СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ
PROCEDURE FOR DETECTION AND IDENTIFICATION OF CHEMICAL COMPOUNDS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технике сушки материалов растительного или животного происхождения, а именно к определению остаточной относительной влажности таких материалов в процессе сушки.
Известен способ определения остаточной влажности биопрепаратов (RU, патент №2090875, G01N 25/26, приоритет 24.06.94. Бюл. №26 20.09.97.). Определение остаточной влажности включает измерение стандартным методом остаточной влажности и одной из физических характеристик одного из образцов биопрепарата и калибровочной зависимости этой физической характеристики биопрепарата от его остаточной влажности по калибровочной зависимости. Кроме того, образцы биопрепарата в процессе исследования нагревают, а в качестве физической характеристики биопрепарата при определении остаточной влажности используют температуру изменения формы образца при его нагревании, причем изменение формы образца при нагревании контролируют визуально. Известно, что форма не может быть измерена количественно, поэтому этот способ определения остаточной влажности биопрепарата не надежен.
Известно устройство для определения влажности материалов и способ его работы (SU, авт.св. №1696986, G01N 25/56, приоритет 01.12.89. 07.12.91. Бюл. №45), принятое за прототип. Это устройство содержит: сушильную камеру, весы, тягу которых проходит в сушильную камеру, установленные в сушильной камере, узел для размещения образцов, нагреватель, терморегулятор, термометр, вентилятор и распределитель воздушного потока над ним. Кроме того, оно содержит манипулятор, источник освещения и смотровое окно, выполненное в сушильной камере. Узел для размещения образцов выполнен в виде набора горизонтально расположенных стержней с возможностью их свободного перемещения по направляющим, закрепленным на боковых стенках сушильной камеры и держателей образцов, находящихся на стержнях и выполненных с возможностью свободного перемещения относительно этих стержней. Длина держателей образцов выбрана таким образом, что их нижние концы равноудалены от поверхности распределителя воздушного потока. Это устройство не позволяет сушить жидкие материалы и определять требуемое значение остаточной относительной влажности в процессе сушки, что является недостатком этого способа.
Технический результат изобретения заключается в определении в процессе сушки в сушильном шкафу или в камере испарителя требуемого значения конечной относительной влажности материалов по их изменяющемуся весу, что обеспечивает их качественную сушку и не требует, досуши.
Способ сушки материалов, который обеспечивает объявленный технический результат, состоит в том, что сначала определяют относительную влажность исходного сырья, для чего экспериментальную порцию исходного сырья в сушильном шкафу или в камере испарителя сушат до сухого остатка. Момент окончания сушки определяют по резкому увеличению температуры сухого остатка. Массу Go удаленной влаги из экспериментальной порции исходного сырья, определяют как разницу массы Мо экспериментальной порции исходного сырья и массы его сухого остатка So.
,
где Go - масса удаленной влаги из экспериментальной порции исходного сырья;
Мо - масса экспериментальной порции исходного сырья;
So - масса сухого остатка экспериментальной порции исходного сырья.
Массу сухого остатка S порции исходного сырья Mn, подлежащего сушке до требуемого значения остаточной относительной влажности, определяют по формуле:
,
где S - масса сухого остатка порции исходного сырья, отличная от массы сухого остатка экспериментальной порции этого сырья;
Mn - масса порции исходного сырья подлежащая сушке до требуемого значения остаточной относительной влажности.
Известно, что относительной влажностью называется содержание жидкости (химически не связанной с материалом), отнесенное к единице массы влажного материала (Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1997, с.80).
В соответствии с определением относительная влажность Vn исходного сырья, равна отношению массы удаленной влаги Go из экспериментальной порции исходного сырья к ее массе Мо до сушки, которая определяется по формуле:
,
где Vn - относительная влажность исходного сырья.
После чего лоток для исходного сырья, подлежащего сушке до требуемого значения остаточной относительной влажности, помещают на весы, установленные в сушильном шкафу или камере испарителя, и уравновешивают их (выставляют весы на нулевое показание). Затем в лоток помещают порцию исходного сырья для сушки, фиксируют показания весов (запоминают начальную массу порции исходного сырья). После чего производят сушку исходного сырья и в процессе сушки измеряют изменяющуюся массу порции исходного сырья.
Процесс сушки прекращают при достижении массы порции исходного сырья, которая соответствует требуемому значению конечной влажности исходного сырья. Эту массу Mk определяют по формуле (8):
где Mk - масса высушенной порции исходного сырья до требуемого значения остаточной влажности;
S - масса сухого остатка порции исходного сырья, подлежащего сушке, которую определяют по формуле (2);
Vk - требуемое значение остаточной относительной влажность исходного сырья после сушки.
