RU2758198C1 - Method for the average integral assessment of the bond strength of moisture in a substance in any given range of moisture contents - Google Patents

Method for the average integral assessment of the bond strength of moisture in a substance in any given range of moisture contents Download PDF

Info

Publication number
RU2758198C1
RU2758198C1 RU2021107728A RU2021107728A RU2758198C1 RU 2758198 C1 RU2758198 C1 RU 2758198C1 RU 2021107728 A RU2021107728 A RU 2021107728A RU 2021107728 A RU2021107728 A RU 2021107728A RU 2758198 C1 RU2758198 C1 RU 2758198C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
moisture
substance
drying
sample
moisture content
Prior art date
Application number
RU2021107728A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Арапов
Михаил Алексеевич Акенченко
Дмитрий Анатольевич Казарцев
Инесса Викторовна Плотникова
Константин Константинович Полянский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВО «ВГУИТ»)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВО «ВГУИТ») filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУ ВО «ВГУИТ»)
Priority to RU2021107728A priority Critical patent/RU2758198C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758198C1 publication Critical patent/RU2758198C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/56—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating moisture content

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: physical chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to methods for determining the bond strength of moisture with a substance and can be used in food, chemical and other industries, as well as in the study of hygroscopic properties of wet materials. The method for the average integral assessment of the strength of the moisture-substance bond includes preliminary construction of a graphical curve of the change in the moisture content of the substance from time to time during drying of a finely ground sample in a drying plant with constant thermodynamic parameters of the vapor-gas medium at the entrance to the installation, determination of the maximum drying speed and drying duration to moisture contents corresponding to critical and final values, and determination of the average integral value of the moisture-substance bond strength in the range of moisture contents, corresponding to the removal of bound moisture by the value of the relative equivalent moisture content, while two experiments are previously carried out on drying samples of the substance in a dryer at constant thermodynamic parameters of the process, on the basis of which two curves of changes in the moisture content of the substance from time are constructed: drying curves, and in the first experiment the sample is the starting substance, and distilled water is added to the sample for the second experiment in such a way that it contains free moisture, but the size and amount of solid particles of the substance or the evaporation surface of the paste-like substance are equal to the first sample, then the drying rate corresponding to the removal of free moisture from the sample is determined by the drying curve of the second experiment, as the tangent of the angle of inclination of the rectilinear section on the upper part of the curve of the change in the moisture content of the substance to the time axis, the duration of the process is determined by the graphical drying curve of the first sample in any considered range of moisture contents.
EFFECT: ability to determine the average integral estimate of the bond strength of moisture in the material in any range of moisture content.
1 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам определения прочности связи влаги с веществом и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности, а также при изучении гигроскопических свойств влажных материалов.The invention relates to methods for determining the strength of the bond of moisture with a substance and can be used in food, chemical and other industries, as well as in the study of the hygroscopic properties of wet materials.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения прочности связи влаги с веществом [Патент № 2230311 РФ, МПК кл.7G01 N 25/56, опубл. 10.06.2004 Бюл.16], заключающийся в том, что предварительно строят графическую кривую изменения влагосодержания вещества от времени при сушке мелкоизмельченного образца в сушильной установке при постоянных термодинамических параметрах парогазовой среды на входе в установку, определяют максимальную скорость сушки N1 и продолжительности сушки

Figure 00000001
до соответствующих критическому
Figure 00000002
и конечному u2 значениям влагосодержания, а среднеинтегральное значение прочности связи влаги с веществом в диапазоне влагосодержаний
Figure 00000003
, соответствующем удалению связанной влаги, характеризуют величиной относительного эквивалентного влагосодержания
Figure 00000004
формулеThe closest in technical essence and the achieved effect is a method for determining the bond strength of moisture with a substance [Patent No. 2230311 RF, IPC kl.7G01 N 25/56, publ. 10.06.2004 Bul.16], which consists in the fact that the graphical curve of the change in the moisture content of the substance from time to time is preliminarily built when drying a finely ground sample in a drying unit with constant thermodynamic parameters of the vapor-gas medium at the inlet to the unit, the maximum drying rate N 1 and the duration of drying are determined
Figure 00000001
to relevant critical
Figure 00000002
and the final u 2 values of moisture content, and the average integral value of the bond strength of moisture with a substance in the range of moisture contents
Figure 00000003
, corresponding to the removal of bound moisture, is characterized by the value of the relative equivalent moisture content
Figure 00000004
formula

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- критическое и конечное влагосодержание, кг влаги/кг сухих веществ;
Figure 00000004
- относительное эквивалентное влагосодержание вещества в диапазоне влагосодержаний
Figure 00000006
; N1 - максимальная скорость сушки, с-1;
Figure 00000001
- продолжительность сушки вещества соответственно до влагосодержания
Figure 00000002
и u2, с.where
Figure 00000006
- critical and final moisture content, kg moisture / kg dry matter;
Figure 00000004
- relative equivalent moisture content of a substance in the range of moisture contents
Figure 00000006
; N 1 - maximum drying speed, s -1 ;
Figure 00000001
- the duration of drying of the substance, respectively, to the moisture content
Figure 00000002
and u 2 , p.

