Но также производит и биологически активные добавки (БАД) к пище в таблетированной и капсулированной форме. В связи с этим кажется необходимым рассказать о некоторых похожих терминах и технологические свойствах этих продуктов.

Технологические свойства порошкообразных (таблетированных и капсулированных ) лекарственных веществ и биологически активных добавок к пище зависят от их физико-химических свойств. При производстве биологически активных добавок в форме таблеток и в форме твёрдых желатиновых капсул необходимо учитывать различные технологические характеристики, так как активные компоненты и многие экстракты лекарственных растений поступают в виде порошков или порошковых смесей.

Насыпная плотность

Базовой характеристикой всех сыпучих материалов является плотность. Существуют понятия истинной и насыпной плотности, которые измеряются в г/см 3 или кг/м 3 .

Истинная плотность – это отношение массы тела к объему этого же тела в сжатом состоянии, в котором не учитываются зазоры и поры между частицами. Истинная плотность – постоянная физическая величина, которая не может быть изменена.

В своем естественном состоянии (неуплотненном) сыпучие материалы характеризуются насыпной плотностью. Под насыпной плотностью различных сыпучих материалов понимают количество порошка (сыпучего продукта), которое находится в свободно засыпанном состоянии в определённой единице объема.

Насыпная плотность заданного порошка или любой сыпучей смеси (D нас. пл.) определяется отношением массы свободно засыпанного порошка (Mасса cып.) к объему этого порошка (Vcосуда) по формуле:

D нас.пл.= Mасса cып/Vcосуда

Насыпная плотность учитывает не только объем частиц материала, но и пространство между ними, поэтому насыпная плотность гораздо меньше, чем истинная. Например, истинная плотность каменной соли составляет 2,3 т/м 3 , а насыпная – 1,02 т/м 3 .

Зная насыпную плотность применяемых сыпучих материалов можно при проектировании емкостей или дозаторов, а так же капсул и таблеток рассчитать их объем и, соответственно, высоту засыпки. Понятно, что если нам частично известны некоторые параметры, а именно высота засыпки, а так же коэффициент засыпки, то можно рассчитать высоту предполагаемого объема, то есть высоту форматных частей, что очень важно при решении технологических задач. Конечно, если известна насыпная плотность порошка, тогда технологи могут легко рассчитать массу для одной дозы, порции или упаковки и тем самым определить величину дозировки для капсулятора или таблетпресса, а также для любого другого фасовочного оборудования.

Значение насыпной плотности определяется в соответствии со стандартом (ГОСТ 19440-94 «Порошки металлические. Определение насыпной плотности. Часть 1. Метод с использованием воронки. Часть 2. Метод волюмометра Скотта») с помощью прибора волюмометра, принцип действия которого основан на точном определении массы порошка, заполняющего мерную емкость. Волюмометр состоит из воронки с ситом и корпуса с несколькими наклонными стеклами, по которым порошок, пересыпаясь, падает в тигелек с измеренным объемом и весом.

Объемная или Насыпная плотность зависит от размера, формы, влажности и плотности частиц гранул или порошка. По значению этого показателя можно прогнозировать и рассчитывать объем матричных каналов. Процедуру измерения насыпной плотности порошковой смеси или монопорошка проводят на специальном приборе (рис. 1).

Производят навеску массой 5,0 г порошка. Точность навески до 0,001 г. Далее засыпают навеску в мерный цилиндр. Устанавливают на приборе амплитуду колебаний (35-40 мм) при помощи регулировочного винта. Устанавливают отметку по шкале и фиксируют положение при помощи контргайки. Далее, с помощью трансформатора устанавливают частоту колебаний. Частота устанавливается в интервале от 100 до 120 кол/мин, по счетчику. После включения прибора тумблером оператор следит за отметкой, по которой установлен уровень порошка в цилиндре. Как правило, при работе прибора в течение 10 минут, уровень порошка или смеси становится постоянным, и прибор необходимо отключить.

Насыпную плотность рассчитывают по формуле:

где: ρ н – насыпная плотность, кг/м 3 ;

m – масса сыпучего материала, кг;

V – объем порошка в цилиндре после уплотнения, м 3 .

