книги из ГПНТБ / Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник

Величина т зависит от типа и размеров вспомогательных уст­ ройств, а диапазон частот нормальной работы прибора лежит в пределах 0—0,1 1/с.

УЛЬТРАФИОЛЕТОВЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Ультрафиолетовые газоанализаторы, применяемые для изме­ рения содержания хлора, паров ртути, бензола и других газов, основаны на измерении поглощения анализируемым газом ульт­

вой смеси потоки излучения в обоих каналах равны, а следова­ тельно, равны фототоки, развиваемые фотоэлементами 3 и 6. При появлении в анализируемой смеси определяемого компонен­ та часть потока излучения поглощается в рабочем канале, и на входе усилителя 4 появляется сигнал разбаланса, соответствую­ щий концентрации определяемого компонента, который подает­ ся на измерительный прибор 5, отградуированный в единицах концентрации.

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Фотоколориметрические газоанализаторы применяются, как правило, для определения субмикро- и микроконцентраций раз­ личных токсичных и вредных примесей в воздухе производствен­ ных помещений. Действие этих приборов основано на сравнении величины светового потока, отраженного от окрашенного в ре­ зультате химической реакции пятна на бумажной или тканевой ленте прибора, с величиной эталонного светового потока. Интен­ сивность окраски пятна на ленте, пропитываемой реактивами, вступающими в избирательную реакцию с определенными ком­ понентами газовой смеси, находится в прямой зависимости от концентрации определяемого компонента.

§7. ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ

ИИОНИЗАЦИОННЫЕ

Ультразвуковые и ионизационные газоанализаторы в настоя­ щее время широкого распространения в пищевой промышлен­ ности не получили из-за сложности измерительных схем и невы­ сокой надежности. Однако их применение имеет определенные перспективы, так как в ряде случаев только подобные газоанали­ заторы могут обеспечить высокую избирательность реагирования на анализируемый компонент многокомпонентной смеси.

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

В основе действия ультразвуковых газоанализаторов лежит зависимость скорости распространения ультразвуковых волн в среде от ее упругих свойств, определяемая следующим выра­ жением:

в анализируемой среде построен газоанализатор для определе­

метана. Этому состоянию соответствует нулевое значение на шка­ ле индикатора 4. При изменении состава газа в камере условия резонанса нарушаются, что воспринимается приемником УЗ-из- лучений, усиливается усилителем 3 и регистрируется индикато­ ром 4.

ИОНИЗАЦИОННЫЕ ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ

Принцип действия ионизационных газоанализаторов основан на ионизации молекул анализируемых компонентов и после­ дующем измерении ионного тока, изменение силы которого слу­ жит мерой их концентрации. Ионизация молекул анализируемых компонентов осуществляется путем сжигания их в водородном пламени или использования ядерных излучений.

§ 8. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ К ГАЗОАНАЛИЗАТОРАМ

Современные автоматические газоанализаторы предъявляют весьма жесткие требования к анализируемому газу, поступающе­ му к чувствительному элементу. Отклонения в степени очистки газа от механических примесей, его температуры, давления, рас­ хода, нарушения фазового состояния, присутствие вредных при­ месей и т. д., приводят либо к непомерному увеличению погреш­ ностей анализа, либо к полной невозможности его осущест­ вления.

Параметры анализируемого газа зависят от условий ведения технологических процессов, а следовательно, специфичны в каж­ дом отдельном случае. Также специфичны требования, предъяв­ ляемые к параметрам газа, определяемые типом прибора. На­ пример, применение оптико-акустических газоанализаторов весьма жестко ограничено в отношении давления, электрохими­ ческих и тепловых — необходимостью постоянства расхода газа через датчик и т. п. Применение всех типов приборов требует осушения и высокой степени очистки газа от механических при­ месей. Качество работы газоаналитических приборов в большой степени Лпределяется качеством работы вспомогательных устройств, обеспечивающих требуемые параметры пробы анали­ зируемого газа. Основными функциями системы для очистки и подготовки пробы анализируемого газа являются следующие: отделение твердой фазы; термообработка; отделение жидкой фа­ зы; регулирование давления; транспортирование пробы; регули­ рование расхода.

Выпускаются как отдельные устройства и агрегаты, предназ­ наченные для осуществления вышеперечисленных функций, так и блочные конструкции для комплексной подготовки пробы га­ зов для анализа.

Для отбора пробы газа и первичной (грубой) очистки его от пыли применяются специальные керамические газозаборные устройства. Для тонкой очистки проб газов применяется ряд газоочистных устройств; некоторые из них совмещают в себе также функцию осушения. Для очистки газа от взвешенных примесей часто используются электрофильтры, основанные на использовании отрицательного коронного разряда, вызывающе-

го ионизацию газа, ионы которого, оседая на взвешенных части­ цах, заставляют их в свою очередь оседать на осадительном электроде.