Однако данный способ имеет ряд существенных недостатков: 1. Максимальная скорость сушки, на полученной указанным способом кривой, не всегда соответствует удалению свободной влаги. Если на поверхности вещества находится большое количество слабосвязанной влаги, энергия связи влаги которой практически постоянна, то при постоянном потоке подводимой к веществу энергии на графической кривой, как и в случае удаления свободной влаги, будет наблюдаться линейный характер снижения влагосодержания. 2. Большая группа веществ не содержит свободную влагу, поэтому на их графических кривых не имеется начального линейного участка, что значительно затрудняет определение N1 и, следовательно, вносит погрешность в результаты измерений. Поэтому расчетное количество эквивалентного влагосодержания

Figure 00000007
относится не ко всему диапазону удаляемой влаги в материале (от начального до конечного), а только к диапазону фактически прочносвязанной влаги. Кроме того, величина
Figure 00000008
может выражать количество не свободной, а слабосвязанной влаги, которое эквивалентно диапазону
Figure 00000009
прочносвязанной влаги.However, this method has a number of significant disadvantages: 1. The maximum drying rate, on the curve obtained in this way, does not always correspond to the removal of free moisture. If there is a large amount of weakly bound moisture on the surface of a substance, the binding energy of which is practically constant, then with a constant flow of energy supplied to the substance on the graphical curve, as in the case of removing free moisture, a linear decrease in moisture content will be observed. 2. A large group of substances does not contain free moisture, therefore, their graphical curves do not have an initial linear section, which greatly complicates the determination of N 1 and, therefore, introduces an error in the measurement results. Therefore, the estimated amount of equivalent moisture content
Figure 00000007
does not apply to the entire range of moisture removed in the material (from initial to final), but only to the range of actually tightly bound moisture. Moreover, the quantity
Figure 00000008
can express the amount of not free, but loosely bound moisture, which is equivalent to the range
Figure 00000009
tightly bound moisture.

Таким образом, известный способ [Патент № 2230311 РФ] не дает интегральную оценку прочности связи влаги в веществе в любом диапазоне влагосодержаний

Figure 00000003
, в том числе, и для всего диапазона удаляемой при сушке влаги, а выбранный критерий –
Figure 00000004
, дает сравнительную оценку летучести не свободной влаги, а летучести влаги, удаляемой в начальный период сушки, в сравнении с летучестью прочносвязанной влаги.Thus, the known method [Patent No. 2230311 RF] does not provide an integral assessment of the strength of the moisture bond in a substance in any range of moisture contents
Figure 00000003
, including for the entire range of moisture removed during drying, and the selected criterion is
Figure 00000004
, gives a comparative assessment of the volatility of not free moisture, but the volatility of moisture removed in the initial period of drying, in comparison with the volatility of tightly bound moisture.

Технической задачей изобретения являются определение среднеинтегральной оценки прочности связи влаги в веществе для любого диапазона

Figure 00000003
удаляемой при сушке влаги, в том числе и для всего диапазона от начального до конечного влагосодержания, и выбор более надежного критерия оценки прочности связи влаги в веществе.The technical objective of the invention is to determine the average integral estimate of the strength of the moisture bond in the substance for any range
Figure 00000003
moisture removed during drying, including for the entire range from the initial to the final moisture content, and the choice of a more reliable criterion for assessing the strength of the moisture bond in the substance.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в способе среднеинтегральной оценки прочности связи влаги с веществом, включающем предварительное построение графической кривой изменения влагосодержания вещества от времени при сушке мелкоизмельченного образца в сушильной установке при постоянных термодинамических параметрах парогазовой среды на входе в установку, определение максимальной скорости сушки N1 и продолжительности сушки до влагосодержаний, соответствующих критическому

Figure 00000002
и конечному
Figure 00000010
значениям, и определение среднеинтегрального значения прочности связи влаги с веществом в диапазоне влагосодержаний, соответствующем удалению связанной влаги по величине относительного влагосодержанияThe technical problem of the invention is achieved by the fact that in the method of the average integral assessment of the strength of the bond of moisture with a substance, including the preliminary construction of a graphical curve of the change in the moisture content of a substance from time to time when drying a finely ground sample in a drying installation with constant thermodynamic parameters of a vapor-gas medium at the inlet to the installation, determining the maximum drying rate N 1 and the duration of drying to moisture content corresponding to the critical
Figure 00000002
and the final
Figure 00000010
values, and determination of the average integral value of the bond strength of moisture with a substance in the range of moisture contents corresponding to the removal of bound moisture by the value of the relative moisture content

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

новым является то, что предварительно проводят два эксперимента по сушке образцов вещества в сушилке при постоянных термодинамических параметрах процесса, на основании которых строят две кривые изменения влагосодержания вещества от времени (кривые сушки), причем в первом эксперименте образцом является исходное вещество, а в образец для второго эксперимента добавляют дистиллированную воду так и таким способом, чтобы в нём содержалась свободная влага, но при этом размеры и количество твердых частиц вещества или поверхность испарения пастообразного вещества были равными первому образцу, затем по кривой сушки второго эксперимента определяют скорость сушки, соответствующую удалению из образца свободной влаги, как тангенс угла наклона прямолинейного участка на верхней части кривой изменения влагосодержания материала к оси времени, по графической кривой сушки первого образца в любом рассматриваемом диапазоне влагосодержаний от

Figure 00000012
до
Figure 00000013
определяют продолжительность процесса, а среднеинтегральную оценку прочности связи влаги в веществе в диапазоне влагосодержаний
Figure 00000014
определяют величиной общего относительного эквивалента свободной влаги по формуле:What is new is that two experiments are preliminary carried out on drying samples of a substance in a dryer at constant thermodynamic parameters of the process, on the basis of which two curves of changes in the moisture content of a substance versus time (drying curves) are constructed, and in the first experiment, the sample is the initial substance, and in the sample for of the second experiment add distilled water in such a way that it contains free moisture, but at the same time the size and amount of solid particles of the substance or the evaporation surface of the pasty substance were equal to the first sample, then the drying curve of the second experiment is used to determine the drying rate corresponding to the removal from the sample free moisture, as the tangent of the slope of the rectilinear section on the upper part of the curve of the change in the moisture content of the material to the time axis, according to the graphical curve of drying of the first sample in any considered range of moisture contents from
Figure 00000012
before
Figure 00000013
determine the duration of the process, and the average integral estimate of the bond strength of moisture in a substance in the range of moisture contents
Figure 00000014
determined by the value of the total relative equivalent of free moisture according to the formula:

Figure 00000015
Figure 00000015

где

Figure 00000016
- начальное и конечное влагосодержание рассматриваемого диапазона, кг влаги/кг сухого вещества;
Figure 00000017
– общий относительный эквивалент свободной влаги в рассматриваемом
Figure 00000014
диапазоне влагосодержаний;
Figure 00000018
- продолжительность сушки первого образца вещества при снижении его влагосодержания от
Figure 00000012
до
Figure 00000013
, с; Nв - скорость сушки свободной влаги, замеренная по кривой сушки второго образца, с-1.where
Figure 00000016
- initial and final moisture content of the considered range, kg moisture / kg dry matter;
Figure 00000017
Is the total relative equivalent of free moisture in the considered
Figure 00000014
range of moisture content;
Figure 00000018
- the duration of drying of the first sample of a substance with a decrease in its moisture content from
Figure 00000012
before
Figure 00000013
, with; N in - the drying rate of free moisture, measured according to the drying curve of the second sample, s -1 .

Технический результат изобретения заключается в возможности определить среднеинтегральную оценку прочности связи влаги с веществом в любом диапазоне

Figure 00000014
влагосодержаний и в надежности критерия оценки прочности связи за счет выбора летучести свободной воды (скорости сушки) в качестве сравнительной оценки среднеинтегральной летучести (среднеинтегральной скорости сушки) влаги исследуемого вещества при постоянных термодинамических параметрах сушки образцов вещества. The technical result of the invention lies in the ability to determine the average integral estimate of the strength of the bond of moisture with a substance in any range
Figure 00000014
moisture content and in the reliability of the criterion for assessing the strength of the bond by choosing the volatility of free water (drying rate) as a comparative assessment of the average integral volatility (average integral drying rate) of the moisture of the test substance at constant thermodynamic parameters of drying the samples of the substance.

Способ среднеинтегральной оценки прочности связи влаги в веществе в любом диапазоне влагосодержаний осуществляют следующим образом.The method for the average integral assessment of the strength of the moisture bond in a substance in any range of moisture contents is carried out as follows.

В лабораторную сушильную установку, в которой устанавливаются и поддерживаются на заданном уровне термодинамические параметры процесса, помещают образец исследуемого вещества и подвергают сушке. In a laboratory drying unit, in which the thermodynamic parameters of the process are set and maintained at a predetermined level, a sample of the test substance is placed and dried.

В ходе эксперимента непрерывно или через небольшие интервалы времени регистрируют массу (или изменение массы) исследуемого вещества. Длительность процесса проводят с таким расчетом, чтобы из продукта была удалена в полном объеме влага в рассматриваемом диапазоне

Figure 00000014
влагосодержаний. Далее по полученным результатам вычисляется влагосодержание вещества в определённые моменты времени и строится графическая кривая изменения влагосодержания вещества от времени. По полученной кривой определяют продолжительность сушки
Figure 00000018
при снижении влагосодержаний продукта от
Figure 00000012
до
Figure 00000013
. Затем проводят второй эксперимент при тех же термодинамических параметрах и условиях процесса. Но в образец для второго эксперимента добавляют дистиллированную воду так и таким способом, чтобы в нём содержалась свободная влага, при этом размеры и количество твердых частиц вещества или поверхность испарения пастообразного вещества были равными первому образцу. Длительность сушки второго образца проводят с таким расчетом, чтобы из образца была удалена свободная влага. Аналогично обработке результатов первого эксперимента проводят обработку результатов второго эксперимента и строят вторую кривую зависимости влагосодержания вещества от времени.During the experiment, the mass (or change in mass) of the test substance is recorded continuously or at short intervals. The duration of the process is carried out in such a way that moisture in the considered range is completely removed from the product.
Figure 00000014
moisture content. Further, according to the results obtained, the moisture content of the substance is calculated at certain points in time and a graphical curve of the change in the moisture content of the substance over time is constructed. The resulting curve is used to determine the drying time
Figure 00000018
with a decrease in the moisture content of the product from
Figure 00000012
before
Figure 00000013
... Then a second experiment is carried out under the same thermodynamic parameters and process conditions. But distilled water is added to the sample for the second experiment in such a way that it contains free moisture, while the size and amount of solid particles of the substance or the evaporation surface of the pasty substance were equal to the first sample. The drying time of the second sample is carried out in such a way that free moisture is removed from the sample. Similarly to the processing of the results of the first experiment, the results of the second experiment are processed and the second curve of the dependence of the moisture content of the substance on time is constructed.

Поскольку энергозатраты на испарение свободной влаги являются самыми минимальными в сравнении с затратами на испарение влаги, содержащейся в исходном веществе, то при сушке второго образца из него в начальный момент прогрева и в последующие за прогревом моменты времени будет удаляться свободная влага. Поэтому на верхней части кривой сушки второго образца будет после прогрева наблюдаться прямолинейный участок, соответствующий удалению из вещества свободной влаги. Наличие прямолинейного участка объясняется постоянством энергозатрат на испарение свободной влаги при постоянстве параметров сушки. Тангенс угла наклона этого прямолинейного участка к оси времени определяет скорость сушки свободной влаги при заданных термодинамических параметрах процесса. Тангенс угла наклона определяется как отношение размерных катетов прямоугольного треугольника по формулеSince the energy consumption for the evaporation of free moisture is the lowest in comparison with the cost for the evaporation of moisture contained in the original substance, then during drying of the second sample, free moisture will be removed from it at the initial moment of heating and at the subsequent moments of time after heating. Therefore, on the upper part of the drying curve of the second sample, after heating, a rectilinear section will be observed, corresponding to the removal of free moisture from the substance. The presence of a straight section is explained by the constancy of energy consumption for the evaporation of free moisture with constant drying parameters. The tangent of the angle of inclination of this rectilinear section to the time axis determines the rate of drying of free moisture at the given thermodynamic parameters of the process. The tangent of the angle of inclination is defined as the ratio of the dimensional legs of a right-angled triangle by the formula

