Плотность грунта в кг м3: Средняя плотность грунтов в естественном залегании (Таблица 1)

Средняя плотность грунтов в естественном залегании (Таблица 1)

Общая плотность грунта – описание свойства и определение

Общая плотность – это характеристика грунта с естественной влажностью и ненарушенным сложением. Она состоит из показателей всех трех фаз материала (твердой, жидкой, газообразной). На нее оказывают влияние плотность твердых частиц, их форма и размеры, вид и количество пор, влажность.

• Общая плотность грунта

• Определение общей плотности грунта

• Метод режущего кольца

• Взвешивание парафинированного образца в воде

• Взвешивание в нейтральной жидкости

• Метод замера образца правильной формы

• Метод лунки

• Радиоизотопный метод

• Практическое значение показателя общей плотности

Общая плотность выше у минеральных грунтов – например, у скалы, состоящей из сплошного массива прочных пород (габбро, базальта, гранита, серпентинита). Плотность снижается в процессе выветривания, когда в породе появляются трещины и поры, при ее распаде на отдельные части. Низкой плотностью обладают органические грунты (например, торф).

У дисперсных грунтов (состоящих из отдельных зерен, не связанных между собой) плотность зависит от размера и формы частиц. Она выше у материалов с мелкими окатанными зернами (например, у речного песка).

У грунтов с крупными зернами плотность больше зависит от минералов, из которых они состоят. Но даже при высоком показателе у частиц, общая плотность может быть низкой. Это происходит из-за высокой пористости – между крупными кусками породы есть много пустого пространства с практически нулевой плотностью.

Уменьшается общая плотность при высокой пористости, если пространство между зернами грунта заполнено воздухом. При большой влажности показатель, наоборот, может увеличиваться.

Плотность органических веществ намного ниже, чем у минералов. Но она повышается в ходе разложения органики. Это четко видно на примере торфа. Верховой тип, в котором много неразложившихся остатков растений, имеет более низкую плотность, чем низинный.

В таблице даны усредненные показатели плотности основных разновидностей грунтов.

Далее мы расскажем, какими методами можно измерить общую плотность грунта.

Определение общей плотности грунта

Основные методики исследования общей плотности грунтов описаны в ГОСТ 5180-2015.

К ним относятся:

• Метод режущего кольца
• Взвешивание в воде парафинированного образца
• Взвешивание парафинированного образца в нейтральной жидкости

Кроме них используются следующие способы:

• Замер образца правильной формы
• Метод лунки
• Радиоизотопное исследование плотности

В таблице даны наиболее приемлемые методы определения общей плотности для разных видов грунтов.

Детальнее о перечисленных методах читайте в продолжении статьи.

Метод режущего кольца

Этим способом плотность можно определить самостоятельно. Нужно лишь иметь под рукой некоторые инструменты.

Для измерений понадобятся:

• Весы
• Стальное кольцо с антикоррозийным покрытием
• Гладкие пластины из стекла, металла или пластика
• Аналитические весы

В таблице даны параметры кольца для разных грунтов.

Порядок проведения работы:

1. Сначала нужно измерить внутренний диаметр кольца штангенциркулем, высоту – линейкой и вычислить объем. У стандартных приборов объем уже рассчитан и прописан в инструкции.
2. Затем внутреннюю поверхность покрывают вазелином, предварительно взвесив вещество на аналитических весах.
3. Поверхность грунта разравнивают, ставят на нее кольцо.
4. Затем постепенно кольцо опускают, параллельно убирают грунт, чтобы с внешней стороны кольца образовалась выемка на 1 мм шире внутреннего диаметра.
5. Когда грунт поднимется над внешним ободком, его аккуратно убирают.
6. Затем грунтовый столбик подрезают снизу кольца и перекрывают дно пластиной.
7. В конце кольцо с грунтом ставят на весы и снимают показатели.

Плотность высчитывают по формуле:

Испытание проводят несколько раз. Оно считается достоверным, если разница между объемом каждой пробы составляет не более 0,01 г/см3.

Взвешивание парафинированного образца в воде

Этот метод еще называют парафиновым.

