Hot melt granulation of coarse pharmaceutical powders in a spouted bed

The hot melt granulation of a coarse pharmaceutical powder in a top spray spouted bed is described. The substrate was lactose-polyvinylpyrrolidone particles containing or not acetaminophen as a drug model. Polyethylene glycol (MW, 4000) used as binder was atomized onto the bed by a two-fluid spray nozzle. The granulation experiments followed a 2(3) factorial design with triplicates at the center point and were carried out by varying the spray nozzle vertical position, the atomizing air flow rate and the binder feed rate. Granules were evaluated by their pharmacotechnical properties like size distribution, bulk and tapped densities, Carr index, Hausner ratio and tableting characteristics. Analysis of variance showed that granule sizes were affected by the PEG feed rate and atomizing air pressure at the significance levels of 1.0 and 5.0%. respectively, but spray nozzle distance to the substrate bed was not significant. The spray conditions also affected granule flow and consolidation properties. measured by the Carr index and Hausner ratio. Measured densities, Carr indexes and Hausner ratios proved that granules flowability and consolidation properties are adequate for pharmaceutical processing and tableting. Tablets prepared with acetaminophen-containing granules showed good properties and adequate release profiles in in vitro dissolution tests. The results indicate the suitability of spouted beds for the hot melt granulation of pharmaceutical coarse powders. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

A study of high-speed milling characteristics of nitinol

High-speed milling (HSM) has many advantages over conventional machining. Among these advantages, the lower cutting force associated with the machining process is of particular significance for Nitinol alloys because their machined surfaces show less strain hardening. In this article, a systematic study has been carried out to investigate the machining characteristics of a Ni50.6Ti49.4 alloy in HSM. The effects of cutting speed, feed rate, and depth of cut on machined surface characteristics and tool wear are studied. It is found that an increase in cutting speed has resulted in a better surface finish and less work hardening. This is attributed to the reduction of chip cross-sectional area or chip thickness, which thus leads to a lower cutting force or load.

Development of a more efficient classifying cyclone

A more efficient classifying cyclone (CC) for fine particle classification has been developed in recent years at the JKMRC. The novel CC, known as the JKCC, has modified profiles of the cyclone body, vortex finder, and spigot when compared to conventional hydrocyclones. The novel design increases the centrifugal force inside the cyclone and mitigates the short circuiting flow that exists in all current cyclones. It also decreases the probability of particle contamination in the place near the cyclone spigot. Consequently the cyclone efficiency is improved while the unit maintains a simple structure. An international patent has been granted for this novel cyclone design. In the first development stage-a feasibility study-a 100 mm JKCC was tested and compared with two 100 min commercial units. Very encouraging results were achieved, indicating good potential for the novel design. In the second development stage-a scale-up stage-the JKCC was scaled up to 200 mm in diameter, and its geometry was optimized through numerous tests. The performance of the JKCC was compared with a 150 nun commercial unit and exhibited sharper separation, finer separation size, and lower flow ratios. The JKCC is now being scaled up into a fill-size (480 mm) hydrocyclone in the third development stage-an industrial study. The 480 mm diameter unit will be tested in an Australian coal preparation plant, and directly compared with a commercial CC operating under the same conditions. Classifying cyclone performance for fine coal could be further improved if the unit is installed in an inclined position. The study using the 200 mm JKCC has revealed that sharpness of separation improved and the flow ratio to underflow was decreased by 43% as the cyclone inclination was varied from the vertical position (0degrees) to the horizontal position (90degrees). The separation size was not affected, although the feed rate was slightly decreased. To ensure self-emptying upon shutdown, it is recommended that the JKCC be installed at an inclination of 75-80degrees. At this angle the cyclone performance is very similar to that at a horizontal position. Similar findings have been derived from the testing of a conventional hydrocyclone. This may be of benefit to operations that require improved performance from their classifying cyclones in terms of sharpness of separation and flow ratio, while tolerating slightly reduced feed rate.

