Способ определения коэффициента насыщения сахарных растворов

 

Назначение: контроль и регулирование процессов сахарного производства, в частности, определение параметров насыщенных сахарных растворов. Сущность изобретения: при определении коэфициента насыщения сахарных растворов из функциональной зависимости вязкости раствора от температуры определяют температуру, соответствующую состоянию насыщения раствора с данным содержанием сахара и сухих веществ, а коэффициент насыщения рассчитывают по формуле = C_x/(100-CB)H_otн, где - коэффициент насыщения; C_x - содержание сахара в растворе, %; CB - содержание сухих веществ в растворе, %; H_otн - растворимость сахарозы в воде при температуре t_н , соответствующей состоянию насыщения раствора, кг сахарозы/кг воды. 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к контролю и регулированию процессов сахарного производства, в частности процессов кристаллизации в вакуум-аппаратах и в мешалках-кристаллизаторах, а также процессов растворения и центрифугирования.

Известен способ определения температуры насыщения [1], предусматривающий наблюдение за лучом света, отраженным поверхностью кристалла в исследуемом растворе; определенное изменение угла отражения связано с температурой насыщения.

Способ дает хорошие результаты для растворов чистой сахарозы. Для темноокрашенных растворов способ не получил широкого применения.

Известен способ определения параметров насыщения сахарных растворов [2] , предусматривающий смешивание трех проб раствора с кристаллами сахара, длительное перемешивание суспензии в течение 3-4 сут. при постоянной температуре с последующим отделением оттека, определением в нем содержания сахара, сухих веществ и расчета коэффициента насыщения ' и доброкачественности насыщенного раствора по формулам = , (1) Dбн = 100 , (2) где Схн - содержание сахара в насыщенном растворе, %; CBн - содержание сухих веществ в насыщенном растворе, %; Но - растворимость сахарозы в воде при температуре опыта, кг сахарозы/кг воды.

Недостатками данного способа являются длительность и трудоемкость.

Целью изобретения является сокращение длительности и трудоемкости определения параметров насыщенных сахарных растворов.

Это достигается тем, что в способе определения параметров насыщенных сахарных растворов, включающем определение сахара, сухих веществ и расчета коэффициента насыщения, новым является то, что из функциональной зависимости вязкости раствора от температуры определяют температуру, соответствующую состоянию насыщения раствора с данным содержанием сахара и сухих веществ, а коэффициент насыщения рассчитывают по формуле = , где ' - коэффициент насыщения; Сх - содержание сахара в исходном растворе, %; СВ - содержание сухих веществ в исходном растворе, %; Но_tн- растворимость сахарозы в воде при температуре tн, соответствующей состоянию насыщения раствора, кг сахарозы/кг воды.

На основании исследований, проведенных по источникам патентной и научно-технической литературы, можно сделать вывод, что совокупность существенных признаков является новой и позволяет сократить длительность и трудоемкость способа, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Способ осуществляется следующим образом.

Проводят исследование вязкости раствора с известным содержанием сахара и сухих веществ от температуры.

Полученные данные обрабатываются методом математической статистики в виде функции ln = f. При этом для каждого СВ получают две зависимости: одна - для разбавленного раствора, другая - для пересыщенного. Эти зависимости являются линейными и пересекаются в точке насыщения, в которой и находится для данного СВ температура насыщения (чертеж).

Зависимость ln = f для ненасыщенной части будет описываться уравнением прямой типа ln₁= a₁+b₁ 10³ (3) а для пересыщенной части - уравнением прямой типа ln₂= a₂+b₂ 10³ (4) В точке насыщения значения ln₁и ln₂ будут равны, т.е.

a₁+b₁ 10³ = a₂+b₂ 10³, откуда T = , тогда tн = - 273,15 , (5)
где Т - абсолютная температура, К;
tн - температура, соответствующая состоянию насыщения, ^оС;
b₁, b₂ - тангенсы угла наклона прямых к оси абсцисс, которые определяются по двум значениям вязкости при двух температурах для каждого участка зависимости по формуле
b_1,2= tg_1,2= , (6)
а₁, а₂ - точки пересечения прямых с осью ординат, которые определяются по формуле
a_1,2= lni₁-b 10³ , (7)
Для каждого СВ при найденной температуре, соответствующей состоянию насыщения, рассчитывается коэффициент насыщения ' по формуле
= , (8) где Сх - содержание сахара в исходном растворе, %;
СВ - содержание сухих веществ в исходном растворе, %;
Но_tн - растворимость сахарозы в воде при найденной температуре насыщения tн.

