4. Плотность сухого вещества торфа.

Отношение массы сухого (беспористого) вещества торфа к его объему называется плотностью сухого вещества торфа ρ, которую можно определить как отношение массы атомов, слагающих сухое вещество, к их объему. Для её нахождения используют зависимость

, (4.1)

где m_с – масса сухого вещества; V_с – объем сухого беспористого вещества торфа.

Для того чтобы отличать плотность (кажущуюся) от плотности сухого беспористого вещества (истинной), будем обозначать первую буквой γ. Тогда по определению плотности

. (4.2)

В общем случае торфа находится в трехфазном состоянии, т.е.

, (4.3)

где V_c, V_в, V_г – объемы сухого вещества, воды и газа. По этой причине γ всегда меньше ρ. Если все поры торфа заполнены водой, то плотность торфа однозначно зависит от влажности и будет максимальной.

Если изменение плотности начинается с какого-то конкретного начального значения (γ_н) и изменение объема будет равно количеству удаленной воды, то текущие значения плотности можно рассчитать на основании следующий положений:

; ; ; . (4.4)

После преобразования уравнения (4.4) получим значение текущей плотности γ, когда изменение объема равно количеству удаленной воды:

, (4.5)

где m_н, m, V_н, V, ω_н, ω – начальные и конечные массы торфа, объемы и влажности соответственно; ρ_в – плотность воды. Для другого предельного случая, начиная с какого-то значения, объем материала изменяться не будет, т.е. V_н = V = const. Преобразуя для этого случая условия (4.4), получаем

. (4.6)

Уравнения (4.5) и (4.6) дают два предельных случая изменения плотности: первое – максимальное её значение, второе – минимальное. Действительные значения будут лежать в промежутке между кривыми из графика: Рис 4.1 Зависимость максимальной плотности торфа от влажности: 1 – ρ=1800 кг/м³; 2 – ρ=1700; 3 – ρ=1600; 4 – ρ=1500 кг/м³.

Из уравнения (4.5) следует, что при γ_н = ρ_н = 1000 кг/м³ максимальная плотность при сушке не зависит от влажности и остается постоянной. При значениях γ_н>ρ_в максимальная плотность при сушке будет возрастать с уменьшением ω, а при γ_н<ρ_в – убывать с увеличением ω.

Насыпная плотность – масса сыпучего вещества в объеме свободной засыпки. Этой величиной характеризуется фрезерный торфа, а также кусковой и брикеты при нахождении их в складочных или транспортных единицах. Между плотность отдельного куска торфа в насыпной в штабеле В.П.Власов установил зависимость

, (4.7)

где n – пористость штабеля, δ – плотность упаковки кусков в штабеле; γ_кус – плотность отдельного куска.

Методы определения плотности.

Плотность торфа в залежи определяется методом режущего кольца. С этой целью кольцо с заостренными кромками и известным объемом вдавливается в залежь. Вынутый вместе с кольцом торф зачищается по торцам и взвешивается. Масса торфа, деленная на объем кольца, дает плотность в залежи. Для получения достоверного результата число измерений должно быть не менее пяти. Точность измерений растет с увеличением диаметра кольца.

Плотность торфа в залежи для инженерных расчетов берется из таблиц С.А.Сидякина или может быть рассчитана по уравнениям

для верхового торфа

; (4.8)

для низинного торфа

. (4.9)

Здесь γ в кг/м³, R и ω в %.

Насыпная плотность фрезерного торфа в полевых условиях определяется с помощью мерного ящика с объемом 0,1 м³ (0,5 х 0,5 х 0,4). Для этого из навалов торфа или из валков проводится 10 взвешиваний и находится средняя величина. Плотность торфа в штабелях определяется с помощью пробоотборника, имеющего емкость 1 л. Каждая проба торфа взвешивается отдельно и берется средняя величина. В лабораторных условиях насыпная плотность находится с помощью пурки. Засыпка торфа и уплотнение его в мерном цилиндре пурки постоянны, что исключает субъективизм в измерении, так как для сыпучих материалов засыпки играет большую роль.

Что касается плотности окускованного торфа (кускового и брикетов), то здесь одним из наиболее удобных является метод засыпки в песок. Для этого берется отмытый от глины высушенный песок и просеивается через сито 0,25 мм. Подситовая часть используется для анализа. Определяется насыпная плотность песка. Для этого в стакан (~500 мл) через воронку засыпается песок. Расстояние от края стакана до воронки принимается 4-5 см, оно остается постоянным для всех измерений. Песок засыпается так, чтобы при свободной засыпке образовался конус лишнего песка, который снимают линейкой. Далее, зная массу песка и емкость стакана, находят насыпную плотность. Плотность торфа определяют следующим образом. Взвешивают кусок торфа (m_т), помещают его в стакан и засыпают песком до свободного осыпания. Излишки песка убирают линейкой и взвешивают стакан (стакан+песок+торф) (m₁). Разность m₁-m_т=m_п – масса песка. Плотность торфа рассчитывается по формуле

, (4.10)

где γ_п – насыпная плотность песка; m₂ – масса стакана с одним песка.