Для понижения температуры газовых проб от 600 до 30° С применяются устройства, в которых газ охлаждается водой.

Для транспортирования газовой смеси от места отбора к га­ зоанализатору и далее от него в газовую магистраль или в ат­ мосферу служат различные побудители расхода, которые в ряде случаев осуществляют также функции регулирования давления и расхода. В качестве побудителей расхода широко применяют­ ся воздушные эжекторы, а также мембранные побудители с пневматическим и электрическим приводом, являющиеся мик­ рокомпрессорными машинами объемного действия.

В качестве стабилизаторов малых перепадов давлений ис­ пользуются различного вида редукторы, снижающие давление газа до заданного значения. Выпускается широкая номенклату­ ра пневморедукторов, обеспечивающих снижение давления

с30 МПа до 1 кПа.

§9 . ОСОБЕННОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГАЗОАНАЛИЗАТОРОВ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Вкачестве приборов для анализа газовых смесей, использу­ емых в пищевой промышленности, почти исключительно приме­ няются газоанализаторы общепромышленного назначения, либо газоанализаторы, разработанные для некоторых специальных химических производств. Приборы, предназначенные специально

для пищевых производств, отсутствуют и, очевидно, надобность в таких приборах незначительна. При выборе конкретных прибо­ ров для анализа состава газов должны в первую очередь учиты­ ваться требования избирательности, точности и надежности из­ мерения, а также условия состояния измеряемых газовых сред (температура, давление, запыленность и т.п.). В ряде случаев не следует стремиться к повышению точности анализа путем вы­ бора более сложных приборов, особенно когда газовый анализ не играет основной роли в контроле технологических параметров пищевых производств.

Широкое применение газоанализаторы находят для контроля сжигания топлива в топках, так как уменьшение подачи воздуха приводит к возрастанию потерь от химической неполноты сгора­ ния вследствие недостатка кислорода, а увеличение расхода воз­ духа вызывает возрастание потерь тепла с уходящими газами

Достаточно широки перспективы использования газоанализа­ торов в бродильных производствах, где по содержанию отдель­ ных компонентов газовой среды в технологических емкостях воз­ можно точно и эффективно вести производственный процесс на оптимальных параметрах.

В заключение следует отметить, что приборы газового анали-

за, не имеющие в настоящее время достаточно широкого рас­ пространения в пищевой промышленности, должны найти свое место в автоматизированном контроле параметров, характери­ зующих ход технологических процессов, связанных с использо­ ванием, переработкой и выделением газовых сред различного состава.

ГЛАВА IX

АНАЛИЗАТОРЫ СОСТАВА ЖИДКОСТЕЙ

§1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ

Впищевой промышленности группа анализаторов состава жидкостей имеет огромное значение как для правильного веде­ ния заданных, так и для разработки новых высокопроизводитель­ ных технологических процессов. Она охватывает очень широкую номенклатуру приборов, основанных на использовании самых разнообразных физических явлений и принципов, а также новей­ ших достижений ядерной физики, молекулярной химии и других

Состав вещества, в том числе и жидкости — это совокупность его частей, элементов, которые образуют единое целое, соедине­ ние или смесь с теми или иными характерными свойствами. При анализе состава веществ определяется концентрация отдельных их частей или элементов в процентных, объемных или количест­ венных единицах.

Методы анализа состава веществ подразделяются на избира­ тельные и интегральные. И з б и р а т е л ь н ы е м е т о д ы заклю­ чаются в применении таких реагентов или реакций, которые из­ бирательно (однозначно) реагируют на действие отдельных эле­ ментов анализируемого вещества или сами воздействуют на них. После окончания процесса реакции измеряется масса или объем продуктов реакций или вступивших в реакцию реагентов. Изби­ рательные методы характеризуются следующей зависимостью:

характеризуются тем, что результаты измерения зависят от кон­ центрации всех или некоторых компонентов, присутствующих в анализируемой смеси. Математической характеристикой таких параметров является выражение

в автоматических приборах для анализа состава и свойств ве­ ществ, представляет собой методы интегральные, следовательно, результаты таких измерений зависят от концентрации не только основного анализируемого компонента, но и других компонентов, присутствующих в анализируемой смеси.

По принципу действия приборы для анализа состава жидко­ стей подразделяются на следующие основные группы: электро­ химические, оптические, диэлькометрические, титрометрические, механические, радиоизотопные, акустические и др.

Учитывая особое значение для пищевой промышленности * оптических приборов, эта группа рассматривается в самостоя­ тельной главе (см. главу X ) .

