Метод за определяне съдържанието на влага в материалите
Собственици на патент RU 2422803:
Изобретението се отнася до техника за сушене на материали от растителен или животински произход. Методът на сушене на материалите се състои в определяне на относителната влажност на суровината. За да направите това, първо, експериментална част от суровината с маса Mo се изсушава до сух остатък с маса So. Тогава масата на отстранената влага Go от експерименталната част на суровината се определя по формулата: Go=Mo-So, където Go е масата на влагата, отстранена от експерименталната част на суровината; Mo е масата на експерименталната част от суровината; Такава е и масата на сухия остатък от експерименталната част от суровината. След това се определя относителната влажност на суровината по формулата: Vn=Go/Mo, където Vn е относителната влажност на суровината, след което тавата за суровините се поставя върху везните, монтирани в сушилния шкаф или в изпарителната камера. След това част от суровината се поставя в тавата за сушене до необходимата стойност на относителна влажност и се претегля, и суровината се изсушава. Освен това по време на процеса на сушене се измерва намаляващата маса на част от суровината. Процесът на сушене се спира, когато се достигне масата на част от суровината, при която крайната й относителна влажност съответства на необходимата стойност. Освен това крайната маса на порция суровина се определя по формулата: Mk=S/(S/Mn+Vn-Vk), където Mk е масата на порция изсушена суровина до необходимата стойност на остатъчна влага; S е масата на сухия остатък на част от изсушената суровина, която се определя по формулата: S=So·Mn/Mo, където Mn е масата на част от суровината за сушене; Vn е относителната влажност на суровината; Vk е необходимата стойност на остатъчната относителна влажност на суровината след изсушаване. Техническият резултат от изобретението е определянето по време на процеса на сушененеобходимата стойност на крайната относителна влажност на материалите, което осигурява висококачествено сушене, което не изисква сушене.
Изобретението се отнася до техника за сушене на материали от растителен или животински произход, а именно до определяне на остатъчната относителна влажност на такива материали по време на процеса на сушене.
Известен метод за определяне на съдържанието на остатъчна влага на биологични продукти (RU, патент № 2090875, G01N 25/26, приоритет 24.06.94. Бул. № 26 20.09.97.). Определянето на остатъчната влага включва измерване на остатъчната влага по стандартния метод и една от физичните характеристики на една от пробите на биологичния продукт и калибровъчната зависимост на тази физическа характеристика на биологичния продукт от неговата остатъчна влага според калибрационната зависимост. В допълнение, пробите от биологичния продукт се нагряват по време на изследването и температурата на промяна на формата на пробата по време на нагряване се използва като физическа характеристика на биологичния продукт при определяне на остатъчната влага, а промяната във формата на пробата по време на нагряване се контролира визуално. Известно е, че формата не може да бъде измерена количествено, така че този метод за определяне на съдържанието на остатъчна влага в даден биологичен продукт не е надежден.
Устройство за определяне на съдържанието на влага в материалите и метода на неговата работа (SU, изд. Св. № 1696986, G01N 25/56, приоритет 01.12.89. 07.12.91. Бюл. № 45), взето като прототип. Това устройство съдържа: сушилна камера, везни, чиято тяга преминава в сушилната камера, монтирани в сушилната камера, блок за поставяне на проби, нагревател, термостат, термометър, вентилатор и разпределител на въздушния поток над него. Освен това съдържа манипулатор, източник на светлина и прозорец за наблюдение, направени в сушилната камера. Възелът за поставяне на проби е направен под формата на комплектхоризонтално разположени пръти с възможност за тяхното свободно движение по протежение на водачите, фиксирани върху страничните стени на сушилната камера и държачи за проби, разположени върху прътите и направени с възможност за свободно движение спрямо тези пръти. Дължината на държачите на пробите се избира така, че долните им краища да са на еднакво разстояние от повърхността на разпределителя на въздушния поток. Това устройство не позволява сушене на течни материали и определяне на необходимата стойност на остатъчната относителна влажност по време на процеса на сушене, което е недостатък на този метод.
