FI128765B

FI128765B - Device for classification of powder flow

Info

Publication number: FI128765B
Application number: FI20197155A
Authority: FI
Inventors: Osmo Antikainen; Heikki Räikkönen; David Blanco Fernández
Original assignee: Rav Science Oy
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2020-11-30

Abstract

Pulverflöde och att känna till flödesegenskaper av pulver är en viktig del av att hantera produktionsprocesser inom gruv-, livsmedels-, kemikalie- och läkemedelsindustrin. Uppfinningen hänför sig till industriområden där pulver flyttas i rörledningar och används för att fylla formar eller förpackningar. För närvarande används mätutrustning baserade på tyngdkraft och skjuvkrafter för att bestämma pulverflöde. Nackdelen med dessa är kravet på att pulvret bör ha ett rimligt flöde för att alls möjliggöra mätning. Bestämning av pulverflödesegenskaper i gravitationsbaserade metoder är inte möjlig för en stor andel kohesiva pulver på grund av valvformning. Föreliggande uppfinning kan mäta flödet av pulver från mängder mindre än 500 mg och är lämpligt för både dåligt och välflödande pulver. I metoden är mätkyvetten (2) fäst vid en rörlig bas (1) innehållande en ljuskälla, medelst vilken pulvret reproducerbart bringas till ett förutbestämt rörelsestillstånd. I början av mätningen accelereras basen (1) och pulvret i mätkyvetten (2) till en förinställd hastighet, varefter basen (1) och mätkyvetten (2) stoppas snabbt. Nu fortsätter pulvermassan ensam att röra sig i mätkyvetten (2) från kammaren (5) och träffar tappen (7), vilket resulterar i att pulvermassan bryts i två delar när den fortskrider i mätkyvetten (2) in i kammaren (8). Tappen (7) delar pulvret i två halvor / delar, som sprider sig in i kammaren (8) tills deras kinetiska energi är uttömd av påverkan av partiklarnas kollisioner och friktionen. Slutligen avbildas det dispergerade pulvret av en kamera (3) och analyseras av en dator (4) från vilken flödesvärdet bestäms.Powder flow and knowing the flow properties of powder is an important part of managing production processes in the mining, food, chemical and pharmaceutical industries. The invention relates to industrial areas where powder is moved in pipelines and used to fill molds or packages. Measuring equipment based on gravity and shear are currently used to determine powder flow. The disadvantage of these is the requirement that the powder should have a reasonable flow to enable measurement at all. Determination of powder flow properties in gravity-based methods is not possible for a large proportion of cohesive powders due to arc forming. The present invention can measure the flow of powder from amounts less than 500 mg and is suitable for both poor and well-flowing powders. In the method, the measuring cuvette (2) is attached to a movable base (1) containing a light source, by means of which the powder is reproducibly brought to a predetermined state of motion. At the beginning of the measurement, the base (1) and the powder in the measuring cuvette (2) are accelerated to a preset speed, after which the base (1) and the measuring cuvette (2) are stopped quickly. Now the powder mass alone continues to move in the measuring cuvette (2) from the chamber (5) and hits the pin (7), which results in the powder mass breaking in two parts as it progresses in the measuring cuvette (2) into the chamber (8). The pin (7) divides the powder into two halves / parts, which spread into the chamber (8) until their kinetic energy is exhausted by the influence of the particles' collisions and friction. Finally, the dispersed powder is imaged by a camera (3) and analyzed by a computer (4) from which the flow value is determined.

Description

JAUHEEN VALUMISEN LUOKITTELULAITEPOWDER SPILL CLASSIFICATION DEVICE

KEKSINNÖN ALAFIELD OF THE INVENTION

Keksinnön kohteena on teollisuuden alat, joissa jauheita liikutellaan putkistoissa ja niillä — täytetään muotteja tai pakkauksia.The subject of the invention is industrial sectors where powders are moved in pipelines and are used to fill molds or packages.

