УГОЛ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТКОСА

Угол естественного откоса используется в различных отраслях науки для описания свойств сыпучести твердых тел. Угол естественного откоса является характеристикой, учитывающей трение частиц между собой, а также сопротивление между частицами при их движении. Результат определения угла естественного откоса во многом зависит от используемого метода. Трудности в проведении испытания возникают из-за расслаивания (сегрегации), уплотнения или разрыхления (аэрации) порошка при формировании конуса. Несмотря на это, метод продолжает использоваться в фармацевтической промышленности, описано множество примеров, демонстрирующих его значение при прогнозировании производственных проблем.

Угол естественного откоса представляет собой постоянную величину трехмерного угла (относительно горизонтальной поверхности), образующегося при насыпании порошка горкой в виде конуса. Величину угла определяют из способов, описанных ниже.

Основные методики определения угла естественного откоса

Большинство применяемых методик определения статистического угла естественного откоса могут быть классифицированы на основе двух важных экспериментальных переменных:

- высота "воронки", через которую проходит порошок, которая может устанавливаться относительно основания или изменяться по мере формирования горки;

- основание, на котором образуется горка, которая может иметь определенный диаметр, или диаметр основания конуса горки из порошка может изменяться по мере формирования горки.

Разновидности методик определения угла естественного откоса

Представлены описания следующих разновидностей вышеупомянутых методик:

- стекающий угол естественного откоса определяется после "высыпания" из контейнера дополнительного количества порошка, выходящего за пределы основания конуса горки определенного диаметра. Стекающий угол естественного откоса определяют на сформировавшемся конусе порошка с основания определенного диаметра;

- динамический угол естественного откоса определяется путем заполнения цилиндра (с прозрачной плоской крышкой на одном конце) и вращения его с определенной скоростью. Динамический угол естественного откоса - это угол (относительно горизонтальной поверхности), сформированный сыпучим порошком. Внутренний угол кинетического трения определяют путем отделения на плоскости частиц, которые скатываются с верхнего слоя порошка, и частиц, которые вращаются вместе с цилиндром (с шероховатой поверхностью).

Общая шкала сыпучести и угла естественного откоса

Несмотря на то, что существуют некоторые различия в качественном описании сыпучести порошков с использованием угла естественного откоса, в большинстве случаев согласуется с классификацией Карра, приведенной в таблице 2.1.10.2.-1. Имеются примеры смесей с углом в диапазоне от 40° до 50°, которые достаточно широко используются в технологическом процессе. Порошки, с углом естественного откоса более 50°, редко приемлемы для производственных целей.

Таблица 2.1.10.2.-1. - Сыпучесть и соответствующий угол естественного откоса

Условия экспериментального определения угла естественного откоса

Угол естественного откоса не является естественным свойством порошка, так как он в значительной степени зависит от методики, используемой для формирования конуса порошка. Следует обратить внимание на следующие важные аспекты:

- вершина конуса порошка может деформироваться под воздействием порошка сверху. Деформацию под воздействием порошка сверху можно минимизировать при осторожном построении порошкового конуса;

- материал основания, на котором строится конус из порошка, влияет на угол естественного откоса. Рекомендуется, чтобы конус из порошка формировался на "одинаковом основании", то есть образование конуса порошка на слое порошка, достигаемый путем использования основания с определенным диаметром, внешние края которого имеют бортик для получения слоя порошка, на котором формируется конус.

Рекомендуемая методика определения угла естественного откоса

Формируют угол естественного откоса на неподвижном основании с бортиком, удерживающим на основании слой порошка. Основание не должно подвергаться вибрации. Высоту воронки подбирают таким образом, чтобы порошок образовывал симметричный конус.

Необходимо принять меры по предупреждению вибрации при движении воронки. Для уменьшения воздействия падающего порошка на формирующуюся вершину конуса, край воронки должен находиться на расстоянии 2 - 4 см от вершины горки порошка. Если симметричный конус порошка не удается получить или воспроизвести, то этот метод не может быть использован. Измеряют высоту полученного конуса порошка и рассчитывают угол естественного откоса, , по следующей формуле: