CC BY
40
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 4, 1990 »
На распылительной сушильной установке с центробежным распылителем жидкости нами получен порошкообразный сахарорафинадный полуфабрикат. Температура воздуха на входе в сушильную камеру составляла 100—110°С, на выходе из нее— 70—80°С. Исходная концентрация высушиваемого сиропа — 37,5%, чистота — 97,41%, цветность — 22,045 ед. опт. пл. к массе СВ, содержание редуцирующих веществ — 0,84%'. Полученный после сушки полуфабрикат характеризуется следующими показателями: влажность — 1,7%, содержание редуцирующих веществ — 0,84%, чистота — 97,4%, цветность — 19,048 ед. опт. пл. Эти данные показывают, что сушку сахаросодержащих сиропов можно вести при 80—120°С, что удовлетворяет требованиям термочувствительности исследуемых продуктов. При этом не наблюдается термического разложения сахара и накопления редуцирующих веществ в готовом продукте.
ВЫВОДЫ
1. При нагреве сахаросодержащих сиропов проис-
ходят сложные тепломассообменные процессы, связанные с испарением влаги и сопровождающиеся в пределах исследуемых температур тепловыми эффектами различной величины. Они зависят от многих факторов, в том числе и от исходной концентрации материала.
2. Технологически целесообразно и экономически выгодно сушку сахаросодержащих продуктов вести из растворов с исходным содержанием сухих веществ около 50% при 80—-120°С.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зубченко А.В., Магомедов Г. О., С е р б у-л о в Ю. С. Получение порошкообразных сахаропаточных полуфабрикатов распылительной сушкой//Из-вестия вузов СССР. Пищевая технология.— 1986.— № 2,— С.120—122.
2. А. с. 1159543 (СССР). Способ твердой дисперсии сахаров/Бывальцев А. И.. Лосева В. А.— Опубл. в Б. И. -- 1985,— № 21.
Кафедра машин и аппаратов
пищевых производств Поступила 12.10.89.
664.1.054.012
КОНТРОЛЬ СТЕПЕНИ ПЕРЕСЫЩЕНИЯ ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОЭВМ
М. А. КАРАГОДИН, В. И. ТУЖИЛКИН, А. И. СОРОКИН, А. Р. САПРОНОВ, 3. С. ВОЛОШИН,
П. В. ЯПКОВСКИЙ
Московский ордена Трудового Красного Знамен» технологический институт пищевой промышленности УКРСАХТЕХЭНЕРГОРЕМОНТ
Кристаллизация сахара является одним из сложнейших процессов с точки зрения автоматизации. Это связано в первую очередь со сложностью физико-химических и теплофизических взаимосвязей процесса, а также с отсутствием надежных систем контроля основных параметров кристаллизующейся массы. В частности, в настоящее время отсутствует надежная система автоматического контроля наиболее важного параметра процесса кристаллизации степени пересыщения межкристального раствора II.
Последняя должна быть поддержана в мета-стабильной зоне для того, чтобы существующие кристаллы росли с. достаточной скоростью, а новые практически не образовывались (как это случается в лабильной или промежуточной зонах). Необходим контроль II как в момент, заводки кристаллов, так и в последующие стадии процесса кристаллизации, в течение которых оптимальное- значение II может значительно возрасти [1, 7, 11].
Сложность .контроля степени пересыщения связана с отсутствием прямых методов контроля этого параметра, что привело к созданию различного рода косвенных методов — по электропроводимости, повьи шению точки кипения ПТ к, вязкости, рефрактометрии, диэлектрической постоянной и др.
С целью разработки надежной системы автоматического контроля степени пересыщения в утфеле проведен анализ существующих методов контроля II Рассмотрим особенности этих методов.
Контроль по электропроводимости наиболее дешев
и прост в эксплуатации, используется при уваривании утфелей с низкой доброкачественностью. Однако недостатком является то, что метод основан на измерении не концентрации или насыщения сахарозы, а концентрации и подвижности ионов (зольности), и как следствие, показания чувствительны к изменению качественного состава сиропа и температуры. Кроме того, измерительные электроды со временем покрываются налетом, что искажает их показания. Последняя проблема решается с помощью бесконтактного метода, однако проблема калибровки и остальные недостатки остаются [4, 7, 12, 15].
