CC BY
9УДК 664.1.054
doi.org/10.24412/2413-5518-2024-2-40-46
Контроль и управление кристаллизацией
сахарозы в вакуум-аппаратах
« ч
периодического действия
С.М. ПЕТРОВ, д-р техн. наук, профессор (e-mail: [email protected]) Н.М. ПОДГОРНОВА, д-р техн. наук, профессор
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (ПКУ)»
Введение
Пересыщение является движущей силой и соответственно самым информативным параметром при кристаллизации сахара. Хорошо известно, что его значимость обусловлена влиянием на качество и выход продукта. Другие параметры, такие как содержание кристаллов, чистота межкристального раствора и содержание сухих веществ в утфеле, также представляют собой важную информацию о процессе кристаллизации.
Степень пересыщения маточного раствора — ключевой фактор улучшения контроля и управления промышленной кристаллизации сахара. Однако сложность онлайн-измерений пересыщения составляет одну из нерешённых проблем, связанных с мониторингом и контролем кристаллизации сахара в вакуум-аппаратах периодического действия (ВАПД). Не существует прямого метода или единого прибора для измерения пересыщения. Его можно рассчитать или вывести только на основе других измерений, поскольку это многомерная функция нескольких параметров [4].
Идеальная методология управления периодической кристаллизацией, как правило, сосредоточена на измерении пересыщения раствора. Этот подход направлен на регулирование скорости роста кристаллов путём аналогового контроля пересыщения в метаста-бильной зоне для упорядоченного роста кристаллов. Появление надёжных средств онлайн-измерения концентрации межкристального раствора (технологический рефрактометр) и утфеля (микроволновый концентратомер) позволяет, по крайней мере с определённым приближением, контролировать пересыщение в режиме онлайн [4, 6].
Однако на практике такой подход приводит к довольно сложной вычислительной и программной задаче. Для точного измерения и контроля пересыщения требуется ряд относительно точных входных дан-
ных процесса [7]. Среди наиболее важных исходных данных — чистота и температура межкристального раствора, а также концентрация, определяемая рефрактометрическим измерением. Хотя рефрактометр даёт надёжные и относительно точные измерения (если он правильно откалиброван), тем не менее это «точечное измерение» и не обязательно репрезентативное для всей массы утфеля в ВАПД. Чистоту межкристального раствора нелегко измерить непосредственно в режиме реального времени, поэтому её необходимо либо рассчитывать в цикле уваривания утфеля, либо использовать выборочные лабораторные измерения, которые сами по себе могут содержать аналитические ошибки.
В практике периодической кристаллизации существует относительно широкий диапазон пересыщения кипящей массы утфеля в ВАПД. Таким образом, возникает вопрос о допустимом компромиссе относительно выбора подходящего значения пересыщения, при котором можно управлять процессом кристаллизации. Это не означает, что контроль пересыщения не является приемлемым подходом к управлению. Он только показывает то, что это относительно сложный подход, который сопровождается рядом возможных источников ошибок.
Анализ существующего уровня технических решений
Фактически пересыщение является многомерной функцией таких переменных, как концентрация (С), температура (Т) чистота раствора (Р) и параметры качества раствора т, Ь, с, зависящие от состава комплекса несахаров:
а = /(С, Т, Р, т, Ь, с).
пер 7 7 77/
Показатели т, Ь и с необходимо определять в заводской лаборатории, но это не всегда возможно, поэтому вместо них приходится использовать типичные
ь ^
ф к
'О 5
I го го ^
Й- 5
<5
ю 8
Л О-
m s
усредненные значения для свеклосахарного сиропа [4, 5].
В сахарном производстве коэффициент пересыщения в технических растворах выражается
а„
_ 0,01-СВм -Ч,, Я0(100-СВ>Н
где СВм — массовая доля сухих веществ в межкристальном растворе, %; Чм — чистота межкристального раствора, %; Н0 — концентрация сахарозы в насыщенном при данной температуре растворе, 1 г сахарозы на 1 г воды; анас — коэффициент насыщения. Уравнение G. Vavrmecz, описывающее зависимость
а
несахара к воде, имеет вид
= АЧю^) в широком отношении концентрации
где — отношение концентрации несахара к воде.