Для проведения испытания понадобятся:

• Образец грунта с ненарушенной структурой и естественной влажностью объемом около 50 см3
• Тонкая нить
• Парафин
• Тонкая игла
• Стакан с водой
• Штатив для подвешивания пробы

Проведение испытания:

1. Необходимо срезать острые углы у пробы грунта и придать ей округлую форму.
2. Затем нужно обмотать шар нитью и взвесить.
3. Парафин разогревают до 50-60°С и опускают туда пробу на 3-5 сек.
4. Потом образец вынимают и тонкой иглой прокалывают пузырьки воздуха на поверхности. Повторять действие нужно несколько раз, пока не образуется плотная пленка без пузырей.
5. Грунт охлаждают и взвешивают вместе с парафиновой оболочкой.
6. Над чашкой весов устанавливают емкость с водой, чтобы она их не касалась (используют подставку).
7. К весам подвязывают пробу грунта в парафиновой оболочке и опускают ее в чашу с водой. Грунтовый шар не должен касаться стенок и дна емкости.
8. Грунт вынимают из воды и повторно крепят на весы. Разница между результатами не должна превышать 0,02 г. Если она больше – это значит, что вода попала в грунт, и опыт следует повторить.

Плотность высчитывают по формуле:

Для определения плотности воды пользуются готовыми данными при разных температурах. Они приведены в таблице.

Опыт проводят 2 раза с каждой пробой и выводят среднее значение плотности с точностью до 0,01 г/см3. Допускается расхождение между двумя опытами не более 0,02 г/см3.

Взвешивание в нейтральной жидкости

Метод предназначен для определения показателя у мерзлых грунтов. Вместо воды берут керосин, лигроин либо другую нейтральную жидкость. Она, как и образец, должна быть минусовой температуры. Испытание проводят также, как описано выше.

Результаты вычисляют по формуле:

Метод замера образца правильной формы

При этом способе измерения из грунта с природным сложением вырезают куб либо параллелепипед с заданной величиной граней. Затем определяют объем фигуры. После этого ее взвешивают и вычисляют плотность – вес разделяют на объем.

Метод лунки

Таким методом определяют плотность мерзлых и крупнообломочных грунтов. В земле делают лунку с гранями 30×30×30 см. Потом материал извлекают и взвешивают его с точностью до 1 г. После этого пустую лунку застилают полиэтиленовой пленкой, заполняют жидкостью либо песком с частицами 0,5-3 мм. Затем все извлекают и определяют объем заполнителя. Далее массу грунта разделяют на полученную цифру и получают его плотность.

Радиоизотопный метод

Радиоизотопным методом измеряют плотность грунта в месте его залегания.

Используется 2 варианта:

• Гаммаскопический – для измерения плотности на глубине 1,5-2 м. Источник излучения и детектор располагаются в параллельных скважинах или на поверхности грунта.
• Методика рассеянного гамма-излучения – для определения плотности на большой глубине. Источник лучей и детектор располагаются в скважинах.

Для реализации последних трех методов необходимо иметь специальное оборудование и разрешение на работу. Поэтому эти способы применяются только при промышленном строительстве, при разработке шахт и карьеров.

Практическое значение показателя общей плотности

Показатель общей плотности грунта на практике имеет наибольшее значение и более точный показатель. Его можно вычислить самостоятельно, имея под рукой емкость заданного объема и весы.

Определение показателя позволяет решить несколько практических вопросов:

• При строительстве фундаментов и оснований дорог с помощью общей плотности рассчитывают предполагаемую усадку и потребность в дополнительном уплотнении, допустимую нагрузку.
• Показатель помогает узнать давление, которое будет оказывать грунт на стенки фундамента.
• С помощью показателя рассчитывают насыпную плотность – соотношение веса и объема материала при свободной засыпке. Эта величина помогает переводить кубометры в тонны и обратно, рассчитывать количество транспорта для перевозки и площадь места для складирования. Подробно об этой характеристике вы можете прочитать на нашей странице Насыпная плотность сыпучих материалов и грунтов.

О других видах плотности грунтов вы можете прочитать в наших статьях:

• Плотность твердой фазы грунта
• Плотность сухого (скелета) грунта
• Максимальная плотность грунта

Также рекомендуем к прочтению нашу статью о плотности грунтов в целом.