Figure 00000019
Figure 00000019

где Nв - скорость сушки свободной влаги, с-1;

Figure 00000020
- влагосодержания второго образца, соответствующие началу и окончанию прямолинейного участка, кг влаги/кг сухого вещества;
Figure 00000021
– длительности сушки, соответствующие началу и окончанию прямолинейного участка на верхней части кривой сушки второго образца, с.where N in is the drying rate of free moisture, s -1 ;
Figure 00000020
- moisture content of the second sample, corresponding to the beginning and end of the straight section, kg moisture / kg dry matter;
Figure 00000021
- drying duration, corresponding to the beginning and end of the rectilinear section on the upper part of the drying curve of the second sample, s.

Если бы за время сушки

Figure 00000018
первого образца в диапазоне снижения влагосодержаний
Figure 00000014
из него удалялась бы свободная влага, то её скорость равнялась бы скорости сушки свободной влаги Nв, так как условия сушки обоих образцов идентичны. Расчетное количество свободной влаги
Figure 00000022
, которое могло бы испариться со скоростью Nв за время
Figure 00000018
равно:If during the drying time
Figure 00000018
the first sample in the range of moisture reduction
Figure 00000014
free moisture would be removed from it, then its rate would be equal to the rate of drying of free moisture N in , since the drying conditions for both samples are identical. Estimated amount of free moisture
Figure 00000022
, which could evaporate at a rate of N in a time
Figure 00000018
equals:

Figure 00000023
Figure 00000023

Продолжительность сушки

Figure 00000018
первого образца при снижении его влагосодержания от
Figure 00000024
до
Figure 00000025
можно также рассчитать аналитически:Drying time
Figure 00000018
the first sample with a decrease in its moisture content from
Figure 00000024
before
Figure 00000025
can also be calculated analytically:

Figure 00000026
Figure 00000026

где

Figure 00000027
- действительная скорость сушки первого образца, как функция влагосодержания, с-1; Nср – среднеинтегральная скорость сушки первого образца при снижении влагосодержания в интервале
Figure 00000014
, кг влаги/кг сухого вещества.where
Figure 00000027
is the actual drying rate of the first sample as a function of moisture content, s -1 ; N cf - the average integral drying rate of the first sample with a decrease in moisture content in the interval
Figure 00000014
, kg moisture / kg dry matter.

Из уравнения (5) следует:Equation (5) implies:

Figure 00000028
Figure 00000028

Величину

Figure 00000022
в уравнении (4) принято называть общим эквивалентным влагосодержанием вещества в диапазоне влагосодержаний
Figure 00000014
[Патент № 2230311 РФ]. Эквивалентное влагосодержание – это количество свободной воды, отнесённое к сухой массе вещества, для удаления которой требуется такое же время сушки, что и для удаления из вещества действительного полифракционного состава влаги при снижении влагосодержания от
Figure 00000024
до
Figure 00000025
при идентичных условиях процесса. Каждая фракция влаги в веществе характеризуется энергией связи с сухой частью. Поэтому энергозатраты на испарение связанной влаги всегда больше энергозатрат на испарение свободной влаги, поэтому
Figure 00000029
В связи с этим, среднеинтегральное значение прочности связи влаги с веществом в диапазоне влагосодержаний
Figure 00000014
в инженерной практике можно характеризовать относительным эквивалентным влагосодержанием [Патент № 2230311 РФ].The value
Figure 00000022
in equation (4) it is customary to call the total equivalent moisture content of a substance in the range of moisture contents
Figure 00000014
[Patent No. 2230311 RF]. Equivalent moisture content is the amount of free water referred to the dry mass of a substance, for the removal of which the same drying time is required as for removal of the actual polyfractional composition of moisture from the substance with a decrease in moisture content from
Figure 00000024
before
Figure 00000025
under identical process conditions. Each fraction of moisture in a substance is characterized by the binding energy with the dry part. Therefore, the energy consumption for the evaporation of bound moisture is always greater than the energy consumption for the evaporation of free moisture, therefore
Figure 00000029
In this regard, the average integral value of the bond strength of moisture with a substance in the range of moisture contents
Figure 00000014
in engineering practice can be characterized by the relative equivalent moisture content [Patent No. 2230311 RF].

Если за эталон сравнения взять эквивалентное влагосодержание свободной воды, рассчитанное по формуле (4), то среднеинтегральную оценку прочности связи влаги в веществе в любом диапазоне влагосодержаний

Figure 00000014
можно определить величиной общего относительного эквивалента свободной влаги:If we take the equivalent moisture content of free water calculated by formula (4) as the reference standard, then the average integral estimate of the strength of the moisture bond in the substance in any range of moisture contents
Figure 00000014
can be determined by the value of the total relative equivalent of free moisture:

Figure 00000030
Figure 00000030

Величина

Figure 00000017
показывает во сколько раз скорость сушки свободной влаги больше скорости сушки связанной влаги при одинаковых условиях ведения процесса. The quantity
Figure 00000017
shows how many times the drying rate of free moisture is greater than the drying rate of bound moisture under the same process conditions.