Техническият резултат от изобретението се състои в определяне на необходимата стойност на крайната относителна влажност на материалите чрез промяна на теглото им по време на процеса на сушене в пещ или в изпарителна камера, което осигурява тяхното висококачествено сушене и не изисква окончателно сушене.
Методът за сушене на материали, който осигурява заявения технически резултат, се състои в това, че първо се определя относителната влажност на суровината, за което опитната част от суровината се суши в пещ или в изпарителна камера до сух остатък. Краят на сушенето се определя от рязкото повишаване на температурата на сухия остатък. Масата Go на влагата, отстранена от експерименталната част от суровината, се определя като разликата между масата Mo на експерименталната част от суровината и масата на нейния сух остатък So.
,
където Go е масата на влагата, отстранена от експерименталната част от суровината;
Mo е масата на експерименталната част от суровината;
Такава е и масата на сухия остатък от експерименталната част от суровината.
Масата на сухия остатък S на част от суровината Mn, която трябва да се изсуши до желаната стойност на остатъчната относителна влажност, се определя по формулата:
,
където S е масата на сухия остатък на част от суровината, която е различна от масата на сухия остатък на експерименталната порция от тази суровина;
Mn е масата на част от суровината, която трябва да бъде изсушена до необходимата стойност на остатъчната относителна влажност.
В съответствие с определението, относителната влажност Vn на суровината е равна на съотношението на масата на отстранената влага Go от експерименталната част на суровината към нейната маса Mo преди изсушаване, което се определя по формулата:
,
където Vn е относителната влажност на суровината.
След това тавата за суровината, която трябва да се изсуши до необходимата стойност на остатъчната относителна влажност, се поставя върху везните, монтирани в сушилния шкаф или изпарителната камера, и ги балансира (настройва баланса на нула). След това част от суровината се поставя в тавата за сушене, показанията на везните се записват (помнете първоначалната маса на порцията суровина). След това суровината се изсушава и по време на процеса на сушене се измерва променящата се маса на част от суровината.
Процесът на сушене се спира, когато се достигне теглото на порцията суровина, което съответства на необходимата стойност на крайната влажност на суровината. Тази маса Mk се определя по формула (8):
където Mk е масата на изсушената част от суровината до необходимата стойност на остатъчната влага;
S е масата на сухия остатък на част от суровината за сушене, която се определя по формула (2);
Vk е необходимата стойност на остатъчната относителна влажност на суровината след изсушаване.
Доказателство за валидността на формула (8)
За да определим по време на процеса на сушене масата на част от суровината Mk, съответстваща на необходимата крайна относителна влажност Vk, въвеждаме допълнителни обозначения:
Gn - маса на влагав част от суровината;
Gk е масата на влагата в част от суровината, съответстваща на стойността на необходимата крайна относителна влажност.
В съответствие с определението за относителна влажност и като се има предвид, че масата на част от суровината преди изсушаване е равна на сумата от масата на влагата, съдържаща се в суровината, и масата на нейния сух остатък, записваме очевидните равенства:
.
.
За да установим необходимата математическа зависимост, разделяме равенство 4(a) на равенство 5(a), извършваме замествания от формули (4b, c) и (5b, c) и алгебрични трансформации. Тогава получаваме уравнението:
.
Нека преобразуваме уравнението (5) във вида:
Нека решим това уравнение за Mk. След извършване на алгебрични трансформации получаваме уравнение за определяне на крайната маса на порция суровини Mk в зависимост от необходимата крайна относителна влажност Vk:
.
Нека проверим формулата (8) при граничните стойности на необходимата крайна влажност Vk, които са равни на 0 и Vn.
По формула (8), като се вземат предвид формули (4b, c) и (5b, c), се уверяваме, че при Vk=0 масата на суровината след изсушаване Mk е равна на масата на сухия му остатък S, а при Vk=Vn (преди изсушаване) Mk=Mn.