Метод ПТ К хорошо зарекомендовал себя при контроле II в утфелях, увариваемых из низкодоброкачественных сиропов, в которых ПТК составляет 15°С. Однако методу свойственны существенные недостатки, связанные с влиянием на ПТК изменений концентрации сахарозы, тиГта и количества несахаров межкристального раствора, а также уровня в вакуум-аппарате [5, 7, 12, 15].
Методы контроля по вязкости и реологическим свойствам сходны между собой и требуют -значи тельно больше затрат на изготовление и установку, чем предыдущие. Кроме того, требуется осуществлять во время процесса калибровку и подстройку вискозиметров. Эти методы хорошо зарекомендовали себя, так как точность их мало подвержена влиянию температуры и состава несахаров в утфеле. Они дают точные результаты при контроле момента заводки кристаллов и достаточно эффективны при
уваривании рафинадных утфелей, если содержание кристаллов не превышает 25%. После этой цифры различные комбинации концентрации межкристального раствора и содержания кристаллов могут дать одинаковый результат измерения и поэтому далее для контроля II метод не пригоден. Точность контроля по реологическим свойствам сильно зависит от наличия пузырьков пара и газа в измеряемой среде [5, 7, 12, 15].
Метод диэлектрической постоянной основан на зависимости последней от концентрации среды. Диэлектрическая постоянная среды определяется с помощью 220-миллиметровой антенны, колеблющейся с частотой 150 Мгц. Методу свойственна высокая чувствительность при уваривании рафинадных утфелей, но при уваривании из растворов низкой чистоты чувствительность снижается [10, 12, 15].
Комбинированные методы контроля (например, ГПК совместно с измерением консистенции межкристального раствора, или ПТК и измерение расхода конденсата) дают удовлетворительные результаты, хотя и страдают недостатками, свойственными их составляющим [7, 15].
Широкое применение микропроцессорной техники позволило определить II на основе изменения нескольких косвенных параметров утфеля. В качестве примера может служить система контроля, сочетающая измерение плотности утфеля на основе радиационного плотномера и концентрации межкристального раствора рефрактометрическим методом, на основании которых рассчитывается значение II [19]. Эта система показала хорошие результаты при контроле высококачественных утфелей.
Однако недостатком системы является ее инерционность (замедленная реакция на изменение концентрации сиропа).
Длительное время требуется, чтобы заменить пленку сиропа и кристаллов на поверхности призмы. Это ведет к нестабильности показаний, особенно при высоком содержании кристаллов в утфеле. Трудность заключается также в необходимости глубокого погружения рефрактометра в утфель через стенки вакуум-аппарата [12, 15, 19].
Следует отметить и метод микропроцессорного расчета II на основании параметров межкристального раствора, измеренных автоматическими плотномером и поляриметром [13]. Возникают сомнения в точности и оперативности этого метода, тем более, что подтверждения о практическом ' внедрении описанной системы пока не имеется.
Как видно из вышесказанного, в настоящее время отсутствует надежная система, способная с высокой точностью контролировать степень пересыщения во всем диапазоне изменения условий процесса кристаллизации сахара.
Во МТИПП осуществлена попытка разработать систему контроля, которая позволяет определять с достаточной точностью степень пересыщения в течение всего процесса уваривания и при различ ном качестве исходного сиропа [3].
Схема контролирующей системы представлена на рисунке.
Пробоотборником 2 из вакуум-аппарата / отбирают пробу утфеля, которая попадает в отделитель межкристального раствора 3, где от кристаллов утфеля отделяется межкристальный раствор в измерительный прибор 4. В приборе 4 измеряется текущая электропроводимость максимальная электропроводимость после разбавления к,п и температура межкристального раствора /ш. Полученные данные поступают на микропроцессорное устройство 5, которое на их основе по известным формулам [2, 3, 8 9.
ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ ПИЩЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, № 4, 1990
» л
16] рассчитывает значения доброкачественности межкристального раствора, концентрации сухих веществ в нем и концентрации насыщения сухих веществ межкристального раствора, а по ним значение степени пересыщения отдельного ме/% кристального раствора. *
Необходимый для 'учета качества исходного сырья (сиропа) коэффициент определяется в лаборатории и вводится в систему один раз в 10—15 дней.
