Тема 8 определение влажности зерна методом точки росы.

Измерения, связанные с присутствием влаги в зерне фактически можно разделить на два вида: первый - оценка состава зерна, где определенным компонентом является вода; второй - оценка термодинамических свойств воды, содержащейся во влажном зерне. Вторая измери­тельная задача связана со способностью воды испаряться и конденсироваться в естественных условиях. Известно, что таким свойством обладают, например, бензин, ацетон и др. вещества, но количественно в настоящее время это свойство оценивается только для воды . Это связано со всепроникающим присутствием водяного пара находящегося в воздухе и влиянием его состояния практически на все процессы, как естественные протекающие в природе, так и искусственные в технике.

При хранении влажного зерна в воздухе направление движения влаги зависит от соотношения между парциальным давлением пара непосредственно в зерне и у его поверхности (Р_з) и парциальным давлением пара в воздухе (Р_в). Если парциальное давление пара в воздухе превышают соответствующую величину над поверхностью зерна, то происходит процесс сорбции (увлажнении) зерна; в противном случае происходит процесс десорбции (сушки). По истечении определенного времени наступает состояние термодинамического и молекулярного равновесия. В состоянии термодинамического равновесия влажное зерно имеет определенную влажность, его влагосодержание называют равновесным или гигроскопическим. В этом состоянии относительная влажность воздуха равна относительной упругости пара у поверхности зерна:

Где: - относительная влажность воздуха, Рн - давление насыщенного пара при данной температуре.

Как известно, термодинамическое состояние вообще может быть однозначно задано двумя любыми параметрами состояния, В рассмотренном случае, когда состояние должно быть указано по отношению к состоянию насыщения достаточно использовать только один параметр, но оценивать его значение в данном и предельном насыщенном состояниях. Это может быть либо отношение соответствующих значений параметра ,либо их разность. Так, при изобарическом процессе это разность значений температуры воздуха Т и точки росы Т₀ или их отношение.

Равновесная влажность зерна зависит от относительной влажности воздуха и его температуры. Эта зависимость лежит в основе метода «Точка росы» определения влажности зерна и продуктов его переработки. Как известно, от влажности воздуха при данной температуре зависит его точка росы- температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным. Таким образом, влажность исследуемого вещества может быть определена по значениям температуры и точки росы воздуха, находящегося в термодинамическом равновесии с веществом.

Для установления теоретической зависимости между влажностью вещества, температурой воздуха и его точки росы используем закон Больцмана. На основании закона Больцмана, связывающим концентрацию водяного пара в воздухе п(Т) при температуре Т с концентрацией влаги в веществе Ni, можем записать:

(1)

Где: к - постоянная Больцмана.

Суммирование ведется по всем формам связи влаги в веществе с энергиями При температуре равной точке росы Т₀ водяной пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным, т.е.

(2)

Где - концентрация насыщенного водяного пара.

Концентрация насыщенного водяного пара связана с максимальной концентрацией влаги в веществе N_0i так же законом Больцмана

(3)

Из соотношения следует, что;

(4)

Влагосодержание U - величина равная отношению массы влаги, содержащейся в веществе, к массе "сухого вещества", может быть выражена через концентрацию влаги в веществе. Поэтому:

(5)

Где: U₀- максимальное влагосодержание, соответствующее максималь­ной концентрации влаги в веществе. С учетом соотношения получаем следующее выражение:

(6)

где - коэффициенты, которые как и энергия связи должны быть определены экспериментально для исследуемого вещества.

Влажность вещества W- величина равная отношению массы влаги в веществе к массе влажного вещества связана с влагосодержанием соотношением:

(7)

С учетом выражение для W имеет вид:

(8)

Таким образом, по измеренным значениям Т и Т₀ можно определить влажность вещества W .

Учитывая, что на практике влажность зерна и продуктов его переработки измеряют в интервале температур, для которого эта зависимость имеет вид:

(9)

где:

На основании можно утверждать, что влажность вещества с 'большой точностью зависит только от разности температур получила название дефицит температуры точки росы. Этот вывод находится в полном соответствии с экспериментальными данными.

Принципиально для этих целей можно использовать соответствующие значения энтропии, энтальпии и других термодинамических пара­метров. Нa практике нашли применение только относительная влажность и дефицит температуры точки росы Т- Т₀.

Анализируя современные методы измерения влажности зерна и продуктов его переработки, можно сделать следующие выводы:

1. Большинство методов измерения влажности приводят к разрушению

   объекта контроля, влияют на физико-химический и биологический ход

   протекания процессов и нарушают структуры различных полей;

2. для большинства методов необходим непосредственный контакт чувствительного элемента с исследуемым веществом;

3. Для всех методов характерна малая представительность проб и, следовательно, влияние на результаты измерений неравномерности :распределения влаги по объекту исследуемого вещества, влияние случайных примесей, колебаний химического состава, градиента плотности по объему исследуемой пробы и т.п.

4. Для большинства методов измерения влажности необходима проотборка и специальная пробоподготовка. Методы не являются экспрессными и требуют значительных трудозатрат.

   КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

   1. Какие процессы могут проходить при наличии воды в смешанных условиях?

   2. От чего зависит направление движения влаги при хранении зерна?

   3. При каких условиях наступает состояние термодинамического равновесия?

   4. От каких параметров зависит равновесие влажности зерна?

5. Что называют точкой росы?

6. Что называют влагосодержанием вещества?

7. Что называют влажностью вещества?

8. Какие недостатки имеют современные методы измерения

влажности зерна?

