NEW BRUNSWICK/PISCATAWAY, N. J. - Инженеры Rutgers продемонстрировали, что более быстрое или более длительное перемешивание смеси гранулированных ингредиентов в пищевой или фармацевтической промышленности не всегда дает однородную смесь. На самом деле, вы даже можете разделить ингредиенты, которые, по вашему мнению, были тщательно перемешаны.
Хотя эти результаты не изменят то, как повара в домашних условиях смешивают муку, соль и сахар для выпечки пирога, они могут помочь производителям таких разнообразных продуктов, как сухие завтраки, лекарства, косметика или даже удобрения и материалы для дорожного покрытия. производить более качественную продукцию с меньшими производственными отходами.
Наблюдения инженеров из Рутгерса опубликованы в выпуске журнала Nature, престижного британского научного журнала, за эту неделю.
«В то время как смешивание сухих ингредиентов может показаться простым делом, получение однородных партий в больших масштабах на самом деле может быть проблемой для промышленности», - сказал Бен Глассер, профессор химической и биохимической инженерии в Rutgers, The State. Университет Нью-Джерси. «Последствия неравномерного смешивания могут варьироваться от коробки с изюмом без достаточного количества изюма до таблеток, которые не содержат безопасного или эффективного количества активного фармацевтического препарата».
Глассер сказал, что в течение многих лет исследователи изучали, как жидкости и газы ведут себя при перемешивании, и обнаружили, как «равномерный поток превращается в турбулентность». Эта концепция применялась в производстве, авиации, борьбе с загрязнением окружающей среды и прогнозировании погоды. Но, добавил он, «мы до сих пор мало знаем о динамике смешивания порошков или гранул."
Самым поразительным открытием, сделанным Глассером и его коллегами, профессором биомедицинской инженерии Троем Шинбротом и Стивеном Конвеем, докторантом, была тенденция мелких частиц разделяться на отдельные слои в условиях, которые в противном случае, казалось бы, вызвали тщательное перемешивание.. В своей статье под названием «Аналогия вихря Тейлора в гранулированных потоках» они отметили, что при более низких скоростях смешивания мелкие стеклянные шарики разных размеров начинают смешиваться однородно. Но по мере увеличения скорости шарики начали формировать отчетливые слои, количество и толщина которых менялись в зависимости от скорости вращения. Исследователи смогли определить закономерности движения гранул, которые способствовали образованию слоев и мешали достижению равномерного смешивания.
Хотя исследователи выполняли свою работу в контролируемых лабораторных условиях, они считают, что открыли принципы перемешивания твердых частиц, которые могут быть полезны не только для производства, но также для понимания и управления потоком «частиц» на более крупных объектах. масштабы, такие как оползни и лавины.
Подобно тому, как более ранние исследования смешивания жидкостей помогли нам понять, как смешивается речная вода, когда она достигает океана, мы ожидаем, что наше понимание смешивания гранул поможет ученым лучше понять, как течет почва, песок, камень или снег, - сказал Глассер. «Эти знания могли бы помочь инженерам спроектировать барьеры, которые эффективно отводят оползни от развитых и населенных районов».
Исследование инженеров было частично поддержано грантами Национального научного фонда, Американского химического общества, Merck & Co., Inc. и НАСА.