Контроль уваривания
25-04-2017, 18:02
Уваривание сиропа является очень ответственным процессом, но он до настоящего времени часто проводится без помощи контрольно-измерительных приборов, на глаз, и результат всецело зависит от опытности варщика: на глаз определяют момент заводки кристаллов, на глаз делаются подкачки сиропа. Лаборатория лишь по окончании уваривания может констатировать, хорошо ли сварен утфель (определить его концентрацию, Ч оттека и содержание кристаллов сахара).
Имеется ряд попыток ввести непрерывный автоматический контроль процесса уваривания при помощи специальных аппаратов. Главнейшими из предложенных методов контроля уваривания являются: а) брасмометрический (или эбульоскопический), б) рефрактометрический, в) кондуктометрический.
Брасмометрический контроль. Этот контроль основан на том, что температура кипения растворов выше, чем температура кипения чистой воды. Поэтому, наблюдая повышение температуры кипения, можно составить себе представление о концентрации кипящего раствора.
Опытные данные (П.С. Бухаров) по повышению температуры кипения растворов сахара приведены в табл. 31.
Брасмометрические методы контроля не привились в производстве: приборы оказались недостаточно удобны и надежны.
Рефрактометрический контроль. Пытались ввести для контроля уваривания специальный производственный рефрактометр, который прикрепляют непосредственно к стенке вакуум-аппарата так, что призма рефрактометра погружена в утфель, циркулирующий и аппарате. Рефрактометр позволяет определить путем простого отсчета по шкале концентрацию межкристального раствора, кипящего в аппарате. Содержание кристаллов не влияет на показания рефрактометра; влияние температуры устраняется путем автоматически вводимой поправки.
Рефрактометр для контроля уваривания также не привился в производстве — он слишком дорог. Кроме того, отсчеты по рефрактометру (как и отсчеты по брасмометру) кропотливы и отнимают время у варщика, который поэтому предпочитает просто взять пробу утфеля из аппарата через пробный кран, чем смотреть в рефрактометр.
Главным недостатком и брасмометров, и рефрактометров является то, что они показывают лишь концентрацию (СВ) кипящего раствора, но не коэффициент пересыщения, от которого зависит процесс кристаллизации. Коэффициент пересыщения зависит не от одной лишь концентрации раствора, но и от температуры, и от чистоты. Он может быть найден только после некоторых вычислений, для которых нет времени при быстрых темпах уваривания.
Кондуктометрический контроль. Этот метод контроля предложен в 1932 г. Хонигом; он основан на том, что электропроводность увариваемого сиропа уменьшается с повышением концентрации; это уменьшение электропроводности объясняется увеличением вязкости при повышении концентрации.
Электрический ток проводит, конечно, не сахарный раствор, а электролиты — соли, являющиеся лишь загрязнениями сахарного раствора. При концентрации сиропа от 0 до 30—35% электропроводность совсем не уменьшается, а возрастает с увеличением концентрации, так как при этом возрастает и концентрация проводящих ток электролитов. Но при дальнейшем повышении концентрации начинает преобладать фактор вязкости сахарного раствора, быстро увеличивающийся с концентрацией, и электропроводность с повышением концентрации уже уменьшается. Только такое значительное уменьшение электропроводности с повышением концентрации и характерно для высококонцентрированных сиропов и оттеков при уваривании.
Кроме концентрации, электропроводность в значительной степени зависит и от температуры, например при 90° С она почти вдвое больше, чем при 70° С. Она также резко увеличивается с уменьшением чистоты, так как ток проводят именно солеобразные несахара: например, электропроводность для зеленого оттека в 2,5—3 раза больше, чем для сиропа, при той же концентрации и температуре. Эти данные приводят к мысли, что метод электропроводности совсем не годится для контроля уваривания, так как по электропроводности нельзя судить о концентрации сахарного раствора ввиду такого значительного влияния п температуры, и чистоты. На практике же именно этот метод вполне апробирован, так как оказалось, что изменения электропроводности соответствуют в действительности не концентрации (СВ), а изменениям коэффициента пересыщения раствора, что особенно ценно и важно, так как процесс кристаллизации сахара зависит именно от коэффициента пересыщения. При этом оказалось, что небольшие изменения температуры и чистоты очень мало влияют на зависимость электропроводности от коэффициента пересыщения.