Коэффициент насыщения в технических сахарных растворах, по данным 2. ВиЬпк, может быть рассчитан с некоторым приближением по уравнению
а = 0,250 • а
нас 9 ".
+ 0,764 + 0,236 • ехр(-1,84 • д^У
Более точно анас можно определять согласно экспресс-методу, предложенному в работе [5]. Мелассу нагреванием до температуры 50—55 °С переводят в ненасыщенное состояние, затем в течение 140—160 мин частично растворяют в ней осциллирующие кристаллы белого сахара при кондуктометрическом контроле достижения насыщения и определяют коэффициент насыщения и оптимальные характеристики нормальной мелассы исходя из параметров технологического оборудования.
Таким образом, несмотря на многочисленные достижения последних лет и широкое применение кристаллизации, ее мониторинг и управление по-прежнему остаются сложной и открытой задачей для повышения общего качества и эффективности процесса. В основном это связано с его сильной нелинейностью, неопределенностью механизмов кристаллизации и отсутствием соответствующих надежных измерительных приборов.
Погрешности измерения содержания сухих веществ
Методика микроволнового измерения содержания сухого вещества за последние несколько лет получила широкое распространение в сахарной промышленности. Она обеспечивает очень точное и надежное измерение концентрации в различных технологических процессах сахарной промышленности благодаря своим физическим характеристикам.
Техника микроволнового измерения основана на взаимодействии микроволн с молекулами воды. Так, молекула воды с двумя положительно заряженными атомами водорода, расположенными с одной стороны, и отрицательно заряженным атомом кислорода — с другой стороны представляет собой электрический диполь.
По мере возрастания частоты электромагнитного поля будет достигнута область микроволнового диапазона (от 1 до 10 ГГц), в которой молекулам воды становится трудно совершать повороты на 180° под воздействием каждого импульса в соответствии с изменением полярности поля, и они начинают вращаться вокруг своей оси. При этом молекулы воды начинают сталкиваться с соседними молекулами, генерируя тепло и поглощая энергию. Следовательно, количество поглощаемой энергии будет зависеть в основном от количества воды в растворе, поэтому ее измерение при соответствующей высокой частоте лежит в основе метода измерения содержания влаги в растворе.
В стандартных приложениях микроволновых измерений обычно достигается точность датчиков ±0,1— 0,2 %.
Влияние размера кристалла на микроволновые измерения невелико и описывается физическим явлением дифракции электромагнитной волны — огибанием волной края дисперсной твердой фазы, наблюдаемое при малых по сравнению с длиной волны размерах препятствия. Поэтому наличие кристаллов в утфеле практически может повлиять на результаты в зависимости от соотношения длины волны излучения и размера кристалла. При соотношении «длина волны : размер кристалла > 10» в результате дифракции происходит проникновение волны в область геометрической тени кристалла. Для обычно применяемой частоты 2,5 ГГц средняя длина волны излучения составляет 120 мм. Поэтому влияние размеров кристаллов < 3 мм весьма незначительно и дополнительная погрешность измерения невелика.
Два микроволновых сигнала, фаза (ф) и затухание (А), хорошо коррелируют в большинстве практических приложений процессного контроля. Фаза применяется для калибровки из-за высокой чувствительности измерения. Чувствительность измерения затухания значительно возрастает при использовании сахарных растворов низкой чистоты. В таких случаях предпочтительна смешанная калибровка с применением как фазы, так и затухания, чтобы повысить точность измерения. Двухпараметрический метод позволяет осуществлять микроволновые измерения с высокой точностью для продуктов любой чистоты. При этом дополнительная погрешность из-за влияния колебаний чистоты продукта является незначительной.
