Устройство для исследования процессов кристаллообразования и кристаллизации охлаждением сахарсодержащих растворов

 

Изобретение относится к сахарной промышленности и может быть использовано при исследовании процессов кристаллообразования и кристаллизации в сахарсодержащих растворах. Устройство для исследования процессов кристаллообразования и кристаллизации охлаждением сахарсодержащих растворов содержит емкость с термостатирующей рубашкой, рефрактометр, микроскоп. Приспособление для создания низкочастотных колебаний выполнено с возможностью регулирования частоты и амплитуды. Приспособление включает эксцентриковый механизм в виде ведущей и ведомой планшайб, ведомая планшайба имеет палец с подшипником качения, кинематически связанным с вертикальным штоком. На нижнем конце штока смонтирован зажимной механизм для фиксации крупных монокристаллов сахарозы. Кроме того, устройство снабжено стаканчиковой центрифугой, сушильным шкафом, акселерометром и строботахометром. Изобретение позволяет обеспечить заданные гидродинамические условия процесса кристаллизации на границе кристалл - раствор, а также оценить влияние скорости движения кристалла относительно раствора на скорость кристаллизации сахарозы и интенсивности кристаллообразования. 1 ил.

Изобретение относится к технике лабораторных исследований процессов кристаллообразования и кристаллизации из сахарсодержащих растворов при их охлаждении и может быть применено в сахарной промышленности.

Известно устройство для исследования процессов кристаллизации охлаждением растворов, включающее емкость с термостатирующей рубашкой, рефрактометр, микроскоп, побудитель циркуляции кристаллизующейся массы, приборы для измерения и регулирования температуры раствора [с. 49-51, Гулый И.С. Непрерывная варка и кристаллизация сахара. - М.: Пищевая промышленность, 1976, - 270 с.] .

Недостатками устройства являются невозможность определения влияния гидродинамичеких условий на межфазной границе кристалл-раствор на скорость кристаллизации и кристаллообразования.

Известно устройство для исследования процессов кристаллизации сахарсодержащих растворов, включающее емкость с термостатирующей рубашкой, рефрактометр, побудитель низкочастотных колебаний в растворе, закрепленный на валу монокристалл, приборы для измерения и регулирования температуры раствора [Захаров К.Н. Влияние механических колебаний на скорость кристаллизации сахарозы. - Труды КpHИИПП.- 1967.- Т.IV. - С. 50-52].

Недостатками устройства являются невозможность однозначного определения влияния гидродинамических условий на межфазной границе кристалл-раствор на скорость кристаллизации и кристаллообразования, ввиду того, что вибрационные колебания, передаваемые в раствор, затухают по мере удаления от побудителя вибрации - колеблющегося дна виброкамеры, а также возрастает неопределенность гидродинамических условий за счет вращения кристалла роторной мешалкой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту по решаемой задаче является устройство для исследования процессов кристаллообразования и кристаллизации охлаждением сахарсодержащих растворов, включающее емкость с термостатирующей рубашкой, рефрактометр, микроскоп, приспособление для создания вибрационных колебаний, приборы для измерения и регулирования температуры раствора [а. с. N 478862 СССР, кл. C 13 F 1/02,1975].

Недостатками этого устройства являются сложность определения гидродинамических параметров процесса кристаллизации на межфазной границе кристалл-раствор, в частности определение влияния скорости циркуляции раствора относительно кристаллов при вибрационных колебаниях на скорость кристаллизации и кристаллообразования, так как ультразвуковые колебания от излучателя воздействуют на дисперсную систему в целом.

В изобретении решается техническая задача обеспечения заданных гидродинамических условий процесса кристаллизации на границе кристалл-раствор при вибрационных колебаниях, а также оценка влияния скорости движения кристалла относительно раствора на скорость кристаллизации сахарозы и интенсивность кристаллообразования.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения влияния относительной скорости кристалл-раствор на скорость кристаллизации сахарозы и интенсивность кристаллообразования.