Приборы для контроля уваривания по электропроводности — кондуктометры, кюитометры — весьма несложны. В увариваемую массу в вакуум-аппарат, в том месте, где имеется хорошая циркуляция, помещают два электрода из нержавеющей стали. К электродам от специального трансформатора — стабилизатора напряжения — подается переменный ток 15—20 в. Трансформатор питается током от заводской электросети. В цепь тока, проходящего через электроды и через увариваемую массу, включают миллиамперметр переменного тока. Его показания зависят от электропроводности кипящей массы: чем больше электропроводность (и чем меньше коэффициент пересыщения), тем больше показания амперметра.
На рис. 154 изображена полученная экспериментально кривая зависимости коэффициента пересыщения от силы тока на одном и том же кондуктометре, но на разных заводах (Лохвицком и Жердевском). При этом, конечно, и Ч сиропа, и температуры уваривания несколько отличались. Между тем экспериментальные точки легли все-таки на одну и ту же кривую.
В начале уваривания сиропа отсчеты амперметра максимальны. По мере сгущения сиропа отсчеты снижаются и в момент заводки кристалла оказываются минимальными. После каждой подкачки сиропа отсчеты увеличиваются, при сгущении — вновь уменьшаются.
Записав показания амперметра в процессе хорошо проведенного уваривания и «сфотографировав», таким образом, хорошую варку утфеля, можно легко и точно повторять ее, руководствуясь показаниями кондуктометра.
Применение кондуктометра облегчает и уточняет работу варщика; особенно уточняется и улучшается процесс заводки кристаллов.
На сахарных заводах России были поставлены кондуктометры, в которых вместо миллиамперметров применяется омметр, показания которого не зависят от колебаний напряжения в сети тока. Кроме того, очевидно, по мере сгущения с повышением пересыщения отсчеты по омметру не снижаются, а тоже повышаются, так как сопротивление электрическому току растет.
Имеется ряд попыток ввести непрерывный автоматический контроль процесса уваривания при помощи специальных аппаратов. Главнейшими из предложенных методов контроля уваривания являются: а) брасмометрический (или эбульоскопический), б) рефрактометрический, в) кондуктометрический.
Брасмометрический контроль. Этот контроль основан на том, что температура кипения растворов выше, чем температура кипения чистой воды. Поэтому, наблюдая повышение температуры кипения, можно составить себе представление о концентрации кипящего раствора.
Опытные данные (П.С. Бухаров) по повышению температуры кипения растворов сахара приведены в табл. 31.
Брасмометрические методы контроля не привились в производстве: приборы оказались недостаточно удобны и надежны.
Рефрактометрический контроль. Пытались ввести для контроля уваривания специальный производственный рефрактометр, который прикрепляют непосредственно к стенке вакуум-аппарата так, что призма рефрактометра погружена в утфель, циркулирующий и аппарате. Рефрактометр позволяет определить путем простого отсчета по шкале концентрацию межкристального раствора, кипящего в аппарате. Содержание кристаллов не влияет на показания рефрактометра; влияние температуры устраняется путем автоматически вводимой поправки.
Рефрактометр для контроля уваривания также не привился в производстве — он слишком дорог. Кроме того, отсчеты по рефрактометру (как и отсчеты по брасмометру) кропотливы и отнимают время у варщика, который поэтому предпочитает просто взять пробу утфеля из аппарата через пробный кран, чем смотреть в рефрактометр.
Главным недостатком и брасмометров, и рефрактометров является то, что они показывают лишь концентрацию (СВ) кипящего раствора, но не коэффициент пересыщения, от которого зависит процесс кристаллизации. Коэффициент пересыщения зависит не от одной лишь концентрации раствора, но и от температуры, и от чистоты. Он может быть найден только после некоторых вычислений, для которых нет времени при быстрых темпах уваривания.