Maximização da produção de paraxileno

Pretendeu-se, com o presente trabalho, efectuar um estudo sobre a possibilidade de aumentar a produção de paraxileno na unidade processual existente na refinaria da Galp no Porto. Foram estudados o conjunto de colunas T-0306 e T-0307 e a coluna T-0303, recorrendo ao uso do AspenPlus, na realização da simulação do processo nas condições actuais e para a realização da análise de sensibilidade, que permitiu verificar se o equipamento existente possui capacidade para satisfazer as necessidades exigidas pelo processo quando se pretende aumentar a produção. Com a simulação do processo, foi verificado que este já se encontra a laborar em condições óptimas. Na realização da análise de sensibilidade foram variados para o conjunto T-0306 e T- 0307, o caudal de alimentação entre 62780 e 95000 kg/h, o caudal de destilado da T-0306 entre 15833 e 23911 kg/h e o caudal de destilado da T-0307 entre 139 e os 235 kg/h. No caso da T-0303, foi variado o caudal de refinado entre 201240 e 304600 kg/h, o caudal de destilado e o caudal da corrente lateral, variam entre 77290 a 116930 kg/h. Pretendeu-se obter soluções que conseguissem cumprir as especificações relativas aos produtos obtidos, nomeadamente paraxileno com uma pureza de 99,6% e uma recuperação de 99%, tolueno com uma pureza de 97% e uma recuperação de 90% (T-0306 e T-0307). No caso da T- 0303, obter paraxileno com uma pureza de 2,23% e paradietilbenzeno com uma pureza de 99,0% e ambos com uma recuperação de 99%. Para as simulações que cumpriram as especificações anteriores, verificou-se se a energia transferida em aeroarrefecedores, fornalhas e permutadores excedem em 25% o seu valor de projecto. Em caso afirmativo isso significou o acréscimo de uma peça de equipamento idêntica à existente. A análise de sensibilidade permitiu concluir a separação é possível para os caudais actuais de extracto e refinado e para um aumento destes de 32, 40 e 50%. Foi ainda possível concluir que para os caudais actuais é necessária a colocação de novos aeroarrefecedores para as colunas T-0306 e T-0303 e de uma nova fornalha para a coluna T-0303. Para um aumento dos caudais de 32% para além das alterações referidas anteriormente é necessária a colocação de um novo aeroarrefecedor na coluna T-0307 e de uma nova fornalha da coluna T-0306. Se aumentarmos os caudais em 40% será também necessário o acréscimo de permutadores para a coluna T-0307. Para o aumento de 50%, os calores de permuta são excedidos em bastante mais do que 25%, em todos os aeroarrefecedores, permutadores e fornalhas. Uma vez que todas as colunas se encontram a funcionar acima da sua capacidade, concluiu-se que em ambos os casos seria necessária a montagem de uma segunda linha em paralelo e igual à existente. Implicando com esta alteração um investimento total de 10.439.574,36€.

Comparative analysis of drills for composite laminates

The characteristics of carbon fiber-reinforced plastics allow a very broad range of uses. Drilling is often necessary to assemble different components, but this can lead to various forms of damage, such as delamination which is the most severe. However, a reduced thrust force can decrease the risk of delamination. In this work, two variables of the drilling process were compared: tool material and geometry, as well as the effect of feed rate and cutting speed. The parameters that were analyzed include: thrust force, delamination extension and mechanical strength through open-hole tensile test, bearing test, and flexural test on drilled plates. The present work shows that a proper combination of all the factors involved in drilling operations, like tool material, tool geometry and cutting parameters, such as feed rate or cutting speed, can lead to the reduction of delamination damage and, consequently, to the enhancement of the mechanical properties of laminated parts in complex structures, evaluated by open-hole, bearing, or flexural tests.

Cutting forces and wear analysis of Si3N4 diamond coated tools in high speed machining

Si3N4 tools were coated with a thin diamond film using a Hot-Filament Chemical Vapour Deposition (HFCVD) reactor, in order to machining a grey cast iron. Wear behaviour of these tools in high speed machining was the main subject of this work. Turning tests were performed with a combination of cutting speeds of 500, 700 and 900 m min−1, and feed rates of 0.1, 0.25 and 0.4 mm rot−1, remaining constant the depth of cut of 1 mm. In order to evaluate the tool behaviour during the turning tests, cutting forces were analyzed being verified a significant increase with feed rate. Diamond film removal occurred for the most severe set of cutting parameters. It was also observed the adhesion of iron and manganese from the workpiece to the tool. Tests were performed on a CNC lathe provided with a 3-axis dynamometer. Results were collected and registered by homemade software. Tool wear analysis was achieved by a Scanning Electron Microscope (SEM) provided with an X-ray Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) system. Surface analysis was performed by a profilometer.

Drilling tool geometry evaluation for reinforced composite laminates

In this work, a comparative study on different drill point geometries and feed rate for composite laminates drilling is presented. For this goal, thrust force monitoring during drilling, hole wall roughness measurement and delamination extension assessment after drilling is accomplished. Delamination is evaluated using enhanced radiography combined with a dedicated computational platform that integrates algorithms of image processing and analysis. An experimental procedure was planned and consequences were evaluated. Results show that a cautious combination of the factors involved, like drill tip geometry or feed rate, can promote the reduction of delamination damage.

