CC BY
37
мускат, 9 - белое полусладкое, 10- токай (полудесертное), 11 - токай (сладкое), 12 - белое десертное, 13 -шампанское. 14 - коньяк Арагви, 15- коньяк Ани. 16-коньяк Утопил.
При исследовании образцов пива разных сортов установлено, что их АОА в целом соотносится с содержанием экстрактивных веществ в сусле. Наименьший уровень АОА наблюдали в безалкогольном пиве (11% экстрактивных веществ) - около 0,0006 г-экв/л, а наибольший — в темных сортах (16% экстрактивных веществ) — 0,0017 ... 0,0025 г-экв/л. Полученные нами результаты согласуются с данными определения содержания восстанавливающих соединений в пиве с 2,6-дихлорфенол-индофенолятом № методом вольт-амперометрии [8], где наиболее высокий уровень был отмечен при исследовании темного пива, а самый низкий - в сортах, подвергавшихся деалкоголизации.
Исследование чая показало, что образцы черного чая одноразовой заварки имеют невысокий уровень АОА. У образцов листового зеленого и черного чая этот показатель значительно выше - от 0,007 до 0,013 мг-экв/л.
Таблица
д) и Продукт АОА, г-мэкв/л Sn %
■ить, Коньяк 1,28 ± 0,08 2,52
асу- Экстракт зеленого чая 1,39 ± 0,03 0,83
>ша- Нектар персиковый 1,49 ±0,19 8,09
Пиво 1,57 ±0,34 8,80
олее Свежевыжатый сок апельсина 6,31 ±0,32 4,10
длу- Свежевыжатай сок яблока 2,15 ± 0,19 4,80
В таблице приведены данные, характеризующие воспроизводимость результатов определения АОА (я = 3 ... 5,р = 0,95).
Очевидно, что различные значения этого статистического показателя для разных продуктов определяются особенностями образца: однородностью, условиями стабилизации антиоксидантов и т. п.
Таким образом, показана возможность использования потенциометрических измерений для определения знтиоксидэнтных свойств рядя соединений и оценки общей АОА продуктов питания. Предложенный метод определения АОА может быть использован для исследования изменения качества продуктов во время хранения и в процессе производства, а также для оценки АОА разнообразных биологических объектов.
ЛИТЕРАТУРА
f. Ченков Н(ч Ланкин В.З., Меныцикова Е.Б. Окислительный стресс. - М.: МАИК Наука/Интерпериодика, 2001.
2. Арутюняк А.В., Дубинина Е.Е., Зыбина Н.Н. Методы оценки свободнорадикального окисления и антоксидантной защиты организма. - СПб.: ИКФ Фолиант, 2000.
3. Абдуллин И.Ф., Турова Е.Н., Будников Г.К. Органические антиоксиданты как объекты анализа // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2001. - № б. - 67. - С. 3-13.
4. Maimino S., Brenna О., Buratti S., Cosio M.S. A New Method for the Evaluation of the “Antioxidant Power” of Wines // Electoanalysis. - 1998. - 10. -№ 13. - P. 908-912.
5. Liebert М., Licht U., Bohin V., Bitsch R. Antioxidant properties and total phenolic content of green and black tea under different brewing conditions // European Food Research and Technology. - 1999. - 204. - Iss. 1. - P. 217-220.
6. Вклад в увеличение стабильности вкуса пива / Г. Бессен-дерфер, Б. Биркеншток и др // Brauwelt. Мир пива. - 2002. - II. -С. 10-18.
7. Lavelly V., Peri С., Rizzolo A. Antioxidant activity of tomato products as studied by model reaction using xantine oxidase, myelioperoxidase, and copper-induced lipid peroxidation // J. Agric Food Chem. - 2000. - 48. - № 5. - P. 1442-1448.
8. Sobiech R.M., Neuman R., W aimer D. Automated Voltammetric Determination of Reducing Compounds in Beer // Eiectoanalvsis. - 1998. - 10. -
№ 14. - P. 969-975.
9. Турова E.H. Применение электрохимических методов оценки интегральной антиоксидантной способности лекарственного растительного сырья и пищевых продуктов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Казань, 2001.
Кафедра химии
Поступила 18.07.03 г.
66.047.002.56
УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЭКСТРУЗИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
А Н. ОСТРИКОВ, В.Н. ВАСИЛЕНКО, К.В. ПЛАТОВ
Воронежская государственная технологическая академия
Значительные сложности при организации и проведении экструзии вызывает измерение таких основных технологических параметров процесса, как температура и давление экстру дата, хотя именно они оказывают большое влияние на качество вырабатываемых продуктов. Получение достоверной текущей информации об изменении этих параметров затруднено из-за отсутствия соответствующих приборов [1].
Цель данного исследования - разработка компьютерной системы получения информации о характере изменения температуры и давления экструдата с использованием аналого-цифрового преобразователя.