Сравнивая предлагаемый критерий оценки прочности связи влаги с веществом

Figure 00000017
с известным критерием
Figure 00000004
[Патент № 2230311 РФ] не трудно заметить, что величина N1, входящая в критерий
Figure 00000004
, может быть различной у разных веществ, высушенных при идентичных условиях, и отличаться от Nв. Поэтому сравнительная оценка прочности связи влаги у разных веществ по критерию
Figure 00000017
является более надежной и объективной, чем по критерию
Figure 00000004
. Кроме того, критерий
Figure 00000017
в отличие от
Figure 00000004
можно применять для оценки прочности связи влаги для любого диапазона влагосодержаний продукта, кроме очень небольшого интервала, соответствующего периоду прогрева.Comparing the proposed criterion for assessing the bond strength of moisture with a substance
Figure 00000017
with a known criterion
Figure 00000004
[Patent No. 2230311 RF] it is not difficult to see that the value of N 1 included in the criterion
Figure 00000004
, can be different for different substances dried under identical conditions, and differ from N in . Therefore, a comparative assessment of the strength of the moisture bond for different substances according to the criterion
Figure 00000017
is more reliable and objective than the criterion
Figure 00000004
... In addition, the criterion
Figure 00000017
Unlike
Figure 00000004
can be used to assess the moisture bond strength for any range of product moisture contents, except for a very small interval corresponding to the warm-up period.

Способ среднеинтегральной оценки прочности связи влаги в веществе в любом диапазоне влагосодержаний поясняется следующими примерами.The method for the average integral assessment of the strength of the moisture bond in a substance in any range of moisture contents is illustrated by the following examples.

Пример 1. При разработке рецептуры кондитерских изделий встала задача выбора сахаросодержащего ингредиента из числа разных видов сиропов и патоки, обладающего наибольшей водоудерживающей способностью, чтобы обеспечить наибольший выход продукта и усушка готовых изделий при их хранении была минимальной.Example 1. When developing a recipe for confectionery products, the task was to select a sugar-containing ingredient from among different types of syrups and molasses, which has the highest water-holding capacity in order to ensure the highest product yield and the shrinkage of finished products during storage was minimal.

С этой целью необходимо в интервале влагосодержаний от 22 % до 4 % сравнить среднеинтегральную оценку прочности связи влаги в трёх продуктах: патоке низкоосахаренной, сиропе сахаро-паточном и сиропе фруктозном.For this purpose, it is necessary in the range of moisture contents from 22% to 4% to compare the average integral estimate of the strength of the moisture bond in three products: low-sugar molasses, sugar-treacle syrup and fructose syrup.

В качестве лабораторной сушилки выбрали влагомер термогравиметрический FD-610, позволяющий проводить сушку образцов при постоянных заданных термодинамических условиях и фиксировать убыль массы через одну минуту.The FD-610 thermogravimetric moisture meter was chosen as a laboratory dryer, which allows drying samples under constant specified thermodynamic conditions and recording the weight loss after one minute.

Во всех опытах температура сушки поддерживалась на уровне 170 ± 1 °С. Исходный образец низкоосахаренной патоки имел: массу - 2,02 г, содержание сухих веществ - 81,4 %; исходный образец сиропа сахаро-паточного имел: массу - 2,00 г, сухих веществ - 81,3 %; исходный образец сиропа фруктозного имел: массу - 2,005 г, сухих веществ - 81,4 %. Образцы помещали тонким равномерным слоем в алюминиевые кюветы цилиндрической формы диаметром 15 мм, устанавливали в прибор и подвергали сушке. Поверхность испарения равнялась πd2/4 ≈ 177 мм2.In all experiments, the drying temperature was maintained at 170 ± 1 ° C. The original sample of low-sugar molasses had: weight - 2.02 g, dry matter content - 81.4%; the original sample of sugar-treacle syrup had: weight - 2.00 g, dry matter - 81.3%; the original sample of fructose syrup had: weight - 2.005 g, dry matter - 81.4%. The samples were placed in a thin uniform layer in cylindrical aluminum cuvettes with a diameter of 15 mm, placed in the device, and dried. Surface evaporation equaled πd 2/4 ≈ 177 mm 2.

По результатам обработки опытов построили кривые сушки, приведенные на фиг. 1, по которым определяли продолжительность сушки

Figure 00000018
первых образцов указанных веществ при снижении влагосодержания в них от
Figure 00000002
= 22 % до влагосодержания u2 = 4 %. Результаты заносили в таблицу.Based on the results of processing the experiments, the drying curves were plotted, shown in Fig. 1, which were used to determine the drying time
Figure 00000018
the first samples of these substances with a decrease in moisture content in them from
Figure 00000002
= 22% to moisture content u 2 = 4%. The results were entered into a table.

Для приготовления вторых образцов в исходные продукты добавляли дистиллированную воду, чтобы содержание сухих веществ стало 40 %. При такой концентрации коллоидные частицы исходного продукта находились в окружении толстого слоя молекул влаги. На периферические молекулы влаги этого слоя коллоидные частицы практически не оказывали никакого воздействия (точнее - очень незначительное). Теплота испарения этих молекул практически равна теплоте парообразования свободной воды. Вторые образцы продуктов массой: низкоосахаренная патока - 2,01 г; сиропа сахаропаточного - 2,015 г; сиропа фруктозного - 2,00 г помещали тонким слоем в алюминиевые кюветы цилиндрической формы диаметром 15 мм и при вышеуказанных условиях подвергали сушке во влагомере термогравиметрическом FD-610.To prepare the second samples, distilled water was added to the starting products to make the dry matter content 40%. At this concentration, the colloidal particles of the initial product were surrounded by a thick layer of moisture molecules. Colloidal particles practically had no effect on the peripheral moisture molecules of this layer (more precisely, very insignificant). The heat of vaporization of these molecules is practically equal to the heat of vaporization of free water. The second samples of products weighing: low-sugar syrup - 2.01 g; sugar syrup - 2.015 g; fructose syrup - 2.00 g was placed in a thin layer in cylindrical aluminum cuvettes with a diameter of 15 mm and, under the above conditions, was dried in an FD-610 thermogravimetric moisture meter.

