Способ определения степени разложения торфа а.е.афанасьева

 

Изобретение относится к технике измерения степени разложения капиллярно-пористых влажных торфяных материалов. Целью изобретения является повышение достоверности измерений. Закладывают исследуемый образец торфа на керамическую пористую мембрану, задают первое капиллярное давление P₁ и облучают инфракрасным излучением. Регистрируют относительную величину интенсивности U₁ отражения. Далее получают значение U₂ для большего по величине давления P₂ . Затем рассчитывают степень разложения торфа R_т по формуле где и K_R - константы прибора. 4 ил.

Способ относится к технике измерения степени разложения капиллярно-пористых влажных торфяных материалов. Целью изобретения является повышение достоверности измерений. На фиг. 1 изображено устройство для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - дно кюветы из пористой керамики; на фиг. 3 - график зависимости капиллярного давления от относительной величины отраженного инфракрасного излучения для различных типов и видов торфа с различными значениями зольности А^с и степени разложения R_т; на фиг. 4 - график зависимости коэффициента К_р от степени разложения торфа R_т. Устройство для определения степени разложения торфа содержит оптический фильтр 1 (красное стекло), отсекающий видимое излучение от инфракрасного, два стандартных (типа ФСА) детектора 2 инфракрасного излучения, смонтированных на устройстве 3, связанном стенками 4 с гидропрессом 5. На вращающемся обтюраторе 6, составляющем единый измерительный блок с источником излучения, установлены жидкий (водяной) фильтр 7 и прозрачный для инфракрасного излучения фильтр 8. Гидропресс 5 имеет основание 9, на поверхности которого выполнены радиальные канавки 10 и концентрические канавки 11. Над этими канавками расположена керамическая пористая мембрана 12, связанная с образцом 13. С помощью соединительной трубки 14 гидропресс соединен с ртутным U-образным манометром 15 и через вакуумный кран с форвакуумным насосом 16. Способ осуществляется следующим образом. Пробу готовят в любой емкости до текучего (вязкопластичного) состояния, добавляя воду, если он был подсушен до влажности ω_i, исключающей необратимую коагуляцию ( ω_к≈ 33+38%), т. е. ω_i> ω_к. Свободную воду сливают. Полученную гидромассу (текучее состояние) пробы наливают на пористую пластину. Излишки воды под действием поля сил тяжести фильтруют через пластину в канавки 10 и 11 и трубку 14 до достижения равновесного состояния. Основной характеристикой пробы торфа является максимальный размер пор, который должен быть больше максимального размера пор пористой пластины, чтобы избежать прорыва воздуха через образец торфа, приводящий к выравниванию отрицательного капиллярного давления под пластиной с атмосферным давлением. В радиальных канавках 10 и концентрических канавках 11, а также в соединительной трубке 11 находится жидкость (вода), которая при работе втягивается в U-образный манометр 15. После закладки образца 13 с помощью гидропресса 5 форвакуумного насоса и манометра 15 устанавливают первую, самую малую по абсолютному значению величину давления. После достижения равновесия давлений в образце 13, манометре 15 и соединительной трубке 14 (в этом случае высота жидкости Δh в трубке 14 сохраняется постоянной) снимают сигнал с детекторов 2, полученный в результате облучения образца 13 последовательно инфракрасным излучением, прошедшим через жидкий фильтр 7 и без фильтра 8. В результате опытов получают с детекторов 2 относительные значения U_i. Далее получают эти значения и для других, уже больших по величине, давлений одного образца торфа. Затем строят графики в полулогарифмическом масштабе: капиллярное давление - сигнал с прибора Р_i=f(U_i) (см. фиг. 3). Каждая зависимость получена для одного образца: 17 - верховой сосново-пушицевый торф, R₁=60%, А^с=19,6%; 18 - магелланикум торф, R_т=30-35%, А^с=5,5%; 19 - пушицево-сфагновый торф, R_т=45%, А^с=2,3%; 20 - магелланикум торф, R_т=15%; А^с=2,2; 21 - низинный осоково-гипновый торф, R_т=20%, А^с=14,8%; 22 - низинный осоково-гипновый торф, R_т=25%. По этим графикам определяют значения углового коэффициента К_р и строят график (см. фиг. 4) зависимости lnК_р=f(R_т ) для определения констант прибора. Причем последние рассчитываются один раз при градуировке прибора. При изменении капиллярного давления в торфе согласно формуле Лапласа изменяется и кривизна менисков R_i=r_i/cosΘ в соответствующих порах радиуса r_i, где Θ - угол смачивания жидкости с твердой фазой торфа. Поэтому при взаимодействии ИК-излучения с пористым телом рассеяние (отражение) происходит на препятствиях (неровностях) - порах, заполненных водой неодинаковым образом, по сравнению с твердой фазой торфа. В случае отражения излучения пространственное его распределение определяется отношением размеров неровностей R поверхности к длине волны λ_iпадающего излучения. Если R_i> λ_iи расположение их беспорядочно, отражение диффузное, если R_i< λ_i, отражение зеркальное. Следовательно, наблюдается смешанное отражение, когда имеют место оба вида отражений, так как размер пор (пористость) торфа колеблется в пределах от десятков ангстрем ( ≈20 ) до десятков микрон ( ≈12-16 мкм). Анализ зависимостей, представленных на фиг. 3, показывает, что Р_i=Р_о ˙exp(-K_p ˙U_i), (1) где Р_о - исходная величина давления в торфе; K_p= - угловой коэффициент зависимости lgP_i=f(U_i). В то же время из графика, изображенного на фиг. 4, следует, что K_p= K exp(K_R·R_T) , (2) где K_ро - константа прибора, характеризующая наименьшее значение К_р при R_т=0%;
