发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置及测定方法与流程

1.本发明涉及发酵工程技术领域，具体涉及一种发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置及测定方法。


背景技术：

2.畜禽粪便好氧发酵是一种常用的畜禽粪便处理技术。畜禽粪便好氧发酵处理的原理是利用微生物的发酵作用来实现畜禽粪便的无害化、减容、去水、稳定化、腐熟等目的。水分作为发酵物料中微生物生命活动的基础和有机质降解的产物，物料的水分含量直接地影响着微生物的活性，也决定了好氧发酵的成败，而且发酵过程中的水分蒸发量也可以帮助生产人员很直观地判断发酵物料的实际脱水情况，掌握发酵进程、优化工艺参数，因此，水分变化是发酵工程中最重要的控制参数。通风是控制堆肥发酵物料水分的重要手段，而水分蒸发快慢是影响通风变化的主要因素。在南方潮湿地区的堆肥物料水分含量较高，因此研究水分和通风控制之间的关系对于缩短堆肥时间、降低能耗、实际堆肥工程中工艺参数确定及达到堆肥最优化均具有重要意义。
3.传统测量水分蒸发量的方法通常分为两种：称重式蒸发皿法以及温湿度传感器采集测定方法。称重式蒸发皿法是在水分蒸发皿的一侧设置有补水桶，蒸发皿的另一侧上部设置有溢流口，通过补给水的重量与溢流水的重量之间的差值来体现在蒸发皿上的水分蒸发量。温湿度传感器采集测定方法则是通过温湿度传感器采集温湿度数据，然后计算机利用采集的温湿度数据来演算得出水分蒸发量。然而，上述传统的水分蒸发量的测定方法都存在设备复杂、成本高昂的问题，难以在发酵工艺中广泛使用。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种结构简单、成本低廉、操作性强的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置以及测定方法。
5.本发明的一个方面，提供了一种发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置，包括：
6.支架，用于放置在所述发酵物料上；
7.容器，用于放置吸水剂，所述容器能够放置于所述支架上，所述容器为开放式容器以使放置在其上的所述吸水剂能够从环境中吸收水分；以及
8.密封罩，用于放置于所述发酵物料的表面，以与所述发酵物料配合形成密闭空间；
9.所述支架及所述容器能够置于所述密封罩与发酵物料表面配合形成的所述密闭空间内。
10.在其中一些实施例中，所述容器的用于放置所述吸水剂的承托部设有筛孔，所述筛孔的孔径小于所述吸水剂的粒径。
11.在其中一些实施例中，所述支架为不锈钢材质或塑料材质。
12.在其中一些实施例中，所述容器为不锈钢材质或塑料材质。
13.本发明的另一方面，还提供了一种发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，采
用上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置进行测定，所述测定方法包括以下步骤：
14.在所述发酵物料上放置支架，在支架上放置容器；
15.取干燥的吸水剂测定质量后放置于容器中；
16.在所述支架、容器及吸水剂外倒扣密封罩，与发酵物料配合形成封闭空间；
17.测定结束后称量所述吸水剂吸水后的质量，根据所述吸水剂吸水前后的质量计算相对水分蒸发量。
18.在其中一些实施例中，所述吸水剂不与除水之外的其他物质反应；所述吸水剂不与所述发酵物料直接接触。
19.在其中一些实施例中，所述吸水剂选自硅胶及吸水树脂中的至少一种。
20.在其中一些实施例中，所述硅胶为变色硅胶。
21.在其中一些实施例中，所述密封罩的开口四周陷入至所述发酵物料中。
22.在其中一些实施例中，所述测定时间为40min～60min。
23.在其中一些实施例中，所述相对水分蒸发量按照以下公式计算：
[0024][0025]
其中，δ代表相对水分蒸发量；m2代表所述吸水剂测定结束的质量；m1代表测定前所述吸水剂干燥的质量；s代表所述密封罩密封的发酵物料面积；t代表测定时间。
[0026]
本发明至少具有以下有益效果：
[0027]
以往研究堆肥水分变化通常有两种方法，一是称重法测定水分蒸发量；二是采集温度、湿度及通风量数据，计算出蒸发量。称重法测定蒸发量由于发酵物料并非均匀一致，因而必须多点取样以降低采样误差，工作量稍大；加之，堆肥发酵期间物料水分蒸发缓慢，因此必须要用5
