Определение насыпной плотности фрезерного торфа

Плотность фрезерного торфа является одной из физико-технических характеристик торфяной продукции. Разработано несколько методов для определения насыпной плотности фрезерного торфа в лабораторных и полевых условиях.

Из лабораторных методов используются:

1. В лабораторных условиях плотность рассыпного образца лучше определять с помощью пурки (рис. 1). Засыпка и уплотнение его в мерном цилиндре пурки постоянны, что исключает субъективизм в измерении, так как для сыпучих материалов метод засыпки играет большую роль. Пурка включает в себя 3 цилиндра: загрузочный, наполнитель и мерку. Для создания равномерности засыпки предусмотрено падающее дно, а объем регулируют заслонкой. Трехступенчатая система обеспечивает стандартную насыпку материала в мерный цилиндр. Следует иметь в виду, что полученные из опыта данные по величине насыпной плотности справедливы для свежеотсыпанного торфа. При длительном хранении сыпучих материалов в складочных единицах плотность из-за слеживаемости будет увеличиваться.

 

Рис. 1. Пурка

 

Расчет плотности фрезерного торфа производится по формуле:

, кг/м³                                       (1)

где – сумма масс фрезерного торфа при единичных взвешиваниях; V – объем мерки; n – число определений.

 

2. В лабораторных условиях определение плотности фрезерного торфа можно проводить при помощи простой установки (рис. 2), состоящей из стеклянной воронки 1, стакана с известным объемом 2 и штатива 3. Плотность фрезерного торфа зависти от высоты падения в мерный стакан. Поэтому расстояние от стакана до воронки принято равным 2,5 см. 

 

 

Расчет плотности фрезерного торфа проводят по формуле:

, кг/м³                                               (2)

где m_ср – среднее значение масса торфа при трехкратной повторности; V – объем мерного стакана.

 

В  полевых условиях насыпная плотность фрезерного торфа определяется следующими методами:

1. Метод мерного ящика, который заключается в многократном наполнении мерного ящика объемом 0,1 м³ (0,5м х 0,5м х 0,4м) фрезерным торфом с последующим взвешиванием. Расчет производится по формуле (1). Применяются также и методы с использованием мерных цилиндров и пробоотборника, имеющего вместимость 1 литр. Каждая проба взвешивается отдельно и берется средняя величина.

2. Метод радиобуров. Используется для измерения плотности торфяной залежи и фрезерного торфа.

Для определения насыпной плотности торфа в Тверском политехническом институте разработаны конструкции радиовилок и радиобуров, регистрирующих как проникающее, так и рассеянное гамма-излучение, возникающее в результате взаимодействия первичных гамма-квантов источника с электронами окружающей среды. Вылетающие из источника прямолинейно гамма-кванты после ряда столкновений изменяют свою траекторию так, что возвращаются обратно и регистрируются счетчиком (рис. 3).  Измерение плотности основано на предположении о пропорциональности между количеством электронов в окружающей среде и плотностью вещества.

 

Рис. 3. Схема радиобура: 1 – пересчетное устройство; 2 – экранированный кабель;  3 – штанга; 4 – челнок; 5 – источник излучения; 6 – свинцовый экран; 7 – счетчик

 

Источник излучения ⁶⁰Со отгораживается от прямого попадания излучения на счетчик свинцовой защитой. Счетчик находится внутри герметически закрытого стакана из плексигласа. Счетчик кабелем соединен с пересчетным устройством. Штанги подключаются к кабелю через разъемы. Общая длина штанг составляет 4 метра. Масса радиобура со всеми штангами без измерительного устройства 5,3 кг.

Радиус действия рассеянного излучения R=0,5 м. Прямая пропорциональность между плотностью вещества и интенсивностью рассеянного излучения справедлива при плотности торфа до 1000 кг/м³. При большей плотности наблюдается обратная зависимость вследствие уменьшения вероятности рассеянных квантов в пространстве счетчика. Поэтому для определения насыпной плотности фрезерного торфа используется восходящая ветвь кривой. При построении тарировочного графика плотность торфа изменяется путем его сжатия. Неоднородность по фракционному и ботаническому составу не отражается на устойчивой работе бура. Так как объем анализируемой пробы приблизительно равен 500 л, по сравнению с обычными методами стабильность результатов значительно выше.