В зависимости от насыпной плотности порошки классифицируют следующим образом:

ρ н > 2000 кг/м 3 – весьма тяжелые;

2000 > ρ н > 1100 кг/м 3 – тяжелые;

1100 > ρ н > 600 кг/м 3 – средние;

ρ н < 600 кг/м 3 – легкие.

Одним из приборов, на котором проводят измерение насыпной плотности (а также другие характеристики порошковой смеси или монопорошка), является прибор ВТ-1000.

Анализатор ВТ-1000 (Рис. 2) используется для определения свойств различных сыпучих материалов, связанных с текучестью. Порошок или порошковые смеси, по определению, являются двухфазными системами. Свойства поверхности частиц порошковой смеси или монопорошка, так же как и их плотность, все эти параметры определяет его поведение в потоке и их сыпучесть. Правильное определение параметров сыпучести очень важно для расчетов процессов обработки порошка, его упаковки, транспортировки и хранения.

С помощью ВТ-1000 (Рис.3) возможно определить не только насыпную плотность, но и дисперсность, угол падения, угол естественного откоса, угол на плоской пластине и плотность утряски. Из данных характеристик легко рассчитать угол разности, прессуемость, объем пустого пространства, сжимаемость, униформность. По характеристикам зафиксированным на приборе, можно рассчитать индекс Карра, что позволяет определить значения сыпучести и аэрируемости

(поведения порошка в аэродинамической струе).

Порошок засыпается в мерный цилиндр. Отношение занятого им объема к массе порошка является объемной или насыпной плотностью. Рис.3

Насыпную плотность определяют для сыпучих строительных материалов: цемента, песка, щебня, гравия и др. Насыпная плотность таких материалов может быть определена в рыхлонасыпном, уплотненном и естественном состоянии.

Насыпной плотностью сыпучих материалов называют массу единицы объема материала в насыпном состоянии, т.е. с порами и пустотами, данный параметр можно определять в соответствии с методиками, приведенными в ГОСТ 8735-88 и ГОСТ 8269.0-97.

Насыпную плотность определяют с помощью прибора (рис. 4.1), который состоит из стандартной воронки в виде усеченного конуса и мерного цилиндра объемом 1 л или 10 л. Для испытаний под трубкой воронки устанавливают заранее взвешенный мерный цилиндр. Расстояние между верхним обрезом цилиндра и задвижкой должно быть 50 мм. В воронку насыпают сухой материал, затем открывают задвижку, наполняют цилиндр с избытком, закрывают задвижку и металлической линейкой срезают от середины в обе стороны излишек материала вровень с краями цилиндра. При этом не допускается уплотнение материала. Затем цилиндр о материалом взвешивается с точностью до 1 г. Расчет насыпной плотности материала в рыхлонасыпном состоянии ведут по формуле:

ρ н.р . = , [кг/л], (4.1)

где m 1 - масса цилиндра с материалом, кг;

m 2 - масса цилиндра, кг;

V - объем цилиндра, л.

Испытание повторяют не менее трех раз и вычисляют конечный результат как среднее арифметическое трех измерений.

При транспортировании и хранении сыпучие материалы уплотняются, при этом значение их насыпной плотности может оказаться на 15-30% выше, чем в рыхлонасыпном состоянии. Определить насыпную плотность в уплотненном состоянии можно по приведенной выше методике, однако после заполнения цилиндра материалом его следует уплотнить вибрацией в течение 30-60 сек на виброплощадке путем легкого постукивания цилиндра о стол 30 раз. В процессе уплотнения материал досыпают, поддерживая некоторый избыток его в цилиндре. Далее избыток срезают, определяют массу материала в цилиндре и вычисляют насыпную плотность в уплотненном состоянии.

На основе полученных результатов можно определить уплотняемость материала, которую принято характеризовать коэффициентом уплотнения

К у =, (4.2)

где: ρ н.у. - насыпная плотность материала в уплотненном состоянии, кг/л;

ρ н.р. - насыпная плотность материала в рыхлонасыпном состоянии, кг/л;

Рис. 4.1. Схема прибора для определения насыпной плотности материала в рыхлонасыпном состоянии:

1 - стандартная воронка; 2 - задвижка; 3 - мерный цилиндр

5. Определение водопоглошения материала

При определении водопоглощения материалов из горных пород следует руководствоваться ГОСТ 30629-99. Водопоглощение определяют на пяти образцах кубической формы с ребром 40 - 50 мм или цилиндрах диаметром и высотой 40 - 50 мм. Каждый образец очищают щеткой от рыхлых частиц, пыли, высушивают до постоянной массы. Взвешивание образцов и обмер производят после их полного остывания на воздухе. Далее испытание проводят в следующей последовательности. Образцы горной породы укладывают в сосуд с водой комнатной температуры 15 - 20 0 С в один ряд так, чтобы уровень воды в сосуде был выше верха образцов на 20 мм. Образцы выдерживают 48 ч, после чего их вынимают из сосуда, удаляют влагу с поверхности влажной мягкой тканью и каждый образец взвешивают. Массу воды, вытекающей из пор образца на чашку весов, включают в массу насыщенного водой образца.

Водопоглощение материала по массе или по объему равно отношению массы воды, поглощенной образцом материала при насыщении, соответственно к массе или объему образца.

Водопоглощение по массе вычисляют по формуле:

=
. 100 , [%], (5.1)

где m 1

m 2 - масса образца в насыщенном водой состоянии, кг.

Водопоглощение по объему вычисляют по формуле:

=
. 100 , [%], (5.2)

где m 1 - масса образца в сухом состоянии, кг;

m 2 - масса образца в насыщенном водой состоянии, кг;

V - объем образца, см 3 .

За окончательный результат принимается среднее арифметическое пяти определений водопоглощения.

Величина водопоглощения по массе может составлять более 100%.

Насыпная плотность - масса единицы объема рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов (цемента, песка, гравия, щебня, гранулированной минеральной ваты и т.п.).

Определение насыпной плотности рыхло насыпанных зернистых или волокнистых материалов производится путем взвешивания определенного объема материала (методом мерных цилиндров или сосудов).

Насыпная плотность (г/см 3 , кг/м 3) вычисляется по формуле

, (9)

где - масса мерного цилиндра с материалом; - масса мерного цилиндра; - объем цилиндра.

Порядок выполнения работы при песчаном грунте рыхлого сложения . Песок высушивают в сушильном шкафу при температуре (110±5)°С до постоянной массы и просеивают через сито с отверстиями размерами 5 мм. Высушенный с высоты не более 5 см песок насыпают в предварительно взвешенный мерный цилиндр по наклонному лотку (рис. 5), по желобу, согнутому из листа бумаги или совком до образования над верхом цилиндра конуса. Конус песка (избыток материала) снимают вровень с краями цилиндра металлической линейкой. Цилиндр с материалом взвешивают.

Порядок выполнения работы при песчаном грунте плотного сложения . Опыты производятся аналогично предыдущему. Подготовленный песок насыпают небольшими порциями в мерный цилиндр и уплотняют с помощью резинового молоточка путем постукивания о стенки или дно цилиндра. По мере усадки материала в цилиндре его досыпают до тех пор, пока цилиндр полностью не наполнится.

Результаты опытов заносят в таблицу 6.

Таблица 6

Результаты определения насыпной плотности

Определение насыпной плотности указанными способами производят три-пять раз, при этом каждый раз берут новую порцию материала. Насыпную плотность материала вычисляют как среднее арифметическое результатов всех определений.

Определение пористости

Пористость (общая) - степень заполнения материала порами:

где - объем пор в материале; - объем материала в естественном состоянии.

Открытая пористость определяется как отношение суммарного объема пор, насыщающихся водой, к объему материала , т.е.

. (11)

Закрытая пористость :

. (12)

Для определения общей пористости существует экспериментальный и экспериментально-расчетный способ. Экспериментальный (прямой) способ основан на замещении порового пространства в материале сжиженным гелием и требует сложной аппаратуры для испытаний.

Экспериментально-расчетный метод определения пористости использует найденные опытным путем значения истинной плотности материала и его средней плотности в сухом состоянии.

Пористость (%) вычисляют по формуле

. (13)

Открытую пористость (%) определяют по формуле

где - объемное водопоглощение материала, % (см. п. 1.6).

Результаты вычислений пористости материала заносят в табл. 7.

Таблица 7

Результаты вычислений пористости материала

Определение влажности

Влажность материала характеризуется тем количеством воды, которое содержится в порах и адсорбировано на поверхности образца.

