Аппарат ("депрессиометр") для автоматического контроля кристаллизации веществ в кипящих растворах

Аппарат ("депрессиометр") для автоматического контроля кристаллизации веществ в кипящих растворах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 8 э Й, ф, ОПИСЛHÈE аппарата („депрессиометра") для автоматического контроля кристаллизации в кипящих растзорах.

К авторскому свидетельству A. Д. Мал»нова, заявленному

17 июля 1930 года (зпяв. саид..% 73416, .

0 выдаче авто., ского свидетельства оп бои<ковано 31 пюдя 1<<3.! года. (3) Существующие приборы для контроля варки сахара в вакуум-аппаратах — брасмоскопы брасмометры, линейки различных систем и в частности, аппарат Бренделя, вс<. построены по принципу измерения повышения точки кипения растворов при помощи тр< х шкал, которое определяется температурой кипения раствора и давления < ro паров. Повышение точки кипения в этих приборах на подвижной шкале заменяется показателями концентрации

Вриксами, процентом воды или же другими условными обозначениями. Однако, для контроля варочного процесса нужно измерение не концентраций или других гропорциональ= ных им величин, а необходимо знать в любой момент степень напряжения раствора в сторону кристаллизации пли жс растворения, т. е. так называемый „коэфициент пересыщения". Кроме перечисленных приборрв, главным образом на заводах Западной Европы,. получили некоторое распространение производственные. рефрактометры фирмы Цейса. Эти приборы имеют преимущество перед первыми только в смысле удобства непрерывного определения концентрации, но по существу они так же, как и первые определяют только концентрацию, а ве коэфициент пересыщония и, следовательно< дают такую же неопределенную картину косвенных представлений о п<ресыщении, как и первые. Поэтому техника контроля варочного процесса с давних пор имела своим идеалом получить такой аппарат, который бы непрерывно, в любой момент варки, при любых температурах и давлениях, показывал коэфициент пересыщения раствора, кипящего в вакуум-аппарате. Настоящее изобретение отличается от всех перечислен пых контрольных приборов тем, что воплощающий его ко:.трольный аппарат .депрессиометр r:ç;r; ряет непосредственно коэфпцпе«ты пер сыщ.пия. 11ринцпп измерения в этом аппар<иге им сг то паи <ол« существенное отличие оr способов измерения величин в вышеуказанных приборах., что в нем в< лпчпньт коэ.ь«циентов пересы<ценил пзм< ряются в плоскости., а н<; на линии,,как это производится в брасмоскопах, лин< йках и брасмометрах, где отсчсr,äåëàårñÿ путем п<.редвпж<.нпя одного из линейных отрезков относит лько дз 1 х других паралл<"льных < ыу н< подвттжных шкал. 11м<.я основой действия аппарата измен< ние rex же физических факторов, что и в pa«e<: известных контрольных приборах, т. е. т;мпературы кипения и давя< ния паров растворов, изобретатель нашел возможность определять по взаимному изменению этих величин коэффициенты перссыщенпя кипящего раствора, введя принцип измерения нересыщения в плоскости координат (Ð, Т), так как только в плоскости, а не иа линии и возможно произвести это нзмерени<. Георетические основы способа измерения коэфициентов пересыщсния в плоскости диаграммы заключаются в следующем. Допустим, что мы имеем водный сахарный раствор, кипящий прп переменных т< мпературах Т" и разрежениях (давя< ниях) Р. Введем обозначения:

Z — процент сахара по весу раствора

W — процент воды по весу раствора

<< Т вЂ” повышение точки кипения раствора, соответетвующвв концентрации Z".

Rg — растворимость сахара при данной

z" температуре Т, выраженная отношением — „в насыщенном растворе.

Коэфициент пересыщения в зависимости от концейтрации раствора и его температуры, через эти величины можно выразить так:

Z Z .Г—

WR> 1Г(а — йТ+ c7 -)

Для кипящего раствора его концентрация может бить определена по формуле Рауля через повьппение точки к1;пения, как функция )

11ОСЛЕДНЕГО: г де Š— некоторый коэфициент, до сего времени считавшийся для данного раствор1 теля постояннь|м, не зависящим от давления. Таким образом для К через Т имеем формулу:, Т

Е (а — БТ+ сТ) Из этой формулы видно, что 11зм ряя Л Т брасмоскопамн или линейками, мы прн одном и том же Л 7 можем иметь столько зпачений К, сколько значений температур имеет шкала термометра. если даже считать, что 1 Т не зависит от Т, т. е. что Š— постояннач величина.

