Implementation of close-loop regulator on pneumatic powder feeder for pharmaceutical industry

The aim of this thesis is the implementation of a close loop control logic for new powder feeding system in pharmaceutical grinding industry and to evaluate the software capacity and the mechanical proprieties of the machine into reaching the required results in terms of the reproducibility and regularity of powder dispensing. The considered feeding system is characterized by new concept of pneumatic transport executed by different phases of aspiration and shooting, the powder is conveyed by sequence of impulse. The feeder works like a volumetric machine, in every single phase there aren’t direct communication between the milling chamber and the loading hopper, there is no more problem regarding back pressuring and then not risk of active powder ejection. Mass flow rate of purified process gas, required for the functionalities of the venturi tube is not more necessary. From the process point of view, the advantage of the new feeder system is to increase the overall milling efficiency by means of better and flexible powder dispensing. The feeder allows to inject small quantity of powder with low quantity of gas, not more constraint in terms of alimentation pressure and flow rate. The steps of the work are: the study of machine characteristics, the research of an adequate algorithm for the mass flow rate estimation, the implementation of controller software logic and finally the validation. The robustness of the controller is evaluated by the response of the system with different mass flow rate and powder type. Feeder and mill coupling is tested by means of the final powder characteristic respect to standard plants, different mechanical configuration is tested.

Lo scopo di questa tesi è l'implementazione di una logica di controllo in anello chiuso per una nuova tipologia di dosatore di polveri per l’industria farmaceutica, valutare la risposta del sistema controllato e le proprietà meccaniche della macchina al fine di raggiungere i risultati richiesti in termini di riproducibilità e regolarità dell’erogazione della materia prima. Il dosatore utilizzato funziona con un ciclo di diverse fasi di aspirazione e espulsione, la polvere viene trasportata da una sequenza di impulsi. Il funzionamento è analogo a quello di una macchina volumetrica, in ogni fase del ciclo non c’è comunicazione diretta tra la camera di macinazione e la tramoggia di carico, viene eliminata la possibilità di ritorno del flusso di gas. Dal punto di vista del processo, il vantaggio del nuovo sistema di alimentazione rispetto al tradizionale sistema a vite è quello di aumentare l'efficienza complessiva del processo di micronizzazione mediante una migliore e flessibile erogazione della polvere. Il dosatore consente di iniettare piccole quantità di polvere con una bassa quantità di gas: non sussistono più i vincoli che legano la portata e la pressione del gas alla quantità di polvere erogata. Le fasi del lavoro sono: lo studio delle caratteristiche della macchina, la ricerca di un algoritmo adeguato al fine di stimare la portata massica, l'implementazione della logica del controller e infine la validazione del sistema di dosata. La robustezza del controller viene valutata in base alla risposta del sistema con diverse portate e tipologie di polvere. L'accoppiamento di dosatore e mulino è testato analizzando il diametro delle particelle del prodotto micronizzato rispetto agli impianti standard, sono state testate anche diverse configurazioni per quanto riguarda l’accoppiamento dei due elementi.