Устройство для насыщения сахаросодержащего раствора

Устройство для насыщения сахаросодержащего раствора

Реферат

Изобретение относится к приборам для определения чистоты нормальной мелассы и может быть применено в сахарной промышленности при контроле степени истощения мелассы.

Известно устройство для насыщения сахарсодержащего раствора, преимущественно мелассы, включающее вертикальный цилиндрический сосуд с теплообменной рубашкой и крышкой, расположенный внутри сосуда соосно подвижный полый цилиндр с проницаемыми торцевыми поверхностями, служащий для размещения в нем кристаллов сахара и соединенный со штоком вибропривода [SU 593141, G 01 N 33/02, 15.02.1978].

Недостатками этого устройства являются невозможность определения момента насыщения мелассы ввиду отсутствия измерительной системы для непрерывного контроля за насыщением мелассы и вследствие этого увеличение с запасом продолжительности гарантированного насыщения.

Известно устройство для насыщения мелассы сахаром, содержащее термостат, установленный в нем на вертикальном приводном валу цилиндрический перфорированный ротор, служащий для контактирования мелассы с сахаром с последующим ее отделением и снабженный средством для ее рециркуляции, и питающую трубку для исходной мелассы. Средство для рециркуляции мелассы в ротор представляет собой прикрепленный к его нижней части и сообщающийся с ним усеченный конус, снабженный шнеком, меньшее основание которого расположено над днищем термостата, при этом в полости ротора у большего основания конуса укреплено распределительное кольцо, причем питающая трубка для исходной мелассы установлена в кольцевом пространстве между стенкой термостата и стенкой ротора [SU 1784648, С 13 F 1/14, 30.12.1992].

Недостатком этого устройства является неудовлетворительная точность определения состояния насыщения мелассы по электрическому сопротивлению ввиду подсгущения мелассы, стекающей тонкой пленкой по коническому днищу, вследствие чего происходит возникновение ошибок в определении момента достижения насыщения.

Ближайшим аналогом предложенного устройства для насыщения сахарсодержащего раствора является устройство для насыщения сахарсодержащего раствора, преимущественно мелассы, включающее вертикальный цилиндрический сосуд с теплообменной рубашкой, крышкой и дном, расположенный внутри него соосно и с зазором полый сетчатый цилиндр, служащий для размещения в нем кристаллов, и вибропривод цилиндра со штоком [RU 2152025, G 01 N 33/02, 27.06.2000].

Недостатком этого устройства является невозможность определения достижения момента насыщения мелассы ввиду отсутствия измерительной системы для непрерывного контроля за насыщением мелассы и вследствие этого необходимость увеличения продолжительности гарантированного процесса насыщения.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении контроля за достижением момента насыщения мелассы и таким образом ускорения процесса насыщения сахарсодержащего раствора.

Этот результат достигается тем, что в устройстве для насыщения сахарсодержащего раствора, преимущественно мелассы, включающем вертикальный цилиндрический сосуд с теплообменной рубашкой, крышкой и дном, расположенный внутри него соосно и с зазором полый сетчатый цилиндр, служащий для размещения в нем кристаллов, и вибропривод цилиндра со штоком, на дне сосуда размещена пластинка из диэлектрического материала, снабженная двумя кольцевыми электродами одинаковой площади, при этом к одному из электродов подключен источник синусоидального тока частотой 1 кГц, а к другому - последовательно подсоединены первый усилитель, фильтр высоких частот, второй усилитель, линейный детектор, фильтр низких частот и индикатор.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез устройства.

Устройство для насыщения сахарсодержащего раствора включает вертикальный цилиндрический сосуд 1 с теплообменной рубашкой 2, снабженной штуцерами для подвода 3 и отвода 4 теплоносителя и крышкой 5. Снаружи сосуда 6 установлен вибропривод 7, имеющий шток 8 для возможности передачи колебаний внутрь сосуда. Внутри цилиндрического сосуда 1 соосно с ним расположен полый сетчатый цилиндр 9, выполненный из металлической сетки, а его верхняя торцевая поверхность - в виде сетчатой крышки 10 и посредством траверсы 11 крепится к штоку 8. На дне вертикального цилиндрического сосуда 1 закреплена пластинка 12 из диэлектрического материала, снабженная двумя кольцевыми металлическими электродами 13 и 14 одинаковой площади. К одному из электродов подсоединен источник синусоидального тока 15 частотой 1 кГц, к другому последовательно подсоединены первый усилитель 16, фильтр высоких частот (ФВЧ) 17, второй усилитель 18, линейный детектор 19, фильтр низких частот (ФНЧ) 20 и индикатор 21, причем вся электрическая схема измерения выполнена с общей шиной заземления.

Устройство работает следующим образом.