Задаваясь рядом значений для К и концентрацийй, измеряемых через 11 ТО, можно построить а координатах (1-,Т) кривые постоянного пересыщения: К= / (T,T). Но для достаточной точности определений К необходимо иметь слишком много кривых и обозначений этих кривых, при большой их густоте на диаграмме неудобочитаемых. Поэтому на диаграмме вместо кривых постоянного пересыщ ння нанесены кривые p = f (T) для паров растворов заданной концентрации, т. е. „кривые постоянной концентрации, причем диаграмма построена для чистого раствора кристаллизуемого вещества. Проводя ряд изотерм на диаграмме, имеем, что каждой изотерме соответствует столько точек ее пересечения о кривыми давления паров растворов различных концентраций, сколько нанесено „кривых постоянной концентрации" политроп. Так как для каждой температуры мы имеем Рт постоянная величина, то каждая определенная точка пересечения в плоскости диаграммы политропы с изотермой соответствует вполне определенному для нее постоянному значению коэфициента пересыщения. Для политZ ропы имеем — — =const. Для некоторой изоW термы, соответствующей температуре Т, имеем растворимость R — const Точка пересечения данной политропы с выбранной изотермой обладает свойством той и другой, т. е. для нее

W — — = const U R — const .

Следовательно, oHR соответствует определенному значению коэфициента пересыщения

Z const

К вЂ” const.

1ГЯ„const

Каждую точку перес. чения политроп с изо термами мы и обозначаем соответствующими им коэфициентами перосыщения. Строится диаграмма Маликова исключительно на осноВании многократно проверенных опытных данных по исследованию растворимости кристаллизуемого вещества в чистом «го растворе и повышений точек кипения растворов различных концентраций. Принцип ее постро HHH для чистых сахарных растворов (фиг. 1) состоит в следующем: 1) в координатах (P, T), кото,;.ые могут быть ка.; прямоугольными, так H полярными, по новейшим экспериментальным таблицам водяного насыщенного пара строится кривая давления перов чистой Воды p = f (1) — H лРВая криВая;

2) затем задавшись концентрацией раствора, Ос рут соответствующие ей повьинения точки кипения при различных давлениях и откладыва1от их значения В масштабе температур от нулевой кривой параллельно 1;оординате ТО.

Полученный таким путем ряд точек дает кривую р +fI (Т1) для паров раствора заданной концентрации; 8) бе рут из классической таолицы растворимости са <аров по I ерцфельду ряд значений растворимости RT и делят на пих значение концентрации. для которой построена кривая. Полученными числами

„коэфиционтами пересыщення" обознача1от точки пересеч ния этой кривой с соотмтствуюшими пзотермами. Таким образом находятся коэфициенты пересыщения и место обозначения, т. е. определяющие их точки, на диаграмм. для целого ряда кривых, которые нанесены для ряда значений концентраций и повышоний точек кипения, им соответствующих, в пределах, с которыми приходится иметь дело при контроле варочного процесса.

Описанная „основная" диаграмма дает истинные коэфициенты пересыщения только при контроле варки рафинадного утфеля, где доброкачественность межкристальной патоки находится в пределах 99,5 — 97.

Для контроля же варки сахара из не чистых сахарных растворов, где доброкачественность межкристальной патоки в процессе варки понижается на 10 — 20 единиц, контроль процесса при помощи диаграммы Маликова производится следующим образом. Термодинамически и затем опытами автора установлено, что если при кипении не чистого раствора произвольного химического состава Веществ в том же растворителе. для которого построена основная диаграмма, име1ощего истинную доброкачественность Д %, повышение его точки кипения соответствует некоторому „видимому по основной диаграмме коэфициенту пересыщенпя К, то истинный коэфициент пересыщения не чистого сахарного раствора К при повышении точки кипения и температуре, соответствующих К „видимому", определяется таким соотношением: отсчитывают на ней видимый коэфициент К= 1,30.

На фиг. 1 представлена диаграмма; на фиг. 2 и 3 показан разрез прибора продольной ос;; на фиг. 4 †поперечн разрез стального вакуумметра.

