在实验室规模下，如何预先评估系统在密度差异较大情况下的可混合性？
在密度差异较大的情况下，不应仅凭一次目视检查来评估实验室规模的可混合性。对于干态散料，需要制定包含物料表征、混合动力学、空间和时间上分层取样以及卸料和输送试验在内的系统性试验方案。对于液固或液液体系，还需补充流变学测量、分散和沉降试验以及流体力学参数。
正确界定体系类型
首先必须判断所处理的是固固体系、固液体系还是液液体系。沉降、上浮、粘度、雷诺数、阿基米德数或理查森数等概念，主要适用于液体、悬浮液和乳液。而对于干态粉体和颗粒物，粒径、颗粒形状、松装密度、内聚性、壁面摩擦、水分、静电效应、含气量和流动性才是关注的重点。
对于松装密度差异较大的干态散料而言，密度本身并非唯一的关键因素。真正容易引发分离的，是不同粒径、形状和松装密度的组合。细颗粒会向下渗滤穿过粗颗粒之间的空隙；圆形颗粒在堆积锥上滚动的距离比扁平或纤维状组分更远；不同的下落速度还会导致轨迹分离。因此，混合料在混合结束后看似均匀，却可能在卸料、输送或灌装过程中重新出现分离。
因此，预先评估应从尽可能全面地表征每种组分开始，包括粒径分布、颗粒形状、真密度、松装密度和振实密度、水分、内聚性、壁面摩擦、流动函数，以及必要时的静电行为。对于内聚性粉体，可使用Jenike剪切仪来测定流动函数、内摩擦、内聚力和壁面摩擦。对于掺量极低的组分，还应预先估算相关取样量中标记颗粒的数量，以及后续分析方法的统计有效性。
正确设计实验室试验
实验室试验应尽可能采用与生产用混合机相同的混合运动方式进行。透明的演示容器虽然有一定帮助，但无法替代在几何结构和运动方式上具有代表性的试验设备中进行的试验。特别是对于散料而言，壁面摩擦、工具几何形状、填充率、落差高度和卸料方式都可能对其行为产生显著影响。
试验方案应有针对性地变化多个因素：填充率、转速、混合时间、原料添加顺序、微量组分的加料位置、可能的液体添加以及卸料条件。建议进行包含多个时间点的混合动力学研究，分别在短、中、长混合时间后取样，从而判断均匀度首次达到的时间点，以及是否会随继续混合而再次恶化。所得结果不应是单一的最短时间数值，而应是一个稳健的工艺窗口。
取样必须在空间和时间上进行分层。对于间歇式混合机，只要不会扰动物料，就应从混合室的不同区域取样；更重要的是从卸料的开始、中段和结束阶段分别取样，从而判断问题究竟出现在混合室内，还是发生在卸料和输送过程中。为获得初步可靠的统计结果，通常每个试验点至少使用10个单独样品。根据合适的标记组分浓度，可计算出平均值、标准偏差和变异系数：
CoV=sxˉ×100%
除CoV之外，还应考察最小值、最大值、极差、目标值符合度以及数值在卸料过程中的分布情况。例如，如果卸料开始阶段主要排出较粗、较重的颗粒，而结束阶段排出较细或较轻的成分，那么仅凭混合结束后良好的CoV是不够的。
有针对性地检验分离现象
对于干态混合物，单独进行分离测试是必不可少的。混合结束后，应在贴近实际的条件下将产品卸出，通过预定的输送设备进行运输，并在必要时灌装至目标容器中。尤其应检验自由落差段、堆积锥形成、振动输送机、输送带、气力输送、中间容器以及大袋或包装袋。不同粒径、形状或密度的组分，都可能在这些环节的任一处重新分离。
卸料和缓存应尽可能采用整体流动方式。在整体流动模式下，物料会在整个截面上同步流向出料口，这相较于中心流或漏斗流可以减少分离。因此，足够大的出料口、合适的壁面倾角、适宜的壁面材料以及流动性良好的卸料阀门，都是实验室和中试评估的一部分。对于关键性混合物，不仅要在混合机内取样，还应在每个相关工艺环节之后进行分析。