№ 2 . 2024 САХАР 41
Параметры фазы и ослабления микроволн калибруются в соответствии с автоматическим анализом степени корреляции с измеряемым параметром. Во время калибровки фаза и (или) затухание сигнала во взаимосвязи со значениями концентрации (либо плотности) задаются путём отбора проб. Калибровка выполняется автоматически, а процесс отбора проб поддерживается модулем оценки. Какой из параметров — фаза или затухание — будет использоваться для калибровки, зависит от величины и влияния помех на результат измерения. Например, затухание гораздо более чувствительно к проводимости кон-дуктометрических примесей (концентрации ионизированных растворимых солей в утфеле). Во многих случаях рекомендуется измерение концентрации по одному параметру фазы, рассчитанное следующим образом:
СВ = В ■ ф + С,
где ф — сдвиг фазы сигнала в приёмной антенне; В и С — коэффициенты калибровочной функции.
Ориентация молекул воды в микроволновом поле и, следовательно, измерение концентрации (плотности) сиропа зависят от температуры. Влияние температуры в большинстве случаев линейно и легко компенсируется следующим образом:
новится важным вопрос о том, какую «правильную» температуру использовать в качестве входных данных для программы управления на основе пересыщения, которая, в свою очередь, влияет на его вычисленное значение.
Температуру кипения утфеля можно точно измерить только на поверхности кипения. Ниже этой точки давление выше из-за гидростатического напора сиропа, а поскольку теплота подаётся снизу, температура сиропа достигнет равновесного уровня только тогда, когда сироп достигнет поверхности. Обычное представление о циркуляции в вакуум-аппаратах далеко от реальности. Восходящие потоки перегретой жидкости с поверхности греющей камеры не поднимаются непосредственно к поверхности, а поворачивают и направляются вниз через центральную трубу. Часть горячего материала попадает в нисходящий поток и никогда не достигает минимальной температуры на поверхности. Таким образом, температура, обычно измеряемая в середине кольцевого зазора между корпусом и подвесной греющей камерой или ниже неё, не имеет репрезентативного значения. Так как уровень утфеля всегда выше, чем в точке измерения, его температура на несколько градусов превышает равновесные значения на свободной поверхности в течение большей части цикла уваривания.
СВ = В ■ ф + D • + С,
где гр — температура раствора; D — калибровочный коэффициент температурной компенсации.
Во время процесса кристаллизации в вакуум-аппарате температура может варьироваться в пределах 60—80 °С в зависимости от вакуума. Влияние температуры в этом диапазоне также линейно. Оценочный блок микроволнового концентратомера (плотномера) автоматически рассчитывает температурную компенсацию после отбора пробы и обеспечивает простое управление даже в процессах кристаллизации при охлаждении.
Температурные измерения утфельной массы
Измерение температуры является ещё одной серьёзной проблемой, поскольку в производственных аппаратах большой вместимости — 60—90 т утфеля — наблюдается значительное изменение температуры в зависимости от места измерения в ВАПД (рис. 1). На температуру влияет также гидростатический напор, поскольку постоянно увеличивается объём заполнения. Кроме того, относительно сложно стабилизировать абсолютное давление на точно заданном значении, что приводит к дополнительным изменениям температуры процесса. Таким образом, ста-
г . = 68,5 °С
и, т/п
Ф а = 1,12
пер '
г = 73,5 °С
Ц тах
ф а = 1,05
пер '
г = 70 °С
ц т
ф а = 1,1
пер
Рис. 1. Типичный осевой профиль температуры и соответствующее пересыщение в начале фазы роста кристаллов при уваривании утфеля I (К. АшШеувг): 1, 2 — температурный профиль вдоль оси нагревательной трубки; — минимальная температура утфеля; ^ тах — максимальная температура утфеля; (1т — среднее значение температуры; апер — коэффициент пересыщения
Контроль и управление увариванием утфеля на основе полуэмпирической модели СВу=Д£)
Трудности онлайн-измерения или оценки пересыщения привели к появлению нескольких альтернативных предложений по мониторингу и контролю процесса кристаллизации как в промышленности, так и в научных публикациях. В промышленности широко распространённой стратегией является реализация так называемой «кривой кипения», которая связывает уровень, достигнутый утфелем в вакуум-аппарате, со значением содержания сухих веществ в утфеле (рис. 2). Этот подход считается достаточным для обеспечения адекватного пересыщения в процессе уваривания утфеля I кристаллизации.
