Интегральный диэлектрический метод контроля содержания твердой фазы при уваривании утфелей Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

76

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 3-4, 1994

На рис. 3 приведена зависимость дифференциальной емкости двойного слоя (кривая I) и сопротивления (кривая 2) от массовой доли КСБ-УФ, введенных в молоко.

Из графика видно, что при достижении концентрации белка в молоке 3,8% наблюдается резкое уменьшение дифференциальной емкости двойного слоя и увеличение его сопротивления. Это, по-ви-

димому, вызвано изменениями в строении двойного слоя, аналогичными описанным ранее, которые связаны с адсорбцией молекул белка на поверхности электрода. Отсюда можно заключить, что при введении в молоко 0,8% КСБ-УФ достигается изо-электрическое состояние системы, которому соответствует pH = 6,52.

вывод

Для определения pH в ИЭТ белковых соединений наряду с традиционными методами — электрофорезом, определением осмотического давления, степени набухания, вязкости растворов — может применяться метод, основанный на измерении полного имг^данса системы при помощи моста переменного тока. При значениях pH в ИЭТ наблюдается резкое уменьшение дифференциальной емкости двойного электрического слоя и увеличение омической составляющей..

ЛИТЕРАТУРА

1. Дамаскин Б.В., Петрий О.А. Адсорбция органических соединений на электродах. — М.: Наука, 1968. — 334 с.

2. Джафаров А.Ф. Производство желатина. — М.: Агро-промиздат, 1990. — 287 с.

3. Колчева Р.А., Херсонова Л.А., Калунянц К.А., Садова А.И. Химико-технологический контроль пиво-безалкоголь-ного производства. — М.: Агропромиздат, 1988. — 272 с.

4. Козлов В.Н., Затирка А.Ф. Технология молочно-белковых продуктов. — Киев: Урожай, 1988. — 168 с.

Кафедра физической и коллоидной химии Кафедра молока и сушки пищевых продуктов

Поступила 28.05.93

664.1.053:621.317.7

ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ СОДЕРЖАНИЯ ТВЕРДОЙ ФАЗЫ ПРИ УВАРИВАНИИ УТФЕЛЕЙ

С.М. ПЕТРОВ

Московская государственная академия пищевых производств

Непрерывный контроль содержания кристаллов МКр в утфелях позволяет своевременно прекращать цикл уваривания, повышать их качественные показатели и снижать расход пара.

Одним из последних достижений в контроле объемной концентрации твердой фазы V является использование зависимости 11 ]:

ккр/к ж = (0

гДе ккр — проводимость утфеля, содержащего жидкую и твердую фазу;

*ж — проводимость межкристального раствора.

Несмотря на то, что отношение кКр/кж однозначно определяет V кристаллов сахарозы и не зависит от большинства возмущающих факторов:

пересыщения, температуры, чистоты, состава примесей и размера кристаллов, методу присущи и недостатки. К ним следует отнести техническую сложность воплощения, косвенность контроля по параметрам, не связанным с физическими свойствами сахарозы.

Дальнейшее развитие электрометрических методов контроля Мкр — в совершенствовании измерений диэлектрических характеристик утфелей. Исследования в этом направлении показывают взаимосвязь модуля импеданса сахарных утфелей [2] или величины электрической емкости [3] с массовым содержанием кристаллов. В первом случае импедансметрия в низкой области частот до 500 кГц не выявила в достаточной мере диэлектрические свойства сахарозы, а во втором — осуществлена диэлькометрия рафинадных утфелей на частотах 27 и 45 МГц. Использование таких частот затрудняет определение истинной электрической емкости измерительного зонда за счет невысокой

помехо провод Конт сущест 8-24 Ь ные зн tg <5 = 0 творов — галг сахароз

У

а

и

QS

происхо движет растает молекул на каки; дить изл нителы величин ется соо

ГДе fраб, стимаяI Для чика /о = /раб = 11 рителем лял опре, не 1 Ом-13 каче такой ин кристалл пользова)

где /у>/

-4, 1994

воино-оторые зерхно-:то при ся изо-у соот-

ІЄДИНЄ-

элект-давле-ров — ізмере-! моста ЭТ на-альной іеличе-

тческих 334 с. I.: Агро-

Садова

лкоголь-- 272 с. о-бел ко-

[.317.7

я

ПЕЙ

іа при-ущи и іескую оля по :войст-

< мето-изме-фелей. ывают гфелей 13] с їм слу-тот до

[ЗЛЄКТ-

- осу-лей на частот «ской ісокой

помехоустойчивости системы и большой электропроводности утфелей I и II продуктов.

Контактным методом исследования установлено существование определенного интервала частот 8-24 МГц, которому соответствую минимальные значения тангенса общего угла потерь tg <5 ~ 0,05-0,1 для чистых сахаросодержащих растворов 10%-ной концентрации при 20°С (рис. 1: /

— галактоза, 2 — мальтоза, 3 — глюкоза, 4 — сахароза, 5 — лактоза). На этих частотах

0' К 7б24 32 М* ча

. 0 "шсгота ;:эш?йг.кя

Рис. 1

происходит уменьшение потерь, обусловленных движением ионных зарядов проводимости, и возрастает роль потерь, связанных с переориентацией молекул. Из приведенных зависимостей следует, на каких именно частотах предпочтительно проводить измерения диэлектрическим методом. Дополнительным условием точного определения величины емкости конденсаторного датчика является соотношение:

/о

(2)

2-3’

гДе /раб< /та* и /о — рабочая, максимально допустимая и резонансная частоты.

Для применявшегося компенсаторного датчика /о = 46 МГц. В дальнейшем использовалась [раб = 10 МГц для электрометрии утфелей измерителем импеданса ВМ-538. Импедансметр позволял определить модуль импеданса /2/ в диапазоне 1 Ом-100 кОм и фазовый угол = 0-(-90°)-В качестве обобщенного параметра для оценки такой интегральной характеристики утфелей, как кристаллосодержание, изучалась возможность использования тангенса общего угла потерь:

/?/), (3)

где /V/ — модуль значения фазового угла, град.

Импедансметрией насыщенных растворов саха^ розы при 20°С, в которые порциями вносили кристаллы, установлена практическая нечувствительность к увеличению массового содержания кристаллов до 35-36%. Величина /2/ изменяется при этом аналогично изменению электросопротивления, выявленному в сахарных утфелях В.И. Тужилкиным: линейно возрастает с увеличением Мкр, а диэлектрическая проницаемость Е противоположно убывает.

В дальнейшем исследовали при массовой кристаллизации сахаристых веществ в изогидриче-ских и изотермических условиях.

Экспериментально определяли стандартным ве^ совым методом относительную массу Мфакт кристаллов (кг/кг воды) в кристаллизующемся в изо-гидрических условиях растворе лактозы с доброкачественностью 98,5%. Для расчета на основании диэлектрометрии измеренной величины относительной массы Мизм кристаллов на частоте 10 МГц контактным методом непрерывно контролировали величину тангенса общего угла потерь в кристаллизаторе 1§<5 и температуру кристаллизатора г (табл. 1), которые позволили установить математическую модель для расчета Мизм'.

псп 332) (о,1342'

м п СП „„

■изм “ 2,62 ехрі у’І 6.53 ехр

*

, (4)

где Т — абсолютная температура кристаллизата.

Таблица I

Мфакгп' кг/ кг воды <, •с М ичм* кг/кг воды

0,000 65.0 2,47 0,010

0,082 65,0 2,60 0.118

0,148 59,6 2,35 0.193

0.272 65,2 4.07 0,241

0,299 65,0 5,67 0,307

0.373 65.0 9,51 0.371

0.399 65,0 14,3 0,402

0,483 54,7 4.70 0,494

0,496 59,0 9.51 0.496

0,544 45,3 2,74 0.575

0,581 54,1 7,11 0,572

0,592 49,9 5.14 0.619

0.680 45.2 4,70 0.715

0.741 49.5 28,60 0,771

0,748 49.5 57,20 0.786

0,763 45,2 6,31 0,764

0,788 44,5 5,72 0,766

0,795 39,8 3,07 0,748

78

ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 3-4, 1994

ИЗВЕСТ

Частота измерения может быть несколько иной, что потребует уточнения коэффициентов в формуле (4), выражающей относительную массу кристаллов. Выбор частоты зависит в основном от конструктивных особенностей конденсаторной ячейки и измерительного прибора. При этом сохраняется характер функциональной зависимости и точность определения относительной массы кристаллов.