Доказательство справедливости формулы (8)
Для определения в процессе сушки массы порции исходного сырья Mk, соответствующей требуемой конечной относительной влажности Vk, введем дополнительные обозначения:
Gn - масса влаги в порции исходного сырья;
Gk - масса влаги в порции исходного сырья, соответствующая значению требуемой конечной относительной влажности.
В соответствии с определением относительной влажности, и учитывая, что масса порции исходного сырья, до его сушки, равна сумме массы влаги, содержащейся в исходном сырье и массы его сухого остатка, запишем очевидные равенства:
.
.
Для установления требуемой математической зависимости разделим равенство 4(а) на равенство 5(а), произведем подстановки из формул (4б, в) и (5б, в) и алгебраические преобразования. После чего получим уравнение:
.
Преобразуем уравнение (5) к виду:
Решим это уравнение относительно Mk. После проведения алгебраических преобразований получим уравнение для определения конечной массы порции сырья Mk в зависимости от требуемой конечной относительной влажности Vk:
.
Проверим формулу (8) при граничных значениях требуемой конечной влажности Vk, которые равны 0 и Vn.
По формуле (8) с учетом формул (4б, в) и (5б, в) убедимся, что при Vk=0 масса исходного сырья после сушки Mk равна массе его сухого остатка S, а при Vk=Vn (до сушки) Mk=Mn.
Произведем расчет при Vk=0:
Mk=S/(S/Mn+Vn-Vk)=S/(S/Mn+Vn)=S/(S/Mn+Gn/Mn)=S/(S+Gn)/Mn=S/(S+Gn)/(S+Gn)=S.
Произведем расчет при Vk=Vn:
Mk=S/S/(Mn+0)=Mn.
Полученная формула (8) удовлетворяет граничным условиям, следовательно, результаты расчета, полученные по этой формуле, правильны.
Пример. Начальную относительную влажность исходного сырья Vn=0,92 (92%) определили по формуле (3), при массе экспериментальной порции, равной Мо=250 г, массе ее сухого остатка 20 г и массе удаленной влаги 230 г. После чего измерили массу порции исходного сырья Mn=1000 г, подлежащего сушке. Массу сухого остатка S порции исходного сырья определили по формуле (2):
S=So·Mn/Mo=20 г·1000 г/250 г=80 г.
При требуемом значении конечной относительной влажности биоматериала Vk=0,12 (12%) и по известным значениям величин: S, Mn, Vn, Vk, по формуле (8) определили значение конечной массы Mk высушенного исходного сырья, которая соответствует относительной влажности 0,12.
Mk=S/(S/Mn+Vn-Vk)=80 г/(80/1000+0,92-0,12)=80 г/0,88-90,9 г.
При уменьшении в процессе сушки массы порции исходного сырья до 90,9 г процесс сушки прекращают. При такой массе высушенного исходного сырья его относительная влажность будет равна требуемому значению конечной относительной влажности - 12%.
Отличительные признаки изобретения
Определяют относительную влажность исходного сырья. Для чего экспериментальную порцию исходного сырья сушат до сухого остатка, после чего определяют массу удаленной влаги из экспериментальной порции исходного сырья по формуле:
Go=Мо-So,
где Go - масса удаленной влаги из экспериментальной порции исходного сырья;
Мо - масса экспериментальной порции исходного сырья;
So - масса сухого остатка экспериментальной порции исходного сырья, Относительную влажность исходного сырья определяют по формуле:
Vn=Go/Mo,
где Vn - относительная влажность исходного сырья
Затем лоток для сырья помещают на весы, установленные в сушильном шкафу или в камере испарителя, после чего в лоток укладывают порцию исходного сырья для сушки до требуемого значения относительной влажности и взвешивают ее. Производят сушку исходного сырья. В процессе сушки измеряют уменьшающуюся массу порции исходного сырья. Процесс сушки прекращают при достижении массы порции исходного сырья, при которой его конечная относительная влажность соответствует требуемому значению, причем конечную массу порции сырья определяют по формуле:
Mk=S/(S/Mn+Vn-Vk),
где Mk - масса порции высушенного исходного сырья до требуемого значения остаточной влажности;
S - масса сухого остатка порции высушенного исходного сырья, которую определяют по формуле:
S=So·Mn/Mo,
где Mn - масса порции исходного сырья, подлежащего сушке;
Vn - относительная влажность исходного сырья;
Vk - требуемое значение остаточной относительной влажность исходного сырья после сушки.