The effect of metal transfer stability (spattering) on fume generation, morphology and composition in short-circuit MAG welding

The main objective of this work was to evaluate the hypothesis that the greater transfer stability leads also to less volume of fumes. Using an Ar + 25%CO2 blend as shielding gas and maintaining constant the average current, wire feed speed and welding speed, bead-on-plate welds were carried out with plain carbon steel solid wire. The welding voltage was scanned to progressively vary the transfer stability. Using two conditions of low stability and one with high stability, fume generation was evaluated by means of the AWS F1.2:2006 standard. The influence of these conditions on fume morphology and composition was also verified. A condition with greater transfer stability does not generate less fume quantity, despite the fact that this condition produces fewer spatters. Other factors such as short-circuit current, arcing time, droplet diameters and arc length are the likely governing factors, but in an interrelated way. Metal transfer stability does not influence either the composition or the size/morphology of fume particulates. (c) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Avaliação de ferramentas na furação de laminados compósitos

Drilling of polymeric matrix composite structures

Delamination analysis of carbon fibre reinforced laminates: evaluation of a special step drill

Drilling of carbon fibre/epoxy laminates is usually carried out using standard drills. However, it is necessary to adapt the processes and/or tooling as the risk of delamination, or other damages, is high. These problems can affect mechanical properties of produced parts, therefore, lower reliability. In this paper, four different drills – three commercial and a special step (prototype) – are compared in terms of thrust force during drilling and delamination. In order to evaluate damage, enhanced radiography is applied. The resulting images were then computational processed using a previously developed image processing and analysis platform. Results show that the prototype drill had encouraging results in terms of maximum thrust force and delamination reduction. Furthermore, it is possible to state that a correct choice of drill geometry, particularly the use of a pilot hole, a conservative cutting speed – 53 m/min – and a low feed rate – 0.025 mm/rev – can help to prevent delamination.

Tool geometry evaluation for carbon reinforced composite laminates

The use of composite laminates in complex structures has increased significantly. However, there are still some issues when considering their use, mainly related with machining, leading to some difficulties and lack of acceptance. In this work, a methodology to evaluate drill geometry and feed rate based on thrust force and delamination extension is presented.

Estudo de delaminação em compósitos de matriz polimérica

A aplicação do material compósito é neste momento bastante vasta, graças à combinação das suas características específicas, tais como, maior resistência específica e módulos específicos e melhor resistência à fadiga, quando comparados com os metais convencionais. Tais características, quando requeridas, tornam este material ideal para aplicações estruturais. Esta caminhada de sucesso iniciou desde muito cedo, quando o material compósito já era utilizado para fabrico de armas pelos mongóis e na construção civil pelos hebreus e egípcios, contudo, só a partir dos meados do século XX é que despertou interesses para aplicações mais modernas. Atualmente os materiais compósitos são utilizados em equipamentos domésticos, componentes elétricos e eletrónicos, passando por materiais desportivos, pela indústria automóvel e construção civil, até indústrias de grande exigência e visibilidade tecnológica como a aeronáutica, espacial e de defesa. Apesar das boas características apresentadas pelos materiais compósitos, no entanto, estes materiais têm tendência a perderem as suas propriedades quando submetidas a algumas operações de acabamento como a furação. A furação surge da necessidade de ligação de peças de um mesmo mecanismo. Os furos obtidos por este processo devem ser precisos e sem danos para garantir ligações de alta resistência e também precisas. A furação nos materiais compósitos é bastante complexa devido à sua heterogeneidade, anisotropia, sensibilidade ao calor e pelo facto de os reforços serem extremamente abrasivos. A operação de furação pode causar grandes danos na peça, como a delaminação a entrada, defeitos de circularidade do furo, danos de origem térmica e a delaminação à saída que se apresenta como o mais frequente e indesejável. Com base nesses pressupostos é que este trabalho foi desenvolvido de forma a tentar obter processos simples para determinação e previsão de danos em polímeros reforçados com fibras (de carbono neste caso) de forma a precavê-los. De forma a conseguir estes objetivos, foram realizados ensaios de início de delaminação segundo a proposta de Lachaud et al. e ensaios de pin-bearing segundo a proposta de Khashaba et al. Foram também examinadas extensões de danos de acordo com o modelo de Fator de delaminação ajustado apresentado por Davim et al. A partir dos ensaios, de pin-bearing, realizados foram analisadas influências do material e geometria da broca, do avanço utilizado na furação e de diferentes orientações de empilhamentos de placas na delaminação de laminados compósitos e ainda a influências dessas variáveis na força de rutura por pin-bearing. As principais conclusões tiradas daqui são que a delaminação aumenta com o aumento do avanço, o que já era esperado, as brocas em carboneto de tungsténio são as mais recomendas para a furação do material em causa e que a delaminação é superior para a placa cross-ply quando comparada com placas unidirecionais. Para a situação de ensaios de início de delaminação foram analisadas as influências da variação da espessura não cortada por baixo da broca/punção, de diferentes geometrias de brocas, da alteração de velocidade de ensaio e diferentes orientações de empilhamentos de placas na força de início de delaminação. Deste ensaio as principais conclusões são que a força de início de delaminação aumenta com o aumenta da espessura não cortada e a influência da velocidade de ensaio altera com a variação das orientações de empilhamento.

