способ определения чистоты насыщенной мелассы
Классы МПК: | G01N33/02 пищевых продуктов C13F1/00 Сгущение, выпаривание или уваривание сахарного сока |
Автор(ы): | Петров С.М. (RU), Воробей А.Н. (RU) |
Патентообладатель(и): | Государственное образовательное учреждение Воронежская государственная технологическая академия (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2003-07-14 публикация патента:
10.10.2005 |
Изобретение относится к сахарной промышленности. Способ предусматривает определение в исходной мелассе содержания сухих веществ, сахара и несахара. Пробу мелассы нагревают до достижения ненасыщенного состояния и растворяют в ней вибрирующие в сетчатом цилиндре кристаллы сахара до достижения ее насыщения. При этом измеряют в процессе последнего электрическое сопротивление мелассы (R изм). Определяют текущие значения и возможное максимальное значение содержания сухих веществ в насыщенной мелассе по ранее установленной зависимости между электрическим сопротивлением (Rизм) и содержанием сухих веществ (СВизм ), описываемой линейным уравнением: СВизм=aRизм +с, где а, с - числовые коэффициенты, определяемые экспериментально. Осуществляют расчет чистоты насыщенной мелассы при температуре центрифугирования утфеля последнего продукта по известной математической формуле с использованием полученного значения максимального содержания сухих веществ в насыщенной пробе мелассы. Изобретение обеспечивает достаточную простоту определения чистоты насыщенной мелассы и повышение точности полученных данных относительно указанной чистоты. 3 табл.
Формула изобретения
Способ определения чистоты насыщенной мелассы, предусматривающий определение в исходной мелассе содержания сухих веществ, сахара, несахара, нагревание пробы мелассы до ненасыщенного состояния, растворение в мелассе вибрирующих в сетчатом цилиндре кристаллов сахара до достижения ее насыщения, измерение в процессе последнего электрического сопротивления мелассы (Rизм), определение текущих значений и возможного максимального значения содержания сухих веществ в насыщенной мелассе по ранее установленной зависимости между электрическим сопротивлением (Rизм) и содержанием сухих веществ (СВизм), описываемой линейным уравнением СВизм=aRизм+с, где а, с - числовые коэффициенты, определяемые экспериментально, расчет чистоты насыщенной мелассы при температуре центрифугирования утфеля последнего продукта с использованием полученного значения максимального содержания сухих веществ в насыщенной пробе мелассы.
Описание изобретения к патенту
Изобретение может быть применено в сахарной промышленности для контроля степени истощения мелассы.
Известен способ определения нормальной чистоты мелассы, предусматривающий определение в исходной мелассе содержания сухих веществ, сахара, несахара и нагревание пробы мелассы до ненасыщенного состояния в термостатируемой емкости, частичное растворение в мелассе вибрирующих кристаллов сахара до ее насыщения, определение коэффициента насыщения и расчет чистоты насыщенной мелассы при температуре центрифугирования утфеля последнего продукта по известным математическим формулам [Силин П.М., Чэнь И-сянь. Новый экспресс-метод определения нормальной Дб мелассы //Сахарная промышленность, 1963, №3, с.17-21].
Недостатки способа заключаются в сложности точной оценки достижения состояния насыщения мелассы, в отсутствии возможности текущего определения содержания сухих веществ в мелассе в процессе насыщения.
Ближайшим аналогом предложенного способа является способ определения чистоты насыщенной мелассы, предусматривающий определение в исходной мелассе содержания сухих веществ, сахара, несахара и нагревание пробы мелассы до ненасыщенного состояния в термостатируемой емкости, частичное растворение в мелассе вибрирующих в сетчатом цилиндре кристаллов сахара для ее насыщения и непрерывное измерение электрического сопротивления мелассы, по полученным значениям которого рассчитывают возможное максимальное содержание сухих веществ и коэффициент насыщения, используемые при расчете по известным математическим формулам чистоты насыщенной мелассы при температуре центрифугирования утфеля последнего продукта [Пат. 2196984 RU. Способ определения чистоты насыщенной мелассы. Опубл. 20.01.2003. - Бюл. №2].
Недостатки способа: усложненность способа, связанная с необходимостью определения коэффициента масштабирования К=СВнас/Rнас максимумов двух функций СВ=f() и R=f() для обеспечения возможности определения в насыщенной мелассе содержания сухих веществ СВнас методом прогнозирования через величину электрического сопротивления насыщенной мелассы Rнас. При этом определение коэффициента К в одной точке дает большие ошибки, поскольку связано с получением и использованием двух параболических уравнений, описываемых с меньшей величиной достоверности аппроксимации r2.
Технический результат изобретения заключается в упрощении способа и повышении точности определения чистоты насыщенной мелассы.
