محاسبه وزن اجزای تشکیل دهنده سوسپانسیون
در این مقاله به محاسبه وزن اجزای تشکیل دهنده سوسپانسیون دو جزئی با فرض ثابت بودن دانسیته اجزای تشکیل دهنده آن با استفاده از فلومتر جرمی کوریولیس شرکت پریسماتک می پردازیم
مبانی تئوری
در یک سوسپانسیون دو جزئی متشکل از یک ماده جامد در حالت پودر (مانند نشاسته) و یک مایع (مانند آب)، وزن کل سوسپانسیون برابر با مجموع وزن پودر و مایع است. همچنین، حجم کل سوسپانسیون برابر با مجموع حجم پودر و مایع میباشد.
فلومتر جرمی کوریولیس با استفاده از اصل کوریولیس، دبی جرمی کل سوسپانسیون و دانسیته آن را اندازهگیری میکند. با داشتن این اطلاعات و همچنین دانسیته هر یک از اجزای تشکیلدهنده سوسپانسیون، میتوان وزن هر جزء را محاسبه نمود.
اصول و روابط محاسباتی:
فرض کنید:
روش اندازهگیری
برای اندازهگیری وزن اجزای تشکیلدهنده سوسپانسیون با استفاده از فلومتر جرمی کوریولیس، مراحل زیر را انجام میدهیم:
- فلومتر جرمی را در مسیر جریان سوسپانسیون نصب میکنیم.
- دبی جرمی و دانسیته سوسپانسیون را با استفاده از فلومتر اندازهگیری میکنیم.
- دانسیته آب و نشاسته را از منابع استاندارد یا از طریق آزمایش تعیین میکنیم.
- با استفاده از روابط ارائه شده در بخش قبل، وزن نشاسته و آب را محاسبه میکنیم.
نکته مهم: دقت در اندازهگیری دانسیته اجزای تشکیلدهنده سوسپانسیون، تأثیر مستقیمی بر دقت نتایج نهایی دارد. همچنین، این روش با فرض ثابت بودن دانسیته اجزا در طول فرآیند معتبر است.
مثال عملی
فرض کنید یک سوسپانسیون نشاسته در آب با مشخصات زیر داریم:
- دبی جرمی سوسپانسیون: 2000 کیلوگرم بر ساعت
- دانسیته سوسپانسیون: 900 کیلوگرم بر متر مکعب
- دانسیته آب: 1000 کیلوگرم بر متر مکعب
- دانسیته نشاسته: 600 کیلوگرم بر متر مکعب
میخواهیم وزن نشاسته و آب عبوری از فلومتر در مدت یک ساعت را محاسبه کنیم.
نتیجه نهایی:
- وزن نشاسته عبوری در یک ساعت: 333.3 کیلوگرم
- وزن آب عبوری در یک ساعت: 1666.7 کیلوگرم
بررسی اعتبار روش
برای بررسی اعتبار این روش، میتوان مجموع دبی جرمی اجزای محاسبه شده را با دبی جرمی کل سوسپانسیون مقایسه کرد:
محدودیتها و ملاحظات
در استفاده از این روش، باید به محدودیتها و ملاحظات زیر توجه داشت:
- این روش برای سوسپانسیونهای دو جزئی کاربرد دارد و برای سیستمهای پیچیدهتر نیاز به تعمیم روابط میباشد.
- دقت اندازهگیری دانسیته اجزا و سوسپانسیون بر نتایج نهایی تأثیرگذار است.
- فرض بر این است که دانسیته اجزا در طول فرآیند ثابت باقی میماند، که در شرایط تغییرات دما و فشار ممکن است دقیق نباشد.
- در غلظتهای بالای پودر، ممکن است تغییراتی در حجم کل نسبت به مجموع حجم اجزا رخ دهد که در این روش در نظر گرفته نشده است.
محاسبه وزن اجزای تشکیلدهنده سوسپانسیون و نقش فلومتر کوریولیس
سوسپانسیون چیست؟
سوسپانسیون به مخلوطی ناهمگن از مایع و ذرات جامد گفته میشود که ذرات جامد در مایع پراکنده شدهاند اما در آن حل نشدهاند. این نوع ترکیب نیازمند همزدن مداوم یا شرایط خاصی برای حفظ پایداری است.
کاربردهای سوسپانسیون در صنعت
- داروسازی (شربتها و داروهای مایع)
- صنایع غذایی (نوشیدنیهای حاوی پالپ)
- صنایع معدنی (دوغابها)
- رنگسازی و جوهرسازی
روشهای محاسبه وزن اجزای تشکیلدهنده سوسپانسیون
۱. روش سنتی (آزمایشگاهی)
در روش سنتی، سوسپانسیون ابتدا بهصورت دستی یا با استفاده از سانتریفیوژ به اجزای جامد و مایع تفکیک شده و سپس وزن هر بخش با ترازوی دقیق اندازهگیری میشود. این روش دقت بالایی دارد اما برای تولیدات انبوه، زمانبر و پرهزینه است.
۲. استفاده از پارامترهای چگالی و حجم
با استفاده از چگالی سوسپانسیون، چگالی مایع حامل، و چگالی جز جامد، میتوان ترکیب وزنی اجزا را به صورت تقریبی محاسبه کرد:
وزن کل سوسپانسیون = حجم × چگالی کل وزن مایع = درصد مایع × وزن کل وزن جامد = وزن کل - وزن مایع
۳. محاسبه وزن به کمک فلومتر کوریولیس
در خطوط تولید صنعتی، برای دقت بالا و اندازهگیری همزمان جریان جرمی و چگالی، از فلومتر کوریولیس استفاده میشود.
فلومتر کوریولیس چیست؟
فلومتر کوریولیس (Coriolis Mass Flowmeter) یکی از پیشرفتهترین ابزارهای اندازهگیری جریان است که بدون وابستگی به خواص فیزیکی مانند ویسکوزیته یا دما، جریان جرمی سیالات را اندازهگیری میکند.
مزایای فلومتر کوریولیس
- اندازهگیری همزمان جریان جرمی و چگالی
- دقت بسیار بالا حتی در حضور ذرات معلق (سوسپانسیون)
- پاسخدهی سریع و مناسب برای فرآیندهای پیوسته
نحوه عملکرد فلومتر کوریولیس
فلومتر دارای لولههایی است که توسط مایع پر میشوند. هنگامی که جریان برقرار میشود، ارتعاش ایجاد شده در این لولهها تحت تأثیر نیروی کوریولیس تغییر میکند. این تغییرات توسط حسگرها دریافت شده و به جریان جرمی تبدیل میشوند.
استفاده از چگالی برای محاسبه وزن اجزا
با استفاده از دادههای چگالی و دبی جرمی که فلومتر کوریولیس ارائه میدهد، میتوان بهصورت لحظهای وزن کل سوسپانسیون و نسبت اجزای آن را تخمین زد.
فرمول تخمینی برای محاسبه وزن اجزا
m = ρ × Q که در آن: m = جریان جرمی (kg/s) ρ = چگالی (kg/m³) Q = جریان حجمی (m³/s)