KEKSINNÖN TAUSTABACKGROUND OF THE INVENTION

Jauheiden valuminen ja valumisen tunteminen on tärkeä osa kaivos-, elintarvike-, kemian- ja lääketeollisuuden tuotantoprosessien hallintaa. Kun jauheita siirretään — putkistoissa, sekoitetaan ja annostellaan, on tärkeä saada siirrettyä aina sama määrä haluttua jauhemateriaalia tuotannon väli- ja lopputuotteisiin. Myös jauheseosten sekoituksessa ja erottumisessa olevien jauhekomponenttien valumisominaisuuksien tunteminen auttaa optimoimaan ja ennaltaehkäisemään mahdollisia tuotekehitys- ja tuotanto-ongelmia. Nykyisin käytössä on gravitaatioon ja jauheiden leikkausvoimiin — pohjautuvia ratkaisuja, näiden huonoja puolia on vaatimus kohtuullisesta valumisesta, jotta mittaaminen ylipäätänsä on mahdollista. Jauheen valuvuuden määritys gravitaatioon perustuvissa menetelmissä ei ole mahdollista suurelle osalle koheeseja jauheita, holvaantumisen = takia. Leikkausvoimiin perustuvat valumismittarit kohdistavat mitattavaan jauheeseen voimakkaan mekaanisen rasituksen, jonka seurauksena itse — mittaaminen muuttaa jauheen ominaisuuksia, esimerkiksi rikkomalla hauraita rakeita pienemmäksi. Tämän lisäksi kyseisten menetelmien erottelukyky (toistettavuus) onThe flow of powders and knowing the flow is an important part of the management of production processes in the mining, food, chemical and pharmaceutical industries. When powders are transferred — in pipelines, mixed and dosed, it is important to always transfer the same amount of the desired powder material to the intermediate and final products of the production. Knowing the flow properties of the powder components in the mixing and separation of powder mixtures also helps to optimize and prevent possible product development and production problems. Currently, there are solutions based on gravity and the shearing forces of powders, the downside of which is the requirement for reasonable drainage, so that measurement is possible at all. Determining the flowability of the powder in gravity-based methods is not possible for a large part of cohesive powders, because of the vaulting =. Runoff meters based on shear forces apply a strong mechanical strain to the powder being measured, as a result of which — the measurement itself changes the properties of the powder, for example by breaking fragile grains into smaller ones. In addition to this, the resolution (reproducibility) of the methods in question is

S rajallinen ja mitattavaa jauhetta on oltava käytettävissä yli 10g. 3S limited and more than 10g of measurable powder must be available. 3

N Yleisesti käytettyjä menetelmiä ovat esimerkiksi massan valuminen suppilon läpi ajan 2 25 — funktiona, valumiskulman mittaaminen, reometrillä mitattavat jauheiden leikkausvoimat * ja valumisen toteutumista pohjan kulmaa muuttamalla mittaavat menetelmät (rumpu taiN Commonly used methods are, for example, the flow of the mass through the funnel as a function of time 2 25 —, measuring the flow angle, the shearing forces of powders measured with a rheometer * and methods that measure the flow by changing the angle of the base (drum or

O kaltevataso). 5O inclined plane). 5

NOF

KEKSINNÖN TARKOITUSPURPOSE OF THE INVENTION

Tällä keksinnöllä kyetään mittaamaan jauheiden valumista ainemääristä, jotka ovat alle 500 mg ja menetelmä soveltuu huonosti ja hyvin valuville jauheille. Keksinnössä käytetyssä menetelmässä jauheen dispergoituminen tapin vaikutuksesta kahteen osaan on vastaava kuin todellisessa valumistilanteessa, missä jauheen primääripartikkelit valuessaan joutuvat liukumaan toistensa lomitse nopeasti. Aikaisemmissa jauheen mittauslaitteistoissa tarvittava jauhemäärä mittauksen tekemiseen on yli 10 g. Koska esimerkiksi lääketeollisuudessa uuden lääkemolekyylikiteen hinta on erittäin korkea ja mitä pienemmällä ainemäärällä jauheen valuminen voidaan määrittää, sitä aikaisemmassa — vaiheessa lääkkeen kehityspolkua voidaan lopputuotteen valmistus aloittaa ja säästää rahaa.With this invention, it is possible to measure the flow of powders from amounts of substances that are less than 500 mg, and the method is suitable for poorly and well-flowing powders. In the method used in the invention, the dispersing of the powder into two parts due to the impact of the pin is similar to a real flow situation, where the primary particles of the powder have to slide past each other quickly when flowing. In previous powder measuring equipment, the amount of powder needed to make a measurement is more than 10 g. Because, for example, in the pharmaceutical industry, the price of a new drug molecular crystal is very high, and the smaller the amount of substance that can be used to determine the flow of the powder, the earlier in the drug's development path the manufacturing of the final product can be started and money can be saved.