Рассчитанные данные выводятся на печатающее устройство 6, а микропроцессорное устройство подает сигнал на соответствующие элементы схемы (1—4) о готовности к очередному замеру. М.
Предложенная система контроля II прошла проверку в лабораторных условиях МТИПП на базе микроЭВМ ИСКРА-1256, в течение которой сравнивались значения параметров утфеля (СВМ, ДБМ и II), полученных автоматически, со значениями лабораторных приборов (рефрактометр, поляриметр). Параметры утфеля менялись в следующих пределах: СВМ — от 35 до 90%,ДБМ — от 65 до 99,7%, — от 20 до 90°С. *
Проведенная экспериментальная проверка подтвердила работоспособность системы контроля степени пересыщения и показала, что время анализа II сократилось более чем в 10 раз, относительная погрешность измерения не превышала 2—3% в указанном диапазоне изменения параметров сахарного утфеля..-
Таким образом, на основании тщательного анализа недостатков существующих методов контроля разработана система автоматического контроля II с использованием микропроцессорного устройства, позволяющая с достаточной точностью' контролировать степень пересыщения в широком диапазоне изменения параметров- увариваемого утфеля.
ЛИТЕРАТУРА
1 Сапронов А. Р Технология сахарного прои $ ства — М.: Агропромиздат, 1986.
2 Т у ж и л к и н В. И., Лапки н А. И. и др. Способ аналогового измерения концентрации производственных растворов сахарозы//Ж. С. П. —1978.— № 9.— С. 30—32.
3. К а р а г о д и н М. А., Т у ж и л к и н В. И., Сорокин А. И., Сапронов А. Р , Волошин 3. С., Я ц к о в с к и й П В. Устройство для контроля доброкачественности, степени пересыщения и кристаллосо-
■ держания//А.с. № 1467086.-—Б.И. —1989 № 11
4. Т у ж и л к и н В И. и др. Автоматизация уваривания утфеля на основе измеряемого электросопротивления// Ж С.п —1976.— № 5. — С. 40—46.
5. Способ определения коэффициента пересыщения раст: воров / Тужилкин В. И., Петров С. М., Сапронов А. Р Б И 1981 -- № 4
6. Т у ж и л к и н В. И., Ка р а год и н М А., Соро-
кин А. И К вопросу о разработке математической модели процесса кристаллизации сахара // Известия вузов СССР, Пищевая технология»—1982 — й 6.— С 109 111
7 Автоматизация вакуум-аппаратов периодического и не-
прерывного действия / Кравчук А. Ф., Еременко Б. А.— ' М.. ЦНИИТЭИпищепром.—1981.— Вып. 2.— С. 32.
8. Pid о и х G. // Zucker.—1961.— 1.— P. 10—14.
9 Р о п а п I J., Nebout J. // Suciene I- rangaise.— 1962,—V. 103,—P. 429—434.
10. Madsen R. F., Moller G. F.//Sugar Journal.— 1978,— V. 41,— № 6,— P. 11 — 16.
11 Frew D.//Industrial and Engineering Chemistry.— 1973,— № 4,— P. 112—118.
12. Watson J. A.//Sugar Technology Revieus. —1981.—
№ 8,—P. 81 —147. '
13. Randolph E. A.//USA Patent, 4155774,//International .Sugar Journal. —1981.—83—№992,—P. 252.
14. Van Der Poel, De Nisser// Sugar Technology
Reviews.—1982.— №9.— P. 37—58.
15. Wright P. G. 7/ Sugar Technology Reviews. —1983.—
№ 10,—P. 39—96. '
16. Тегзе М.//Изобретение ВНР.—1983.—Си 154.— 173172.