Влажность образца (%)вычисляется по формуле

, (15)

где - масса влажного образца, г; - масса сухого образца, г.

Влажность бетона определяют по образцам или пробам, полученным дроблением образцов после их испытания на прочность. Размер кусков после дробления должен быть не больше 5 мм. Путем квартования отбирают пробу 100 г, которую сушат при температуре (105±5)°С до постоянной массы. Чтобы установить в процессе высушивания достижение пробой постоянной массы, производят взвешивания не менее чем через 4 часа. Массу считают постоянной, если разница между повторными взвешиваниями оказалась не более 0,1 %.

Результаты опытов заносят в табл. 8.

Насыпная плотность определяется для сыпучих материалов по той же формуле, что и средняя. Испытание проводят с помощью стандартной металлической воронки в виде усеченного конуса. Внизу воронки имеется задвижка. Под воронкой устанавливают мерный стакан. В воронку насыпают материал, открывают задвижку и заполняют мерный стакан до краев, срезают излишек с помощью линейки. Мерный стакан взвешивают пустым и наполненным. Опыт повторяют пять раз.

Насыпную плотность для каждого опыта определяют по формуле:

где m – масса образца, г

Vст – объем мерного стакана, см 3

Результаты вычислений записывают в табл.7

Таблица 7. Насыпная плотность ________________________________

(указать наименование материала)

Определение истинной плотности

Подготовка к испытанию

Из пробы песка берут навеску около 30 г, просеивают ее через сито с отверстиями диаметром 5 мм. Высушенный песок перемешивают и делят на две части.

Навеску всыпают в чистый высушенный и предварительно взвешенный пикнометр (прибор Ле Шателье) (рис.1), после чего взвешивают его вместе с песком. Затем наливают в пикнометр прокипяченную воду в таком количестве, чтобы пикнометр был заполнен примерно на 2 / 3 его объема, перемешивают содержимое и ставят его в слегка наклонном положении на водяную баню. Содержимое пикнометра кипятят в течение 15-20 мин для удаления пузырьков воздуха.

Истинную плотность песка в г/см 3 вычисляют по формуле:

где т - масса пикнометра с песком, г;

т 1 - масса пустого пикнометра, г;

т 2 - масса пикнометра с водой, г;

т 3 - масса пикнометра с песком и водой после удаления пузырьков воздуха, г;

r в - плотность воды, равная 1 г/см 3 .

Рис.1 Прибор Ле Шателье

	Ед.изм	Значение
m
m1
m2
m3
r

Определение пористости и пустотности

Пористость твердых материалов и пустотность (объем межзерновых пустот в сыпучих материалах в неуплотненном состоянии) определяют на основании значений истинной плотности и средней или насыпной плотности материала, предварительно установленных.

Пористость (П) и пустотность (V м.п) в процентах по объему вычисляют по формуле

где - истинная плотность, г/см 3 ;

Средняя или насыпная плотность, кг/м 3 .

Определение влажности

Влажность определяют путем сравнения массы материала в состоянии естественной влажности и после высушивания.

Материал (изделие) взвешивают, помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 105 о С.

Влажность (W ) в процентах вычисляют по формуле

где т - масса навески в состоянии естественной влажности, г

т 1 - масса навески в сухом состоянии, г.

Результаты испытаний заносят в табл.8

Таблица 8. Пористость (пустотность) и влажность материалов

Очень часто наших клиентов мучает вопрос как перевести кубические метры в тонны и наоборот. На данной странице мы попытались расмотреть два способа как это сделать.

Коэффициент перевода сыпучих материалов из м3 в тонны: данные коэфициенты являются примерными т.к. для точного перевода необходимо знать влажность материала. Для более точного определения коэффициента перевода можно провести простейший эксперимент. В 10 литровое ведро (его объем составлятет 0,01 м3) засыпьте необходимый вам материал и произведите взвешивание. Причём предварительно необходимо взвешать пустое ведро. По формуле Рн=(М2-М1)/V где Рн - коэффициент насыпной плотности, М2 - масса мерного сосуда вместе с материалом, М1 - масса пустого мерного сосуда, V - объём мерного сосуда.

