способ определения массовой доли сахарозы в растворе

Формула изобретения

Способ определения массовой доли сахарозы в растворе, предусматривающий высокочастотное измерение диэлектрической характеристики и температуры раствора и определение массовой доли сахарозы расчетным путем, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической характеристики используют величину общего тангенса угла диэлектрических потерь измерительной ячейки с исследуемым раствором, измеренного при фиксированной температуре, при той же температуре измеряют на низкой частоте активное сопротивление, а массовую долю сахарозы в растворе определяют в зависимости от общего тангенса угла диэлектрических потерь и активного сопротивления с помощью математической модели

CX = a₁+a₂R+a₃tg²+a₄Rtg,

где СХ - массовая доля сахарозы в растворе;

tg - общий тангенс угла диэлектрических потерь;

R - активное сопротивление;

a₁, a₂, a₃, a₄ - предварительно экспериментально определенные коэффициенты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам определения массовой доли сахарозы в растворе и может быть использовано в сахарной промышленности.

Известен способ измерения концентрации раствора сахарозы, предусматривающий измерение активного электрического сопротивления исходного раствора и разбавленного до концентрации сухих веществ (291)%, соответствующей экстремальному значению сопротивления.

Недостатками известного способа являются невозможность определения массовой доли сахарозы в производственных сахарных растворах без дополнительного определения величины чистоты раствора; сложность точного определения величины экстремального электрического сопротивления при массовой доле сухих веществ (291)%; необходимость инструментального контроля массовой доли сухих веществ при разбавлении растворов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по решаемой задаче является способ определения массовой доли сахарозы в растворе, предусматривающий высокочастотное измерение диэлектрической характеристики и температуры раствора и определение массовой доли сахарозы расчетным путем.

Недостатками известного способа являются, во-первых, недостаточная точность контроля; во-вторых, возможность определения массовой доли сахарозы преимущественно в чистых растворах из-за использования в качестве диэлектрической характеристики величины относительной диэлектрической проницаемости раствора, измерения которой в производственных сахарных растворах возможны только в области сверхвысоких частот, а методы измерения на этих частотах очень трудоемки и сложны в реализации.

В изобретении решается техническая задача уменьшения трудоемкости и расширения функциональных возможностей определения массовой доли сахарозы в растворах сахарного производства различной чистоты (сиропах, межкристальных оттеках) путем комбинированного использования диэлектрической и кондуктометрической характеристик. Это повышает точность определения массовой доли сахарозы в растворе.

Поставленная задача достигается тем, что согласно предлагаемому способу определения массовой доли сахарозы в растворе осуществляют высокочастотное измерение диэлектрической характеристики и температуры раствора и определение массовой доли сахарозы расчетным путем, при этом в качестве диэлектрической характеристики используют величину общего тангенса угла диэлектрических потерь измерительной ячейки с исследуемым раствором, измеренного при фиксированной температуре, при той же температуре измеряют на низкой частоте активное сопротивление, а массовую долю сахарозы в растворе определяют в зависимости от общего тангенса угла диэлектрических потерь и активного сопротивления с помощью математической модели:

CX = a₁+a₂R+a₃tg²+a₄Rtg,

где CX - массовая доля сахарозы в растворе;

tg - общий тангенс угла диэлектрических потерь;

R - активное сопротивление;

a₁, a₂, a₃, a₄ - предварительно экспериментально определенные коэффициенты.

Использование в контроле одновременно диэлектрической и кондуктометрической характеристик позволяет значительно расширить диапазон варьирования чистоты исследуемых растворов и тем самым распространить предлагаемый способ контроля на сиропы и межкристальные оттеки утфелей I, II кристаллизации.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

По стандартной методике выборочно определяют массовую долю сахарозы CX в нескольких пробах сиропа и межкристальных оттеков утфелей I, II кристаллизации в течение всего активного цикла уваривания. Далее производят высокочастотное (на частоте 10-20 МГц) измерение общего тангенса угла диэлектрических потерь tg и измеряют на низкой частоте (50-2000 Гц) активное сопротивление R измерительной ячейки с исследуемым сахарсодержащим раствором. Измерения проводят стандартными измерительными приборами. Пределом применимости высокочастотного измерения tg является наличие отрицательного значения величины фазового угла вектора электрического импеданса Z. Это позволяет определить общий тангенс угла диэлектрических потерь tg как величину



где модуль значения фазового угла.

Для повышения точности результатов все измерения осуществляют в одной измерительной ячейке и при одной и той же температуре, преимущественно (202)^oC, принятой в лабораторном химико-техническом контроле.

Выборка всех измерений значений CX, tg и R аппроксимируется квадратичной функциональной зависимостью, после чего контроль массовой доли сахарозы осуществляется расчетным путем по полученной математической модели в исследованной области значений физических параметров tg и R, на которую накладываются ограничения.

Пример. Проводилось лабораторное определение массовой доли сахарозы модельных сахарных растворов, приготовленных на мелассах Рамонского и Добринского сахарных заводов. Чистота растворов варьировалась в пределах 81,5 - 99,75%, массовая доля сухих веществ - 45 - 74%. Импедансметром ВМ-538 на частоте 10 МГц осуществлялись контактным методом импедансметрические измерения общего тангенса угла диэлектрических потерь tg. Затем с помощью низкочастотного полуавтоматического моста ВМ-484 на частоте 1592 Гц измерялось активное сопротивление R. Все измерения проводили при температуре 200,1^oC. Выборка 20 измерений представлена в таблице. В результате аппроксимации приведенной выборки значений получено уравнение

CX = 66,852+0,0479R+0,161tg²-0,0644Rtg.

Как следует из таблицы, расхождение в значениях массовой доли сахарозы, определенной традиционным поляриметрическим методом и рассчитанной по уравнению, не превышает 1,2%, максимальная относительная ошибка составила 2%.

Как следует из приведенного примера, использование предлагаемого способа контроля обеспечивает высокую точность определения массовой доли сахарозы в растворах. При этом точность определения CX всецело зависит от основной погрешности прибора, измеряющего tg. Возрастает информационная надежность контроля из-за применения двухпараметрической зависимости CX = f(R, tg ).