После обработки результатов эксперимента построили кривые сушки вторых образцов исследуемых продуктов, представленные на фиг. 2.After processing the experimental results, the drying curves of the second samples of the investigated products were plotted, shown in FIG. 2.

Как видно из фиг. 2, в диапазоне влагосодержаний от 100 % до 50 % на всех трех кривых сушки образцов имеется прямолинейный участок. Слияние прямолинейных участков у всех трех кривых в одну линию указывает на удаление из продуктов в этот период времени свободной влаги. Рассчитываем по формуле (3) величину Nв. Результаты заносим в таблицу. По формуле (2) рассчитываем общий относительный эквивалент свободной влаги. Результаты заносим в таблицу.As seen in FIG. 2, in the range of moisture contents from 100% to 50%, all three drying curves of the samples have a straight section. The merging of straight sections in all three curves into one line indicates the removal of free moisture from the products during this period of time. We calculate by the formula (3) the value of N in . We enter the results in the table. Using formula (2), we calculate the total relative equivalent of free moisture. We enter the results in the table.

Анализируя результаты делаем вывод, что в рецептуру кондитерских изделий с длительным сроком хранения, исходя из поставленной цели, следует включить сироп фруктозный.Analyzing the results, we conclude that fructose syrup should be included in the recipe for confectionery products with a long shelf life, based on the set goal.

Пример 2. При разработке технологии сушки семян льна встала задача дать среднеинтегральную оценку прочности связи влаги с материалом в диапазоне влагосодержаний от 12 % до 2 %.Example 2. When developing a technology for drying flax seeds, the task arose to give an average integral estimate of the strength of the bond between moisture and material in the range of moisture contents from 12% to 2%.

В качестве лабораторной сушилки выбрали влагомер термогравиметрический FD-610. В опытах температура сушки поддерживалась на уровне 120 ± 1 °С. Исходный образец семян льна укладывали в металлическую тарелку плотно в один слой. Масса образца составляла 7,440 г, количество семян 1075 шт. Тарелку с образцом помещали в прибор и согласно инструкции на прибор осуществляли сушку, в процессе которой через каждую минуту фиксировали убыль массы образца. Сушку проводили до тех пор, пока в течение последних 10 мин прибор не фиксировал изменение массы. Конечное значение массы 6,450 г приняли за количество сухих веществ в образце. Обработав полученные данные, построили кривую сушки семян льна, фиг. 3.The FD-610 thermogravimetric moisture meter was chosen as a laboratory dryer. In the experiments, the drying temperature was maintained at 120 ± 1 ° C. The original flax seed sample was placed in a metal plate tightly in one layer. The sample weight was 7.440 g, the number of seeds was 1075 pcs. The plate with the sample was placed in the device and, according to the instructions on the device, drying was carried out, during which the decrease in the weight of the sample was recorded every minute. Drying was carried out until, during the last 10 min, the device recorded a change in weight. The final value of the mass of 6.450 g was taken as the amount of dry matter in the sample. After processing the data obtained, a flax seed drying curve was plotted, Fig. 3.

Анализируя полученную кривую, решили определить среднеинтегральную оценку семян льна как в интервале 12 % - 2 % влагосодержаний, так и в интервалах 12 % - 7 % и 7 % - 2 %.Analyzing the obtained curve, it was decided to determine the average integral estimate of flax seeds both in the range of 12% - 2% moisture content, and in the intervals of 12% - 7% and 7% - 2%.

Определили по кривой сушки продолжительность процесса для каждого из указанных интервалов. Результаты занесли в таблицу. Для приготовления второго образца было отсчитано ровно такое же количество семян льна и непосредственно перед опытом обильно из пульверизатора их смочили дистиллированной водой так, что на их поверхности образовалась плёнка дистиллированной воды. После этого второй образец поместили в прибор и при тех же условиях подвергли сушке. Аналогичным образом обработали результаты и построили кривую сушки второго образца семян льна, фиг. 4.Determined on the curve of drying the duration of the process for each of the specified intervals. The results were tabulated. To prepare the second sample, exactly the same amount of flax seeds was counted and immediately before the experiment they were abundantly moistened with distilled water from a spray bottle so that a film of distilled water formed on their surface. After that, the second sample was placed in the apparatus and dried under the same conditions. The results were processed in a similar way and the drying curve of the second flax seed sample was plotted, FIG. 4.

В верхней части кривой сушки после периода прогрева семян выделили прямолинейный участок и по значениям влагосодержания и продолжительности сушки, соответствующим концам прямолинейного участка определили скорость сушки свободной влаги Nв. Результаты занесли в таблицу. По формуле (2) рассчитали общий эквивалент свободной влаги в исследуемых диапазонах.The upper part of the drying curve after seed warmup period allocated rectilinear portion and from the values of the moisture content and the drying time, the respective ends of the straight portion defined free-moisture drying speed N in. The results were tabulated. The formula (2) was used to calculate the total equivalent of free moisture in the studied ranges.

Как видно из таблицы, влагу в семенах льна можно охарактеризовать как прочносвязанную. Причем величина

Figure 00000031
значительно превышает
Figure 00000032
, из чего можно сделать вывод, что при сушке семян льна целесообразно применять двухступенчатый режим.As can be seen from the table, moisture in flax seeds can be characterized as tightly bound. Moreover, the value
Figure 00000031
significantly exceeds
Figure 00000032
, from which we can conclude that when drying flax seeds, it is advisable to use a two-stage mode.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет дать сравнительную среднеинтегральную оценку прочности связи влаги в различных веществах в любом диапазоне влагосодержаний.Thus, the proposed method makes it possible to give a comparative average integral assessment of the strength of the moisture bond in various substances in any range of moisture contents.