Стандартное среднеквадратичное отклонение величины Мизм равно 0,06. Как видно из табл. 1, использование предлагаемого способа обеспечивает высокую точность определения относительной массы кристаллов в сахаросодержащих кристалли* затах.

Таким образом, выделение кристаллической фазы из сахаросодержащих растворов приводит к значительному изменению их обобщенной диэлектрической характеристики ^<5 , что основывается на принципе аддитивности проявления диэлектрических свойств. Вклад в диэлектрические свойства дисперсной системы сахарного кристаллизатора пропорционален вначале концентрации молекул сахарозы в растворе, а затем изменяется соответственно переходу сахарозы из растворенного состояния в кристаллическое. Последнее объясняет резкое различие величины диэлектрической проницаемости Ер для сахарных растворов (ер = 30—70) и кристаллической сахарозы (ек - 3,5-3,9)

Осуществленная электрометрия электрофизических параметров сахарных утфелей при изотермическом уваривании в лабораторном вакуум-аппарате периодического действия позволила экспериментально установить практическое постоянство модуля импеданса утфеля в диапазоне некоторого варьирования его температуры, связанного с технологическим режим»«,

С учетом этого можно рассматривать модуль импеданса сахарных утфелей как величину, эквивалентную активному электросопротивлению Йа:

так как

/Z/-* Ra

Ra = /Z/cos** = /z/к,

(5)

(6)

где К = const при <р = const.

Исходя из представления тангенса общего угла потерь для водносахарных растворов величиной

Xgó =

(7)

где а> = 2л/, и характера изменения величин К нЕ, мы попытались установить новую взаимосвязь электрофизических параметров утфелей с содержанием кристаллов. В результате определили, что изменение комплекса /Z/tg<5 отражает только выделение твердой фазы из перенасыщенного раствора сахарозы.

Выборка нескольких значений Мкр и /2/Л^Ь аппроксимируется линейной функциональной зависимостью, после чего контроль кристаллосодер-жания осуществляется методом экстраполяции непосредственно по линейному уравнению или градуировочному графику МКр = /(/2/^б) (рис. 2: частота 10 МГц; чистота продуктов: / — Ч -99,7%; 2 — сироп с клеровкой Ч = 95,3%; 3 — смесь (50:50) зеленого 1 и аффинационно-го оттеков Ч = 82,5%).

Например, проводилось лабораторное определение массы кристаллов в сахаросодержащем утфеле, увариваемом в вакуум-аппарате под разрежением 0,85 кгс/см из сиропа с клеровкой для I кристаллизации чистотой Чн - 95,о%. Одновременно импедансметром ВМ-538 на частоте 10 МГц контактным методом осуществлялись импедансметрические измерения параметров /1/ и . Данные представлены в табл. 2.

Таблица 2

Но- мер пробы Массовая доля СВ, % Мкр, /г/, Ом tgá /Z/igó, Ом Расчетная V Относительная ошибка Д, %

в утфеле в межкристальном оттеке

1 81.2 79,8 6,93 155 1,73 286 6,84 1.3

2 83.4 79,9 17.40 157 2.14 336 17,30 0,6

3 85,9 78,9 33,20 170 2,61 444 34,00 2,5

4 87,6 78.9 41.20 177 2,75 487 40,60 1,5

В ре: рех прс

с к г = 0,< знамен по npej ными ошибке Таки способі ность ( лях,вое СТИ пр] шается ет инф| примен

В.И. СЕ

Кубански

Испо, следова: позволя расчета ных фа*

В ре: довани! пшенич ложена модели

Для г общего, уплотня ния его таких п вязкость — моду

МОЙ И )

модуль, ала ynpj

Реоло тоду опр формаци жения п диапазоь продуктг в закры давленш фиксиро

-

г

(7)

величин взаимо-фелей с тредели-тражает асыщен-

/z/tga

ьной за-лосодер-яции не-или гра-(рис. 2: - Ч -95,3%; ционно-

опреде-ржащем ате под клеров-: 95,3%. 8 на ча-цествля-[я пара-¡лены в

Таблица 2

Зтноси-гсльная иибка Д, %

1,3

0,6

2.5

1.5

В результате аппроксимации результатов четырех проб получено ураэнение:

Мкр = 0,\Ь42/г/\& - 34,49, (8)

с коэффициентом корреляции параметров г = 0,999. Как следует из табл. 2, расчетные значения массы кристаллов, контролируемые по предлагаемому способу, расходятся с истинными значениями со средней относительной ошибкой Аср - 1,5%.