Плотность строительных материалов в кг/м3 и фунт/фут3

🕑 Время считывания: 1 минута

Содержание:

• Плотность различных строительных материалов
• Значения плотности различных строительных материалов
  • Масса или плотность различных конструкций материалы представлены в таблице ниже.

Плотность различных строительных материалов

Плотность строительных материалов – это их масса на единицу объема материалов. Выражается в кг/м3 или фунт/фут3 и показывает плотность строительного материала.
Плотность также называют единицей массы вещества. Он представлен символом, называемым строкой ( стр ). Плотность представляет собой степень компактности материала. Если материал более плотный, то это более уплотненный материал. Плотность определяется как отношение массы к объему. р = м/об
Единицы = кг/м ³ или фунт/фут ³
Преобразование: 1 кг/м ³ = 0,624 фунт/фут ³

Значения плотности различных строительных материалов

Если два разных материала одинаковы по массе, то их плотность у обоих может быть разной. Материал с меньшей плотностью занимает больший объем, чем материал с большей плотностью.
Плотность также определяет способность материала тонуть. Это определяется, зная плотность жидкости. Если материал имеет меньшую плотность, чем жидкость, то он будет плавать на поверхности жидкости. Если его плотность больше, чем у жидкости, то он утонет.
Например, вода имеет плотность 1000 кг/м 9 .0027 3 , если мы поместим бамбуковую древесину (350 кг/м ³ ) на воду, она будет плавать на поверхности воды, так же, как если мы уроним кирпич (1700 кг.м ³ ), он утонет в воде.
Значение плотности строительного материала также поможет узнать количество материала, необходимого для конкретного помещения.

Удельный вес или плотность различных строительных материалов приведены в таблице ниже.

С.№.	Строительные материалы	Плотность (кг/м 3 )	Плотность (фунт/фут 3 )
1	ВОДА	1000	62,43
	Древесина (различные виды)
2	Бальза	170	10,6
3	Бамбук	300 — 400	18,7 — 25
4	Сосна	370 — 530	23 – 33
5	Кедр	380	23,7
6	Аспен	420	26,2
7	Древесина ивы	420	26,2
8	Африканское красное дерево	495 – 850	31 — 53
9	Красное дерево Гондурас	545	34
10	Американское красное дерево	450	28
11	Европейская красная древесина	510	31,8
12	Ель (канадская)	450	28
13	Ель (Ситкинская)	450	28
14	Афромосия	705	44
15	яблоко	660 – 830	41,2 – 51,8
16	Ясень (черный)	540	33,7
17	Ясень (белый)	670	41,8
18	Береза ​​	670	41,8
19	Черное дерево	960 – 1120	59,9 – 69,9
20	Вяз	600 – 815	37,4 – 50,8
21	Ироко	655	40,9
22	Лиственница	590	36,8
23	Клен	755	47,1
24	Дуб	590 — 930	36,8 — 58
25	Тик	630 — 720	39,3 – 44,9
26	Платан	590	36,8
27	Лигнам витэ	1280 — 1370	79,9 -85,5
28	Песчаный грунт	1800	112,3
29	Глинистая почва	1900	118,6
30	Гравийный грунт	2000	124,8
31	Песчаник	2000	124,8
32	Ил	2100	131
33	Мел	2100	131
34	Сланец	2500	156
35	Осадочные породы	2600	162,3
36	Метаморфические породы	2700	168,5
37	Магматические породы (кислые)	2700	168,5
38	Магматические породы (основные)	3000	187,2
39	Кирпичи	15:00-18:00	93,64 -112,3
40	Асфальт	721	45
41	Цемент	1440	89,8
42	Цементный раствор	2080	129,8
43	Лайм	640	39,9
44	Известковый раствор	1760	109,8
45	Бетон (PCC)	2400	149,8
46	Бетон (ЖБК)	2500	156
47	Сталь	7850	490
48	Нержавеющая сталь	7480 — 8000	466,9 – 499,4
49	Алюминий	2739	170,9
50	Магний	1738	108,4
51	Кобальт	8746	545,9
52	Никель	8908	556,1
53	Олово	7280	454,4
54	Свинец	11340	707,9
55	Цинк	7135	445,4
56	Чугун	7208	449,9
57	Медь	8940	558,1
58	Железо	7850	490
59	Стекло	2580	161

Поделиться этой статьей

• Facebook

тБДж: вес или объем для обработки биоугля и биомассы?