В промышленном вакуум-аппарате процесс наращивания кристаллов осуществляется путём тщательного балансирования скорости испарения воды с подачей нужного количества стандарт-сиропа, чтобы компенсировать сахарозу, которая диффундирует из межкристального раствора в кристаллическую фазу. Это достигается за счёт контроля СВу (концентрации утфеля) с использованием двухмерной полуэмпирической модели, которая связывает желаемое изменение СВу с уровнем (Ху), достигнутым массой внутри вакуум-аппарата, что, таким образом, считается мерой эффективности управления процессом. Управляемой переменной является расход стандарт-сиропа на входе через клапан, регулирующий этот поток.
СВу, %
94 92 90
88 86 84 82 80
/ /
//
А У
30 40 50 60 70
Уровень утфеля в аппарате, Ly, %
Рис. 2. Кривая зависимости массовой доли сухих веществ от уровня утфеля при различной чистоте стандарт-сиропа: 1 - в < 1; 2 - в = 1; 3 - в > 1
Кривая зависимости СВу от уровня полностью параметризуется путём указания её конечных точек и параметра кривизны, который определяет её форму, как показано на рис. 2. Кривая настраивается оператором с учётом чистоты подаваемого стандарт-сиропа. Цикл уваривания завершается, когда уровень утфеля в вакуум-аппарате достигает значения, определяющего его заданную максимальную вместимость. После этапа наращивания кристаллов следует стадия окончательного сгущения с целью более полного обессахаривания межкристального раствора утфеля при подготовке его к выгрузке.
Наиболее подходящий профиль графика СВу=^Ху) будет зависеть от относительной важности решаемых противоположных задач при уваривании утфеля: повышение истощения утфеля или повышение производительности процесса. При выборе вида профиля графика (выпуклый, линейный или вогнутый — см. рис. 2) необходимо руководствоваться следующими моментами.
Чтобы максимизировать истощение, рекомендуется работать в верхнем диапазоне метастабильной области, что соответствует более высокому уровню содержания СВу. Этого можно добиться, используя прямую или слегка вогнутую кривую количества СВу.
Высокий показатель массовой доли СВу (выпуклая кривая), особенно на заключительных стадиях процесса уваривания, увеличивает истощение межкристального раствора из-за высокого содержания растворённых твёрдых веществ и собственно сахарозы. Кроме того, высокий показатель СВу приводит к увеличению вязкости утфеля, это затрудняет его циркуляцию в вакуум-аппарате и диффузию сахарозы из межкристального раствора к кристаллам. При таком значении СВу снижается также турбулентность гидродинамических потоков увариваемой утфельной массы, коэффициент теплопередачи и скорость испарения, что приводит к понижению производительности.
Если основной проблемой является скорость процесса уваривания (т. е. быстрое испарение), целесообразно работать с более низким показателем СВу на протяжении большей части цикла, при этом массовая доля СВу повышается (но не внезапно) на последних стадиях (вогнутая кривая).
Эти аргументы могут привести к выбору компромиссного профиля, при котором поддерживаются низкие значения СВу на протяжении большей части цикла уваривания утфеля, но затем плавно увеличиваются на заключительных стадиях процесса. Важно отметить, что большие различия в количестве СВу между соседними стадиями могут увеличить риск образования вторичных кристаллов.
№ 2 • 2024 САХАР 43
Алгоритмическое описание уваривания утфеля
На российских сахарных заводах в настоящее время используют в основном алгоритмическое описание уваривания утфеля, основанное на эталонных корреляциях параметров содержания сухих веществ СВу и уровня утфеля Lу в вакуум-аппарате (см. рис. 2). При этом массовая доля СВу определяется микроволновыми датчиками на частоте измерения 1—3 ГГц. Данные параметры — СВу и Lу — применяются для управления подачей стандарт-сиропа в вакуум-аппарат. Такая АСУ ТП ВАПД работает стабильно, однако при этом не выдаёт сигналы, описывающие пересыщение стандарт-сиропа, межкристального раствора или содержание кристаллов, которые являются ключевыми переменными для контроля кристаллизации. Существенного повышения производительности стадии наращивания кристаллов можно добиться, если провести независимые измерения (или надёжные оценки) пересыщения межкристального раствора и содержания кристаллов. На сегодняшний день ни один из этих параметров невозможно измерить напрямую. Исследуется использование корреляций для определения соответствующих рабочих диапазонов пересыщения, которые позволят достичь высоких скоростей роста кристаллов, но при этом избежать образования мелких вторичных кристаллов. Целью работы является метрологическая оценка технических измерений физико-химических и теплофизических параметров утфеля, применяемых на практике для управления циклом уваривания.