Этот результат достигается тем, что согласно предложенному способу определения чистоты насыщенной мелассы, предусматривающему определение в исходной мелассе содержания сухих веществ, сахара, несахара, нагревание пробы мелассы до ненасыщенного состояния, растворение в мелассе вибрирующих в сетчатом цилиндре кристаллов сахара до достижения ее насыщения, измерение в процессе последнего электрического сопротивления мелассы (Rизм), определение текущих значений и возможного максимального значения содержания сухих веществ в насыщенной мелассе по ранее установленной зависимости между электрическим сопротивлением (Rизм) и содержанием сухих веществ (СВизм), описываемой линейным уравнением: СВизм=aRизм+с, где а, с - числовые коэффициенты, определяемые экспериментально, расчет чистоты насыщенной мелассы при температуре центрифугирования утфеля последнего продукта по известной математической формуле с использованием полученного значения максимального содержания сухих веществ в насыщенной пробе мелассы.
Способ осуществляют следующим образом.
В исходной пробе заводской мелассы определяют содержание сухих веществ СВ1 и сахарозы СХ1, по которым рассчитывают количество несахара НСХ. Затем исследуемую заводскую мелассу, имеющую, как правило, при температуре центрифугирования 40°С коэффициент пересыщения 1,1, термостатируют при повышенной температуре для перевода мелассы в ненасыщенное состояние и производят ее насыщение частичным растворением в ней вибрирующего слоя кристаллов сахара. Для этого пробу мелассы помещают в сосуд с водяной рубашкой и термостатируют, например, при 50-53°С.
Кристаллы сахара-песка подвергают рассеву и отделяют крупную фракцию кристаллов размером 1,0-1,2 мм, которую в количестве 1:5 к мелассе помещают в сетчатый цилиндр с размером отверстий сетки 0,45-0,5 мм, задерживающей кристаллы и обеспечивающей возможность фильтрации мелассы через слой кристаллов по всему сечению сосуда при перемещениях цилиндра.
Далее сетчатый цилиндр погружают в мелассу и создают вибрирующий слой кристаллов гармоническими колебаниями цилиндра с амплитудой 6·10-3 м и частотой 3 с-1. Таким образом обеспечивают интенсивный режим фильтрации ненасыщенной мелассы через вибрирующий слой кристаллов и интенсифицируют гидродинамическую обстановку на поверхности раздела фаз кристалл - раствора, что проявляется в достижении высокой относительной скорости течения мелассы.
Достигнутый фильтрационный режим течения ненасыщенной мелассы приводит к увеличению скорости растворения кристаллов и частичному уменьшению их размеров. При этом происходит ускоренное приближение к состоянию насыщения раствора мелассы.
Проведенными исследованиями было экспериментально установлено подобие физико-химических свойств рефрактометрического показателя преломления мелассы, используемого для определения СВ, и ее электрического сопротивления R.
В процессе насыщения мелассы непрерывно измеряют ее электрическое сопротивление Rизм и определяют ряд текущих значений содержания сухих веществ мелассы СВизм во времени насыщения , на основании которых устанавливают зависимость между СВизм и Rизм в виде линейного уравнения с величиной достоверности аппроксимации r2, близкой к единице: СВизм=aRизм+c, где а, с - числовые коэффициенты, определяемые экспериментально.
Затем при последующих насыщениях (при насыщении мелассы того же сахарного завода в течение декадного (месячного) периода работы завода) измеряют только величину электрического сопротивления мелассы Rизм, а текущие значения содержания сухих веществ СВрас в насыщаемой мелассе рассчитывают, используя ранее полученное линейное уравнение СВизм =aRизм+с.
На основании измеренных значений параметров Rизм получают аппроксимирующую функциональную зависимость между и Rизм в виде квадратного уравнения Rизм =а 2+в+с.
После чего решают полученное квадратное уравнение относительно времени насыщения стандартным математическим приемом, разыскивая его максимум, путем дифференцирования и определяют таким образом максимальное значение электрического сопротивления, соответствующее прогнозируемому значению электрического сопротивления насыщенной мелассы
Прогнозируемое расчетное содержание сухих веществ в насыщенной мелассе определяют посредством ранее полученного линейного уравнения СВизм=aRизм+с, подставляя в него найденное значение
На основании значений CB1 и CX1 рассчитывают прогнозируемое содержание сахарозы в насыщенной мелассе СХнас. Далее определяют коэффициент насыщения ' мелассы при повышенной температуре. Затем, используя свойство независимости от температуры найденных значений НСХ и ', рассчитывают чистоту насыщенной мелассы при температуре центрифугирования, например 40°С.
Пример. Берут 130 г исследуемой заводской мелассы, представляющей собой раствор с содержанием сухих веществ СВ1=78,5%, содержанием сахарозы СХ1=52,1% и содержанием несахара на 1 г воды НСХ=1,228, помещают в цилиндрический сосуд с водяной рубашкой и термостатируют при 52,2°С.