Предлагаемый способ может быть применен при исследовании гигроскопических свойств веществ, как объектов промышленной переработки или как веществ для специального применения, а также при разработке технологии и техники сушки.The proposed method can be used in the study of the hygroscopic properties of substances as objects of industrial processing or as substances for special applications, as well as in the development of technology and drying techniques.

Преимущество описанного способа перед известным заключается в возможности определить среднеинтегральную оценку прочности связи влаги в материале в любом диапазоне влагосодержаний, кроме очень небольшого диапазона прогрева, и в выборе более надежного и объективного критерия среднеинтегральной оценки прочности связи влаги в веществе.The advantage of the described method over the known one lies in the ability to determine the average integral estimate of the strength of the moisture bond in the material in any range of moisture contents, except for a very small heating range, and in choosing a more reliable and objective criterion for the average integral estimate of the strength of the moisture bond in the substance.

Сводная таблица результатов сушки образцов продуктовSummary table of the results of drying product samples

на термогравиметрическом влагомере FD-610 on thermogravimetric moisture meter FD-610

№No. Название
продуктаName
product Температура сушки, °СDrying temperature, ° С Диапазон влагосодержаний

Figure 00000033
Moisture range
Figure 00000033
Время
сушки
1-го образца
Figure 00000034
, сTime
drying
1st sample
Figure 00000034
, with Влагосодержание
2-го образца, %Moisture content
2nd sample,% Время
сушки
2-го образца, сTime
drying
2nd sample, s Скорость сушки свободной воды
Nв·103, с-1 Free water drying rate
N in · 10 3 , s -1 Общий
относительный эквивалент
свободной воды
Figure 00000035
General
relative equivalent
free water
Figure 00000035
Figure 00000036
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000037
Figure 00000038
Figure 00000038
Figure 00000039
Figure 00000039
 11 Патока низко-осахареннаяLow-sugar molasses 170170 22 - 422 - 4 165165 100100 5050 152152 235235 545545 4,964.96 22 Сироп сахаро-паточныйSugar-treacle syrup 170170 22 - 422 - 4 325325 100100 5050 152152 235235 545545 9,849.84 33 Сироп
фруктозныйSyrup
fructose 170170 22 - 422 - 4 12051205 100100 5050 152152 235235 545545 36,4836.48 44 Семена
льнаSeeds
flax 120120 12 - 212 - 2 630630 27,527.5 17,017.0 120120 240240 87,587.5 5,515.51 120120 12 - 712 - 7 150150 27,527.5 17,017.0 120120 240240 87,587.5 2,632.63 120120 7 -27 -2 480480 27,527.5 17,017.0 120120 240240 87,587.5 8,408.40

Claims (7)

Способ среднеинтегральной оценки прочности связи влаги с веществом, включающий предварительное построение графической кривой изменения влагосодержания вещества от времени при сушке мелкоизмельченного образца в сушильной установке при постоянных термодинамических параметрах парогазовой среды на входе в установку, определение максимальной скорости сушки и продолжительности сушки до влагосодержаний, соответствующих критическому и конечному значениям, и определение среднеинтегрального значения прочности связи влаги с веществом в диапазоне влагосодержаний, соответствующем удалению связанной влаги по величине относительного эквивалентного влагосодержания:A method for the average integral assessment of the strength of the bond of moisture with a substance, including the preliminary construction of a graphical curve of the change in the moisture content of a substance from time to time when drying a finely ground sample in a drying installation with constant thermodynamic parameters of a vapor-gas medium at the inlet to the installation, determining the maximum drying rate and drying duration to moisture contents corresponding to the critical and final values, and determination of the average integral value of the bond strength of moisture with a substance in the range of moisture contents corresponding to the removal of bound moisture by the value of the relative equivalent moisture content:
Figure 00000040
Figure 00000040
 где u1, u2 - критическое и конечное влагосодержание, кг влаги/кг сухих веществ;
Figure 00000041
(u1, u2) - относительное эквивалентное влагосодержание вещества в диапазоне влагосодержаний u1, u2; N1- максимальная скорость сушки с-1;
Figure 00000042
и
Figure 00000043
- продолжительность сушки вещества соответственно до влагосодержания u1 и u2, с,where u 1 , u 2 - critical and final moisture content, kg moisture / kg dry matter;
Figure 00000041
(u 1 , u 2 ) - the relative equivalent moisture content of the substance in the range of moisture contents u 1 , u 2 ; N 1 - maximum drying speed with -1 ;
Figure 00000042
and
Figure 00000043
- the duration of drying the substance, respectively, to the moisture content u 1 and u 2 , s, отличающийся тем, что предварительно проводят два эксперимента по сушке образцов вещества в сушилке при постоянных термодинамических параметрах процесса, на основании которых строят две кривые изменения влагосодержания вещества от времени - кривые сушки, причем в первом эксперименте образцом является исходное вещество, а в образец для второго эксперимента добавляют дистиллированную воду так и таким способом, чтобы в нём содержалась свободная влага, но при этом размеры и количество твердых частиц вещества или поверхность испарения пастообразного вещества были равными первому образцу, затем по кривой сушки второго эксперимента определяют скорость сушки, соответствующую удалению из образца свободной влаги, как тангенс угла наклона прямолинейного участка на верхней части кривой изменения влагосодержания вещества к оси времени, по графической кривой сушки первого образца в любом рассматриваемом диапазоне влагосодержаний от uʹ до uʹʹ определяют продолжительность процесса, а среднеинтегральную оценку прочности связи влаги в веществе в диапазоне влагосодержаний uʹ - uʹʹ определяют величиной общего относительного эквивалента свободной влаги по формулеcharacterized in that two experiments are preliminarily carried out on drying samples of a substance in a dryer at constant thermodynamic parameters of the process, on the basis of which two curves of changes in the moisture content of a substance from time are built - drying curves, and in the first experiment the sample is the initial substance, and in the sample for the second experiment add distilled water in such a way that it contains free moisture, but at the same time the size and amount of solid particles of the substance or the evaporation surface of the pasty substance were equal to the first sample, then the drying rate corresponding to the removal of free moisture from the sample is determined from the drying curve of the second experiment , as the tangent of the angle of inclination of the rectilinear section on the upper part of the curve of the change in the moisture content of the substance to the time axis, according to the graphical curve of drying of the first sample in any considered range of moisture contents from uʹ to uʹʹ, the duration of the process is determined, and the mean a general assessment of the strength of the bond of moisture in a substance in the range of moisture contents uʹ - uʹʹ is determined by the value of the total relative equivalent of free moisture according to the formula
Figure 00000044
Figure 00000044
 где uʹ, uʹʹ - начальное и конечное влагосодержание вещества в рассматриваемом диапазоне, кг влаги/кг сухого вещества;where uʹ, uʹʹ - initial and final moisture content of the substance in the considered range, kg moisture / kg dry matter;
Figure 00000045
– общий относительный эквивалент свободной влаги в рассматриваемом uʹ - uʹʹ диапазоне влагосодержаний;
Figure 00000046
- продолжительность сушки первого образца материала при снижении его влагосодержания от uʹ до uʹʹ, с; NB - скорость сушки свободной влаги, замеренная по кривой сушки второго образца, c-1.
Figure 00000045
- the general relative equivalent of free moisture in the considered uʹ - uʹʹ moisture content range;
Figure 00000046
- the duration of drying the first sample of the material with a decrease in its moisture content from uʹ to uʹʹ, s; N B is the drying rate of free moisture measured from the drying curve of the second sample, s -1 .
RU2021107728A 2021-03-24 2021-03-24 Method for the average integral assessment of the bond strength of moisture in a substance in any given range of moisture contents RU2758198C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107728A RU2758198C1 (en) 2021-03-24 2021-03-24 Method for the average integral assessment of the bond strength of moisture in a substance in any given range of moisture contents