Продукты из биомассы и биоугля часто описываются в научной литературе по весу, но в коммерческом секторе обрабатываются и продаются по объему. Хотя плотность связывает эти два понятия и может использоваться для преобразования между этими показателями, определение и применение плотности не всегда просто. Мы описываем различные виды плотности, которые можно использовать для биомассы и биоугля: скелетная плотность, объемная плотность и плотность оболочки. Мы резюмируем, как измеряются эти плотности и как они влияют на наше понимание того, «сколько».

Введение

Одним из источников путаницы для тех, кто плохо знаком с традиционной системой измерения в США, является унция, единица измерения, используемая для измерения как веса (1 унция экирдупуа = 28,35 грамма), так и объема (1 жидкая унция = 29,6 см ³ ). . В американском продуктовом магазине легко купить неправильное количество ингредиента, потому что в рецепте может быть указан объем в унциях, а ингредиент может продаваться в унциях по весу. Преобразование веса в объем и объема в вес возможно с информацией о плотности материала, но эти преобразования почти никогда не бывают удобными.

Эта проблема преобразования веса в объем и обратно также наблюдается в коммуникациях и коммерческой деятельности, связанной с биомассой и биоуглем. Например, исследователи биоугля могут сообщать в журнальных статьях только массу, то есть «5 г полученной биомассы было подано в реактор, что дало 2 г биоугля». Крупный поставщик биомассы может указывать цены в сухих тоннах. Агент расширения, дающий рекомендации по применению биоугля в почве, может использовать кубические футы или кубические ярды на акр или кубические метры на гектар. Пиролизер для производства биоугля может иметь размер в литрах или кубических футах. Каждая единица веса или объема выбирается по привычности и удобству для конкретного применения. Такие различия в единицах измерения могут вызвать путаницу в различных секторах производства биомассы и биоугля. В этой статье мы представляем обсуждение плотности, ее различных определений и методов измерения. Мы включаем репрезентативные значения плотности для справки и некоторые примеры «количеств», с которыми можно столкнуться в исследованиях и промышленности биомассы и биоугля.


Плотность

Простейшее определение плотности — это масса, деленная на объем. Примерами единиц плотности являются граммы на кубический сантиметр (г/см ³ ), килограммы на кубический метр (кг/м ³ ), фунты на кубический фут (lbs./ft ³ ), фунты на кубический ярд ( фунтов/куб. ярдов). Массовая составляющая плотности обычно четко определена и относительно легко измеряется. Достижения в области измерения массы чаще всего связаны с улучшением точности, диапазона и точности приборов, а не с изменениями в методе измерения. Однако определения и измерения объема имеют гораздо больше нюансов и являются причиной различий в плотностях. Объем может относиться к объему контейнера, содержащего сыпучий материал, объему «оболочки» отдельной частицы или объему «скелета» материала, исключая поры и пустоты. На рис. 1 показаны три различных способа измерения объема пористого материала; каждое другое измерение объема приводит к другому значению плотности. В таблице 1 приведены некоторые примеры значений плотности биомассы и биоугля.

Рисунок 1. Разница между плотностью скелета, объемной плотностью и плотностью оболочки. (1)

Насыпная плотность

Насыпная плотность определяется объемом контейнера, используемого для хранения образца — этот объем включает поровое пространство внутри и между частицами образца внутри контейнера. Для измерения насыпной плотности пустой контейнер известного объема взвешивают, наполняют образцом и снова взвешивают; масса образца делится на объем контейнера. Насыпная плотность сильно зависит от того, как частицы образца упаковываются в контейнер. Стандарты измерения объемной плотности, такие как ASTM E873 для топлива из уплотненной биомассы в виде твердых частиц (6) и ASTM E1109.для фракций твердых отходов (7) необходимо очень конкретно указать, как образец выливается и выравнивается, и используется ли какая-либо процедура давления или встряхивания. (Другие родственные методы включают ASAE 269. 5 для уплотненных материалов (8), EN 15103 для объемной плотности твердого биотоплива (9) и ASTM D2584 для активированного угля (10).) плотность иногда называют «плотностью касания».