KEKSINNÖN SELOSTUSDESCRIPTION OF THE INVENTION

Menetelmässä mittakyvetti on kiinnitetty liikuteltavaan, valolähteen sisältävään, — alustaan, jolla jauhe saatetaan toistettavasti ennalta määritettyyn liiketilaan. Mittauksen alussa alusta ja mittakyvetissä oleva jauhe kiihdytetään ennalta säädettyyn nopeuteen, jonka jälkeen alusta ja mittakyvetti pysäytetään nopeasti paikalleen. Jauhemassa jatkaa kuitenkin nyt liikettään mittakyvetissä ja osuu tappiin (kuvio2 osa (7)), jonka vaikutuksesta jauhemassa hajoaa kahteen osaan edetessään mittakyvetissä.In the method, the measuring cuvette is attached to a movable base containing a light source, with which the powder is reproducibly brought into a predetermined state of motion. At the beginning of the measurement, the platform and the powder in the measuring cuvette are accelerated to a preset speed, after which the platform and the measuring cuvette are quickly stopped in place. However, the powder mass now continues its movement in the measuring cuvette and hits the pin (Figure 2 part (7)), which causes the powder mass to break into two parts as it moves through the measuring cuvette.

Laitteisto koostuu seuraavista osista (kuvio 1): Valonlähteestä (1), mittakyvetistä (2), o kamerasta (3) ja kameran/kelkan tiedonkeruu/ohjaustietokoneesta (4). Kyvetti koostuuThe equipment consists of the following parts (Figure 1): Light source (1), measuring cuvette (2), o camera (3) and camera/sled data collection/control computer (4). The cuvette consists of

N (kuvio 2): Näytteen latauskammiosta (5), seinämän läpimenoaukosta (6), tapista (7) ja 3 kuvauskammiosta (8). Laitteiston toimintaperiaate on seuraava: Kyvettiin (kuviol osaN (Figure 2): From the sample loading chamber (5), the wall through hole (6), the pin (7) and 3 imaging chambers (8). The operating principle of the equipment is as follows: In the cuvette (fig. part

N 25 —(2)) kohdistetaan voima, joka aiheuttaa kyvetin liiketilan muutoksen. Kyvetissä (kuvio 1N 25 —(2)) a force is applied that causes a change in the cuvette's state of motion. In the cuvette (Fig. 1

E (2)) ja (kuvio 2) kammiossa (5) oleva jauhe jatkaa liikettä kohti kyvetin kammiota (8) 10 osuen matkalla tappiin (7). Tappi (7) jakaa jauheen kahteen puoliskoon/osaan, mitkä = leviävät kammioon (8), kunnes niiden liike-energia on loppunut partikkelien törmäilyn ja 9 kitkan vaikutuksesta. Lopuksi levinnyt jauhe kuvataan kameralla (3) ja analysoidaan — tietokoneella (4). Kuvasta määritetään kuinka symmetrinen kammiossa (8) oleva tapin (7) jakaman jauheen levittyminen on kammion (8) keskiakselin suhteen. Mitä suuremman symmetrisen alueen jauhe peittää mittakyvetin pohjasta, alueella (8), sitä parempaa jauheen valuminen on.E (2)) and (Figure 2) the powder in the chamber (5) continues to move towards the cuvette chamber (8) 10, hitting the pin (7) on the way. The pin (7) divides the powder into two halves/parts, which spread into the chamber (8) until their kinetic energy is exhausted due to particle collision and 9 friction. Finally, the spread powder is photographed with a camera (3) and analyzed — with a computer (4). The image determines how symmetrical the spread of the powder distributed by the pin (7) in the chamber (8) is with respect to the central axis of the chamber (8). The larger the symmetrical area the powder covers from the bottom of the measuring cuvette, in area (8), the better the powder's drainage.