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7天前后的水分差异才能得出准确蒸发量，耗时长。而采集温度、湿度数据，计算出蒸发量的方法则需要配置的仪器必须精准度高、能联网且实时监测得到温湿度及风量的变化，相比而言，监测费用稍高。本发明中发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置包括支架、容器及密封罩。装置的结构简单、成本低廉、容易实施。通过密封罩形成相对封闭的空间，开放式的容器用于放置吸水剂，吸水剂对水分的吸附作用而产生的质量变化，能够反映封闭空间内发酵物料的相对水分蒸发量。密封罩与发酵物料表面形成了较小的密闭空间，形成独立的采样点，受环境干扰小、不用取走发酵物料。通过测定该密闭空间内的蒸发量即可得到该密封面积的发酵物料的水分蒸发量。并且，该测定装置无需内置电子天平，即使大量测定，所需成本仍然很低，只需测定结束将吸水剂收集，统一用一台高精度天平称重即可，可短期快速的得出发酵物料的水分蒸发量。申请人研究发现，虽然上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置测定的是相对水分蒸发量，而不能准确测定水分蒸发量的绝对值，但该相对水分蒸发量足以反映发酵工艺中的发酵速率，因此能够在发酵工程中广泛使用。
[0028]
上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法采用上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置进行测定。通过密封罩形成封闭的空间，吸水剂对水分的吸附作用而产生的质量变化，能够反映封闭空间内发酵物料的相对水分蒸发量。上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法无需复杂的装置、操作简单且实施成本低廉，有利于在发酵工艺中广泛应用。虽然受吸水剂吸水速度的影响，上述测定方法得到的相对水分蒸发量只是相对
值(低于实际的水分蒸发量)，而不能得到精确的水分蒸发量，但通过测定的相对水分蒸发量对比，能够反映出不同发酵物料、不同发酵条件下的水分蒸发量的区别，能够快速反映发酵物料的散水能力，进而反馈过来及时合理的调整曝气参数，缩短发酵周期、降低能耗、又能保证发酵物料的稳定性等。
[0029]
上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置或测定方法能够测定发酵过程中的发酵速率，研究不同条件下的发酵过程，应用于在优化发酵工艺中能够对比优化发酵工艺的条件参数。
附图说明
[0030]
图1为本发明一实施方式的发酵物料表面水分蒸发量的测定装置10的正视图；1
‑
支架；2
‑
容器；3
‑
密封罩；20
‑
吸水剂；30
‑
发酵物料；
[0031]
图2为本发明一实施方式的发酵物料表面水分蒸发量的测定装置10的侧视图。
具体实施方式
[0032]
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0033]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0034]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0035]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0036]
参阅图1及图2，本发明的一实施方式提供了一种发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置10，包括支架1、容器2及密封罩3。
[0037]
支架1用于放置在发酵物料30上。
[0038]
容器2用于放置吸水剂20，容器2能够放置于支架上，容器2为开放式容器以使放置在其上的吸水剂能够从环境中吸收水分。所谓的开放式容器是指容器承托部的装载物能够与外部环境接触，例如可以是具有敞口的容器、具有开口的容器，又或者是具有通孔的容器等。
[0039]
密封罩3用于放置于发酵物料30的表面，以与发酵物料30配合形成密闭空间。
[0040]
支架1及容器2能够放置于密封罩3与发酵物料30表面配合形成的密闭空间内。
[0041]