Таблица 1. Примеры значений плотности биомассы и медленного пиролиза биоугля. (1 г/см ³ = 1000 кг/м ³ = 62,4 фунта/куб. фут)

Объемная плотность — наиболее часто используемое определение плотности при производстве и продаже биомассы и биоугля в США. Иногда проводят различие между плотностью «сухой массы», плотностью «в состоянии поставки» и плотностью «в упаковке». Плотность сухой массы представляет собой сухую массу биомассы/биоугля, деленную на объем биомассы/биоугля в полном контейнере. Типичные значения сухой насыпной плотности биоугля колеблются от 5 до 20 фунтов. за кубический фут или от 135 до 540 фунтов. на кубический ярд или от 80 до 320 кг/м ³ . Значительная разница в значениях может быть связана с исходной плотностью исходного сырья биомассы (11) и размером частиц биоугля. Например, скорлупа кокосового ореха плотнее, чем трава мискантуса, и будет более плотной, так же как мука будет более плотной, чем гравий. Транспортная плотность использует тот же объем, что и насыпная плотность, но может включать вес влаги и других небиоугольных материалов в контейнере. Плотность при транспортировке не учитывает легко измельчаемые материалы, которые уплотняются во время транспортировки из-за тряски и толчков. Плотность в упакованном виде — это вес, деленный на объем материала, когда он «упаковывается» для погрузки на грузовик или вагон поезда. Он часто включает вес и объем поддона (~ 50 фунтов или 23 кг), контейнеров и упаковочных материалов, таких как термоусадочная пленка.

Покупатели обычно хотят знать как плотность сухой массы, так и содержание воды, чтобы знать, сколько угля они получают, а также сколько влаги они транспортируют. Эта влага не обязательно плохая. Влажность от 10% до 50% в пересчете на сухую массу помогает бороться с пылью, упрощает обращение и может потребоваться на некоторых рынках для обеспечения безопасности.

Скелетная плотность

Скелетная плотность также называется истинной плотностью или плотностью частиц, поскольку она не включает пустоты и поры и измеряет только объем твердого материала (12). Скелетная плотность, как правило, является наиболее последовательным измерением плотности, поскольку на нее не влияет (теоретически) упаковка образца или размер частиц. Скелетная плотность используется для расчетов пористости и инженерных расчетов, связанных с движением частиц. Например, инженеры используют скелетную плотность для определения расхода газа, необходимого для псевдоожижения частиц в реакторных системах с псевдоожиженным слоем и пневматических системах обработки частиц.

Плотность скелета напрямую связана с составом твердого материала. Для биоуглей плотность скелета может предоставить информацию о зольности и степени пиролиза. В целом плотность золы (минералов) намного выше, чем у органических материалов, потому что молекулярные массы металлов (Na при 23 г/моль и выше) намного выше, чем молекулярные массы Н, С, N и O в количестве 1, 12, 14 и 16 г/моль соответственно. Предполагая, что твердое тело содержит одинаковое количество атомов в заданном объеме пространства, твердые вещества, содержащие металлы, будут намного тяжелее, чем твердые вещества, содержащие только H, C, N и O. Следовательно, биоугли, изготовленные из сырья биомассы с более высоким содержанием золы, например рис шелуха, солома или навоз имеют более высокую плотность скелета. Для биоуглей, изготовленных из того же сырья биомассы, более высокая плотность скелета обычно связана с более полным пиролизом при более высоких температурах и/или более длительном времени реакции (11). Это связано с тем, что скелетная плотность чистого графита (2,25 г/см ³ ) (13), конечный продукт полной карбонизации, выше скелетной плотности глюкозы (1,54 г/см ³ ), репрезентативного компонента сырой биомассы. Разница в плотности в этом случае вызвана тем, что большее количество атомов упаковано ближе друг к другу, что является функцией расстояния между связями, а не различиями в весе атомов.