Исследовав таким образом три-пять проб раствора с различным СВ от 80 до 85% по трем-пяти значениям ' методом математической статистики определяются коэффициенты уравнения
' = а + bN, (9) где N - отношение несахара к воде в исследуемых пробах, определяется по формуле
N = , (10)
П р и м е р осуществления способа.

Мелассу Рамонского сахарного завода подвергают анализу. Поляpиметрически определяют содержание сахара Сх₁ = 42,13%, рефрактометрически - содержание сухих веществ СВ₁ = 80% рассчитывают доброкачественность Дб = 52,66% и отношение несахара к воде
N₁= = 1,894 .

Приготавливают из исходного раствора выпариванием два раствора с содержанием сухих веществ СВ₂ = 82,3; СВ₃ = 83,4, при этом N₂ = 2,201; N₃ = 2,378. Проводят для каждого раствора четыре измерения вязкости при четырех разных температурах 18, 21, 50 и 60^оС. Результаты определений представлены в табл. 1.

1. Находят коэффициенты а₁, b₁, a₂, b₂ и tн₁ для раствора с СВ₁ = 80%.

b₁= = = 9,91,
a₁= ln₅₀-b = -0,276-9,913,0945 = -30,94,
b₂= = = 11,714 ,
a₂= ln₂₁-b = -37,01 . Тогда
tн₁= - 273,15 = 24C , растворимость сахарозы в воде при этой температуре будет Но₂₄ = 2,08 кг сахарозы/кг воды. Коэффициент насыщения
= = 1,013 .

2. Находят коэффициенты a₁, b₁, a₂, b₂ и tн₂ для раствора с СВ = 82,3
b₂= = 11,43
a₂ = 4,40 - 11,4303,40 = -34,860
b₁= = 9,1056
a₁ = 0,78 - 9,10563,0945 = -27,38
tн₂= - 273,15 = 38,0C
Ho₃₈ = 2,385 кг сахарозы/кг воды
= = 1,053
3. Находят коэффициенты а₁, b₁, a₂, b₂ и tн₃ для раствора с СВ = 83,4%.

b₂= = 11,714
a₂ = 4,66 - 11,563,4 = -35,1686
b₁= =9,806
a₁ = 1,20 - 9,733,0945 = -29,14
tн₃= - 273,15 = 43,34C
Ho_{43, 34} = 2,47 кг сахарозы/кг воды
= = 1,071
Обработав полученные данные ' от N методом математической статистики получают уравнение
' = 0,851 + 0,09N.

Сравнение предлагаемого способа с прототипом представлено в табл. 2.

Как видно из табл. 2, разница между двумя способами очень незначительна, и абсолютное отклонение двух способов не превышает 2%.

Преимущества заявляемого способа.

Косвенное определение параметров насыщения значительно сокращает длительность определения с 3-4 сут. до 2-3 ч, что делает возможным оперативное регулирование процессов центрифугирования и кристаллизации сахарных утфелей и разработку оптимальных режимов их ведения, а также сокращается трудоемкость из-за того, что нет необходимости в подготовке растворов, их насыщении, что требует длительного времени и специального оборудования.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НАСЫЩЕНИЯ САХАРНЫХ РАСТВОРОВ с учетом установленных значений количества сахара и сухих веществ в исследуемой пробе сахарного раствора, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени и трудоемкости, дополнительно в исследуемой пробе устанавливают значение вязкости в диапазоне температур, соответствующих температурам пересыщенного и ненасыщенного сахарных растворов, и значение вязкости насыщенного сахарного раствора с последующей фиксацией соответствующего ему значения температуры, а определение коэффициента насыщения осуществляют по формуле
= ,
где - коэффициент насыщения;
C_x - содержание сахара в растворе, %,
СВ - содержание сухих веществ в растворе, %;
Ho_tн - растворимость сахарозы в воде при температуре t_н, соответствующей состоянию раствора, кг сахарозы/кг воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2