Способ контроля процесса кристаллизации сахарных растворов Советский патент 1990 года по МПК G01N33/02 C13G1/06 

Изобретение относится к сахарной промышленности и может найти применение при автоматическом контроле процесса кристаллизации сахарных растворов в вакуум-аппаратах.

Целью изобретения является повы- дшние точности путем устранения влияния скорости циркуляции сахарных растворов.

При варке сахаржх утфелей увеличивают подаваемую к нагревателю электроэнергию до создания у поверхности последнего интенсивного пузырькового кипения,измеряют значения температур кипящего раствора у поверхности нагревателя и непосредственно поверхности нагревателя с последующим установлением величины градиента температуры по ее измеренным значениям, а контроль осуществляют путем сравнения

установленной величины градиента температур с нормированным.

При интенсивном пузырьковом кипении влияние теплового потока становится решающим, а эффект перемешивания или циркуляции на значение коэффициента теплоотдачи практически исчезает, локальное движение раствора, созданное интенсивным пузырьковым кипением у поверхности нагрева, не подавляется внешним течением. Градиент температуры при этом определяется свойствами кристаллизующегося утфеля. При кристаллизации сахара в утфельных вакуум-аппаратах основным термическим сопротивлением теплопередачи является теплоотдача от стенки нагревателя к утфельной массе. Поэтому измерение градиента температуры в пристенном слое нагреваемой массы повышает чувствительность способа контроля.

Юл

сд о

CD

На чертеже показано устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство состоит из полого металлического корпуса 1, спирали 2 электрического нагревателя, расположенного в керамической вставке 3, на поверхности нагревателя закреплены горячие спаи 4, батареи термопар 5, холодные-спаи 6 находятся на рассто- янии 3-10 мм от поверхности нагревателя. Устройство вводится в вакуум- аппарат.

При подаче напряжения спираль 2 нагревателя разогревается, утфель, находящийся в зоне нагревателя, ин- тенсивно кипит. При этом у поверхности нагревателя создается градиент температур, величина которого зависит от мощности теплового потока, pac стояния от поверхности нагревателя и вязкости кристаллизуемого утфеля.

В сахарных растворах при тепловых потоках менее 1,1 -10 Вт/м7 наблюдается неразвитое пузырьковое кипение. В этом случае на величину градиента температуры у поверхности кипятильника оказывает влияние скорость омывания поверхности кристаллизуемым раствором

61

При тепловых потоках выше 1-10 Вт/м

наступает кризис кипения, кипение переходит в пленочное, наблюдается большая флуктуация1температуры поверхности кипятильника. Таким образом, для устойчивого пузырькового кипения мощность теплового потока должна быть в диапазоне (l.l-lO5 ) - (l-Ю4) Вт/м1. При таких величинах теплового потока температура поверхности кипятильника, соответственно, в интервале 150 - 225°С. Однако при нагревании растворов сахарозы выше ее температуры плавления (186°С), наблюдается интенсивное разложение сахарозы. Поэ- тому тепловой поток ограничивают величиной 2,5-(4,0 1C) Вт/м что соответствует температуре поверхности кипятильника 170-186 С.

В процессе кристаллизации возрастает содержание сухих веществ утфеля, увеличивается его вязкость, ухудшаются условия теплоотдачи от поверхности нагревателя. При этом увеличивается температура поверхности нагревателя и температурный градиент. Соответственно , при уменьшении содержания сухих веществ утфеля величина температурного градиента уменьшается. Сравни

Q

Q

5

0

«

0

5

вая величину градиента температуры у поверхности нагревателя с нормированным значением градиента температуры, полученным в контрольном опыте, судят о состоянии кристаллизуемого раствора.

Нормированные значения градиента температуры - это такие его значения, которые регистрируют тем же устройством при оптимальном протекании процесса варки утфеля в вакуум -апнарате. Для определения величины нормированного значения градиента температур устройство помещают в промышленный вакуум-аппарат и проводят варку утфеля квалифицированным аппаратчиком. Полученные при дтом значения градиента температуры с учетом уровня (массы) утфеля в вакуум-аппарате являются эталонными или нормированными. По результатам измерений градиента температуры в нескольких (5-6) варках вычисляют средние нормированные его величины, которые и принимаются за основу при контроле процесса кристаллизации.

В таблице показаны изменения текущих значений градиента температур в зависимости от уровня утфеля в вакуум-аппарате .

