CC BY
43
прерывного действия / Кравчук А. Ф., Еременко Б. А.— ' М.. ЦНИИТЭИпищепром.—1981.— Вып. 2.— С. 32.
8. Pid о и х G. // Zucker.—1961.— 1.— P. 10—14.
9 Р о n a ii I J., Nebout J. // Suciene F rangaise.— 1962,—V. 103,—P. 429—434.
10. Madsen R. F., Moller G. F.//Sugar Journal.— 1978,— V. 41.— № 6,— P. 11 — 16.
11 Frew D.// Industrial and Engineering Chemistry.— 1973,— № 4,— P. 112—118.
12. Watson J. A.//Sugar Technology Revieus. —1981.—
№ 8,—P. 81 —147. '
13. Randolph E. A.//USA Patent, 4155774,//International .Sugar Journal. —1981.—83—№992,—P. 252.
14. Van Der Poel, De Nisser// Sugar Technology
Reviews.—1982.— №9.— P. 37—58.
15. Wright P. G. 7/ Sugar Technology Reviews. —1983.—
№ 10,—P. 39—96. '
16. Тегзе М.//Изобретение ВНР.—1983.—Си 154.— 173172.
17. Kapur P., Patil V. L.// international Sugar Journal.— 1982,— V. 84,—№ 1006,—P. 294—299.
18. Austmeyer und T. Frankenfeld// Zucke-rindustry.—1985,—V. 110,— №2,— P. 122—130.
19. V i s t a n e n J.// International Sugar Journal.—1984.— V. 86.- № 1026.— P. 175—179.
20. R a n f о r d P. J., Cox M. J.//Zuckerindustry.— 1986,—V. 111.—№ 10,—П. 922—930.
Кафедра технологии
сахарного и крахмалопаточного производств
Кафедра автоматизации
технологических процессов Поступила 22.03.89
664.1.054.012.1
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАЗМЕРОВ КРИСТАЛЛОВ САХАРА В УТФЕЛЯХ
Ю. А. ДАШКОВСКИЙ, И. С. ГУЛЫЙ, А. В. ГУКАЛОВ
Киевский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт пищевой промышленности
Проведенные исследования посвящены разработке способа определения размеров кристаллов сахара в вакуум-аппаратах с целью автоматического контроля и управления процессом варки утфелей.
В настоящее время для определения размеров кристаллов используют ситовой метод [1], высокая длительность реализации которого не позволяет использовать результаты анализа для корректировки режимов ведения процесса кристаллизации сахара в вакуум-аппаратах.
Разработанный в последнее время лазернодифракционный способ определения размеров кристаллов [2] позволяет контролировать параметры твердой фазы утфелей только на ранней стадии кристаллизации (массовая концентрация кристаллов не более 1 %, размеры кристаллов не более 0,1 мм), что объясняется, в частности, высокой оптической плотностью утфелей.
Известно [3], что утфели являются намного более «прозрачными» акустически, чем оптически, причем, чем выше плотность жидкой фазы утфелей, тем лучше распространяются в них упругие волны. Это обусловило попытку разработки акустического способа определения размеров кристаллов.
Проведенный анализ известных результатов исследований [4] показал, что наибольший вклад в общее затухание ультразвука в суспензиях вносит рассеяние упругой энергии на частицах твердой фазы. При 'этом в случае, когда длина волны больше размеров частиц, рассеяние практически отсутствует, а при длине упругой волны, не превышающей размеры частиц, рассеяние имеет место.
Нами было сделано предположение, что появлением и величиной.рассеяния ультразвука на кристаллах сахара можно управлять, уменьшая длину распространяющихся в утфелях упругих волн. При уменьшении длины волны до величины, соизмеримой с размерами самых крупных кристаллов, происходит начало рассеяния ультразвука. В дальнейшем к рассеянию подключаются все более мелкие кристаллы и, по достижению волной наименьшей длины, величина рассеяния будет обусловлена рассеивающей способностью кристаллов всех размеров в данном диапазоне длин волн
Таким образом, величина рассеяния в конце диапазона является результатом суммарного вклада в рассеяние кристаллов сахара всех размеров, участвующих в рассеянии, а изменение потерь упругой энергии на рассеяние при уменьшении длины волны будет являться интегральной характеристикой гранулометрического состава кристаллов сахара.
Для подтверждения данного предположения был применен активный ультразвуковой спектральный метод [5] в режиме сканирования частоты в диапазоне частот 0,4—10,0 МГц. При его реализации .получали амплитудно-частотную характеристику АЧХ системы излучатель — утфель — приемник и определяли скорость С ультразвука в утфеле. Учитывая, что интегральной характеристикой гранулометрического состава кристаллов сахара является зависимость амплитуды от длины волны X, а не от частоты /, длины волн определяли по формуле
Х=-р (1)
Разработанная методика исследований дала возможность осуществить получение и сравнение амплитудно-частотных характеристик сигналов, прошедших через сироп (при отсутствии кристаллов) и модельный утфель. В результате этого удалось выделить потери упругой энергии, обусловленные рассеянием ультразвука на кристаллах сахара.