上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置10包括支架1、容器2以及密封罩3。装置的结构简单、成本低廉、容易实施。通过密封罩3与发酵物料30表面形成封闭的空间，吸水剂20对水分的吸附作用而产生的质量变化，能够反映封闭空间内发酵物料30的相对水分蒸发量，能够在发酵工程中广泛使用。支架1用于放置在发酵物料表面，容器2能够放置在支架上，放置吸水剂20，以与发酵物料30隔离，吸水剂20不会与发酵物料30直接接触。吸水剂20在密封罩3与发酵物料30表面形成的密闭空间内的质量变化即为其在密闭空间内的吸水量，可反映该密闭空间内发酵物料的相对水分蒸发量。
[0042]
在其中一些实施例中，容器2用于放置吸水剂20的承托部设有筛孔，筛孔的孔径小于吸水剂的粒径。容器2承托部的筛孔不至于使吸水剂20掉落，能够使吸水剂20与密闭空间内接触面积增大，有利于加快吸水剂20吸收密闭空间内的水分的速度。
[0043]
在其中一些实施例中，支架1为不锈钢材质或者塑料材质。不锈钢材质或者塑料材质的支架1不会对密闭空间内的水分发生吸附，因而保证装置测定的准确性。
[0044]
在其中一些实施例中，容器2为不锈钢材质或者塑料材质。不锈钢材质或者塑料材质的容器2不会对密闭空间内的水分发生吸附，因而保证装置测定的准确性。
[0045]
在其中一些实施例中，支架1包括平台及至少三个支撑脚。容器2放置在支架1的平台上。在其中一些实施例中，支架1的支撑脚插入发酵物料30中，以固定支架1位置。在其中一些实施例中，支架1的平台的高度高于发酵物料30，以使吸水剂20与发酵物料30隔离。
[0046]
在其中一些实施例中，密封罩3为透明、干燥、不透气的塑料箱。
[0047]
本发明的另一实施方式还提供了一种发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，采用上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置进行测定，测定方法包括以下步骤s1～s4。
[0048]
步骤s1：在发酵物料30上放置支架1，在支架1上放置容器2。
[0049]
步骤s2：取干燥的吸水剂20测定质量后放置于容器2中。
[0050]
步骤s3：在支架1、容器2及吸水剂20外倒扣密封罩3，与发酵物料30表面配合形成封闭空间。
[0051]
步骤s4：测定结束后称量吸水剂20吸水后的质量，根据吸水剂20吸水前后的质量计算相对水分蒸发量。
[0052]
上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法采用上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置10进行测定。通过密封罩3形成封闭的空间，吸水剂20对水分的吸附作用而产生的质量变化，能够反映封闭空间内发酵物料30的相对水分蒸发量。上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法无需复杂的装置、操作简单且实施成本低廉，有利于在发酵工艺中广泛应用。虽然受到吸水剂20吸附性能的影响，上述测定方法得到的相对水分蒸发量只是相对值(低于实际的水分蒸发量)，而不是精确的水分蒸发量，但是通过测定的相对
水分蒸发量对比，能够反映出不同发酵物料、不同发酵条件下的水分蒸发量的区别，能够反映发酵物料的发酵效率。上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法能够测定发酵过程中的发酵速率，研究在曝气、翻抛等不同条件下的发酵过程，应用于在优化发酵工艺中能够对比优化发酵工艺的条件参数。
[0053]
在其中一些实施例中，吸水剂20不与除水之外的其他物质反应；吸水剂20不与发酵物料30直接接触。本发明中选用的吸水剂20仅仅吸附水分而不与其他的物质发生反应，因而可以排除其他产生质量变化的情况。例如，吸水剂20不能采用碱石灰及氯化钙等吸水剂。碱石灰不仅会吸收水分，还会与二氧化碳发生化学反应而导致吸水剂增重。氯化钙则除了吸收水分，还会与气体中的氨气发生反应，同样会导致吸水剂的增重。吸水剂20还需要避免与发酵物料30直接接触导致的吸水增重，从而控制吸水剂20吸附的水分都来自于发酵物料30蒸发出来的水分。
[0054]
在其中一些实施例中，吸水剂20选自硅胶及吸水树脂中的至少一种。硅胶及吸水树脂具有良好的吸湿性，能够可逆地吸附水分，使用后通过烘干能够脱去吸附的水分，可以重复使用，节约成本。
[0055]