Пример. Устройство устанавливают в промышленный вакуум-аппарат и с помощью высококвалифицированного аппаратчика проводят семь варок утфеля следующим образом. Сахарный сироп с концентрацией сухих веществ 65% набирают в вакуум-аппарат до отметки уровня 2,52 м. Затем в греющую камеру вакуум-аппарата подают пар, доводят сироп до кипения и, поддерживая кипение t упаривают сироп до позволяющего заводку кристаллов пересыщения, что соответствует уровню 2,12 м, вводят затравку, после чего производят наращивание кристаллов, периодически под- качивая сироп в аппарат. По достижении отметки уровня 3,36м готовый утфель выпускают ,из вакуум-аппарата. С началом кипения сиропа в вакуум-аппарате к нагревателю устройства подают электрический ток постоянной величины, позволяющий поддерживать у поверхности устройства интенсивное пузырьковое кипение в течение всего процесса варки утфеля. Тепловой поток при этом составляет 2 105 Вт/м. При достижении указанных в таблице от10

сы для установления ее соответствия предъявляемым требованиям или принятия решения для выдачи соответствующих воздействий. Анализ полученных данных показывает, что определенному уровню (массе) утфеля соответствует определенное значение градиента температуры.

Испытания показали возможность применения способа -на продуктах различной доброкачественности. На началь ном этапе варки способ контроля про- - цесса кристаллизации имеет чувствительность, аналогичную способу контроля по электропроводности. Во второй половине варки чувствительность способа возрастает, Например, при 25 % кристаллов чувствительность возрастает в два раза, а при- содержании кристаллов 45-50% чувствительность, а следовательно, точность контроля возрастает в 3-4 раза.

меток уровня производят измерение градиента температуры. По результа-- там измерений градиента температуры в семи варках вычисляют средние арифметические его величины для каждой отметки уровня, которые представляют собой так называемые нормированные значения градиента температуры.

Полученные таким образом нормированные величины градиента температуры являются опорными точками, сравнивая с которыми текущее значение градиента температуры, в ходе варки аппаратчик принимает необходимое решение. Превышение текущего значения градиента температуры над нормированным свидетельствует о чрезмерном сгущении утфеля и требует его разжижения путем дополнительного включения подкачки сиропа в аппарате. Если же текущее значение градиента температуры при соответствующем уровне утфельной массе в аппарате ниже нормированной величины, то утфель еще недостаточно уварен.

Способ контроля процесса кристалГрадиент температуры у поверхнос- лизации сахарных растворов в вакуум- ти нагревателя определяется величиной аппарате по величине градиента тем- удельного теплового потока (конструк- 30 пературы, предусматривающий измерение

15

20

25 Формула изобретения

10

415066

сы для установления ее соответствия предъявляемым требованиям или принятия решения для выдачи соответствующих воздействий. Анализ полученных данных показывает, что определенному уровню (массе) утфеля соответствует определенное значение градиента температуры.

Испытания показали возможность применения способа -на продуктах различной доброкачественности. На начальном этапе варки способ контроля про- - цесса кристаллизации имеет чувствительность, аналогичную способу контроля по электропроводности. Во второй половине варки чувствительность способа возрастает, Например, при 25 % кристаллов чувствительность возрастает в два раза, а при- содержании кристаллов 45-50% чувствительность, а следовательно, точность контроля возрастает в 3-4 раза.

15

20

25 Формула изобретения

Изобретение относится к сахарной промышленности и может найти применение при контроле процесса кристаллизации сахарных растворов. Целью изобретения является повышение точности путем устранения влияния скорости циркуляции сахарных растворов. При варке сахарных утфелей в вакуум-аппаратах увеличивают подаваемую к нагревательному элементу (НЭ) электрическую энергию до создания у поверхности НЭ интенсивного пузырькового кипения. Измеряют значения температур поверхности НЭ и сахарного раствора и поверхности НЭ. Устанавливают величину градиента измеренных значений температур. Контроль осуществляют путем сравнения установленной величины градиента температуры с нормированной. 1 ил.

ция устройства) и вязкостью утфельной массы (качественные показатели продукта). Таким образом, величины нормированных значений градиентов температуры определяются конструктивными особенностями устройства и технологическими параметрами утфеля (вязкое- - тью).

Для первого продукта значение нормированных значений градиентов темпе- до ры кипящего сахарного раствора с поратуры ниже, чем для второго, и возрастает для последующих кристаллизации.

Процесс контроля кристаллизации заключается в получении и обработке информации о состоянии утфельной мас5

значения температуры поверхности нагревателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем устранения влияния скорости циркуляции сахарных растворов, увеличивают подачу электроэнергии к нагревателю до создания у поверхности последнего интенсивного пузырькового кипения, измеряют значение температуел едующим установлением величины градиента температуры по ее измеренным значениям, а контроль осуществляют путем сравнения установленной величи- ны градиента температуры с нормированной.

к милливольтметру

К источнику нопряжения

Составитель Н.Арцыбашева

Редактор И.Шулла Техред Л.Олийнык

Заказ 276

Тираж 512

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Корректор В.Кабаций

Подписное