Способ определения влагосодержания материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N5/02 G01N25/56 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАГОСОДЕР1АНИЯ 1АТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к измерению .изико-технических характеристик влагосодержащих материалов, в особенности таких, в которых наряду с водой находятся другие компоненты, испаряющиеся медленее, чем вода, например смолистой цревесины, масличных сельскохозяйственных культур, лекарственно-технического сырья.

Известен способ определения влагосодержания путем взвешивания влажного образца, высушивания его при заданной температуре в течение определенного времени или высушивания до постоянной массы и взвешивания высушенного образца

По результатам взвешиваний влаго:одержания определяют по формуле

т..-т

н. W -- .fOO%,.(

с

где ш U- масса образца до-сушки (начальная масса)f me - масса образца после сушки.

Недостатком известного способа является погрешность определения елагосодержс(ния, обусловленная испарением и образца наряду с водой других (компонентов, содержащихся в.материале.

Известен способ определения влагосодержания материалов, например, древесины, путем взвешивания образцов и высушивания их при постоянной температуре агента сушки с регистрацией скорости убыли массы 2.

Известный способ имеет такой не- достаток, как длительность анализа.

Цель изобретения - ускорение определения влагосодержания при сохранении высокой точности.

Поставленная цель достигается тем, что один из образцов сушат при большем, чем другой, парциальном давлении водяного пара агента сушки, а сушку не прекращают до тех пор, пока при одинаковой текущей продолжительности сушки скорости убыли масс образцов це станут одинаковыми, при этом образцы сушат при одинаковых скоростях убыли массы в течение времени, Vie меньшем половины полной продолжительности сушки, температура сушки образцов 103 t , а парциальные давления: одного при 1,5±0,5 кПа, второго - не превышает 8 кПа. Предлагаемый способ основан на ис пользовании особенностей кинетики сушки образцов материалов, содержащих наряду с водой другие летучие компоненты, например образцов смолис той древесины. Количество воды, испаряющейся из образца, и интенсивность ее испарения при данной температуре Сушки зависят от парциал ного давления водяного пара сушильно го агента. Интенсивность же испарения смолы из образца в практически реализуемом диапазоне значений парциального давления водяного пара сушильного агента определяется лишь температурой сушки. Через некоторое время сушки вся вода, которая может удаляться из образца при том ил,и ино парциальном давлении водяного пара сушильного агента, испарится, и масса образца продолжает уменьшаться только вследствие продолжающегося удаления смолы, испаряющейся медленнее, чем вода. После испарения воды из обоих образцов масса их продолжает уменьшаться только вследствие продолжающегося испарения смолы. Интенсивность удаления смолы из парных образцов одна и та же при одинаковой продолжительности сушки. На фиг. 1 приведено распределение кажущегося влагосодержания ) от времени ( } , при одинаковой температуре, но разных парциальных дав лениях водяного пара, на фиг. 2 распределение кажущегося влагосодержания от времени для пары основных образцов при парциальном давлении 1.5tO,5 кПа (верхняя кривая) и 5,5 - 6,5 (нижняя кривая). Кажущееся влагосодержание - величина, получающаяся из уравнения (1) если в него вместо т. подставлять з чение текущей массы образца, т.е. значение массы образца в тот или ино моменты сушки. Кривые сушки обозначены сплошными линиями, экстрапол рованный участок графика сушки обоз начен контурной линией. На оси W| выделена точка пересечения экстрапо лировэнного участка с осью ординат. Верхняя кривая получена при меньшем, чем нижняя, парциальном давлении водяного пара, б -момент, наминая с которого из обоих образцов испаряется только смола, интенсивность ее испарения как из первого, так и и,з второго образца одна и та же в одни и те же моменты сушки. С этого момента одинаковы и скорости убыли масс образцов. Поскольку текущие массы образцов различаются незначительно, а массы парных образцов до сушки близки друг к другу, то начиная с момента 0 одинаковы и скорости возрастания кажущегося влагосодержания. Поэтому с момента GI выполняется условие ПРИ (0.) W -W| q consi , где W| , Vц(}- текущее кажущееся вла-; грсодержание первого и второго образцов в одни и те же моменты сушки. Если один из парных образцов сушить при достаточно малом парциальном давлении водяного пара, назовем его условно опорным, влиянием которого на результат определения влагосодержания можно пренебречь, или высушенный при котором образец можно считать образцом нулевого влагосодержания, для получения искомого влагосодержания материала достаточно участок графика сушки этого парного образца, расположенныймежду абсциссами 9 и б) Д в 0 d экстраполировать до пересечения с осью . Ордината точки пересечения будет равна искомому влагосодержанию. Способ осуществляется следующим образом. Из материала, влагосодержание которого требуется определить, отбираютадва (или более) парных образца. Каждый образец взвешивают, сушат, повторно взвешивают в процессе сушки. По результатам взвешиваний рассчитывают текущее кажущееся влагосодержание и строят графики сушки образцов (фиг.1). Определяют (например, графически) момент в- начиная с которого выполняется условие (2). При выполнении условия(2) скорости возрастания кажущегося влагосодержания образцов становятся равными. Равными становятся и скорости убы- , ли масс. Действительно, если ( учитывая, что и- н|- ча 1- 1 do: m - - где индексом 1 обозначены параме ры первого образца, а индексом 2 второго, получим 1 iHifiQ d-F d с момента 0-i продолжают образцы сушить в течение времени 0Q , не меньшем продолжительности сушки до момента 0 , Участок графика сушки при опорном парциальном давлении водяного пара, отражающий сушку пос ле момента 0, экстраполируют -до пересечения его с осью Wj-. Искомое влагосодержание.