在其中一些实施例中，硅胶为变色硅胶。变色硅胶是以具有高活性吸附材料细孔硅胶为基础原料，通过一定的工艺步骤将氯化钴结合在硅胶内部孔隙的表面上。根据所含氯化钴结晶水的数量变化，变色硅胶会呈现出不同的颜色，即干燥的变色硅胶为蓝色，随着吸湿量的增加逐渐转变成浅红色。通过变色硅胶的颜色变化，生产人员能够快速判断吸水剂在装置内的吸附情况。
[0056]
在其中一些实施例中，变色硅胶的粒径为1mm～3mm、2mm～4mm、2mm～5mm或者4mm～8mm。
[0057]
在其中一些实施例中，变色硅胶的孔径为2nm～3nm，比表面积不小于600m2/g。
[0058]
在其中一些实施例中，密封罩3的开口四周陷入至发酵物料30中。如此，能够保证密封罩3的密封性，防止空气进入密封罩3内的密封空间而影响测定结果。
[0059]
在其中一些实施例中，测定时间为40min～60min。具体地，测定时间可根据所测物料的特别而灵活确定，以密封箱内壁不凝结水汽为宜。在其中一些实施例中，吸水剂20选用变色硅胶，测定结束的时间通过吸水剂20的颜色变化来判断。
[0060]
在其中一些实施例中，相对水分蒸发量按照以下公式计算：
[0061][0062]
其中，δ代表相对水分蒸发量；m2代表吸水剂测定结束的质量；m1代表测定前吸水剂干燥的质量；s代表密封罩密封的发酵物料面积；t代表测定时间。
[0063]
在其中一些实施例中，在测定前后称量吸水剂20的步骤如下：将吸水剂20迅速装入封口袋密封，称量吸水剂20与密封袋的质量。称量过程中通过将吸水剂20密封在封口袋中，可避免吸水剂20在称量的环境中吸收水分。
[0064]
另外，在发酵物料30表面覆盖有纳米生物膜或其他材料的发酵工程中，上述发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法可以测定纳米生物膜或其他材料在相同发酵条件下的相对透水量。
[0065]
以下为具体实施例，通过本发明提供的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法
研究在不同处理条件下，相同发酵物料的发酵效果。
[0066]
实施例1～6对发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法如下：
[0067]
(1)准确称量干燥的、未吸水的吸水剂放置于封口袋中(m1＝100g)，快速将装有吸水剂的封口袋密封，防止吸水剂在使用前从环境中吸水。具体地，吸水剂采用变色硅胶。
[0068]
(2)在发酵物料的上方放置一个塑料支架，在塑料支架上放置一个直径为15厘米的80目网筛。
[0069]
(3)迅速将称量好的干燥的吸水剂从封口袋倒入网筛中，期间避免吸水剂掉落到发酵物料中。
[0070]
(4)在放置好吸水剂的网筛外侧倒扣一个透明的、干燥无水的、不透气的塑料箱，用于密封一定面积的发酵物料。该塑料箱所密封的发酵物料面积为s＝0.18m
×
0.3m＝0.054m2。倒扣的塑料箱开口的四周边缘陷入在发酵物料中，以保证塑料箱内与发酵物料形成的空间的密闭性，防止周围的空气进入塑料箱内，影响测定结果。
[0071]
(5)记录放好装置开始测定的初始时间，40min后迅速打开塑料箱，将吸水后的吸水剂快速倒回原来的封口袋密封，称量测定结束时吸水剂的质量m2。
[0072]
(6)根据公式来计算发酵物料的相对水分蒸发量δ。
[0073]
实施例1～6的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定结果如表1。
[0074]
表1
[0075][0076]
上述实测各实施例的蒸发量为0.054m2发酵物料(0.18m
×
0.3m)，测定时间为40min的水分蒸发量换算为每平方米发酵物料每小时的蒸发量(g/h
·
m2)；表中数据均为平均值，其中，每组实施例设置6个重复实验；同时还设置有空白对照组用于校正吸水剂从环
境中的吸水量。
[0077]
实施例1～6实际测定并比较在相同时间内异位发酵床垫料在曝气、不曝气条件下的相对水分蒸发量，通过测定装置内吸水剂重量的变化(吸水量)来表示该物料单位面积的水分蒸发量。从表1的测试结果可以看出，实施例1～6在不同时间测试的发酵床垫料在曝气、不曝气两种条件下的相对水分蒸发量，曝气条件下的相对水分蒸发量在275.3g/h
·
m2～594.4g/h
·
m2之间，均值为444.77g/h
·
m2。不曝气条件下的相对水分蒸发量在84.4g/h
·
m2～130.6g/h