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021107728A RU2758198C1 (en) 2021-03-24 2021-03-24 Method for the average integral assessment of the bond strength of moisture in a substance in any given range of moisture contents

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758198C1 true RU2758198C1 (en) 2021-10-26

Family

ID=78289703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021107728A RU2758198C1 (en) 2021-03-24 2021-03-24 Method for the average integral assessment of the bond strength of moisture in a substance in any given range of moisture contents

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758198C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1728764A1 (en) * 1989-01-25 1992-04-23 Латвийское Научно-Производственное Объединение "Гауя" Method of calibrator of moisture meters
RU2230311C1 (en) * 2003-02-10 2004-06-10 Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия Procedure establishing strength of bonding between moisture and substance
RU2522754C1 (en) * 2013-02-26 2014-07-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of determining moisture capacity of solid hygroscopic objects
US8869596B2 (en) * 2009-10-30 2014-10-28 Peter Hagl Sensor device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1728764A1 (en) * 1989-01-25 1992-04-23 Латвийское Научно-Производственное Объединение "Гауя" Method of calibrator of moisture meters
RU2230311C1 (en) * 2003-02-10 2004-06-10 Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия Procedure establishing strength of bonding between moisture and substance
US8869596B2 (en) * 2009-10-30 2014-10-28 Peter Hagl Sensor device
RU2522754C1 (en) * 2013-02-26 2014-07-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method of determining moisture capacity of solid hygroscopic objects

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Phelps The physical properties of inulin solutions
Mauer Moisture and total solids analysis
RAHMAN et al. Air drying behavior of fresh and osmotically dehydrated pineapple
Destreri et al. Water up-take evaluation of new waterborne and high solid epoxy coatings. Part II: electrochemical impedance spectroscopy
Beaufort Adaptation of the random settling method for quantitative studies of calcareous nannofossils
RU2758198C1 (en) Method for the average integral assessment of the bond strength of moisture in a substance in any given range of moisture contents
Rückold et al. Determination of the contents of water and moisture in milk powder
Willmer et al. Growth of solid conical structures during multistage drying of sessile poly (ethylene oxide) droplets
Saleem et al. Material properties of semi-sweet biscuits for finite element modelling of biscuit cracking
Zhang et al. Characterizing the fluid–matrix affinity in an organogel from the growth dynamics of oil stains on blotting paper
Park Moisture and water activity
Harnkarnsujarit et al. Porosity and Water Activity Effects on Stability of Crystalline β‐Carotene in Freeze‐Dried Solids
EP1345740A1 (en) Wood accelerating drying process based on its rheological properties
Güntekin et al. Effects of moisture content on some mechanical properties of Turkish red pine (Pinus brutia Ten.)
MINAE et al. Studying of lactulose hygroscopicity and microstructure after spray dehydration
RU2492398C1 (en) Method of predicting temperature of fines containing free and bound moisture, in convective drying process
Saleem Mechanical and fracture properties for predicting cracking in semi‐sweet biscuits
Lee et al. Consolidation dewatering and centrifugal sedimentation of flocculated activated sludge
WARIN et al. Sugar diffusivity in agar gel/milk bilayer systems
Mačiulaitis et al. The regulation of physical and mechanical parameters of ceramic bricks depending on the drying regime
RU2340854C1 (en) Method of drying period rating for products containing free and bound moisture when drying mode is changed
Sieber et al. Test method and device for evaluation of volatile corrosion inhibitors
Wang et al. Effects of maltodextrin powder addition on the rheological and thermal properties of molasses
Aktas et al. Some physical and mechanical properties of safflower seed (Carthamus tinctorius L.)
RU2230311C1 (en) Procedure establishing strength of bonding between moisture and substance