Плотность скелета измеряется с помощью газовой пикнометрии, особенно гелиевой пикнометрии для биомассы и биоуглей. Газовая пикнометрия — это измерение объема пробы, основанное на вытеснении воздуха или других газов измеренным количеством другого введенного газа. Объем образца можно определить по закону идеального газа: PV = nRT (давление * объем = количество молей газа * газовая постоянная * температура в градусах Кельвина). Гелий используется в качестве аналитического газа для пикнометрии биомассы и биоугля по трем причинам. Во-первых, гелий инертен. Во-вторых, гелий — очень маленькая молекула, которая может проникать даже в самые маленькие поры твердых образцов; это предотвращает неправильное истолкование доступного воздушного пространства как твердого материала. Наконец, гелий не адсорбируется на поверхностях биомассы и биоугля; это означает, что гелий не мешает измерению давления, прикрепляясь к поверхности образца или отделяясь от нее во время анализа.

Плотность оболочки

Плотность оболочки дифференцирует все пустые пространства на поры между частицами и поры внутри частиц. Поровое пространство внутри частиц, « внутрипоровое пространство -частиц», включается в объем образца, в то время как поровое пространство между частицами, « межпоровое пространство между -частицами», не включается. Объем конверта — это объем, который занимает образец, если каждую частицу обернуть «конвертом». Значения плотности оболочки для совершенно непористого материала будут такими же, как плотность скелета для этого материала. Для пористых материалов, таких как биоуголь, плотность оболочки находится где-то между объемной плотностью и плотностью скелета.

Знание плотности оболочки позволяет рассчитать внутричастичную пористость, т. е. какой процент частицы является твердым, а какой процент частицы занимает поровое пространство. Пористость вычисляют, зная отношение плотности оболочки к плотности скелета и вычитая это значение из 100% (1):

 

Если плотность оболочки и плотность скелета одинаковы, т. пористость 0%. Если плотность скелета в два раза больше плотности оболочки, это означает, что одно и то же количество массы занимает в два раза больше места, т. е. 50% частицы занимает воздушное пространство. Пористость важна для понимания влияния биоугля на свойства почвы, связанные с порами: водоудерживающая способность, аэрация, среда обитания микробов и т. д. (пористость внутри частиц отличается от «пористости», используемой для описания садовых пористых сред для выращивания; пористость включает пористость как внутри частиц, так и между частицами.)

Плотность оболочки можно измерить несколькими способами. Образец может быть покрыт герметиком, водоотталкивающим материалом, затем погружен в емкость с водой и измерен вытесненный объем воды. Например, кусок древесного угля можно взвесить, окунуть в воск, снова взвесить, когда воск высохнет (чтобы узнать массу, а затем рассчитать объем добавленного воска), затем опустить в емкость с водой и определить объем. вытесненной воды измеряется. Кусок дерева можно просто аккуратно измерить линейкой или штангенциркулем или опустить в воду, так как он не впитает значительное количество воды за короткое время погружения (14). Еще один метод, изначально разработанный для работы с геологическими образцами, — пикнометрия твердого тела. Как и в гелиевой пикнометрии, объем образца измеряется путем смещения другого материала; на этот раз перемещенный материал представляет собой сыпучее гранулированное твердое вещество вместо гелия. Идея состоит в том, что гранулированный материал при смешивании с образцом может попасть между частицами образца, не проникая внутрь частиц. Это означает, что вытесняющие твердые частицы должны быть относительно небольшими по сравнению с частицами образца (1). Затем объем пробы рассчитывается по разнице.

Рисунок 2. Деревянные бревна в зоне подготовки до измельчения и пиролиза.

Когда по массе и когда по объему?

В большинстве научно-исследовательских публикаций количества материала описываются с использованием массы (кг, г, мг и т. д.), поскольку в определении массы или ее измерении существует небольшая неопределенность. Объемы материала, необходимые для научных исследований, как правило, невелики, и точное измерение малых объемов является более сложной задачей, чем измерение малых весов. С другой стороны, в промышленных и коммерческих приложениях объем часто используется, потому что твердые материалы обычно продаются в контейнерах или мешках с фиксированными объемами. Для материалов с низкой объемной плотностью, таких как биомасса и биоуголь, требования к пространству, скорее всего, будут ограничивающим фактором по сравнению с ограничениями по весу (обратное верно для очень плотных материалов, таких как сталь и бетон). Кроме того, биомасса и биоуголь обычно имеют одинаковый объем независимо от того, влажные они или сухие. Между этими точками зрения находятся экологические исследования, в которых проценты и концентрации иногда сообщаются на основе массы/массы (например, концентрации металлов в почве в единицах мг/кг), иногда на основе объема/объема (например, количества воды в почвах в единицах см ³ /см ³ ), а иногда и по весу/объему (например, концентрации металлов в воде в единицах мг/л).