Через теплообменную рубашку 2 прокачивают теплоноситель и термостатируют сосуд 1 при температуре насыщения исследуемого сахарсодержащего раствора. Например, при исследовании степени насыщения мелассы сосуд 1 термостатируют при температуре 50-55°С. Затем сосуд 1 заполняют близким к насыщенному состоянию сахарсодержащим раствором (мелассой) и термостатируют собственно раствор, переводя его за счет подогревания в ненасыщенное состояние. В полый сетчатый цилиндр 9, извлеченный из сосуда 1, вносят предварительно подогретую до температуры насыщения фракцию крупных кристаллов сахаристого вещества с размерами кристаллов превышающими размеры отверстий сетки сетчатого цилиндра 9 и сетчатой крышки 10, что исключает выход кристаллов из внутреннего пространства цилиндра 9 при его перемещениях. После заполнения полого сетчатого цилиндра 9 кристаллами закрывают сетчатую крышку 10, прикрепляют ее к цилиндру и одновременно посредством траверсы 11 к штоку 8. Затем погружают сетчатый цилиндр 9 в сахарсодержащий раствор, закрывают крышку 5 и включают вибропривод 7. Тем самым приводят цилиндр 9 в колебательное движение в вертикальном направлении. При его вертикальных колебаниях в растворе происходит принудительная, с поочередным изменением направления течения, фильтрация сахарсодержащего раствора через сетчатую стенку цилиндра, слой кристаллов и сетчатую крышку 10, при этом достигается интенсификация гидродинамической обстановки на межфазной границе "кристалл-раствор". Одновременно осуществляется циркуляция и перемешивание сахарсодержащего раствора во всем объеме сосуда 1 посредством перетекания раствора через осциллирующий слой кристаллов и в кольцевом зазоре между стенками сосуда и боковой поверхностью сетчатого цилиндра. Во время вертикальных перемещений цилиндра 9 ненасыщенная меласса проходит через его сетчатую поверхность и находящийся в нем слой кристаллов сахара, тем самым частично растворяя их. Сахароза переходит в раствор мелассы, в результате чего происходит интенсивное ее насыщение. Так как сахароза является диэлектриком, то электрическое сопротивление раствора между электродами 13 и 14 постоянно возрастает вплоть до достижения момента насыщения. Электрическое сопротивление мелассы во время работы устройства непрерывно измеряется посредством электрической схемы.

Схема состоит из следующих функциональных блоков: источника синусоидального тока частотой 1 кГц (генератора частоты); двух усилителей; фильтра низких частот; линейного детектора; фильтра высоких частот.

Схема выполняет следующие функции: фильтрация низкочастотных помех с помощью фильтра низких частот (ФНЧ); усиление входного сигнала с помощью усилителя; фильтрация высокочастотных помех с помощью фильтра высоких частот (ФВЧ).

Источник синусоидального тока 15 служит для создания переменного напряжения частотой 1 кГц, которое необходимо для создания амплитудно-модулированных (AM) колебаний при измерении сопротивления насыщенной мелассы.

Напряжение, снимаемое с двух кольцевых металлических электродов 13, 14 пропускается через первый усилитель 16, где сигнал усиливается до уровня 10 В.

Далее сигнал поступает в фильтр высоких частот 17 (ФВЧ), который устраняет помехи, возникающие в системе и пропускает полезную составляющую частотой 1 кГц, на которой основываются амплитудно-модулированные колебания в измеряемой системе. ФВЧ 17 необходим для устранения помех, возникающих в системе от бросков тока при работе выпрямителей, а также помех от электромагнитных связей между элементами и внешних источников напряжения. Полоса пропускания ФВЧ простирается от f_в.гр до бесконечности. Частота среза фильтра высоких частот f_в.гр=900 Гц.

После фильтра высоких частот сигнал, избавленный от помех, поступает на второй усилитель 18, где он снова усиливается до уровня 10 В.

Далее усиленный сигнал поступает на линейный детектор 19, позволяющий выделить положительную часть колебаний напряжения. Линейный детектор 19 необходим для срезания нижней отрицательной части амплитудно-модулированных колебаний напряжения перед поступлением измеряемого сигнала на ФНЧ 20.

Полученное напряжение проходит через фильтр низких частот 20 (ФНЧ), который работает на частоте среза 10 Гц, что позволяет выделить переменную составляющую сопротивления, относящуюся к частоте колебания штока 8, а, следовательно, получить истинное сопротивление мелассы.

При непосредственном измерении сопротивления насыщаемой мелассы без указанной электрической схемы наблюдались колебания стрелки индикатора 21 в такт с частотой колебаний сетчатого цилиндра 9 (до 10 Гц) устройства для насыщения мелассы. Для устранения этого явления необходимо использование ФНЧ 20, который позволяет погасить возникающие помехи и выделить необходимую составляющую полезного сигнала. Полоса пропускания ФНЧ простирается от 0 до граничной частоты f_н.гр. Частота среза фильтра низких частот f_н.гр=10 Гц.

Далее полученный сигнал поступает на стрелочный индикатор 21, который позволяет фиксировать текущее значение сопротивления мелассы.

С помощью разработанной схемы измерения колебания стрелки индикатора 21, обусловленные перемещениями металлического сетчатого цилиндра относительно электродов 13, 14, устраняются.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом дает возможность:

- контролировать процесс насыщения мелассы на протяжении всего времени работы устройства;

- гарантированно определять момент насыщения мелассы с помощью предложенной электрической схемы измерения сопротивления мелассы;

- ускорять процесс насыщения сахарсодержащего раствора за счет исключения избыточного периода насыщения.

Устройство для насыщения сахарсодержащего раствора, преимущественно мелассы, включающее вертикальный цилиндрический сосуд с теплообменной рубашкой, крышкой и дном, расположенный внутри него соосно и с зазором полый сетчатый цилиндр, служащий для размещения в нем кристаллов, вибропривод цилиндра со штоком, отличающееся тем, что на дне сосуда размещена пластинка из диэлектрического материала, снабженная двумя кольцевыми электродами одинаковой площади, при этом к одному из электродов подключен источник синусоидального тока частотой 1 кГц, а к другому последовательно подсоединены первый усилитель, фильтр высоких частот, второй усилитель, линейный детектор, фильтр низких частот и индикатор.