·
m2之间，均值为118.05g/h
·
m2。曝气条件下的相对水分蒸发量为不曝气条件下的相对水分蒸发量的2.12～4.55倍，平均为3.77倍。由此可以说明曝气确实有助于促进异位发酵床中水分的蒸发，验证了增加底部曝气确实有助于发酵床发酵效果及处理粪量的提升。
[0078]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0079]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置，其特征在于，包括：支架，用于放置在所述发酵物料上；容器，用于放置吸水剂，所述容器能够放置于所述支架上，所述容器为开放式容器以使放置在其上的所述吸水剂能够从环境中吸收水分；以及密封罩，用于放置于所述发酵物料的表面，以与所述发酵物料配合形成密闭空间；所述支架及所述容器能够置于所述密封罩与发酵物料表面配合形成的所述密闭空间内。2.根据权利要求1所述的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置，其特征在于，所述容器的用于放置所述吸水剂的承托部设有筛孔，所述筛孔的孔径小于所述吸水剂的粒径。3.根据权利要求1所述的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置，其特征在于，所述支架为不锈钢材质或塑料材质；和/或，所述容器为不锈钢材质或塑料材质。4.一种发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，其特征在于，采用权利要求1至3任一项的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置进行测定，所述测定方法包括以下步骤：在所述发酵物料上放置支架，在支架上放置容器；取干燥的吸水剂测定质量后放置于容器中；在所述支架、容器及吸水剂外倒扣密封罩，形成封闭空间；测定结束后称量所述吸水剂吸水后的质量，根据所述吸水剂吸水前后的质量计算相对水分蒸发量。5.根据权利要求4所述的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，其特征在于，所述吸水剂不与除水之外的其他物质反应；所述吸水剂不与所述发酵物料直接接触。6.根据权利要求5所述的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，其特征在于，所述吸水剂选自硅胶及吸水树脂中的至少一种。7.根据权利要求6所述的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，其特征在于，所述硅胶为变色硅胶。8.根据权利要求4所述的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，其特征在于，所述密封罩的开口四周陷入至所述发酵物料中。9.根据权利要求4所述的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，其特征在于，所述测定时间为40min～60min。10.根据权利要求4所述的发酵物料表面相对水分蒸发量的测定方法，其特征在于，所述相对水分蒸发量按照以下公式计算得到：其中，δ代表相对水分蒸发量；m2代表所述吸水剂测定结束的质量；m1代表测定前所述吸水剂干燥的质量；s代表所述密封罩所密封的发酵物料面积；t代表测定时间。
技术总结
本发明涉及一种发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置及测定方法。该发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置包括支架、容器以及密封罩，容器用于放置吸水剂。其中，支架及容器能够放置于密封罩与发酵物料表面配合形成密闭空间内。该发酵物料表面相对水分蒸发量的测定装置利用吸水剂吸水增重的原理，能够通过吸水剂的吸水量来反应一定测试时间内，密闭空间内的发酵物料的相对水分蒸发量。虽然测得的不是绝对蒸发量，但能反映不同条件下物料的发酵速率间的对比差异，用于改进发酵工艺。该测定装置结构简单、且成本低廉，能够在发酵工艺中广泛应用。泛应用。泛应用。


技术研发人员：曹珍 谭会泽 刘世广 冯立坚 温文斯 罗星华
受保护的技术使用者：温氏食品集团股份有限公司
技术研发日：2021.03.16
技术公布日：2021/6/24