Влажный вес, воздушно-сухой вес, сухой вес на костях и сухой вес в печи

Как и в большинстве сельскохозяйственных/лесных/пищевых продуктов, содержание влаги может сильно различаться для партий биомассы или биоугля. Измерение и составление отчета о сухом весе, а также о влажном весе может помочь устранить возможную путаницу в отношении того, сколько именно воды и сколько твердого вещества содержится в образце. Метод сушки, используемый для измерения содержания влаги, влияет на терминологию, используемую при сообщении сухого веса. Влажный вес, или иногда «полученный вес», представляет собой вес биомассы или биоугля плюс любая «сырая» и «связанная» вода в биомассе или биоугле. Сырая влага – это вода, смешанная с биомассой или биоуглем, но не связанная химически. Эту воду можно удалить при осторожном нагревании на сухом воздухе; 40°C и 60°C являются обычными температурами для такого типа сушки (15,16). Связанная вода химически связана с биомассой или биоуглем и, следовательно, требует нагревания до температур выше точки кипения воды (обычно используется 105°C) для обеспечения удаления воды (17).

Рис. 3. Древесная щепа транспортируется в зону хранения перед пиролизом.

Свежесобранная зеленая биомасса может иметь очень высокое содержание влаги (часто > 50% во влажном состоянии). После сбора биомасса начинает сохнуть в поле до тех пор, пока содержание влаги не сравняется с воздухом. Это «воздушно-сухой» вес, который зависит от времени выдержки, температуры окружающей среды и относительной влажности. В сухих местах воздушно-сухие образцы будут содержать меньше влаги, чем воздушно-сухие образцы во влажных местах. Свежеприготовленный биоуголь является «сухим до костей», потому что температуры, используемые при пиролизе, намного выше, чем температура кипения воды; вся сырая и гигроскопическая вода была удалена. Когда свежий биоуголь подвергается воздействию воздуха (который содержит влагу), биоуголь поглощает гигроскопическую воду. Чем дольше свежий биоуголь находится на воздухе, тем больше влаги он будет поглощать, пока содержание влаги не сравняется с влажностью воздуха. Вода иногда используется для гашения реакции пиролиза, поэтому свежий биоуголь может содержать воду от этого процесса гашения. «Сухой» вес представляет собой вес биомассы или биоугля после того, как они были высушены до постоянного веса в печи; часто сушка в духовке означает, что для испарения всей гигроскопической воды использовалась более высокая температура. Сухой вес в печи является наиболее часто используемым весом в научной литературе, потому что он наиболее воспроизводим для разных образцов и мест.

Рисунок 4. Частицы биоугля после просеивания: более крупные частицы (слева) и мелкие частицы (справа). С более крупными частицами часто легче обращаться, чем с мелкими, потому что они производят меньше пыли.

Примеры единиц обработки и продажи

В США биоуголь часто обрабатывается и продается в кубических футах (28 л или 0,028 м ³ или 1/27 ^th кубических ярдов) или в кубических ярдах (0,764 м ³ ), а в Европе биоуголь продается кубическим метром или литрами. Биоуголь часто упаковывают в пакеты из прочного пластика для защиты от влаги, особенно в гибкие контейнеры средней грузоподъемности (FBIC) или Super Sacks® (см. рис. 5). FBIC бывают разных размеров от 0,5 до 3 м ³ , и часто имеют квадратную форму внизу со сторонами примерно 35 дюймов (~ 1 м). Эти мешки обычно упаковываются и транспортируются на стандартных поддонах. Биоуголь также перевозится навалом в грузовиках и вагонах-хопперах различной вместимости, до 90 м ³ (~120 куб. ярдов) и 75-150 м ³ (~100-200 куб. ярдов), соответственно. Для облегчения погрузки и разгрузки сыпучих материалов некоторые грузовики оснащены подвижным полом.