Управление аналоговой заслонкой подкачки стандарт-сиропа осуществляется по разнице СВтек (текущее содержание СВ в аппарате) — СВрасч (расчётное содержание СВ при текущем уровне в аппарате).
При этом СВ рассчитывается по формуле
(2-р)
СВ =СВ +(СВ -СВ )•
расч нач V кон нач'
4он-4а,
1 + (1-Р)
"Ааш "Агач
где СВнач — запомненное (начальное) СВ в аппарате; СВкон — уставка кондиционного содержания СВ в конце варки; L(t) — текущий уровень утфеля; Lнач — запомненный (начальный) уровень; Lкoш — уставка кондиционного уровня в конце варки; р — эмпирический коэффициент кривизны функции СВрасч.
Коэффициент р можно корреляционно связать со временем цикла уваривания. Чем р больше, тем время цикла короче, и наоборот. Подкачка стандарт-сиропа ведётся до достижения кондиционного уровня и кондиционного содержания сухих веществ.
Кинетические закономерности роста кристаллов в ВАПД следует реализовывать в известном из технологического регламента режиме поддержания оптимального значения коэффициента пересыщения апер на различных стадиях. Соответственные состояния утфеля I кристаллизации для референтных значений пересыщения приведены в табл. 1, а оценка влияния технологических показателей и параметров межкристального раствора на коэффициент пересыщения — в табл. 2.
Исходя из табл. 1 следует отметить, что в случае полной заводки кристаллов затравочной суспензией при значениях пересыщения, превышающих 1,08—1,10, процесс сопровождается эффектом шоковой кристаллизации, приводящим к следующим результатам: — образование избыточного числа кристаллов в единице объёма и, следовательно, намного меньший средний размер кристаллов;
Таблица 1. Коррелированные с референтными пересыщениями межкристального раствора соответственные состояния утфеля
Референтное пересыщение Соответственное состояние утфеля
Стадия наращивания кристаллов
<1,00 Имеет место растворение существующих кристаллов
1,00-1,035 Отсутствие роста кристаллов
1,035-1,12 Рост кристаллов без образования новых центров кристаллизации (идеальный случай). Рост кристаллов пропорционален апер — 1,035
> 1,12-1,15 Начало образования новых центров кристаллизации
Стадия кристаллообразования
1,08-1,10 Рекомендуемые значения пересыщения при вводе затравочной суспензии (slurry) или маточного утфеля (полная заводка кристаллов)
>1,15 Пересыщение при шоковой (инициирующей) заводке кристаллов сахарной пудрой
1,11-1,13 Рекомендуемые значения пересыщения после ввода затравки (высокая чистота сиропа,более 90 %)
1,12-1,15 Рекомендуемые значения пересыщения после ввода затравки (низкая чистота сиропа)
Таблица 2. Ранжирование и оценка влияния технологических показателей и параметров межкристального раствора на коэффициент пересыщения
Влияющая величина Ранжирование влияющих величин в порядке убывания Оценка метрологической характеристики по изменению влияющей величины Выборочный размах W вариации а п ^ пер в интервале изменения влияющей величины А
Массовая доля сухих веществ 1 с1а /СС = ~0,065 пер при ДС = ±1 % W{a }= 0,13 и с пер-* '
Температура 2 Са /Сг = ~0,014 пер при Дг = 10 °С W{a } = 0,14 и пер
Чистота межкристального раствора 3 Са /СЧ = ~0,004 пер при ДЧ = ±2 % Ш {а } = 0,008 и пер
— ухудшение коэффициента вариации размера кристаллов в связи с превышением допустимых пределов пересыщения.