равно значению ординаты точки пересечения экстраполированного участка с осью Wj,. Графики сушки парных образцов; из которых испаряется только вода, с момента 0 будут горизонтальными По внешнему виду образца нельзя уве ipeHHo судить: содержит он только воду или и другие летучие. Поэтому предлагаемым способом можно, например, определять: смолистый материал или несмолистый. Если требуется определить влагосодержание быстрее, чем известными способами, сушку можно прекратить в момент 01, т.е. в момент достижения равенства скоростей убыли масс образ цов. За искомое влагосодержание в этом случае принимают значение Wj в момент Q.-i образца, высушенного при опорном парциальном давлении. Погреш ность измерения будет меньше, чем у известных способов. Чем большую часть графика cjmiKM занимает участок, отражающий испарение только смолы, тем точнее можно его экстраполировать до пересечения с осью IV| (и, еслр перенести в точку пересечения начало координат, получить график испарения из образца смолы). По этому предлагается сушить образцы до тех пор, пока условие (2) не будет выполняться в течеу ние времени, не меньшем половины полной продолжительности сушки 9(7/0 Для того, чтобы результаты измерения рассматриваемым способом влаго содержания материала, из которого испаряется только вода, совпадали бэ А с прежними результатами, полученными известными способами, сушить образцы предлагается при наиболее часто встречающейся традиционной температуры сушки 103i2 C. 3 известных способах парциальное давление водяного пара сушильного агента не регламентируется. Но сушильный шкаф обычно располагается в лаборатории со стандартными климатическими условиями, характеризуемыми средней температурой к средней относительной влажностью воздуха б5%. Парциальное давление при таких климатических условиях равно 1,5 кПа. Парциальное давление водяного пара в сушильном шкафу поддерживали равным необходимому путем подачи в шкаф из лаборатории увлажненного воздуха. Образцы высушиваются воздухом, по ступающим из лаборатории в сушильный шкаф и нагреваемым изобарно до 1031 t2°C. Увлажненный воздух выбрасывается из шкафа через вентиляционные отверстия. Следовательно, наиболее часто при известных способах определения влагосодержания образцы сушат при парциальном давлении водяного пара 1,5 кПа. Для того, чтобы результаты измерения предлагаемым способом совпадали с теми прежними результатами, которые не содержат погрешности от испарения смолы, в нем за .опорное предлагается принять парциальнье давление водяного пара 1,5 кПа, .е. один из парных образцов сушить при парциальном , среднее значение которого равно 1,5 кПа. Для определения влагосодержания с точностью до 0,1 - точность,вполне достаточная для современного уровня влагометрии, парциальное давление следует поддерживать в диапазоне около среднего значения 0,5 кПа. Второй парный образец предлагается сушить при парциальном давлении водяного пара, не превышающем 8 кПа. Такое ограничение введено для того, чтобы расхождение между текущими массами.образцов в одинаковые моменты сушки при Т7/6, появляющееся Вследствие разного количества воды, испарившегося из образцов, было незначительным, таким, что вместо равенства скоростей убыли масс образцов можно было для определения влагосодержания использовать равенство скоростей возрастания кажущихся влагосодержаний и вместо одинаковых 7930 образцов использовать парные образцы, которые могут несколько отличаться по массе. Последнее отличие в меньшей мере сказывается на Графике в координатах W , чем на графике в координатах масса время . Парные образцу проще приготовить, чем абсолютно одинаковые образцы. Из распределения кажущегося влаго содержания от времени (фиг.2) видно цто: если известными способами - путем сушки до постоянной массы или сушки в течение 20 ч - получили .значения влагосодержания исследуемой древесины сосны от 17,7 до 16,1 и более, то предлагаемый способ с использованием парных образцов и экстраполяцией участка графика сушки дает значение влагосодержания 1,5-15,U. От 2,7 до 3,% смолы от носили ранее к влаге. Предлагаемый способ позволил уменьшить погрешнос определения влагосодержания древесины СОСНЫ в рассмотренном случае (на 2,7-3,А. Кроме того, в предлагаемом способе, если принимать в качестве искомого значение влагосодержания Wi, соответствующее абсциссе 0, для определения влагосодержания достаточно -5 ч сушки вместо 20 ч и более, требующихся при известных методах. 9 Формула изобретения 1. Способ определения влагосодержания материалов, например древеси(ны, путем взвешивания образцов и высушивания их при постоянной температуре агента сушки с регистрацией скорости убыли масс, отличающийся тем, что, с целью ускорения определения влагосодержания при сохранении высокой точности, один из образцов сушат при большем, чем другой, парциальном дав-лении водяного пара агента сушки, 8 сушку не прекращают до тех пор, пока при одинаковой текущей .продолжительности сушки скорости убыли масс образцов не стянут одинаковыми. 2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что образцы сушат при одинаковых скоростях убыли в течение времени, не меньшем половины пoлнo t продолжительности сушки. 3.. Способ ПОП.1, отличающ и и с я тем, что образцы сушат при 103i2 C и парциальных давлениях водяного пара, один - при 1,5 i ,5 кПа, другой - при значении не превышающем 8 кПа. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.ГОСТ 16483.7-21 Древесина, Методы определения влажности. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 N 25/56, 1976.