Таблица коэффициентов перевода м3 в тонны для сыпучих материалов:

Наименование материала	Объём	Коэффициент	Вес
Песок речной модуль крупности 1,6-1,8 мм	1 м3	1,6	1,6 тн
Песок карьерный сухой фракция о,8-2 мм	1 м3	1,5	1,5 тн
Кварцевый песок (дроблёный) фракция 0,8-2 мм	1 м3	1,4	1,4 тн
Щебень гранитный фракция 5-20 мм	1 м3	1,36	1,36 тн
Крошка гранитная фракция 2-5 мм	1 м3	1,4	1,4 тн
Щебень гравийный фракция 5-20 мм	1 м3	1,34	1,34 тн
Щебень известняковый фракция 20-40 мм	1 м3	1,25	1,25 тн
Цемент ПЦ 500 Д0	1 м3	1,3	1,3 тн
Керамзит М 200	1 м3	0,2	0,2 тн
Керамзит М300	1 м3	0,3	0,3 тн
Керамзит М400	1 м3	0,4	0,4 тн
Соль техническая Тип С помол №3	1 м3	1,2	1,2 тн
Пескосолянная смесь 70/30	1 м3	1,48	1,48 тн

Насыпная плотность сыпучего строительного материала – это его плотность в неуплотненном состоянии. Она учитывает не только объем самих частиц материала (песчинок или отдельных камней гравия), но и пространство между ними, так что насыпная плотность меньше, чем плотность обычная. При уплотнении сыпучего материала, его плотность становится больше и перестает быть насыпной. Цемент в мешке, отвал щебня, или шесть кубов песка в кузове грузовика – все они находятся в неуплотненном состоянии и имеют свою насыпную плотность. Знать ее необходимо для того, чтобы связывать объем и массу таких материалов, ведь цены за их поставку могут быть в рублях, как за тонну, так и за кубометр. Точно так же количество этих материалов, например, их пропорции для приготовления бетона, могут понадобиться и в тоннах, и в кубометрах.

Плотность песка, пустотность и влажность – это взаимосвязанные характеристики песка, которые имеют важное значение при подборе материалов для приготовления бетона. Плотность песка бывает: истинная – это плотность высушенного песка и насыпная – плотность поставляемого песка. Такой показатель, как насыпная плотность изменяется в зависимости от влажности песка. При уменьшении плотности – возрастает пустотность, что приводит к повышенному расходу вяжущих, а следственно к увеличению расходов.
Плотность песка, при росте влажности до примерно 10% очень резко снижается, что объясняется тем, что влага, обволакивая каждую песчинку, заставляет их слипаться в комки и это приводит к увеличению общего объема. После того, как влажность достигнет десяти процентов, дальнейший ее рост приводит, наоборот, к увеличению плотности, поскольку вода начинает заполнять пространство между зернами песка, вытесняя воздух. Таким образом, если производится дозировка составляющих бетона по объему – этот фактор следует учитывать в обязательном порядке. Влажность песка можно определить, измерив разницу в массе песка до и после высушивания и разделив, полученный результат на первоначальную массу навески песка (обычно 1 кг.) Сушат песок на металлическом противне до полного высушивания (когда прекратится уменьшаться масса пробы).
Для того, чтобы определить, каков объем поставки песка, на месте приемки определяют его насыпную плотность, что позволит перевести массу поставки в кубометры.
Вычисляют насыпную плотность песка следующим образом: песок, без всякой предварительной обработки (высушивание, уплотнение), насыпают совком в мерный цилиндр, вместимостью 10 литров (ведро), с высоты 10 сантиметров, до тех пор пока цилиндр не заполнится «с горкой». Эту «горку» срезают вровень с краем мерного цилиндра, стараясь, опять же не уплотнять песок. После этого производится взвешивание пробы песка. Плотность песка будет частым от деления массы песка на объем, в нашем случае 10 литров, т.е. 0,01 кубов песка. Естественно массу песка измеряют без учета массы сосуда. Измерения проводят два раза, а окончательным значением будет сумма замеров, деленная на 2.

Как перевести вес в кубы и наоброт - существует два способа. Первый воспользоваться условными коэффициентами перевода. Но в этом случае вы должны понимать что результат полученный таким образом будет примерным. Второй способ провести замеры с помощью 10 литрового ведра именного того материала который вы используете в данный момент это гораздо хлопотное мероприятие, но оно принесёт вам более точный результат.