Tim是制药技术编辑顾问委员会的成员，以及《欧洲药物评论》杂志的行业专家组成员。Tim还是化学工程师学会"颗粒技术"特别兴趣小组的委员会成员、ASTM负责粉体和散装固体的特性和处理的D18.24小组委员会副主席，以及美国药典 (USP) 通论-物理分析专家委员会 (GC-PA EC) 的成员。

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