Рисунок 5. Мешок биоугля объемом 28,3 л (слева), который обычно весит 5–20 фунтов (2–10 кг). Типичные значения сухой насыпной плотности биоугля колеблются от 5 до 20 фунтов. за кубический фут или от 135 до 540 фунтов. на кубический ярд или от 80 до 320 кг на кубический метр. Кубические футы (85 л) мешков с биоуглем (средний), упакованных в УФ-покровное стекло, готовых к погрузке на поддон. Кубический ярд (765 л) мешков (справа) древесного биоугля на поддонах и готовых к транспортировке. Эти сумки обычно весили бы 135-540 фунтов. (61-245 кг)..

Заключение

Масса, вес, объем, плотность и содержание влаги имеют решающее значение для понимания свойств биомассы и биоугля. Существуют разные определения этих свойств в зависимости от отрасли, метода измерения и основной цели передачи информации о свойствах.   Чтобы обеспечить эффективную коммуникацию и согласованность как для исследователей, так и для коммерческих операций, важно понимать различия между определениями и осознавать последствия более высоких или более низких заявленных значений свойств.

Ссылки

(1) Brewer, C.E.; Чуанг, В.Дж.; Масиелло, Калифорния; Гоннерманн, Х .; Гао, X .; Дуган, Б.; Драйвер, LE; Панзакки, П.; Зигуракис, К.; Дэвис, Калифорния. Новые подходы к измерению плотности и пористости биоугля. Биомасса Биоэнергия. 2014 , 66 , 176-185.
(2) Браун, Р.К.; Браун, Т. Р. В Биовозобновляемых ресурсах: разработка новых сельскохозяйственных продуктов ; 2-е изд.; Уайли-Блэквелл: Дэнверс, Массачусетс, 2014 г., стр. 9.4.
(3) CRC Справочник по химии и физике ; 84-е изд.; Издательство Chemical Rubber Publishing Company: Boca Raton, FL, 2003.
(4) Brewer, CE; Шмидт-Рор, К.; Сатрио, Дж. А.; Браун, Р. К. Характеристика биоугля из систем быстрого пиролиза и газификации. Окружающая среда. прог. Поддерживать. Энергия 2009 , 28 , 386-396.
(5) Браун, Р. А.; Керчер, А.К.; Нгуен, Т. Х.; Нэгл, округ Колумбия; Ball, WP. Производство и характеристика синтетических древесных углей для использования в качестве заменителей природных сорбентов. Орг. Геохим. 2006 , 37 , 321-333.
(6) ASTM E873-82(2013) Стандартный метод испытаний объемной плотности топлива из уплотненных частиц биомассы. ASTM International: West Conshohocken, PA, 2013.
(7) ASTM E1109-86(2009) Стандартный метод испытаний для определения объемной плотности фракций твердых отходов. ASTM International: West Conshohocken, PA, 2009.
(8) ASABE. ASAE S269.5 Уплотненные продукты для обработки сыпучих материалов. Определения и методы. Американское общество инженеров-агрономов и биологических инженеров: Сент-Джозеф, Мичиган, 2012 г.
(9) ЕКС. EN 15103 Определение объемной плотности твердого биотоплива. Европейский комитет по стандартизации: Брюссель, 2009 г.
(10) ASTM D2854-09 (2014) Стандартный метод определения кажущейся плотности активированного угля. ASTM International: West Conshohocken, PA, 2014.
(11) Chia, C.H.; Дауни, А .; Манро, П. В Biochar для управления окружающей средой ; 2-е изд.; Леманн, Дж., Джозеф, С., ред.; Earthscan: Лондон, 2015, стр. 89-109.
(12) CEN. EN 15150 Твердое биотопливо. Определение плотности частиц. Европейский комитет по стандартизации: Брюссель, 2011 г.
(13) Дауни, А.; Кроски, А .; Манро, П. В Biochar для науки и техники управления окружающей средой ; Леманн, Дж., Джозеф, С., ред.; Earthscan: London, 2009.
(14) ASTM D2395-14 Стандартные методы испытаний плотности и удельного веса (относительной плотности) древесины и материалов на ее основе. ASTM International: West Conshohocken, PA, 2014.
(15) ASTM D4442-07 Стандартные методы испытаний для прямого измерения содержания влаги в древесине и древесных материалах.