KUVIOLUETTELOLIST OF PATTERNS

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää laitteiston kuvausgeometrian (kuvattuna sivusta). kuvio 2 esittää laitteiston mittauskyvetin (kuvattuna päältä). — kuvio 3 esittää tablettikoneessa valmistettujen tablettien painonvaihtelun kolmella eri apuaineella. kuvio 4 esittää patentissa haettavalla menetelmällä (In -House device) saadut valumista kuvaavat mitta-arvot. Mitta-arvo 100% tarkoittaa koko kammion (8) pinta-alalle levittäytynyttä jauhemassaa. — kuvio 5 esittää kameran (3) ottamat kuvat kyvetistä, kun mitattava jauhe on levittäytynyt alueelle (8). —KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUSIn the following, the invention is explained in detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows the imaging geometry of the equipment (viewed from the side). Figure 2 shows the measuring cuvette of the equipment (pictured from above). — figure 3 shows the weight variation of tablets made in a tablet machine with three different excipients. figure 4 shows the measurement values describing the runoff obtained with the method applied for in the patent (In-House device). The measured value 100% means the powder mass spread over the entire surface of the chamber (8). — figure 5 shows the images taken by the camera (3) of the cuvette when the powder to be measured has spread over the area (8). —DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Kuviossa 3 on esitetty farmasian teollisuudessa yleisesti käytettyjen tablettien o selluloosapohjaisten, eri keskipartikkelikoon omaavien, kaupallisten apuaineidenFigure 3 shows the cellulose-based commercial excipients of tablets commonly used in the pharmaceutical industry, with different average particle sizes

N (Vivapur 101, Avicel 102 ja Avicel 200) valuvuuseroista johtuva, puristettujen tablettien 3 painonvaihtelu ja kuviossa 4 patentoitavalla mittalaitteella saatu kokeellinen mittaustulosN (Vivapur 101, Avicel 102 and Avicel 200) weight variation of compressed tablets 3 due to differences in flowability and the experimental measurement result obtained with a patent-pending measuring device in Figure 4

N 25 — samoille apuainejauheille. Tulokset näyttävät, että patentoitavalla mittalaitteella mitatutN 25 — for the same excipient powders. The results show that measured with a patentable measuring device

E jauheen — valumisominaisuudet — korreloivat — suoraan — puristettujen — tablettien o painonvaihteluun, eli mitä paremmin jauhe valuu sitä pienempi on tablettien = painonvaihtelu. Kuviosta 5 nähdään, että Vivapur 101 omaa huonoimmat > valumisominaisuudet kolmesta tutkitusta apuaineesta, koska se on levittäytynyt — pienimmälle alueelle. Kuviosta 3 voidaan vastaavasti havaita, että samasta jauheesta puristetuilla tableteilla on myös suurin mitattu painonvaihtelu.The — draining characteristics of the E powder — are — directly — correlated to the weight variation o of the — compressed — tablets, i.e. the better the powder flows, the smaller the = weight variation of the tablets. Figure 5 shows that Vivapur 101 has the worst drainage properties of the three excipients studied, because it has spread over — the smallest area. It can be observed from Figure 3 that tablets pressed from the same powder also have the largest measured weight variation.

Claims

PATENT CLAIMS

1. A method for classifying the flow of powders made of different materials in pipelines and mold fillings, characterized by the fact that the method comprises the following steps: - Aimed at the cuvette (Figure 2), which consists of two chambers (5), (8) and a pin (7), a known force , as a result of which the powder mass loaded into the output chamber (5) moves towards the pin (7), which divides the powder mass into two parts in the chamber (8), from which a photograph is taken with the camera (3), with the illumination (1) below or above the chamber, and from the resulting photograph determine the symmetry of the mass divided into two parts in the chamber (8) and the symmetrical coverage of the surface of the chamber (8), whose proportion of the surface area of the chamber (8) describes the powder flow as a function of the applied force.

2. The method according to claim 1, characterized in that pictures can be taken from the chamber (8) also during the effect of the force applied to the cuvette.

3. The method according to claim 1, characterized in that the friction coefficient of the bottom of the cuvette (Figure 2) can be constant or gradually variable.

4. The method according to claim 1, characterized by the fact that the bottom of the chamber can be transparent or opaque due to the selected imaging geometry, and that — pictures are taken with one or more digital cameras.

5. The method according to claim 1, characterized in that the shape of the cross section of the pin (7) can be a circle, triangle, square, knife or other shape. o N O N o O N N I a a LO LO ~ O O N