Способ определения чистоты насыщенной мелассы

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 (R_изм) и содержанием сухих веществ (СВ_изм), описываемой линейным уравнением: СВ_изм=aR_изм+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.

 

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=СВ_нас/R_нас максимумов двух функций СВ=f(τ) и R=f(τ) для обеспечения возможности определения в насыщенной мелассе содержания сухих веществ СВ_нас методом прогнозирования через величину электрического сопротивления насыщенной мелассы R_нас. 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 (R_изм), определение текущих значений и возможного максимального значения содержания сухих веществ в насыщенной мелассе по ранее установленной зависимости между электрическим сопротивлением (R_изм) и содержанием сухих веществ (СВ_изм), описываемой линейным уравнением: СВ_изм=aR_изм+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 R_изм и определяют ряд текущих значений содержания сухих веществ мелассы СВ_изм во времени насыщения τ, на основании которых устанавливают зависимость между СВ_изм и R_изм в виде линейного уравнения с величиной достоверности аппроксимации r², близкой к единице: СВ_изм=aR_изм+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 R_изм, а текущие значения содержания сухих веществ СВ_рас в насыщаемой мелассе рассчитывают, используя ранее полученное линейное уравнение СВ_изм=aR_изм+с.

На основании измеренных значений параметров R_изм получают аппроксимирующую функциональную зависимость между τ и R_изм в виде квадратного уравнения R_изм=аτ²+вτ+с.

После чего решают полученное квадратное уравнение относительно времени насыщения τ 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 СВ_изм=aR_изм+с, подставляя в него найденное значение

На основании значений CB₁ и CX₁ рассчитывают прогнозируемое содержание сахарозы в насыщенной мелассе СХ_нас. Далее определяют коэффициент насыщения α' мелассы при повышенной температуре. Затем, используя свойство независимости от температуры найденных значений НСХ и α', 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 τ, которые представляют табл.1:

Таблица 1
τ, 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 СВ_изм и R_изм в виде линейного уравнения СВ_изм=0,1078 R_изм +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 СВ_изм 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 СВ_рас и возможное максимальное значение содержания сухих веществ Св_рас ^нас в насыщенной мелассе рассчитывают, используя ранее полученное линейное уравнение СВ_изм=0,1078 R_изм +72,663, и данные заносят в табл.2:

Таблица 2
τ, 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 τ и R_изм в виде квадратного уравнения R_изм(τ)=-3,687·10^-3·τ²+0,2664·τ+54,20 r²=1,000.

Затем решают полученное квадратное уравнение относительно времени насыщения τ 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(τ)=-7,374·10^-3·τ+0,2664

-7,374·10^-3τ+0,2664=0, которое имеет единственное решение τ=36,1 мин. По величине τ=36,1 мин, подставляемой в квадратное уравнение R(τ)=-3,687·10^-3·τ²+0,2664·τ+54,20, рассчитывают максимальное значение электрического сопротивления, соответствующее прогнозируемому значению электрического сопротивления насыщенной мелассы R_изм ^нас(36,1)=59,01 Ом.

Прогнозируемое содержание сухих веществ в насыщенной мелассе СВ_рас ^нас определяют по линейному уравнению СВ_изм=0,1078·R_изм+72,663, подставляя в него R_изм ^нас=59,01 Ом, СВ_рас ^нас=0,1078·59,01+72,663=79,02%.

Далее рассчитывают прогнозируемое содержание сахарозы по СВ_рас ^нас в момент насыщения мелассы при температуре 52,2°С:

Коэффициент насыщения при температуре 52,2°С определяют

где Н_52,2=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/R_нас, так как его определение в одной точке дает большие ошибки, поскольку связано с получением и использованием двух параболических уравнений, описываемых с меньшей точностью.

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 (R_изм), определение текущих значений и возможного максимального значения содержания сухих веществ в насыщенной мелассе по ранее установленной зависимости между электрическим сопротивлением (R_изм) и содержанием сухих веществ (СВ_изм), описываемой линейным уравнением СВ_изм=aR_изм+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.