Этот результат достигается тем, что в устройстве для исследования процессов кристаллообразования и кристаллизации охлаждением сахарсодержащих растворов, включающем емкость с термостатирующей рубашкой, рефрактометр, микроскоп, приспособление для создания вибрационных колебаний, приборы для измерения и регулирования температуры раствора, приспособление для создания вибрационных колебаний выполнено с возможностью регулирования частоты и амплитуды, состоящим из электродвигателя постоянного тока, тиристорного блока управления, эксцентрикового механизма в виде ведущей и ведомой планшайбы, ведомая планшайба имеет палец с подшипником качения, кинематически связанным с вертикальным штоком, к штоку прикреплен пьезоэлектрический датчик акселерометра, а на нижнем конце штока смонтирован зажимной механизм для фиксации крупных монокристаллов сахарозы, кроме того, устройство снабжено стаканчиковой центрифугой, сушильным шкафом и строботахометром.

На основании исследований, проведенных по источникам патентной и научно-технической литературы, можно сделать вывод о том, что совокупность существенных признаков является новой и позволяет повысить достоверность результатов исследования по влиянию гидродинамических условий при вибрационных колебаниях на скорость кристаллизации и интенсивность кристаллообразования в сахарсодержащих растворах.

Технических решений, свойства которых совпадали бы со свойствами заявляемого, не обнаружено.

Изобретение иллюстрируется чертежом.

Устройство для исследования процессов кристаллообразования и кристаллизации охлаждением сахарсодержащих растворов включает емкость 1, оснащенную термостатирующей рубашкой 2, которая посредством штуцеров подвода 3 и отвода 4 хладагента сообщается с ультратермостатом 5. Контактный термометр 6 ультратермостата гибкой механической связью соединен с многоступенчатым редуктором электродвигателя 7 для регулирования скорости охлаждения хладагента в ультратермостате 5 и раствора в емкости 1.

Приспособление для создания вибрационных колебаний состоит из электродвигателя постоянного тока 8, тиристорного блока управления 9, представляющим собой однофазное устройство постоянного тока для плавного регулирования частоты вращения электродвигателя 8. Электродвигатель 8 посредством упругой муфты 10 соединяется с валом 11 эксцентрикового механизма, установленным в подшипниках качения 12. В качестве кривошипа используются ведущая планшайба 13 и ведомая планшайба 14, последняя позволяет осуществлять ее радиальное смещение для изменения величины эксцентриситета (амплитуды колебаний). Ведомая планшайба 14 имеет палец 15 с подшипником качения 16, кинематически связанный с вертикальным штоком 17. В емкости 1 смонтирована мешалка 18 для перемешивания термостатируемого сахарного раствора. К штоку 17 прикреплен пьезоэлектрический датчик 19 акселерометра 20.

На нижнем конце штока смонтирован зажимной механизм 21 для фиксации крупных монокристаллов сахарозы 22. Устройство включает импульсную лампу-вспышку 23 и строботахометр 24 для измерения частоты колебаний штока 17.

Кроме того, устройство оснащено датчиком измерения температуры 25 и прибором 26 контроля температуры в сахарном растворе, рефрактометром 27, микроскопом 28, стаканчиковой центрифугой 29 и сушильным шкафом 30.

Работает устройство при исследованиях процессов кристаллообразования и кристаллизации но способу создания перенасыщения охлаждением раствора следующим образом. В термостатирующую рубашку подают через штуцер 3 хладагент и задают необходимую температуру емкости 1, после чего в нее заливают перегретый сахарный раствор и некоторое время выдерживают при перемешивании мешалкой 18 для термостатирования и создания необходимого начального перенасыщения. При помощи микроскопа 28 проверяют отсутствие образовавшихся во время заполнения емкости 1 раствором и его термостатирования кристаллов, механических примесей и пузырьков воздуха. Затем отключают мешалку 18 и посредством зажимного механизма 21 закрепляют предварительно подогретый до температуры раствора крупный монокристалл сахарозы 22 и включают приспособление для создания вибрационных колебаний.