17. Kapur P., Patil V. L.// international Sugar Journal.— 1982,— V. 84,—№ 1006,—P. 294—299.
18. Austmeyer und T. Frankenfeld// Zucke-rindustry.—1985,—V. 110,—№2,—P. 122—130.
19. V i s t a n e n J.// International Sugar Journal.—1984.— V. 86,- № 1026.— P. 175—179.
20. R a n f о r d P. J., Cox M. J.//Zuckerindustry.— 1986,—V. 111.—№ 10,—П. 922—930.
Кафедра технологии
сахарного и крахмалопаточного производств
Кафедра автоматизации
технологических процессов Поступила 22.03.89
664.1.054.012.1
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ КРИСТАЛЛОВ САХАРА В УТФЕЛЯХ
Ю. А. ДАШКОВСКИЙ, И. С. ГУЛЫЙ, А. В. ГУКАЛОВ
Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности
Проведенные исследования посвящены разработке способа определения размеров кристаллов сахара в вакуум-аппаратах с целью автоматического контроля и управления процессом варки утфелей.
В настоящее время для определения размеров кристаллов используют ситовой метод [1], высокая длительность реализации которого не позволяет использовать результаты анализа для корректировки режимов ведения процесса кристаллизации сахара в вакуум-аппаратах.
Разработанный в последнее время лазернодифракционный способ определения размеров кристаллов [2] позволяет контролировать параметры твердой фазы утфелей только на ранней стадии кристаллизации (массовая концентрация кристаллов не более 1 %, размеры кристаллов не более 0,1 мм), что объясняется, в частности, высокой оптической плотностью утфелей.
Известно [3], что утфели являются намного более «прозрачными» акустически, чем оптически, причем, чем выше плотность жидкой фазы утфелей, тем лучше распространяются в них упругие волны. Это обусловило попытку разработки акустического способа определения размеров кристаллов.
Проведенный анализ известных результатов исследований [4] показал, что наибольший вклад в общее затухание ультразвука в суспензиях вносит рассеяние упругой энергии на частицах твердой фазы. При 'этом в случае, когда длина волны больше размеров частиц, рассеяние практически отсутствует, а при длине упругой волны, не превышающей размеры частиц, рассеяние имеет место.
Нами было сделано предположение, что появлением и величиной.рассеяния ультразвука на кристаллах сахара можно управлять, уменьшая длину распространяющихся в утфелях упругих волн. При уменьшении длины волны до величины, соизмеримой с размерами самых крупных кристаллов, происходит начало рассеяния ультразвука. В дальнейшем к рассеянию подключаются все более мелкие кристаллы и, по достижению волной наименьшей длины, величина рассеяния будет обусловлена рассеивающей способностью кристаллов всех размеров в данном диапазоне длин волн
Таким образом, величина рассеяния в конце диапазона является результатом суммарного вклада в рассеяние кристаллов сахара всех размеров, участвующих в рассеянии, а изменение потерь упругой энергии на рассеяние при уменьшении длины волны будет являться интегральной характеристикой гранулометрического состава кристаллов сахара.
Для подтверждения данного предположения был применен активный ультразвуковой спектральный метод [5] в режиме сканирования частоты в диапазоне частот 0,4—10,0 МГц. При его реализации .получали амплитудно-частотную характеристику АЧХ системы излучатель — утфель — приемник и определяли скорость С ультразвука в утфеле. Учитывая, что интегральной характеристикой гранулометрического состава кристаллов сахара является зависимость амплитуды от длины волны X, а не от частоты /, длины волн определяли по формуле
Х=-р (1)
Разработанная методика исследований дала возможность осуществить получение и сравнение амплитудно-частотных характеристик сигналов, прошедших через сироп (при отсутствии кристаллов) и модельный утфель. В результате этого удалось выделить потери упругой энергии, обусловленные рассеянием ультразвука на кристаллах сахара.
В результате проведенных исследований на моно-дисперсных утфелях с кристаллами сахара известных размеров была получена градуировочная характеристика ультразвукового способа определения размеров кристаллов, характеризующая зависимость длин волн, на которых начиналось рассеяние, от размеров кристаллов гкр, это рассеяние вызывавших
Касс =2>68 М^ср-И)-
Для реализации ультразвукового способа при контроле размеров кристаллов в полидисперных, утфелях был разработан алгоритм обработки измерительной информации (скорость ультразвука с=1800 м/с), выделяемой на акустическом приемнике (рисунок). Алгоритм включал следующие