Estudo da Delaminação em Compósitos de Epóxido Reforçado com Borracha e Fibras Naturais

Nos últimos anos, a utilização dos materiais compósitos tem vindo a tornar-se cada vez mais comum em várias indústrias, onde se verifica uma ascensão na procura pelos mesmos. Características como o baixo peso aliado à sua alta resistência e rigidez permitem que estes materiais possuam diversas aplicações em variadas áreas, desde a medicina, aeronáutica, indústria automóvel e aeroespacial, até à indústria eletrónica. Hoje em dia, o uso de desperdícios sólidos de borracha e fibras naturais na produção de materiais compósitos é, mais que uma opção, uma necessidade ambiental. De forma a reduzir as enormes quantidades de desperdícios, foi criado um material compósito constituído por uma resina termoendurecível reforçada com esses dois tipos de desperdícios. Parâmetros de fabrico como a percentagem de borracha, o tamanho das partículas de borracha, a percentagem de fibras de cana-de-açúcar e o comprimento dessas fibras foram variados, com o objetivo de estudar a influência destes dois materiais nas propriedades mecânicas do compósito. Apesar da maior parte dos compósitos serem fabricados na forma de uma peça funcional quase pronta a ser utilizada, por vezes é necessário recorrer à maquinação de furos. Apesar das muitas técnicas de furação existentes, os defeitos resultantes deste processo aplicado aos materiais compósitos são ainda muito comuns. Desses defeitos o que mais se destaca é sem dúvida a delaminação. Trinta e seis provetes de epóxido reforçado com borracha e fibra de cana-de-açúcar foram fabricados e furados, de modo a possibilitar o estudo das propriedades mecânicas do material compósito, assim como a análise da zona danificada durante a furação. Diferentes condições de furação, como tipos de broca e velocidades de avanço diferentes, foram impostas aos provetes de forma a variar o mais possível a zona de dano de uns furos para os outros. Parâmetros como a área de dano ou ainda o fator de delaminação provam ser muito úteis na caracterização e quantificação do dano na zona periférica de um furo. Recorrendo a técnicas de processamento de imagem foi possível obter esses parâmetros. O processamento e análise de imagem pode ser feito através de vários métodos. O método utilizado neste trabalho foi o software MATLAB® associado a ferramentas de processamento de imagem. Depois de feita a análise dos furos foram realizados ensaios de esmagamento a todos os provetes. Este passo permitiu assim avaliar de que forma os parâmetros de furação influenciam a resistência mecânica do material, e se a avaliação realizada aos furos é um método viável para a avaliação da extensão de dano nesses furos.

Nanocomposites: the contribution of multiscale modelling to improve the dispersion levels

Tese de Doutoramento em Ciência e Engenharia de Polímeros e Compósitos

An investigation into the temperature distribution resulting from cutting of compact bone using a reciprocating bone saw

Surgical procedures such as osteotomy and hip replacement involve the cutting of bone with the aid of various manual and powered cutting instruments including manual and powered bone saws. The basic mechanics of bone sawing processes are consistent with most other material sawing processes such as for wood or metal. Frictional rubbing between the blade of the saw and the bone results in the generation of localised heating of the cut bone. Research studies have been carried out which consider the design of the bone saw which deals with specifics of the saw teeth geometry and research which examines the effect of drilling operations on heating of the bone has shown that elevated temperatures will occur from frictional overheating. This overheating in localised areas is known to have an impact on the rate of healing of the bone post operation and the sharpness life of the blade. The purpose of this study was to measure the temperature at three zones at fixed intervals of 3mm, 6mm, and 9mm away from the cutting zone. It should be noted that it was the first time that this measurement technique was used to measure the temperature gradient through the bone specimen thereby establishing the extent to which clinicians are experiencing thermal injury during sawing of bone while using a reciprocating saw. The effect of various cutting feed rate on temperature elevation was also investigated in this research. The results showed that there will be a region of bone at least 9mm either side of the cutting blade experiencing thermal injury as temperatures in this region exceeded the threshold temperature of 44°C for necrosis (cell death).