Для измерения с помощью бура челнок погружается в штабель на глубину от поверхности не мене 0,5 м и измеряется число импульсов. Время замера составляет 4-5 мин. Затем по тарировочному графику находят плотность торфа.

В Тверском политехническом институте разработан радиоизотопный прибор РВП-НГ для одновременного определения плотности и влажности торфа в залежи и торфяной продукции без отбора проб. Прибор состоит из зонда-датчика, блока питания с пультом управления, пересчетных приборов и контрольно-защитного устройства. Зонд-датчик (рис. 4) представляет собой цилиндрический челнок 1, внутри которого размещены источник нейтронов 2; детектор медленных нейтронов 3, состоящий из трех счетчиков; детектор гамма-квантов 4, состоящий из трех счетчиков и платы 5, на которой установлен предусилитель. 

Трехжильным кабелем 6 зонд-датчик соединяется с блоком питания и пересчетными приборами. Прибор позволяет проводить измерения в следующих пределах: плотности – 200-1100 кг/м³, влажности – 20-95%. Время одного измерения составляет 5-10 мин.    

Установлено, что коэффициент корреляции между производственными и лабораторными данными по ρ очень высокий (r = 0,92).

Наименее однородным по плотности является фрезерный торф верховых залежей. Катионно-насыщенный торф имеет более высокую плотность. Плотность фрезерного торфа зависит от качества исходного торфяного сырья.

Между плотностью торфа и водопоглощаемостью имеется обратная зависимость. Это связано с плотностью торфа и компактностью его агрегатов.

В низинном торфе эта связь слабее (коэффициент корреляции r_xy = - 0,54), чем в верховом (r_xy = - 0,81) и переходном (r_xy = - 0,72).

Плотность фрезерного торфа связана не только с показателями распада органического вещества торфа (степенью разложения R, %; содержанием фракций < 10 мк – m_<10, %; теплотой сгорания – ; содержанием углерода – С^г, %), но и с показателями, характеризующими условия формирования торфа (содержанием катионов Са²⁺ и кислотностью среды рН). 

Целью лабораторной работы является определение насыпной плотности фрезерного торфа методом мерного цилиндра с использованием прибора пурки.

        

Необходима следующая аппаратура:

1. Пурка;

2. Технические весы с набором гирь;

3. Совок, щетка.

 

Последовательность выполнения работы

 

1. Знакомятся с устройством пурки.

2. Собирают прибор. Закрыв защелку загрузочного цилиндра, заполняют его при помощи совочка фрезерным торфом. Освобождают защелку от фиксатора, чтобы фрезерный торф поступил в наполнитель.

3. Извлекают заслонку, освобождая падающее дно, которое увлекает за собой фрезерный торф. Заслонку вновь ставят на место, отделяя тем самым излишек торфа в приборе.

4. Разбирают прибор, извлекают мерку, удаляют излишек торфа, оставшийся на заслонке и взвешивают мерку с точностью до 0,5 г. Повторяют три раза те же определения.

5. Вычисляют плотность фрезерного торфа по формуле (1). Оформляют и защищают работу.

Экспериментальные данные заносятся в табл. 2.

 

 

Метод мерного цилиндра

Таблица 2. Результаты определения плотности фрезерного торфа

 

Характеристика образца		Объем мерки V, см^3	Масса торфа в мерке, г				Плотность торфа, г/см^3
тип торфа	влажность  ω, %		m1	m2	m3	mср

 

Контрольные вопросы

 

1. Насыпная плотность фрезерного торфа и ее связь с основными свойствами.

2. Лабораторные методы определения плотности фрезерного торфа.

3. Методы определения плотности фрезерного торфа в штабелях.

4. Устройство пурки.

5. В чем преимущество пурки?

 

 

Лабораторная работа № 10