如果产品特性允许，可以尝试有针对性的湿润处理。少量适宜的粘结剂可将细颗粒粘附到较粗的载体颗粒上，从而降低渗滤现象。但这种方法必须与产品的质地、水分、流动性、保质期、化学稳定性以及后续加工要求相匹配。另一种方案是，将关键细颗粒组分与载体组分进行预混合。
合理运用工艺参数
对于干态散料而言，弗劳德数（Froude-Zahl）、比功率输入、工具圆周速度、填充率、工具转数、翻转时间和混合时间都是有帮助的工艺参数。弗劳德数描述了惯性力与重力之间的关系，尤其可用于描述旋转式混合机的运动状态。但较高的弗劳德数并不意味着一定有利：转速过高时，颗粒可能被离心甩向壁面、加剧磨损，或根据粒径和密度不同而再次分离。因此，对于固体混合物，并不存在一个能够可靠防止分离的通用弗劳德数临界值。
对于悬浮液和液液体系，雷诺数（Reynolds-Zahl）、弗劳德数、阿基米德数（Archimedes-Zahl），以及视具体问题而定的理查森数（Richardson-Zahl）同样具有参考意义。雷诺数描述惯性力与粘性力之比，有助于判断流动是层流还是湍流；当出现自由表面、旋涡形成或以重力为主导的现象时，弗劳德数具有参考价值；阿基米德数有助于评估浮力和沉降行为；理查森数描述密度分层与湍流混合之间的关系，但主要适用于分层液体体系，而不适用于干态散料。
对于固液悬浮体系，Zwietering提出的临界悬浮转速Njs是一个重要的试验参数。它是指使颗粒在容器底部停留时间不超过约1至2秒的最低搅拌转速，通常通过目视判定确定，是搅拌容器设计和选择合适搅拌工具的成熟依据。但在固含量较高的情况下，不应不加甄别地直接套用Zwietering关系式，因为它可能低估高密度工业悬浮液所需的能量输入。
对于液液体系，还需评估液滴粒径分布、分散相的空间分布、聚并倾向，以及搅拌停止后的相分离情况，其中重要的指标包括出现可见相界面所需的时间、分散体系的稳定性，以及液滴粒径随混合时间的变化。
保障放大设计的可靠性
放大设计不能简单地沿用不变的转速。随着容器直径增大，圆周速度、功率消耗、流动状态、落差高度以及与重力的相互作用都会发生变化。根据具体体系不同，可以以恒定圆周速度、恒定弗劳德数、恒定比功率输入或确定的翻转时间作为出发点，但这些参数中没有任何一个可以单独作为充分依据，必须结合几何相似性、实际工具几何形状、产品特性，以及混合、卸料和输送试验的结果综合考虑。
建议使用评估矩阵，对预先评估过程进行文档化记录。该矩阵至少应包含所测试的配方、填充率、转速、混合时间、加料顺序、均匀度指标、卸料曲线、颗粒破碎情况、输送后的分离状况，以及用于放大设计所选取的工艺参数。据此可将该混合体系评定为稳健、有条件稳健或存在风险，并据此制定中试或生产规模的试验计划。
amixon®如何应对混合过程中巨大的密度和粒径差异
当松装密度、粒径和流动性存在巨大差异时，仅考察密度是不够的。必须使用原始组分对可混合性进行检验——包括混合过程、卸料、可能的输送以及灌装环节。对amixon® 而言，重要的不是随机的自由落体运动，而是通过SinConvex®/SinConcave®螺旋带混合工具实现的受控三维产品翻转。
混合工具会在靠近壁面的区域强制将物料向上输送；在中心区域，物料则在重力作用下重新向下流动，并再次被带入外侧混合区。由此在整个混合室内形成持续循环的产品流动。这种对流式强制翻转，对于松装密度、粒径和形状差异明显的配方尤其有利，因为所有组分会不断在空间上重新分布。根据机型和混合任务不同，工具圆周速度通常处于约0.8至3.5 m/s的相对较低范围内。低转速运行方式可限制机械应力，并避免明显的离心效应。至于对某一具体配方而言，是否能借此实现充分的均匀度和稳定的混合效果，仍需通过试验加以验证。