При исследовании кристаллообразования включают электродвигатель 7 и передачей вращения на контактный термометр 6 охлаждают сахарный раствор с постоянной скоростью. Тем самым доводят перенасыщение до заданного конечного значения. При этом визуально с помощью микроскопа 28 изучают интенсивность кристаллообразования в зависимости от вибрационного движения монокристалла 22 относительно раствора. Параметры виброперемещения монокристалла по частоте задают тиристорным блоком управления 9, а контролируют - импульсной лампой-вспышкой 23 со строботахометром 24. Параметры виброперемещения кристалла по амплитуде регулируют, изменяя величину эксцентриситета между ведущей 13 и ведомой 14 планшайбами. Для этого перемещают на необходимую величину ведомую планшайбу 14 в радиальном направлении. Контроль амплитуды колебаний осуществляют с помощью акселерометра 20.

Исследование скорости кристаллизации сахарозы из раствора осуществляют при постоянном избыточном перенасыщении. Для этого производят все аналогичные подготовительные действия, как в предыдущем случае. При выходе сахарного раствора на заданную температуру ее стабилизируют. Затем закрепляют при помощи зажимного механизма 21 предварительно подогретый до температуры опыта и заранее взвешенный крупный монокристалл сахарозы 22. Включают приспособление для создания вибрационных колебаний и при помощи тиристорного блока управления 9 задают необходимые параметры виброперемещения кристалла относительно раствора по частоте, а изменением эксцентриситета между планшайбами 13 и 14 - по амплитуде. Параметры колебаний кристалла контролируют: по частоте - импульсной лампой-вспышкой 23 со строботахометром 24; по амплитуде - акселерометром 20. После определенного времени наращивания кристалла приспособление для создания вибрационных колебаний отключают, монокристалл вынимают из раствора, помещают в стаканчиковую центрифугу 29 и отфуговывают поверхностную пленку раствора с кристалла. Далее кристалл помещают в сушильный шкаф 30, высушивают до постоянной массы, охлаждают и взвешиванием определяют прирост массы. По приросту массы кристалла, отнесенному к поверхности кристалла и времени кристаллизации, определяют значение скорости кристаллизации, достигнутое при точно известной скорости движения монокристалла в растворе.

При исследованиях процессов кристаллообразования и кристаллизации контролируют температуру раствора датчиком 25 и вторичным прибором 26, а массовую долю сахарозы и перенасыщение в растворе - рефрактометром 27.

Использование предлагаемого устройства дает возможность по сравнению с прототипом: - повысить точность задания и поддержания гидродинамических условий процесса кристаллизации на границе кристалл-раствор при вибрационных колебаниях, поскольку вибрационная скорость движения монокристалла равна скорости штока и определяется с высокой точностью; - повысить точность оценки влияния скорости движения кристалла относительно раствора на скорость кристаллизации сахарозы и интенсивность кристаллообразования; - повысить точность поддержания коэффициента перенасыщения сахарного раствора благодаря тому, что масса перенасыщенного раствора многократно больше массы монокристалла, а количество выкристаллизовывающейся сахарозы невелико и перенасыщение раствора в течение всего времени кристаллизации остается неизменным.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования процессов кристаллообразования и кристаллизации охлаждением сахарсодержащих растворов, включающее емкость с термостатирующей рубашкой, рефрактометр, микроскоп, приспособление для создания вибрационных колебаний, приборы для измерения и регулирования температуры раствора, отличающееся тем, что приспособление для создания вибрационных колебаний выполнено с возможностью регулирования частоты и амплитуды состоящим из электродвигателя постоянного тока, тиристорного блока управления, эксцентрикового механизма в виде ведущей и ведомой планшайб, ведомая планшайба имеет палец с подшипником качения, кинематически связанным с вертикальным штоком, к штоку прикреплен пьезоэлектрический датчик акселерометра, а на нижнем конце штока смонтирован зажимной механизм для фиксации крупных монокристаллов сахарозы, кроме того, устройство снабжено стаканчиковой центрифугой, сушильным шкафом и строботахометром.

РИСУНКИ

Рисунок 1