Advanced

Evaluation of sifting segregation testing with spherical particles

Al-Saaigh, Banien LU (2016) KLG920 20161
Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
Abstract
Segregation is a well-known process problem that may cost companies quality and time. The aim of this project was to establish a fundamental understanding about sifting segregation by using the sifting segregation tester described in the ASTM International standard. In this work, Cellets and Suglets were used to study particles tendency to segregate at different weight ratios and different particle size ratios. Different loads were also tested. The segregation extent was then assessed using the particle size distribution of the samples analyzed with QicPic, image analysis sensor.

The results showed that segregation was mainly detected in the experiments conducted with both hoppers combined. The experiments performed with either only the... (More)
Segregation is a well-known process problem that may cost companies quality and time. The aim of this project was to establish a fundamental understanding about sifting segregation by using the sifting segregation tester described in the ASTM International standard. In this work, Cellets and Suglets were used to study particles tendency to segregate at different weight ratios and different particle size ratios. Different loads were also tested. The segregation extent was then assessed using the particle size distribution of the samples analyzed with QicPic, image analysis sensor.

The results showed that segregation was mainly detected in the experiments conducted with both hoppers combined. The experiments performed with either only the upper or the bottom hopper showed low variation of the fine content, indicating that hopper discharge did not charge segregation. Hence, the particles mainly segregated during heap formation in the lower hopper of the tester, where smaller particles got concentrated in the central part of the heap. When varying the load of the blend, applying different diameter ratios and different mass ratios using both hoppers, it resulted in a similar segregation profile in all experiments where the fines content decrease towards the end of a segregation cycle. Lastly, the experiments with different diameter ratios showed that the segregation extent increased with increasing diameter ratio and mass ratio. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
I alla industrier där partiklar behandlas i torra prover är segregering ett stort problem. Segregering kan ske vid olika steg i processen där partiklarna i fråga till exempel transporteras, blandas eller bara lagras. Det uppskattas att uppemot 30 % av all fördröjning i processer sker på grund av segregering av partiklar(Johanson, 2014). Detta leder till kritiska konsekvenser för ett företag så som fördröjd process och/eller förlust av material, vilket kostar både tid och kvalité. Det är i många fall kritiskt att läkemedlet innehåller rapporterad mängd av de icke–aktiva och aktiva ingredienserna för att verka. Med tillräcklig information om partiklarnas karaktärer kan prediktioner göras om hur partiklarna kommer agera i olika blandningar... (More)
I alla industrier där partiklar behandlas i torra prover är segregering ett stort problem. Segregering kan ske vid olika steg i processen där partiklarna i fråga till exempel transporteras, blandas eller bara lagras. Det uppskattas att uppemot 30 % av all fördröjning i processer sker på grund av segregering av partiklar(Johanson, 2014). Detta leder till kritiska konsekvenser för ett företag så som fördröjd process och/eller förlust av material, vilket kostar både tid och kvalité. Det är i många fall kritiskt att läkemedlet innehåller rapporterad mängd av de icke–aktiva och aktiva ingredienserna för att verka. Med tillräcklig information om partiklarnas karaktärer kan prediktioner göras om hur partiklarna kommer agera i olika blandningar och om de kommer segregera samt till vilken utsträckning.

Idag finns det 13 olika segregeringsmekanismer definierade, till exempel siktningssegregering och fluidiseringssegregering. Dessa mekanismer beror på egenskaperna som partikeln bär, så som partikelstorlek och densitet. I denna studie studeras endast siktningssegregeringsmekanismen. Siktningssegregering sker när partiklar har stor skillnad i storlek, stort medelvärde på partikelstorleken, fritt flödande partiklar, och inga interpartikulära krafter. I en blandning av små och stora partiklar har de små partiklarna en tendens att falla genom dödvolymerna som de stora partiklarna skapar. Vilket innebär att det kommer att vara högre koncentration av små partiklar längre ner i behållaren och högre koncentration av större partiklar längre upp i behållaren(Tang & Puri, 2004).