ТЕСТ 8

Какой процесс протекает в системе «зерно – окружающая среда», если

1. Р_з>Р_в;

2. Р_з<Р_в;

3. Р_з=Р_в:

где Р_з – парциальное давление пара непосредственно в зерне и у его поверхности; P_в – парциальное давление пара в воздухе.

Возможные ответы:

1. Процесс сорбции;

2. Процесс десорбции;

3. Состояние термодинамического равновесия;

4. Среди ответов нет верного.

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ

Влажность воздуха относительная - отношение давления водяного пара, содержащегося в воздухе при данной температуре, к давлению насыщенного водяного пара при той же температуре, выраженное в процентах.

Вязкость - появление сил трения между слоями газа или жидкости, движущимися друг относительно друга параллельно и с разными по величине скоростями.

Газ

- идеальный - модель газа, в которой молекулы обладают пренебрежимо малым объемом по сравнению с объемом сосуда, между молекулами не действуют силы притяжения, при соударении молекул друг с другом и со стенками сосуда действуют силы отталкивания;

- реальный - газ, между молекулами которого действуют силы межмолекулярного взаимодействия.

Диффузия - самопроизвольное взаимное проникновение и перемешивание частиц двух соприкасающихся газов, жидкостей или твердых тел.

Жидкость - тело, которое, имея определенный объем, принимает форму сосуда, в котором оно находится.

Испарение - процесс, при котором с поверхности жидкости или твердого тела вылетают молекулы, кинетическая энергия которых превышает потенциальную энергию взаимодействия молекул.

Квант энергии - минимальное количество энергии, которое система может поглотить или излучить.

Кипение - процесс, происходящий при нагревании жидкости до определенной температуры, при котором пузырьки пара внутри жидкости расширяются и всплывают на поверхность, если давление насыщенного пара равно внешнему давлению или превышает его.

Количество теплоты - количество энергии, переданной системе внешними телами путем теплообмена.

Кристаллы - твердые тела, в которых атомы или молекулы расположены упорядоченно и образуют периодически повторяющуюся внутреннюю структуру.

Насыщенный пар - вещество в газообразном состоянии, находящееся в динамическом равновесии с жидкостью.

Пар - реальный газ, который находится в состояниях, близких к конденсации.

Процесс

- адиабатный - процесс, происходящий в термодинамической системе при отсутствии теплообмена с окружающими телами;

- изобарый - процесс, протекающий при постоянном давлении;

- изотермический - процесс, протекающий при постоянной температуре;

1. изохорный - процесс протекающий при постоянном объеме.

Системы термодинамические - макроскопические системы, которые могут обмениваться энергией как друг с другом, так и с внешней средой.

Температура - физический параметр, одинаковый во всех частях системы, находящихся в состоянии теплового равновесия, мера средней кинетической энергии молекул.

Температура критическая - особое для каждого вещества значение температуры; при температурах больше критической, вещество не превращается в жидкость ни при каких давлениях.

Теплообмен конвективный - передача теплоты между движущимися неравномерно нагретыми частями газов, жидкостей или газами жидкостями и твердыми телами.

Теплопроводность - явление передачи теплоты от одной части неравномерно нагретого тела к другой.

Точка росы - температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар становится насыщенным.

Явление переноса - группа процессов, связанных с неоднородностью плотностей, температуры или скорости упорядоченного перемещения отдельных слоев вещества.

Итоговые вопросы.

1. Фазовые переходы и превращения, их примеры.

2. Условия равновесия фаз.

3. Фазовые диаграммы. Тройные точки.

4. Получение низких температур. Процесс Джоуля-Томсона.

5. Эффект Джоуля-Томсона для идеального газа и газа Ван-дер-Ваальса.

6. Положительный и отрицательный эффект Джоуля-Томсона. Температура инверсии.

7. Получение низких температур. Метод адиабатического расширения.

8. Рентгеновское излучение. Тормозное и характеристическое излучение.

9. Взаимодействие - излучения с веществом.

10. Явления массо – и теплообмена.

11. Диффузия. Концентрационная диффузия.

12. Самодиффузия. Термическая диффузия.

13. Теплопроводность. Дифференциальное уравнение теплопроводности.

14. краевые задачи на уравнение теплопроводности. Физический смысл граничных и начальных условий.

15. Стационарное уравнение теплопроводности. Примеры.

16. Внешняя теплопередача. Закон Ньютона.

17. Оптически активные вещества. Вращение плоскости поляризации. Сахариметры.

18. Влажность. Измерение влажности. Точка росы.

19. Теплоемкость твердых кристаллических тел.

    Ответы на тесты

    тест 1

    1. (в)

    2. (б)

    3. (а)

ТЕСТ 2

1. (а)

2. (б)

3. (б)

4. (г)

ТЕСТ 3

1. (б)

2. (г)

3. (в)

ТЕСТ 4

1. (б)

2. (в)

3. (д)

4. (в)

5. (г)

ТЕСТ 5

1. (б)

2. (в)

3. (а)

ТЕСТ 6

1. (а)

2. (а)

3. (в)

4. (а)

ТЕСТ 7

1. (а)

2. (в)

3. (б)

4. (г)

ТЕСТ 8

1. (б)

2. (а)

3. (в)

Список литературы

1. Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Т.2. термодинамика и молекулярная физика М., «Наука», 1990.

2. С.К.Годунов. Уравнения математической физики. М., «Наука», 1971.

3. Е.С.Кутателадзе. Основы теории теплообмена. Машгиз, 1962.

4. В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел. теплоотдача. М., «Энергия», 1964.

СОДЕРЖАНИЕ

СТР.