Разработанная компьютерная система контроля и управления процессом экструзии (рис. 1) предназначена для автоматического измерения, регистрации температуры и давления в экструдере, а также управления нагревательным элементом в зависимости от заданной температуры в предматричной зоне экструдера Для измерения давления в предматричной зоне был установлен преобра-
зователь давления КРТ-СТ-25-0,5. Температура обрабатываемой массы измерялась по трем зонам экструдера хромель-копелевыми термоэлектрическими преобразователями ТХК-539М. Датчики температуры и преобразователь давления соединялись с ПЭВМ через блокизме-рения.
Система состоит из программно-аппаратного модуля (измерителя) и программы регистрации значений, удаленного управления и отображения. Такое разделение позволяет использовать измеритель автономно без ПЭВМ. При этом обеспечивается автоматическое позиционное управление нагревательным элементом по заранее заданному значению температуры,
Измеритель выполнен в виде двух узлов (рис. 1): блока измерения 1 и силового блока 2 управления нагревателем. К блоку измерения подключаются термопары (не показаны) и преобразователь давления 3, кабель 4 управления силовым блоком, а также кабель 5 соединения с ПЭВМ. Измеритель имеет встроенный блок питания и подключается к сети 220 В.
Для измерения был использован метод двойного интегрирования и выполнен узел преобразователя аналогового сигнала в цифровую форму. В качестве мик-роЭВМ используется упрощенная версия контроллера серии МС851-ЛТ89С2051 А1те1, а также драйвер физического уровня интерфейса 115232 - микросхема МАХ232 Мах'т. Структура аппаратной части устройства представлена на рис. 2.
Метод двойного интегрирования наиболее подходит для измерения медленно изменяющихся температуры и давления, так как время замера одного канала относительно велико - от 70 до 130 мс.
Для измерений методом двойного интегрирования требуется таймер с высокой разрешающей способностью, интегратор, компаратор и стабильный источник тока, все эти узлы установлены в измерителе.
При достижении заданного значения температуры микроЭВМ подает в силовой блок, в котором коммутирующим элементом является симистор, сигнал на выключение нагрузки и аналогично на ее включение. В целях безопасности в силовом блоке установлена оптопара, обеспечивающая гальваническую развязку си-
ловой сети с блоком измерителя и соответственно с ПЭВМ.
Программное обеспечение измерительного устройства состоит из двух частей: первая - микропрограмма -размещается в микроЭВМ, расположенной в измерителе, и позволяет проводить замеры, анализировать температуру и управлять нагревателем; вторая - управляет устройством и функционирует на ПЭВМ под операционной системой семейства Microsoft Windows.
Выходные данные, описывающие состояние системы в определенные моменты времени, представлены в виде файла, формат которого поддерживается электронной таблицей Microsoft Excel. Это обеспечивает прямое импортирование содержимого файла в электронную таблицу, позволяя производить полностью автоматизированный процесс обработки результатов.
Основной функцией измерителя является измерение температуры и давления, но аппаратная реализация требует больших вычислительных затрат со стороны управляющей микроЭВМ. Поэтому для общения программы управления с измерителем применен метод временного окна, при котором измеритель сообщает ПЭВМ, в какие моменты с ним может быть произведен обмен, а в какие моменты времени измеритель не реагирует на воздействия со стороны ПЭВМ. Метод временного окна позволяет избежать погрешностей во время цикла замеров, так как микроЭВМ не тратит время на прием и обработку информации, а занимается только измерением. Время измерения температуры или давления составляет около 140 мс, что при наличии 4 каналов составляет около 0,6 с. Затем в течение 0,4 с устройство может принять пакет от ПЭВМ, который содержит управляющу ю информацию.
Так как измеритель может работать самостоятельно по заранее заложенной программе, а подключение к ПЭВМ и запуск программы может происходить в произвольный момент времени, то после запуска программа должна отобразить состояние устройства на диалоговой панели управления. Для этого измеритель периодически отсылает в ПЭВМ пакет, содержащий полную информацию о своем состоянии и параметрах работы, которые могут быть изменены оператором и переустановлены в измерителе. Измеритель посылает в ПЭВМ не реальные значения величин, а 16-разрядные значения отсчетов по каждому каналу измерения.
! Г ~~Т~
£ - J — 1
1 —*- i ; i МикроЭВМ
s
I ,— I,
j j Цепь разр*^а|™.>-: '■
| Блок U-jyeрения ж контроля
СнлОВПЙ ш
блок ■■■ ;Г*
lilOK
шггашы
.■if
Драйвер
RS232
■I
л
«Нагрузка
я_ .
Индикатор
Рис. 1
Рис. 2
г
Ifi с
jn -с-гк. е].!:г
ll'f'lf
[Ы1#-
^,1-
ПЛН-
гДН-
£-LiHfv
-1*-
К'.ОГ
ипго
ШЁ
jikhj kili!-ЗС-т:т-l та* у KF-
E!4w-
j :+j [ -fJSI-
Ь L‘1.'
i>TO ГСЛ.С-4ILC U
-rv-'
pj.v ■
ulju-
? JLt-Ih.vr-
a j;vl-
Г ne-
JC L‘ I.'