Таким образом, использование предлагаемого способа контроля обеспечивает высокую точность определения массы кристаллов в утфе-лях,всецело зависящую от основной погрешности прибора, измеряющего /2/ и !§<$. Уменьшается также трудоемкость измерений и возрастает информационная надежность контроля из-за применения линейной функциональной зависи-

мости между Мкр и /Z/tg<$. Это обеспечивает возможность аналогового автоматического контроля степени истощения межкристального раствора утфеля по величине кристаллосодержания,

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. 1434345 СССР. МКИ3 G 01 № 27/02. Способ определения концентрации кристаллов сахара в утфеле и устройство для его осуществления / А.И. Сорокин. В.И. Тужил-кин, А.Р. Сапронов. — Опубл. в Б.И. — 1988. — № 40.

2. Тужнлкин В.И., Подгорнова Н.М. Импедансметрия насыщенных растворов сахарозы в присутствии твердой фазы / / Изв. вузов. Пищевая технология. — 1982. — № 4.

— С 35.

3. The Use of Electrical Properties Measured at Radio Frequencies for Pan Boiling and Brix Control / / Zuckerind.

— 111(1986). — № 10. — P. 922.

Кафедра технологии сахара и сахаристых веществ

Поступила 08.02.9-1

663.97.004.82

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТАБАЧНЫХ ОТХОДОВ ПРИ ИХ УПЛОТНЕНИИ

В.И. СЕНЦОВ

Кубанский государственный технологический университет

Использование реологических методов при исследовании деформационных свойств материалов позволяет получить математические модели для расчета рабочих органов пресса с учетом временных факторов 11—3].

В результате проведения реологических исследований процесса уплотнения табачных отходов, пшеничных отрубей и рисовой мучки [4, 5] предложена общая реологическая и математическая модели данного процесса.

Для практического использования полученного общего дифференциального уравнения состояния уплотняемого продукта необходимо иметь значения его реологических характеристик. К числу таких параметров относятся [1, 4]; Чпл, Епл — вязкость и модуль эластичной деформации; Ем, Еу

— модули, соответственно, мгновенно необратимой и упругой деформаций; Ер — равновесный модуль, характеризующий сопротивление материала упруго-пластическому течению.

Реологические исследования проводили по методу определения зависимости относительной деформации к табачных отходов от времени нагружения при постоянном напряжении (р = const) в диапазоне от 40 до 100 МПа [3, 4]. Навеску продукта массой 20 г уплотняли на прессе ПСУ-125 в закрытой пресс камере сечением ЗОх 70 мм, давление прессования и деформацию продукта фиксировали тензометрическим способом путем

записи кривых кинетики деформации материала на двухкоординатном графопостроителе Н-306.

Определяли реологические характеристики материала по следующей схеме.

Рассчитывались относительные деформации [4] по данным кривых отдачи: Еу — мгновенно-упру-гая, Еэ — эластичная и Еост— остаточная, а по данным нагрузочной ветви: Ем — условно-мгновенная необратимая; ЕПэ — общая вязкого течения и Ет — максимальная продукта:

см - * му - су • «лэ — ет ~ ему I где Еиу —г общая условно-мгновенная деформация. Определяли модули деформаций:

Ем - JL . ем ’ ty ; Еэ = £. еэ

Епл ’ ЕР = Епл Еэ

= еПА Епл + Еэ Э

а также период упругого последействия и ВЯЗКОСТЬ; эластичного течения:

Тэ - ■; : ; чэ = Тэ Еэ ,

1Пеэ/С *“ >Пеэ где т— время деформации;

«эк — конечное значение эластичной деформации.

Текущее значение эластичной деформации определяли при р = const согласно закону

1 - е К]