В результате проведенных исследований на моно-дисперсных утфелях с кристаллами сахара известных размеров была получена градуировочная характеристика ультразвукового способа определения размеров кристаллов, характеризующая зависимость длин волн, на которых начиналось рассеяние, от размеров кристаллов гкр, это рассеяние вызывавших
Касс =2>68 М^ср-И)-
Для реализации ультразвукового способа при контроле размеров кристаллов в полидисперных, утфелях был разработан алгоритм обработки измерительной информации (скорость ультразвука с=1800 м/с), выделяемой на акустическом приемнике (рисунок). Алгоритм включал следующие
этапы: вычитание АЧХ сигналов на приемнике, полученных после прохождения упругих волн через утфель, из АЧХ, предварительно полученной после прохождения упругих волн через сироп (при любой температуре); дифференцирование результирующей А ЧХ\ пересчет значений частот продефференцированной АЧХ на значение длин волн по формуле (1) с использованием измерений скорости ультразвука; пересчет значений длин волн зависимости на значение размеров кристаллов по формуле (2).
Для проведения измерений в рабочей зоне вакуум-аппаратов был разработан акустический зонд, содержавший два широкополосных электроакустических преобразователя, жесткозакрепленных на капролоновом кронштейне, выполненном в форме камертона со скошенными для уменьшения гидравлического сопротивления краями.
В результате исследований в реальных условиях свеклосахарного производства установлено, что фактором, препятствующим реализации ультразвукового контроля размеров кристаллов, является наличие пузырьков пара в утфеле. Проведенные исследования также показали, что'в вакуум-аппаратах периодического действия наиболее приемлемым местом установки акустических зондов является подкамерное пространство нижней конусной части вакуум-аппаратов. При проведении измерений в подкамерном пространстве помех, обусловленных наличием в акустическом поле пузырьков пара, не наблюдали.
Испытания ультразвукового способа были проведены на Яготинском сахарном заводе НПО «Сахар». В процессе испытаний одновременно с акустическими измерениями произвели отбор проб утфеля и анализ гранулометрического состава кристаллов по известной методике [1]. После окончания варок производили ручную обработку измерительной информации по описанному выше алгоритму
и сравнивали ее результаты с результатами ситового анализа отобранных проб.
В результате промышленных испытаний установлено, что разработанный ультразвуковой способ позволяет непрерывно определять размеры кристаллов сахара в утфелях с момента ввода затравки до конца варки в вакуум-аппарате. При этом адгезия кристаллов на рабочих поверхностях акустических зондов не наблюдалась.
Обработка сравнительных экспериментальных данных показала, что при определении размеров кристаллов сахара ультразвуковым способом погрешность измерений среднего размера кристаллов по_отношению к базовому способу не превышает 50-10 6 что вполне приемлемо для контроля процесса уваривания сахарных утфелей с целью автоматического регулирования технологического режима кристаллизации.
На основании проведенных исследований разработана схема автоматического устройства для реализации способа, позволяющего проводить измерения за время не более 5 с. Способ защищен авторским свидетельством [6].
ВЫВОДЫ
Разработан способ определения размеров кристаллов сахара в утфелях, основанный на использовании рассеяния упругой энергии на кристаллах при вводе в утфели ультразвуковых колебаний сканирующей частоты. Способ позволяет непрерывно определять размеры кристаллов сахара в утфелях в рабочей зоне вакуум-аппаратов с момента заводки кристаллов до конца их роста. Ошибка измерений находится в допустимых для практики пределах и не превышает 50-10 6 м.
ЛИТЕРАТУРА
1 Сахар-песок и сахар-рафинад. Правила приемки
и методы испытаний: Сб. ГОСТ 12579—67 — М..
Изд-во стандартов, 1985. 31 с
2 Crystal sizing /Hogg J. S., Me. Carey S. С. H., Wilkie J. D. F., Bravn D., Weatherby E. J.//Int. Sugar Gourn., 1986,—V. 88,—№ 1055,- P 207—210.
3 Амлинский Л.З. Ультраакустический метод анализа кристаллосодержащей массы при автоматизации процессов кристаллизации сахара //Автоматика — 1966, - № 2. С. 67—72
4 Ультразвук. Маленькая энциклопедия /Под ред. И П Голяминой — М.- Сов. энциклопедия,— 1979 — 400 с
5 Вопил кин А. X., Ермолов И. Н., Стасе-
е в В Г Спектральный ультразвуковой метод определения характера дефектов. М.. Машиностроение, 1979 59 с
6 Д а ш к о в с к и й ТО. А., Гулы й И С., Гукало в А В Способ контроля размеров кристаллов сахара в утфелях — Положит решение по заявке на изоб от 29.09.88, № 4324605/30—13 (150181)
Кафедра технологического оборудования пищевых производств Поступила 26.12.89
L-