[jl.1 u£
v.fs
Оператор в процессе работы может задавать требуемое значение температуры и гистерезис, эти величины в ПЭВМ переводятся в 16-разрядные отсчеты и затем отсылаются в измеритель. При анализе температур измеритель имеет дело только с 1 б-разрядными отсчетами, он производит сравнение и принимает решение по управлению нагревателем.
Кроме параметров измерителя, в программе можно задавать период записи значений в файл, а также производить коррекцию вычисленных значений температур и давления.
Визуализация процесса измерения температуры и давления реализована с помощью графических средств операционной системы. Все ПО разрабатывалось в среде Microsoft VisualStudio 6.0. Микропрограмма написана на языке ANSI С с расширениями для платформы микроконтроллеров серии MCS51.
Таким образом, на основании вышеизложенного, система компьютерного контроля и регулирования позволяет:
измерять температуру в диапазоне 50-300°С с точностью ±1 °С в трех точках рабочей камеры экструдера, используя в качестве датчиков хромель-копелевые термоэлектрические преобразователи ТХК-539М;
измерять давление в предматричной зоне экструдера до 25 МПа с точностью ±1 КПа, используя преобразователь давления КРТ-СТ-25-0,5; отображать на дисплее ПЭВМ текущие значения температур и давления на стрелочных индикаторах и в цифровом виде, со-
Зоиа загр/зки Зона гомоеешэации
стояние управляемого нагревательного элемента (вкл/выкл), текущий режим и
записывать названные переменные в текстовый файл с табличным форматированием.
Для исследования влияния условий экструзионной обработки, контролируемых с помощью описанной системы, была проведена серия экспериментов в широком диапазоне изменения параметров процесса экструзии. В качестве сырья использовали смесь гороха с белковой добавкой Вппйе Ы 15/А.
По полученной информации были построены графические зависимости: распределение температуры перерабатываемой смеси по длине экструдера при значениях давления в предматричной зоне Р, МПа: 4,8; 4,5; 4,0 (рис. 3: соответственно кривые 1,2, 3); зависимость давления в предматричной зоне экструдера от его производительности при частоте вращения шнека со, с-1: 9, 8, 7 (рис. 4: соответственно кривые I, 2, 3).
Распределение температуры продукта по длине рабочей зоны экструдера при постоянной скорости вращения шнека 1,5 с 1 (рис. 3) характеризуется резким возрастанием ее, начиная с зоны сжатия вплоть до матрицы. В предматричной зоне, из-за небольшого отрезка времени нахождения в ней, температура продукта вырастает незначительно, и при выходе его из формующего канала резко снижается до 345-355К. Это связано с тем, что при высоких давлениях и температурах в экструдере вода существует только в жидком состоянии. В момент выхода экструдата из матрицы он попадает в атмосферные условия, где за счет взрывно-
Q—
Рис. 3
Рис. 4
го испарения воды выделяется значительное количество энергии, происходит резкое снижение температуры.
Аиатгтл уопат?тйпт1лт1|гр 'этслттгттрпо (туххг*
± шх \jy41W. 1 }
показал, что для всех значений частоты вращения шне-ка кривые имеют одинаковый вид, т.е. с увеличением производительности <2 давление в предматричной зоне экструдера сначала растет, а затем с некоторого значения О уменьшается. Очевидно, что в режиме полностью закрытого выхода при 0 = 0 давление в предматричной зоне непрерывно нарастает, а в режиме открытого выхода О = (2тах - непрерывно падает. В реальном же процессе экструзии с ростом производительности давление продукта достигает некоторой величины, максимально возможной для данных условий работы экструдера, а потом неуклонно снижается. Максимум на кривых смещается в сторону увеличения производительности.
выводы
1. Разработанная система компьютерного контроля и регулирования позволяет измерять температуру в
диапазоне 50-300°С по длине рабочей камеры экструдера, измерять давление в предматричной зоне экструдера до 25 МПа. а также регистрировать измеренные значения температуры и давления в текстовый файл с табличным форматированием.
2. Компьютерная система позволяет не только оперативно получать информацию об изменении температуры и давления экструдата, но и регулировать их, обеспечивая высокое качество вырабатываемых продуктов.
3. По полученной информации построены кинетические зависимости изменения температуры и давления экструдата, позволившие определить рациональные режимы процесса экструзии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Термопластическая экструзия: Научные основы, технология, оборудование / Под ред. А.Н. Богатырева, В.П. Юрьева. - М.: Ступень, 1994. - 200 с.
Кафедра процессов и аппаратов химических и пшцевых производств
Поступила 15.12.03 г.
