粉體混合是指將不同物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的顆粒在空間上分布均勻的過程，在食品、醫(yī)藥、材料(尤指粉末冶金)、塑料、化肥、建筑等許多方面都有廣泛的應(yīng)用。盡管粉體混合技術(shù)的應(yīng)用很廣泛且由來已久，但對(duì)混合過程中粉體運(yùn)動(dòng)和混合機(jī)理的認(rèn)識(shí)和研究卻是在近代才起步的。
1937年，日本藥劑師小山在試圖通過轉(zhuǎn)動(dòng)來均勻混合不同大小的藥粒時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)使大小不同的顆粒分離了。其它的一些研究也表明轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)會(huì)使容器中不同大小的顆粒分離開，而不是人們通常認(rèn)為的愈混愈均勻。至今，顆粒物質(zhì)的混合過程與其說是一門科學(xué)，倒不如說是一門藝術(shù)”。
粉體混合原理
在粉體混合的過程中，通常按照粉體顆粒在混料器中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其混合原理可以分為三種：對(duì)流混合；剪切混合；擴(kuò)散混合。
1.對(duì)流混合：是指在攪拌器的作用下，不同組分的固體顆粒進(jìn)行大幅度的位置移動(dòng)，在來回流動(dòng)過程中進(jìn)行混合。
2.剪切混合：是指由于不同組分的固體顆粒的運(yùn)動(dòng)速度不同，在粉體中會(huì)形成很多滑移面，各個(gè)滑移面之間發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，像薄層狀的流體一樣進(jìn)行混合。
3.擴(kuò)散混合：是指在微觀狀態(tài)下，兩個(gè)相鄰的顆粒之間的局部混合，由于相鄰顆粒問相互改變位置的改變，會(huì)引起粉體顆粒之間相互滲透、摻和，擴(kuò)散混合過程可以使物料達(dá)到完全均勻的混合程度。
工業(yè)實(shí)際操作中，每種混合都是以上述3種混合方式來綜合體現(xiàn)的。
粉體混合設(shè)備介紹
粉體的合成均化過程主要是在外力作用下通過對(duì)粉體物料的攪拌、混合來逐步達(dá)到粉體顆粒均一分布的要求。它所使用的專用設(shè)備，按內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分為靜態(tài)無動(dòng)力式混合設(shè)備和動(dòng)態(tài)強(qiáng)制式混合設(shè)備按混合動(dòng)力來源可分為機(jī)械攪拌設(shè)備和壓縮空氣攪拌設(shè)備設(shè)施，即粉體物料的混合方式包括機(jī)械混合與氣力混合連續(xù)式混合與間歇式混合。
攪拌式合成均化設(shè)備
攪拌式葉片式合成均化設(shè)備是一種應(yīng)用于多組分干粉物料的混合均化設(shè)備，它屬于一種連續(xù)、強(qiáng)制性攪拌混合的機(jī)械設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于水泥工業(yè)合成水泥和預(yù)加水成球等工藝環(huán)節(jié)。
氣力混合均化設(shè)備
氣力混合均化設(shè)備也稱為空氣攪拌庫或氣力均化庫，是為解決機(jī)械式強(qiáng)制攪拌難以到達(dá)物料的高效混合均勻時(shí)而開發(fā)設(shè)計(jì)的一種大型混合設(shè)備。它主要是利用高速壓縮氣流使物料受到強(qiáng)烈翻動(dòng)或由于高壓氣流在容器中形成對(duì)流流動(dòng)而使物料混合。
影響混合的因素
影響粉體混合的因素可歸納為四個(gè)方面：顆粒性質(zhì)、混合機(jī)性能、工藝參數(shù)和混合環(huán)境。經(jīng)驗(yàn)表明，任一因素的變化，都可能對(duì)混合過程和混合效果產(chǎn)生明顯的影響。
顆粒性質(zhì)
顆粒性質(zhì)包括：粒子的粒度與粒度的分布，粒子的形狀、粗糙度，粒子的密度、松散體積密度、靜電荷、水分含量、脆碎性、休止角、流動(dòng)性、結(jié)團(tuán)性以及彈性等。
混合工藝
運(yùn)轉(zhuǎn)條件包括：物料在容器內(nèi)的配比量的多少，占混合機(jī)體積的比率（裝料系數(shù)），混合時(shí)間，進(jìn)入混合機(jī)的方法、次序、攪拌部件和混合的旋轉(zhuǎn)速度等。
混合機(jī)性能和混合方式
混合機(jī)性能包括機(jī)身、攪拌部件的尺寸與形狀、進(jìn)料部位和結(jié)構(gòu)材料表面加工質(zhì)量以及卸料裝置的性能，其影響粒子在混合機(jī)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，如流動(dòng)方式和速度。
混合質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)總結(jié)
合格率（平均值）
合格率是指若干樣本在規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)上下限之內(nèi)的百分率，即一定范圍內(nèi)的合格率。平均值的計(jì)算公式：