Электрохимические приборы, представляющие собой самую большую группу, подразделяются в свою очередь на следующие подгруппы: кондуктометрические (контактные и бесконтактные),

во всех без исключения отраслях пищевой промышленности для определения качества сырья, промежуточных и готовых пище­ вых продуктов. Большое значение, например, имеет определение концентрации в тесте бромата калия, так как введение в струк­ туры белков ионов металлов в виде растворов определенной концентрации создает в них дополнительные ионные связи и вли­ яет на их качество. Из табл. 4 видно, что в результате добавки к тесту бромата калия вязкость его заметно повышается. Хлеб из такого теста получается менее плотным и большего объема,

На различных стадиях производства глюкозы добавляются в виде раствора поваренная соль, соляная кислота, а также не­ которые другие растворы, концентрация которых должна кон­ тролироваться с высокой степенью точности.

§ 2. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ КОНДУКТОМЕТРИЧЕСКИЕ АНАЛИЗАТОРЫ

В силу высокой чувствительности, сравнительной простоты и надежности кондуктометрические приборы для анализа жидко­ стей получили значительное распространение. В пищевой про­ мышленности кондуктометрические приборы применяются для контроля качества виноматериалов, молочных продуктов, кон­ центрации солевых и моющих растворов и т. п.

Кондуктометрический метод как контактный, так и бескон­ тактный, основан на измерении электропроводности анализи-

Рис. 121. Зависимость электропроводности не­ которых растворов от концентрации растворен­ ных веществ.

руемых растворов. Удельная электропроводность (удельная электрическая проводимость) жидкостей, в зависимости от кон­ центрации и природы растворенных в них веществ, может изме­ няться на несколько порядков от Ю - 4 См/м (особо чистая вода) до 100 См/м (сильные электролиты), что позволяет в ряде слу­ чаев просто и с высокой степенью точности контролировать концентрацию компонентов в растворах, например концентра­ цию вкусовых добавок, вводимых при приготовлении различных сортов водки, и т. п.

Удельная электропроводность растворов

лых концентрациях, для подавляющего большинства концентри­ рованных растворов электропроводность может быть определе­ на только опытным путем. На рис. 121 показана зависимость электропроводности некоторых растворов от концентрации рас­ творенных в них веществ.

Удельная электропроводность растворов в значительной сте­ пени зависит от температуры. Эта зависимость имеет следующий вид:

Контактные кондуктометрические анализаторы. В кондуктометрии большое распространение получили контактные кондук­ тометрические приборы, принцип действия которых основан на непосредственном кон­ такте электродов с анализируемым раство­ ром. При этом, как правило, применяются измерительные ячейки, состоящие из двух электродов, помещаемых в анализируемом растворе на определенном расстоянии друг от друга (рис. 122). Сопротивление ячейки определяется только электропроводностью раствора. При площади электродов 5, рас­

стоянии между электродами L и удельной электропроводности раствора о, сопротивле­ ние измерительной ячейки

( 3 2 7 )

Величина K = L/S называется константой измерительной ячейки. Обычно она опреде­ ляется опытным путем при помощи эталон­

ного раствора известной концентрации и удельной электропро­ водности.

В принципе измерение электропроводности можно произво­ дить как на постоянном, так и на переменном токе (промышлен­ ной или повышенной частоты). Однако постоянный ток применя­ ется редко, так как результаты измерения сильно искажаются побочными электрохимическими явлениями — электролизом кон­ тролируемого раствора и поляризацией электродов. Поляриза-

ция и электролиз имеют место при использовании и переменного тока, но в гораздо меньшей степени. Для уменьшения влияния электрохимических явлений принимается ряд мер, основные из которых следующие:

1)увеличение поверхности электродов и изготовление их из устойчивых малоактивных материалов (платинированной плати­ ны, графита и др.);

2)снижение силы тока в измерительной цепи;

3)увеличение частоты питающего напряжения.

Особенно эффективным является повышение частоты. В не­ которых специальных случаях частота повышается до 1000 Гц

Рис. 123. Принципиальная схема кондуктометрического контактного концентратомера моющих растворов.

и более. Однако большинство промышленных концентратомеров работают на промышленной частоте 50 Гц.

На рис. 123 приведена принципиальная схема контактного концентратомера моющих растворов (тип К.НР-1). Прибор вклю­ чает в себя два основных узла: датчик / и измерительное устрой­ ство 2. Датчик состоит из электродной ячейки ЭЯ, температур­ ного компенсирующего сопротивления RT.C и шунтирующего сопротивления R\, служащего для настройки схемы. Измеритель­ ное устройство представляет собой уравновешенный мост пере­ менного тока и состоит из измерительной мостовой схемы М, электронного усилителя ЭУ и реверсивного двигателя РД, воз-