粉末冶金领域是一个贴近实践的例子。amixon® 双轴混合机HM系列可用于将金属粉末与硬脂酸锌等压制助剂进行均质化。金属粉末的松装密度约为4 kg/dm³，而金属皂类的松装密度则明显更低。在约2至70 µm的粒径范围内，对少量添加剂的均匀分布提出了较高要求。HM系列采用两股叠加的产品流，专为大批量设计。至于容积16 m³的HM 16000机型、其他型号，还是其他混合机结构形式更适合具体配方，则需要根据批次质量、松装密度、添加剂占比、磨蚀性、纯度要求以及所需产能来确定。
Gyraton®筒仓混合机GM同样适用于大批量和异质性混合物。它可按约10至100 m³的批量范围进行设计，适用于粗细颗粒、不同松装密度、流动特性和含水率各异的物料。其突出优势在于对长工艺路线起点处的大批量物料进行均质化处理。较早形成的稳定初始混合物，可以减轻下游计量、输送、调质或灌装环节的负担。但在约占有效容积10%以上的整个填充率范围内是否能达到所需的混合均匀度，仍需针对具体配方逐一确认。
预先评估工作从技术中心的物料表征开始。对每种组分，至少应测定粒径分布、颗粒形状、松装密度、水分、内聚性、流动函数，以及必要时的壁面摩擦。尤其重要的不仅是粒径的平均值，还有分布的宽度：细颗粒可能渗滤穿过粗颗粒之间的空隙，并在后续运动中向下迁移。对于内聚性粉体，Jenike剪切仪有助于测定流动函数、内聚力和壁面摩擦。
实际的混合试验应使用原始产品，并在贴近实际的条件下进行，包括计划填充率、实际加料顺序、预定转速、混合时间、加料位置以及必要时的液体添加。在混合动力学研究中，会对多个混合时间进行测试，从而确定目标均匀度首次达到的时间点，以及在延长处理时间或改变运行方式后混合效果是否会再次恶化。目标不是最长的混合时间，而是一个稳健的工艺窗口。
如果在混合过程中有针对性地加入少量适宜的液体，粉尘状组分通常可以附着到较粗的颗粒上。这样可以减少可自由移动的细颗粒数量，从而降低渗滤倾向，进而降低后续分离的可能性。前提是该液体能够在整个物料堆中实现理想的均匀分布。除粘结剂与配方的相容性之外，计量添加量、液滴大小、喷雾形态、加料位置、添加时机以及随后的混合时间尤为关键。液体添加量过少可能无法实现预期的粘附效果，而添加量过多则可能导致局部过湿、不良团聚，或使流动性、感官特性和保质期发生变化。
取样必须在空间和时间上具有代表性。除不同产品区域的取样外，还应补充按时间分层的卸料取样，尤其是卸料开始、中段和结束阶段的样品。根据合适的标记组分浓度，可确定平均值、标准偏差和变异系数。CoV描述的是浓度的相对离散程度：
CoV=sxˉ×100%
较低的CoV值表明均匀度良好，但不能单独作为充分证明。此外还必须考察目标值符合度、最小值和最大值、卸料曲线、颗粒破碎、细粉生成，以及必要时输送或储存后的稳定性。特别是在松装密度和粒径差异较大的情况下，混合室内测得的良好数值，并不能证明灌装后所有容器都具有相同的组成。
amixon® 技术中心配备35台不同规格的试验设备，此外在日本、印度、泰国、中国、韩国和美国还设有技术中心。试验均使用原始产品，按照计划填充率、贴近实际的批量以及预定的温度和压力条件进行。评估内容包括混合均匀度、混合时间、物料保护、能量输入、解聚效果、残留物排空、可清洁性、卸料稳定性和可重复性。经过文档化记录的试验结果，将作为生产用混合机技术设计以及后续PLC配方定义的依据。
amixon® 在帕德博恩工厂以较高的自制率开发和制造设备。每台设备均基于用户需求说明书（User Requirement Specification）进行设计，容器几何形状、混合工具、材质、表面处理、密封件、加料位置、卸料方案、传感器配置和自动化程度，均可根据相应的产品范围进行调整。经过文档化记录的制造过程，有助于实现长期备件供应以及部件的可重复复制生产。