Учитывая устойчивую корреляцию между закономерностями роста кристаллов и изменением количества сухих веществ утфеля для типового режима уваривания при фиксировании качества исходного продукта, это обстоятельство используется в следующем алгоритме управления процессом уваривания [8].
По заданному значению апер для определённой стадии уваривания рассчитывается содержание сухих веществ в утфеле:
СВурас =(КР-СХ, +100аперЯ)/аперЯ,
где КР — текущее содержание кристаллической сахарозы в утфеле, %; СХу — текущее содержание растворённой сахарозы в утфеле, %; H — фактическое массовое содержание сахарозы в межкристальном растворе при температуре насыщения, кг/кг.
Для использования предыдущей формулы практически применяется следующее кинетическое уравнение образования и роста кристаллов:
КР = КРТ \ 1 - ехр
/ \ т
где КР — текущее содержание кристаллической сахарозы в утфеле, %; КРТ — теоретически возможный равновесный выход кристаллов, %; т — текущее время процесса уваривания, ч; 0 — постоянная времени, зависящая от условий процесса, ч; п — формфактор кинетической кривой.
Используя зависимость времени кристаллизации сахара первого продукта от конструктивных характеристик ВАПД, а также параметров греющего и утфельного паров можно расчётным путём определить время выделения кристаллической фазы т, которое позволит рассчитать постоянную времени 0. Второй приём может основываться на оценке фактического выхода кристаллической фазы КР в наилучших варках. Формфактор п для кинетических зависимостей утфеля I кристаллизации рассчитывается на основании коэффициента пересыщения и температуры в момент заводки кристаллов [8].
Обсуждение и выводы
Общепринятой практикой контроля кристаллизации в вакуум-аппаратах периодического действия (ВАПД) является использование микроволнового датчика и технологического рефрактометра в качестве основных инструментов, применяемых при эмпирической отработке алгоритма управления вакуум-аппаратом по кривой кипения, в том числе по пересыщению [7].
Уровень пересыщения межкристального раствора является важным контролируемым параметром при вакуумном уваривании и определяет скорость роста кристаллов, время уваривания утфеля до полного заполнения вакуум-аппарата, истощение утфеля и равномерность распределения кристаллов по размерам. Очевидно, что пересыщение необходимо измерять точно и в режиме реального времени. Однако в настоящее время не существует датчика, который бы обеспечивал репрезентативное измерение пересыщения раствора, поскольку имеется несколько переменных процесса, влияющих на его значение, а именно концентрация сахарозы, температура и чистота.
Кроме того, существует несколько факторов, которые препятствуют получению и использованию надёжных оценок пересыщения для контроля уваривания утфеля, в том числе:
— растворимость сахарозы варьируется во время работы вакуум-аппарата, так как происходят изменения концентрации примесей и температуры кипения. Кроме того, на растворимость сахарозы влияет состав примесей. Ещё больше усложняет ситуацию то, что изменения концентрации примесей в межкристальном растворе по-разному влияют на растворимость сахарозы в утфелях высокой и низкой чистоты;
№ 2 • 2024 САХАР 45
- чистота и содержание сухих веществ в межкристальном растворе необходимы для расчёта соотношения «сахароза : вода». Сухие вещества можно измерить с помощью онлайнового технологического рефрактометра, но на данный момент не существует способа измерения чистоты межкристального раствора в режиме реального времени в вакуум-аппаратах;
- для измерения температуры утфеля используются датчики, устанавливаемые в нижней части корпуса ВАПД под поверхностью нагрева, что при последующем постепенном повышении уровня утфеля на 1,5-2 м приводит к созданию в точке контроля гидростатического давления около 21-28 кПа, которое должно дополнительно учитываться в температурной депрессии;
- измерение концентрации утфеля и раствора осуществляется в условиях температурных полей, которым соответствуют поля пересыщений, вязкости межкристального раствора и утфеля, а также других теплофизических параметров увариваемого утфеля, зависящие от сложной гидродинамической обстановки в ВАПД.