Отсеянные кристаллы сахара-песка размером 1,0-1,2 мм в количестве 26 г помещают в сетчатый цилиндр с размером отверстий сетки 0,45-0,5 мм и вносят вместе с цилиндром в мелассу. Затем цилиндр приводят в вибрационное движение с амплитудой гармонических колебаний 6·10-3 м и частотой 3 с-1 для осуществления насыщения. В процессе насыщения мелассы непрерывно измеряют ее электрическое сопротивление и определяют ряд текущих значений содержания сухих веществ мелассы во времени насыщения , которые представляют табл.1:
Таблица 1 | |||||
, мин | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 |
Rизм, Ом | 54,20 | 56,88 | 57,90 | 58,45 | 59,07 |
СВизм, % | 78,5 | 78,8 | 78,9 | 79,0 | 79,0 |
На основании табличных значений устанавливают зависимость между СВизм и Rизм в виде линейного уравнения СВизм=0,1078 Rизм +72,663, с величиной достоверности аппроксимации r2=0,986, близкой к единице, при этом коэффициенты а=0,1078 и c=72,663 получаются в результате обработки экспериментальных данных по СВизм и R изм с использованием компьютерной программы Excel (М.Додж, К.Стинсон "Эффективная работа Excel 2002". - СПб.:Питер, 2003, с.651) - приложение Microsoft Office для работы с электронными таблицами.
Во всех последующих насыщениях (при насыщении мелассы того же сахарного завода в течение декадного (месячного) периода работы завода) текущие значения содержания сухих веществ СВрас и возможное максимальное значение содержания сухих веществ Сврас нас в насыщенной мелассе рассчитывают, используя ранее полученное линейное уравнение СВ изм=0,1078 Rизм +72,663, и данные заносят в табл.2:
Таблица 2 | |||||
, мин | 0 | 5 | 15 | 25 | 35 |
Rизм, Ом | 54,20 | 55,43 | 57,35 | 58,53 | 58,98 |
СВрас, % | 78,51 | 78,63 | 78,84 | 78,97 | 79,02 |
СВизм, % | 78,50 | 78,6 | 78,8 | 79,0 | 79,0 |
На основании представленных в табл.2 значений параметров получают аппроксимирующую функциональную зависимость между и Rизм в виде квадратного уравнения Rизм ()=-3,687·10 -3· 2+0,2664·+54,20 r2=1,000.
Затем решают полученное квадратное уравнение относительно времени насыщения стандартным математическим приемом, разыскивая его максимум путем дифференцирования, и определяют таким образом максимальное значение электрического сопротивления, соответствующее прогнозируемому значению электрического сопротивления насыщенной мелассы .
При этом решают уравнение R'изм()=-7,374·10 -3·+0,2664
-7,374·10-3+0,2664=0, которое имеет единственное решение =36,1 мин. По величине =36,1 мин, подставляемой в квадратное уравнение R()=-3,687·10 -3· 2+0,2664·+54,20, рассчитывают максимальное значение электрического сопротивления, соответствующее прогнозируемому значению электрического сопротивления насыщенной мелассы Rизм нас(36,1)=59,01 Ом.
Прогнозируемое содержание сухих веществ в насыщенной мелассе СВрас нас определяют по линейному уравнению СВизм=0,1078·Rизм+72,663, подставляя в него Rизм нас=59,01 Ом, СВ рас нас=0,1078·59,01+72,663=79,02%.
Далее рассчитывают прогнозируемое содержание сахарозы по СВрас нас в момент насыщения мелассы при температуре 52,2°С:
Коэффициент насыщения при температуре 52,2°С определяют
где Н52,2=2,6338 г/г Н2О - растворимость сахарозы при температуре 52,2°С.
Чистоту насыщенной мелассы при температуре центрифугирования, например 40°С, определяют
где Н40=2,334 г/г Н2O - растворимость сахарозы при температуре 40°С.
Содержание сухих веществ в насыщенной мелассе также при температуре центрифугирования 40°С определяют
Для сравнения результатов проводят процесс насыщения согласно ближайшему аналогу [Пат. 2196984 RU. Способ определения чистоты насыщенной мелассы. Опубл. 20.01.2003.- Бюл. №2], при этом используют мелассу с теми же исходными показателями, насыщение проводят при температуре 52,2°С, расчет чистоты насыщенной мелассы осуществляют аналогично расчету, приведенному в примере.
Сопоставление результатов определения чистоты насыщенной мелассы по предлагаемому способу с определением по прототипу представлено в табл.3:
Таблица 3 | |||
Параметры насыщенной мелассы при температуре центрифугирования 40°С | |||
СВнас, % | Чнас, % | ||
Известный способ | Предлагаемый способ | Известный способ | Предлагаемый способ |
77,66 | 77,67 | 64,67 | 64,69 |
Как следует из примера, использование предлагаемого способа дает возможность по сравнению с прототипом упростить и повысить точность определения чистоты насыщенной мелассы за счет того, что не требуется определение коэффициента масштабирования К=СВ нас/Rнас, так как его определение в одной точке дает большие ошибки, поскольку связано с получением и использованием двух параболических уравнений, описываемых с меньшей точностью.
Класс G01N33/02 пищевых продуктов
Класс C13F1/00 Сгущение, выпаривание или уваривание сахарного сока