Material som studerats är socker- och cellulosakärnor av olika storlekar. Cellulosakärnor av olika storlekar blandades för sig och sockerkärnor lika så. Cellulosakärnor som testats är Cellets 127, 263, 305 och 507. Sockerkärnorna som studerats är Suglets 100, 355 och 600. Blandningar med samma massfraktioner användes, 48/52 viktsprocent (Cellets 127/263, 127/305 och 127/507 samt Suglets 100/600 och 100/355). Dessa blandas med en Turbula blandare först innan de överfördes till siktningssegregeringsuppställningen.

Med dessa blandningar testas först olika överföringstekniker från blandningsbehållaren till segregeringsuppställningen, en lite mer slarvig metod och en lite mer försiktig metod för att bestämma om det influerar segregeringsresultatet. Det visades att det spelade roll hur blandningen överförs och den mest passande överföringstekniken var därför den försiktiga, denna bevarades således under kommande försök.

Huvudmålet med denna studie var att med nämnda blandningar studera hur diameterkvoten influerar segregering. Likaså studerades fraktionen av små respektive stora partiklar inflytande. En ekvation som beskriver ett experiments segregeringsgrad (Segregation extent) användes. Resultatet stärkte att partikelstorleken har en stor inverkan på homogeniteten av en blandning. Desto mindre skillnad i partikelstorleken desto mindre segregerar blandningen. Blandningen med 127/263 visar en mindre variation av data och mindre segregeringsgrad, till skillnad från 127/507 blandningen, detta kan ses i utvärderingen av data där standardavvikelsen är mindre och beräkningen av segregeringsgraden gav ett lägre värde för 127/263.

Dessutom visades det att blandningar med högre koncentration av små partiklar segregerar mindre. De små partiklar är mer kohesiva vilket innebär att de håller ihop och flödar därför inte lika lätt mellan de stora partiklarna. De små partiklarna har därutöver en mindre partikelyta och därav högre interpartikulära krafter som även de hjälper till att hålla partiklarna ifrån att segregera.

Proverna som genererades av de olika experimenten analyserades dynamiskt med ett instrument som heter QicPic. Här dispergeras prover genom gravitation och fotograferas därefter av en kamera som beräknar partikelns storlek. Detta instrument ger en bra förståelse om innehållet av de olika komponenterna i dem olika proverna genom att studera dess partikelstorleksfördelningar.

I efterhand har en grundläggande förståelse skapats om siktningsegregerings mönster och bättre förståelse om hur partiklar uppträder i olika omständigheter, till exempel, vilka blandningar som segregerar mindre respektive mer. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Al-Saaigh, Banien LU
supervisor
organization
course
KLG920 20161
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
spherical particle, sifting segregation, QicPic, pharmaceutical technology, läkemedelsteknologi
language
English
id
8881146
date added to LUP
2016-06-27 08:46:02
date last changed
2016-06-27 08:46:02
@misc{8881146,
  abstract     = {Segregation is a well-known process problem that may cost companies quality and time. The aim of this project was to establish a fundamental understanding about sifting segregation by using the sifting segregation tester described in the ASTM International standard. In this work, Cellets and Suglets were used to study particles tendency to segregate at different weight ratios and different particle size ratios. Different loads were also tested. The segregation extent was then assessed using the particle size distribution of the samples analyzed with QicPic, image analysis sensor.

The results showed that segregation was mainly detected in the experiments conducted with both hoppers combined. The experiments performed with either only the upper or the bottom hopper showed low variation of the fine content, indicating that hopper discharge did not charge segregation. Hence, the particles mainly segregated during heap formation in the lower hopper of the tester, where smaller particles got concentrated in the central part of the heap. When varying the load of the blend, applying different diameter ratios and different mass ratios using both hoppers, it resulted in a similar segregation profile in all experiments where the fines content decrease towards the end of a segregation cycle. Lastly, the experiments with different diameter ratios showed that the segregation extent increased with increasing diameter ratio and mass ratio.},
  author       = {Al-Saaigh, Banien},
  keyword      = {spherical particle,sifting segregation,QicPic,pharmaceutical technology,läkemedelsteknologi},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Evaluation of sifting segregation testing with spherical particles},
  year         = {2016},
}