Таким образом, следует сделать вывод о необходимости дальнейшего улучшения мониторинга и управления промышленной кристаллизацией сахара при уваривании утфелей в вакуум-аппаратах периодического действия. Целесообразно продолжить разработки программного датчика (soft sensor) [1-3] на основе модели для получения информации о пересыщении межкристального раствора в режиме реального времени в качестве лучшей альтернативы управлению по алгоритму реализации диаграммы изменения СВу=/(Ху) в цикле уваривания.
Список литературы
1. Soft-sensor for industrial sugar crystallization: On-line mass of crystals, concentration and purity measurement / С. Damour [et al.] // Control Engineering Practice. -2010. - V. 18. - № 8. - Р. 839-844.
2. Design and Evaluation of a Full Control Program for Sucrose Crystallization Based on Soft Sensor Approach / O.Z. El-Abdien [et al.] // IJEAT. - 2014. - V. 3. -Р. 226-235.
3. A model-based supersaturation estimator (inferential or soft-sensor) for industrial sugar crystallization process / Н. Morales [et al.] // Journal of Process Control. -2023. - V. 129. - Р. 103065.
4. Selection of the operating parameters in sugar crystallization control / L. Rozsa [et al.] // Sugar Industry Technologists. - 2018. - Р. 1-18.
5. Process engineering of semi-continuous boiling of massecuites based on Digital Twin of sucrose crystallization / V.I. Tuzhilkin [et al.] // Journal of Food Engineering. - 2024. - V. 365. - Р. 111816.
6. Umo, A.M. Predictive model for post-seeding supersaturation of sugar massecuite in a fed-batch evaporative crystalliser / A.M. Umo, S.B. Alabi // International Journal of Food Engineering. — 2016. — V. 2. - № 2. - Р. 119-123.
7. Достижения в кристаллизации сахара. Оборудование и контроль / Л. Рожа [и др.] // Сахар. — 2018. — № 4. - С. 38-47.
8. Управление увариванием утфелей на основе кинетических закономерностей кристаллизации сахарозы в вакуум-аппаратах / С.М. Петров, Е.Е. Милен-ко, С.Л. Филатов, В.И. Тужилкин // Сахар. - 2009. -№ 7. - С. 55-57.
Аннотация. Необходимая степень пересыщения межкристального раствора по растворённой сахарозе является ключевым фактором в улучшении мониторинга и управления промышленной кристаллизацией сахара при уваривании утфелей в вакуум-аппаратах. Тем не менее сложность осуществления онлайн-измерений пересыщения является одной из нерешённых проблем, связанных с контролем кристаллизации сахара. Поскольку пересыщение является многомерной функцией концентрации и температуры раствора, а также его чистоты, скоррелированной с влияющими величинами состава несахаров, пересыщение можно рассчитать только из достоверных измерений набора указанных параметров, выполненных с необходимой точностью. Целью работы является метрологическая оценка технических измерений физико-химических и теплофизических параметров утфеля, используемых на практике для управления циклом уваривания по алгоритму реализации двухмерной полуэмпирической модели изменения концентрации утфеля во взаимосвязи с увеличением его уровня в вакуум-аппарате периодического действия.
Ключевые слова: вакуум-аппарат, утфель, пересыщение, мониторинг, алгоритм управления, кривая кипения. Summary. The required degree of supersaturation of the intercrystalline solution with respect to dissolved sucrose is a key factor in improving the monitoring and control of industrial sugar crystallization during boiling of massecuite in vacuum devices. However, the difficulty of performing online supersaturation measurements is one of the remaining challenges associated with sugar crystallization control. Since supersaturation is a multivariate function of the concentration and temperature of the solution, as well as its purity, correlated with the influencing values of the non-sugar composition, supersaturation can only be calculated from reliable measurements of a set of specified parameters, carried out with the necessary accuracy. The purpose of the work is a metrological assessment of technical measurements of the physicochemical and thermophysical parameters of massecuite, used in practice to control the boiling cycle according to the algorithm for implementing a two-dimensional semi-empirical model of changes in the concentration of massecuite in connection with an increase in its level in a periodic vacuum apparatus.
Keywords: vacuum pan, massecuite, supersaturation, monitoring, control algorithm, boiling curve.