Кондуктометрический контроль. Этот метод контроля предложен в 1932 г. Хонигом; он основан на том, что электропроводность увариваемого сиропа уменьшается с повышением концентрации; это уменьшение электропроводности объясняется увеличением вязкости при повышении концентрации.
Электрический ток проводит, конечно, не сахарный раствор, а электролиты — соли, являющиеся лишь загрязнениями сахарного раствора. При концентрации сиропа от 0 до 30—35% электропроводность совсем не уменьшается, а возрастает с увеличением концентрации, так как при этом возрастает и концентрация проводящих ток электролитов. Но при дальнейшем повышении концентрации начинает преобладать фактор вязкости сахарного раствора, быстро увеличивающийся с концентрацией, и электропроводность с повышением концентрации уже уменьшается. Только такое значительное уменьшение электропроводности с повышением концентрации и характерно для высококонцентрированных сиропов и оттеков при уваривании.
Кроме концентрации, электропроводность в значительной степени зависит и от температуры, например при 90° С она почти вдвое больше, чем при 70° С. Она также резко увеличивается с уменьшением чистоты, так как ток проводят именно солеобразные несахара: например, электропроводность для зеленого оттека в 2,5—3 раза больше, чем для сиропа, при той же концентрации и температуре. Эти данные приводят к мысли, что метод электропроводности совсем не годится для контроля уваривания, так как по электропроводности нельзя судить о концентрации сахарного раствора ввиду такого значительного влияния п температуры, и чистоты. На практике же именно этот метод вполне апробирован, так как оказалось, что изменения электропроводности соответствуют в действительности не концентрации (СВ), а изменениям коэффициента пересыщения раствора, что особенно ценно и важно, так как процесс кристаллизации сахара зависит именно от коэффициента пересыщения. При этом оказалось, что небольшие изменения температуры и чистоты очень мало влияют на зависимость электропроводности от коэффициента пересыщения.
Приборы для контроля уваривания по электропроводности — кондуктометры, кюитометры — весьма несложны. В увариваемую массу в вакуум-аппарат, в том месте, где имеется хорошая циркуляция, помещают два электрода из нержавеющей стали. К электродам от специального трансформатора — стабилизатора напряжения — подается переменный ток 15—20 в. Трансформатор питается током от заводской электросети. В цепь тока, проходящего через электроды и через увариваемую массу, включают миллиамперметр переменного тока. Его показания зависят от электропроводности кипящей массы: чем больше электропроводность (и чем меньше коэффициент пересыщения), тем больше показания амперметра.
На рис. 154 изображена полученная экспериментально кривая зависимости коэффициента пересыщения от силы тока на одном и том же кондуктометре, но на разных заводах (Лохвицком и Жердевском). При этом, конечно, и Ч сиропа, и температуры уваривания несколько отличались. Между тем экспериментальные точки легли все-таки на одну и ту же кривую.
В начале уваривания сиропа отсчеты амперметра максимальны. По мере сгущения сиропа отсчеты снижаются и в момент заводки кристалла оказываются минимальными. После каждой подкачки сиропа отсчеты увеличиваются, при сгущении — вновь уменьшаются.
Записав показания амперметра в процессе хорошо проведенного уваривания и «сфотографировав», таким образом, хорошую варку утфеля, можно легко и точно повторять ее, руководствуясь показаниями кондуктометра.
Применение кондуктометра облегчает и уточняет работу варщика; особенно уточняется и улучшается процесс заводки кристаллов.
На сахарных заводах России были поставлены кондуктометры, в которых вместо миллиамперметров применяется омметр, показания которого не зависят от колебаний напряжения в сети тока. Кроме того, очевидно, по мере сгущения с повышением пересыщения отсчеты по омметру не снижаются, а тоже повышаются, так как сопротивление электрическому току растет.