Файл: Петров И.К. Технологические измерения и приборы в пищевой промышленности учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 267
Скачиваний: 1
§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:
с = VlTT |
' |
(322) |
|
V |
РадР |
|
|
где с — скорость распространения ультразвуковых |
волн, м/с; |
||
Рад—адиабатическая сжимаемость, (м-с2 )/кг; |
|
||
р—плотность среды, кг/м3 . |
|
|
|
На принципе относительного |
отсчета |
скорости ультразвука |
в анализируемой среде построен газоанализатор для определе
ния наличия |
микро |
|
|||||
концентраций |
мета |
|
|||||
на в атмосфере |
(рис. |
|
|||||
120). |
Ультразвуко |
|
|||||
вой генератор |
1 воз |
|
|||||
буждает |
незатухаю |
|
|||||
щие колебания |
с по |
|
|||||
мощью излучателя в |
|
||||||
проточной |
акустиче |
|
|||||
ской камере 2, |
через |
|
|||||
которую непрерывно |
|
||||||
протекает |
анализи |
|
|||||
руемый |
газ. |
|
Схема |
|
|||
настраивается на ре |
Рис. 120. Структурная схема ультразвукового |
||||||
зонанс |
(режим |
стоя |
|||||
газоанализатора. |
|||||||
чей волны) |
при |
от |
|
||||
сутствии |
в |
воздухе |
|
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
областей естественных наук. |
' |
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:
Ук = М С к ) . |
(323) |
где Ук—значение физического избирательного параметра; |
|
— вид функциональной зависимости; |
|
Ск — концентрация анализируемого компонента. |
|
И н т е г р а л ь н ы е , или н е и з б и р а т е л ь н ы е , |
м е т о д ы |
характеризуются тем, что результаты измерения зависят от кон центрации всех или некоторых компонентов, присутствующих в анализируемой смеси. Математической характеристикой таких параметров является выражение
|
x i — fi(Clt C 2 , c3 |
Cn), |
(324) |
где |
xt — значение физического интегрального |
параметра; |
|
СьС2<--;Сп |
ft — вид функциональной зависимости; |
|
|
— концентрация компонентов анализируемой смеси. |
|
||
Следует отметить, что большинство |
методов, |
используемых |
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),
полярографические, потенциометрические, |
деполяризационные |
||
и др. |
|
|
|
Применяются |
также магнитные, |
радиоспектрометрические |
|
и некоторые другие анализаторы жидкостей. |
|||
Анализаторы |
жидкостей находят |
самое |
широкое применение |
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,
чем из теста без добавления |
бромата. |
|
|
|
|
|
|
Т А Б Л И Ц А 4 |
|
|
Образцы |
Вязкость |
Удельный |
Относитель |
|
теста, |
объем хлеба, |
ная упругость |
|
|
|
МПа с |
смэ /г |
хлеба, % |
Первый |
• |
|
|
|
|
|
|
||
без |
бромата . . . |
3,8 |
2,7 |
84 |
с |
броматом . . . |
5,5 |
5,1 |
80 |
Второй |
|
6,2 |
3,97 |
100 |
без |
бромата . . . |
|||
с броматом . . . |
7,0 |
6,03 |
92 |