X＝（X1＋X2＋X3＋…＋XN）/N。
這種計(jì)算方法雖然也在一定的范圍內(nèi)反映了樣品的波動(dòng)情況，但不能反映出全部樣品的波動(dòng)幅度，更沒有提供全部樣品中各種波動(dòng)幅度的分布情況。
標(biāo)準(zhǔn)偏差
也稱為均方差根，表示數(shù)據(jù)的波動(dòng)幅度，其計(jì)算公式為：
當(dāng)式中N值很大時(shí)，即樣本的觀察數(shù)值很多時(shí)，就比較接近和代表了總體。
離散度和均勻度
離散度R（也叫變異系數(shù)，用”CV”表示，％）定義為標(biāo)準(zhǔn)差S與樣本平均值之比。
均勻度H是相對(duì)于離散度的，H＝100％-R
均化效果
指均化過程前后的標(biāo)準(zhǔn)差之比。
e＝S1/S2
均化效果主要運(yùn)用在預(yù)均化過程中，來定工藝混合均化時(shí)間和來保證混合物料的均化性。
粉體混合效果評(píng)價(jià)儀器總結(jié)
由于混合過程的復(fù)雜性，目前研究人員對(duì)粉體物料混合時(shí)顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律還不能完全掌握，近幾年來，粉體混合效果的采樣分析技術(shù)和評(píng)價(jià)方法也得到了不斷的發(fā)展。其中儀器分析方法越來越多的被使用，儀器分析法主要包括數(shù)字圖像分析法、近紅外光譜法、x射線光譜法等。
數(shù)字圖像分析法
數(shù)字圖像處理技術(shù)是指通過圖像采集設(shè)備，如掃描儀將連續(xù)的圖像，通過圖像分析軟件處理為計(jì)算機(jī)可以采集的信息。
利用數(shù)字圖像技術(shù)可以得到粉體物料混合截面圖像中顆粒的很多信息，如：粉體顆粒的粒徑、圓形度、棱角系數(shù)等。通過建立模型，確定計(jì)算方法，以某一計(jì)算機(jī)采集到的信息作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，能夠定量評(píng)價(jià)粉體顆粒混合的均勻性。
采用化學(xué)成像技術(shù)可以分析混合機(jī)內(nèi)空間分布變化與粒度變化。但化學(xué)成像技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)間較長、效率較低。
近紅外光譜法（NIR）
近紅外光譜是指介于中紅外與可見光之間的電磁波，其波長780—2500nm。NIＲ光譜技術(shù)在制藥混合過程中的應(yīng)用報(bào)道最為廣泛，具有實(shí)時(shí)快速、不破壞樣品、不污染環(huán)境等特點(diǎn)。通過樣品的近紅外光譜與準(zhǔn)（參考）樣品光譜集的對(duì)比，可以分析出樣品中某一組分的含量，從而計(jì)算出混合均勻度。
近年來，隨著連續(xù)型混合過程在制藥領(lǐng)域的應(yīng)用，NIＲ被應(yīng)用于連續(xù)型混合過程監(jiān)控。
x射線光譜法
X射線熒光光譜分析也是一種快速準(zhǔn)確的分析方法。。應(yīng)用X射線晶體分光光譜儀，能檢測(cè)出各組成元素的特征X射線的波長及強(qiáng)度，通過與標(biāo)準(zhǔn)圖譜進(jìn)行對(duì)比即可得元素的類型與含量值，從而對(duì)元素進(jìn)行定量和定性分析，最終計(jì)算出粉體混合的均勻度。
具有分析速度快、可用于在線測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在應(yīng)用范圍有限，只可以對(duì)無機(jī)粉體進(jìn)行定量和定性分析，且儀器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，價(jià)格高，對(duì)檢測(cè)人員的能力要求較高等缺點(diǎn)。
結(jié)語
近年來，混合均勻度的采樣和分析技術(shù)不斷推陳出新，幾種常用的混合器的混合機(jī)理被逐步探明，極大地豐富了粉體混合領(lǐng)域的知識(shí)和技術(shù)。期待在不久的將來，在靜力學(xué)方面建立一個(gè)描述離散固體物質(zhì)的模型;在動(dòng)力學(xué)方面建立能描述顆粒流動(dòng)的流體動(dòng)力學(xué)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，將數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，可更深刻地揭示混合過程中粉體的運(yùn)動(dòng)機(jī)理，達(dá)到更好的混合效果和更高的混合效率。
參考來源
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周友華等.淺析氣流混合技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用
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葉濤. 多組分粉體混合過程的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究
薛忠等.藥物粉末混合過程在線監(jiān)控技術(shù)研究進(jìn)展