Effect of impeller speed on particle size distribution during high shear wet granulation process

Abstract

Wet granulation is the process where powders are mixed with a binder agent which is agitated with a mixer and forms a granulated product. This process is commonly used to better the processing characteristics of a powdered mix, including improved flow ability, uniformity in the content and uniformity in the size of the particles. This process is commonly used in food, pharmaceuticals, minerals, detergents and in the farming industry [1]. Even though this process is highly important, little is known about predicting the effect the speed of the mixer will have on the growth of the granules, which is why the main object of this investigation is to study the effect caused by the speed in the distribution of the size of the particles during wet granulation. In this investigation the speed of the mixer was varied to obtain optimum velocity. For experiment number one it was observed that the larger particles were formed at 560 rpm. For the second experiment the same results were observed at 650 rpm. According to previous investigations this varies because it tells us that while the speed rises the breaking phenomenon will exist. For each one of these experiments we only took the growth of the granules into consideration, which is the first mechanism of wet granulation. Lastly we were able to prove the Tardos theory which tells us that smaller particles will adhere easier to larger particles, which is why in our experiments a bimodal distribution was used. Also it was proven that before starting each experiment the material must be categorized since this affects the behavior of the granules. This was proven because for each experiment two lactose agents were used for different distributors and the results varied significantly. Also we could not use the same variables such as water content for each granulation, the time taken to collect samples size ranks for the bimodal distribution among others. The economic impact is a positive motivator as to why the granulation process needs to be made more efficient at the industrial level since there are studies that try to explain the effect of the speed of agitation on wet granulation; this takes us to look at the effect on a small scale. Stokes’ number indirectly takes into account the speed of agitation therefore it is a fundamental parameter in predicting the success of granulation. This is why this study focuses on that parameter. There have been other studies that try to explain the effect the speed of agitation has on granulation but there still are behaviors that have not been considered.

El proceso de granulación húmeda es el proceso de crecimiento de partículas donde se mezclan los polvos con un agente aglutinante el cual se agita con un mezclador y se forma un producto granulado. Este proceso es comúnmente utilizado para mejorar las características de procesamiento de una mezcla en polvo, incluyendo fluidez mejorada, la uniformidad de contenido y tamaño de las partículas más uniforme. El proceso se suele utilizar en los alimentos, farmacéutica, mineral, detergente y la industria agrícola [1]. A pesar de la importancia, todavía se sabe poco sobre predecir el efecto de la velocidad del mezclador en la cinética del crecimiento de gránulos. Es por eso que el objetivo principal de esta investigación es estudiar el efecto ocasionado por la velocidad en la distribución de tamaño de partículas durante el proceso de granulación húmeda. En esta investigación se variaron las velocidades del mezclador para obtener la velocidad óptima. Para el experimento 1, se encontró que donde hubo un mayor número de partículas de mayor tamaño fue para la velocidad de 560 rpm. Para el segundo experimento se encontró que la velocidad óptima fue para 650 rpm. Según investigaciones previas varia, porque nos dice que a medida que se aumenta la velocidad va a existir el fenómeno de rompimiento. Para cada uno de estos experimentos solo se tomo en cuenta el crecimiento de los gránulos que es el primer mecanismo de la granulación húmeda. En último lugar con estos experimentos se pudo comprobar la teoría de Tardos donde nos dice que las partículas de menor tamaño se adhieren mas fácilmente a las partículas de mayor tamaño es por eso que en nuestros experimentos se utilizo una distribución bimodal. También se comprobó que antes de realizar cada experimento se debe caracterizar el material ya que este afecta el comportamiento de los gránulos, esto se comprobó debido que para cada experimento se utilizo lactosas de dos distribuidores diferentes y los resultados variaron significativamente. Incluso no se pudo utilizar las mismas variables como el contenido de agua para cada granulación, el tiempo de tomar las muestras, los rangos de tamaños para la distribución bimodal entre otros. El impacto económico es una motivación positiva q se tendría al hacer eficiente el proceso de granulación húmeda a nivel industrial. Debido a que hay algunos estudios que tratan de explicar el efecto de la velocidad de agitación en la granulación húmeda es por eso que nos lleva a estudiar este fenómeno a pequeña escala. El número de Stokes, indirectamente toma en cuenta la velocidad de agitación por lo tanto es un parámetro fundamental para predecir el éxito de una granulación. Por lo tanto este trabajo se enfoca en ese parámetro. Existen otros estudios que tratan de explicar el efecto de la velocidad de agitación en la granulación pero aun existen comportamientos que no han sido considerados.