Нека направим изчисление при Vk=0:
Нека направим изчисление при Vk=Vn:
Получената формула (8) удовлетворява граничните условия, следователно резултатите от изчислението, получени по тази формула, са правилни.
Пример. Началната относителна влажност на суровината Vn=0,92 (92%) се определя по формула (3), като масата на опитната порция е Mo=250 g, масата на сухия й остатък 20 g и масата на отстранената влага 230 g. След това се измерва масата на порцията суровина Mn=1000 g, която трябва да бъде изсушена. Масата на сухите остатъчни части S на суровината се определя по формулата (2):
S=So Mn/Mo=20g 1000 g/250 g=80 g.
При необходимата стойност на крайната относителна влажност на биоматериала Vk=0,12 (12%) и от известните стойности на стойностите: S, Mn, Vn, Vk, по формула (8), се определя стойността на крайната маса Mk на изсушената суровина, която съответства на относителна влажност 0,12.
Mk=S/(S/Mn+Vn-Vk)=80 g/(80/1000+0,92-0,12)=80 g/0,88-90,9 g.
С намаляване на процеса на сушене на масата на част от суровината до 90,9 g, процесът на сушене се спира. При такава маса на изсушената суровина относителната му влажност ще бъде равна на необходимата стойност на крайната относителна влажност - 12%.
Отличителни черти на изобретението
Определете относителната влажност на суровината. Защо експерименталната част от суровината се изсушава до сух остатък, след което масата на влагата, отстранена от експерименталната част от суровината, се определя по формулата:
където Go е масата на влагата, отстранена от експерименталната част от суровината;
Mo е масата на експерименталната част от суровината;
Толкова е и масата на сухия остатък от опитната част от суровината Относителната влажност на суровината се определя по формулата:
където Vn е относителната влажност на суровината
След това тавата със суровината се поставя върху везна, монтирана в сушилния шкаф или в изпарителната камера, след което част от суровината се поставя в тавата за сушене до желаната стойност на относителна влажност и се претегля. Суровината се изсушава. По време на процеса на сушене се измерва намаляващото тегло на порцията суровина. Процесът на сушене се спира, когато се достигне масата на порцията суровина, при която нейната крайна относителна влажност съответства на необходимата стойност, а крайната маса на порцията суровина се определя по формулата:
където Mk -тегловни части от изсушената суровина до желаната стойност на остатъчната влага;
S е масата на сухия остатък на част от изсушената суровина, която се определя по формулата:
където Mn е масата на част от суровината, която трябва да бъде изсушена;
Vn е относителната влажност на суровината;
Vk е необходимата стойност на остатъчната относителна влажност на суровината след изсушаване.
Методът за сушене на материалите се състои в определяне на относителната влажност на суровината, за която експерименталната порция суровина се изсушава до сух остатък, след което масата на влагата, отстранена от експерименталната част на суровината, се определя по формулата: Go=Mo-So, където Go е масата на влагата, отстранена от експерименталната част на суровината; относителна влажност на суровината по формулата: Vn=Go/Mo, където Vn е относителната влажност на суровината, след това тавата със суровината се поставя върху везните, монтирани в сушилния шкаф или в изпарителната камера, след което част от суровината се поставя в тавата за сушене до необходимата стойност на относителна влажност и се претегля, суровината се изсушава и по време на процеса на сушене намаляващата маса на фуража измерва се порцията суровина, процесът на сушене се спира, когато се достигне масата на порцията суровина, при която крайната относителна влажност съответства на изискваната стойност, и крайната маса на порцията суровина се определя по формулата: S=So·Mn/Mo, където Mn е масата на част от суровината, която трябва да се изсуши; Vn е относителната влажност на суровината; Vk е необходимата стойност на остатъчната относителна влажност на суровината след изсушаване.