К_R - угловой коэффициент зависимости:
lgK_p= f(R_т), K_R = = const. Подставив уравнение (2) в формулу (1), получают
P_i= P_o exp [- U₁·K exp(K_R·R_т)]. (3)
Из формулы (2) находят величину степени разложения
R_т= . (4)
Однако использование этого уравнения неудобно ввиду того, что нужно знать величину Р_о и другие константы (К_р, К_R). Поэтому уравнение (4) приведено к промежуточному значению давлений в опыте (например, Р₁ и Р₂). Для чего уравнение (1) записывается дважды для двух состояний пробы одного и того же торфа
Р₁=Р_o ˙exp(-K_p ˙U₁), (5)
Р₂=Р_о ˙exp(-К_р ˙U₂), (6)
Поделив уравнение (5) на уравнения (6), сокращают величину Р_о и получают
Р₁=Р₂ ˙exp[K_p ˙(U₂-U₁)] . (7)
Подставляют в формулу (7) уравнение (2)
P₁= P₂· exp K exp(K_R- R_T)(U₂-U₁) . (8)
Из формулы (8) получают расчетную зависимость для определения R_т в виде
R_т= . (9)
П р и м е р. Рабочую навеску верхового сосново-пушицевого торфа со степенью разложения R_т= 60% помещают на поверхность гидропресса. Создают равновесное давление Р₁=1 кПа=1000 Па, затем последовательно облучают образец инфракрасным излучением с жидким фильтром и без него и получают сигнал с прибора U₁= 122 отн.ед. Далее создают давление, например Р₂=450 кПа= 4500000 Па, и получают сигнал U₂=80отн.ед. Затем по формуле (9) производят расчет степени разложения торфа. Предварительно должны быть определены константы прибора. Величина КR определяется из графика, изображенного на фиг. 4, как угловой коэффициент зависимости, его значение равно 2,29 ˙10^-2. Константа K_роопределяется из того же графика с помощью экстраполяции его на ось ординат (см. фиг. 4), значение ее равно K_ро=3,6 ˙10^-2. Далее торф доводят до пластичного состояния, помещают в кювету и задают капиллярное давление с помощью отсасывающего устройства. Например, Р₁=450 кПа (450000 Па). Фиксируют относительную составляющую инфракрасного отраженного излучения U₁= 80 ед. Задают новое значение капиллярного давления Р₂=1000 Па, снимают соответствующее значение U₂=122 ед. При этом можно идти от больших величин Р₁ к меньшим и наоборот в зависимости от градуировки. Затем проводят расчеты. Получают R_т=61,3%. Отклонение составляет +1,3% по сравнению с результатом, полученным микроскопическим методом. Результат измерения не зависит от зольности А^с, типа и вида пробы торфа, так как для различных по своим характеристикам проб торфа А^сменяется от 22 до 19,6%. Угловой коэффициент К_р зависимости lgP_i=f(U_i), представленный на фиг. 4, выражается прямой с постоянной величиной углового коэффициента (К_R= соnst). Это подтверждает независимость измерения от рассматриваемых характеристик пробы (А^с, тип, вид пробы торфа). Для дальнейшего повышения достоверности результата определения R_трекомендуется повторить измерение при разных значениях давления 2-3 раза и взять среднее из них. Способ позволяет повысить достоверность определения степени разложения торфа независимо от вида и зольности торфа. Кроме того, значительно сокращается время определения степени разложения торфа, т.е. увеличивается производительность способа.

Формула изобретения

Способ определения степени разложения торфа, включающий подготовку образца торфа и облучение его потоком излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерений, подготовку образца осуществляют путем доведения торфа до вязкопластичного или текучего состояния, облучают инфракрасным излучением образец, расположенный на пористой пластине, при воздействии на него по крайней мере двух величин капиллярных давлений P₁ и P₂, измеряют соответствующие им отношения U₁ и U₂ интенсивности отраженного инфракрасного излучения к интенсивности этого излучения с отфильтрованными длинами волн, соответствующими полосам поглощения воды, и рассчитывают степень разложения торфа R_т по формуле
R_т= ,
где K_po и К_R- постоянные величины, определяемые для каждого устройства, реализующего способ, как значение зависимости lnK_p от известных R_т при R_т = 0 и углового коэффициента зависимости lnK_p от известных R_т соответственно;
K_p - угловой коэффициент известной зависимости lnP_1,2 от U_1,2.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 32-2000

Извещение опубликовано: 20.11.2000        

---