Ciała stałe

Ciało stałe to stan materii, w którym cząsteczki lub atomy są ułożone w stałą siatkę lub strukturę amorficzną. Jednak w kontekście technicznym - zwłaszcza podczas przetwarzania proszków - ciała stałe rzadko są jednorodne. Zazwyczaj występują jako układy wielofazowe.

Sproszkowane ciała stałe tworzą tak zwane hałdy rozproszone, tj. skupiska cząstek o nieregularnych kształtach i różnych rozmiarach. Pomiędzy tymi cząstkami znajdują się nieuchronnie puste przestrzenie, które są zazwyczaj wypełnione powietrzem z otoczenia. Takie dyspersje są zatem dwufazowe (ciało stałe + gaz). Jeśli obecna jest również ciecz, np. z powodu adsorpcji wody lub właściwości higroskopijnych cząstek, istnieje nawet układ trójfazowy (ciało stałe + ciecz + gaz).

Geometryczny układ i gęstość tych klastrów jest opisywana przez tak zwaną gęstość upakowania, która może się znacznie różnić w zależności od kształtu, rozmiaru i rozkładu cząstek. Porowatość proszku można opisać matematycznie i ma ona decydujące znaczenie dla wielu parametrów inżynierii procesowej - np. dla zachowania przepływu, mieszalności, suszenia lub rozpuszczalności.

ϕ: Gęstość upakowania

VSolid: Objętość ciała stałego

Vtotal: Objętość mieszaniny proszków

ε: Porowatość

Niektóre zastosowania przemysłowe wykorzystują fazę gazową w sproszkowanych ciałach stałych:

Na przykład, w produkcji długotrwale stabilnych preparatów dla niemowląt lub proszków probiotycznych, powietrze z otoczenia jest usuwane z opakowania i zastępowane mieszaniną gazów ochronnych - zwykle azotu i dwutlenku węgla. Ta mieszanina gazów zmniejsza reakcje utleniania i chroni opakowanie w przypadku wahań temperatury. Współczynnik rozszerzalności cieplnej jest wówczas podobny do współczynnika rozszerzalności powietrza otoczenia.

Stałe koncentraty w proszku mają wiele zalet w porównaniu z płynami:

• Wyższe stężenie składnika aktywnego na objętość
• Mniejsza objętość opakowania
• Znacznie poprawiona stabilność przechowywania

Jednocześnie przetwarzanie ciał stałych stawia wysokie wymagania w zakresie inżynierii procesowej. Mieszanie proszków jest znacznie bardziej złożone niż mieszanie cieczy, ponieważ należy wziąć pod uwagę między innymi następujące aspekty

• Ścieranie
• Zachowanie przepływu
• Ryzyko tworzenia się grudek
• Tendencje do segregacji z różnicami gęstości
• Problemy higieniczne związane z powstawaniem pyłu

Uwaga

Podczas opracowywania koncentratów proszkowych nacisk kładziony jest na łatwe zwilżanie i rozpuszczanie.

Niektóre koncentraty proszków wykazują trudne właściwości zwilżające i dyspergujące. Możliwe jest wprowadzenie drobnych pęcherzyków gazu. Może to prowadzić do niepożądanego pienienia. Szczególnie w przypadku lepkich cieczy lub hydrofobowych powierzchni proszków, pęcherzyki mają tendencję do pozostawania stabilnymi w systemie nawet po zastosowaniu próżni. Aby skompensować te efekty, w praktyce stosuje się różne systemy wirnik-stojan o wysokiej prędkości ścinania.

amixon® produkuje precyzyjne mieszalniki, które utrzymują dobrą rozpuszczalność proszków. Mieszają z minimalną energią i ścinaniem. Umożliwiają idealną jakość mieszania wszystkich proszkowych lub półstałych ciał stałych - niezależnie od wielkości cząstek, gęstości nasypowej lub zawartości wilgoci. Sprawdzona zasada mieszania trójwymiarowego działa również przy różnych poziomach napełnienia mieszalnika.