Для автоматического и непрерывного контроля и отсчета коэфициентов пересыщения растворов при кристаллизации служит контрольный аппарат „депрессиометр", принцип устройства которого состоит в применении в нем описанной (Р.T) диаграммы, которая приводи<ся в движение по направлению одной из ее координат относительно неподвижной материальной линии,. расположенной по направлению другой координаты. В частном случа<, диаграмма в контрольном аппарате располагается таким образом, чтобы координата температур была направл< на по направлению неподвижной шкалы термометра, и приводится в движение от ртутного или стального вакуумметра, связанного передаточным механизмом с барабаном (если диаграмма изображена в прямоугольных координатах) или диском, (если она вычерчена в полярных координатах), на котором укреплена диаграмма.

Вращение барабана или диска относительно шкалы термометра приводит диаграмму в такое положение, чтобыизобара диаграммы, совпадающая с кромкой шкалы термометра или с укрепленным на ней натянутым волосом, соответствовала тому разрежению, которое показывает вакуумметр. Соответственно с изменением давления паров кипящего раствора меняющееся положение столба ртути в капилляре термометра таким образом и отмечает на движущейся диаграмме коэфициенты пересыщения кипящего раствора. На фиг. 2 и 3 показана одна из конструкций аппарата, в которой применена прямоугольная диаграмма, укрепленная на барабане А., приводимом в движение от вакуумметра V 1I0 направлению ординаты давлений. Другая координата направлена по направлению неподвижной шкалы термометра Т и, следовательно,. указателем для отсчетов по диаграмме в этой конструкции является положение столба ртути в капилляре термометра. В деталях устройство изображенной конструкции состеит в следующем. Барабан А насажен на ось В таким образом, что он может свободно вращаться на ней через зубчатую передачу при помощи регулировочного винта К,. закрепленного в кольце f, неподвижно насаженном на ту же ось В. Это сделано с целью установки диаграммы на показание барометра, по которому периодически приходится регулировать аппарат винтом К. Через блок С, сидящий наоси В, барабан приводится во вращение от поплавка Q, погруженного в открытое колено вакуумметра, в то время, когда вакуум увеличивается. При уменьшении вакуума вращение барабану в обратном направлении сообщает прогивовес С1, движущийся в трубке. Если барабан приводится во вращение от пластинки металлического вакуумметра, то ось В связывается с пластинкой путем передачи, изображенной на фиг. 4. 1Нкала термометра установлена по направлению изобар диаграммы и для удобства. отсчета снабжена укрепленным на

<<еи натянутым волосом 5. Положенне уровня ртути в капилляре термометра, в месте пересечения линии уровня с волосом, отмечает точку, определяющую тот илп иной коэ<рициент пересыщения, отсчет которого и производится по числам и линиям, обозначенным на диаграмме.

Предмет изо брет ни я.

1. Аппарат („депрессиометр") для автоматического контроля кристаллизации веществ в кипящих растворах, состоящий нз термометра,. погруженного в кипящую жидкость варочного аппарата, ртутного вакуумметра с ловушкой, со.диненного помощью вентиля с паровым йространством варочного аппарата и барабана,. насаженного на вертикальную ось и приводимого в движение от вакуумметра при помощи опущенного в открытое колено вакуумметра поплавка и контргруза, отличающийся тем, что с целью непосредственноге (в любой момент варки) определения истинного коэфициента пересыщения раствора, в зависимости от совокупного воздействия всех главнейших факторов процесса кристаллизации (температуры, давления, концентрации и доброкачественности), применяется особый плоскостной показатель такового воздействия в виде диаграммы, построенной в прямоугольных или полярных координатах и состоящей из нанесенных на нее через некоторые интервалы изобар, изотерми особых кривых („политроп",}, представляющих собою графическое изображение движения постоянного пересыщения растворов определенной концентрации и доброкачественности, причем точки пересечения означенных кривых с изотермами определяют собою истинные коэфициенты пересыщения, которые обозначаются на диаграмме соответственными числами, каковая диаграмма укрепляется на барабане А таким образом, чгобы нанесенные на нее изобары были параллельны шкале термометра I; причем наблюдаемый через вертикальную щель С уровень ртути термометра Т, при совпадении его с соответственной точкой пересечения политропы с изотермамн, автоматически указывает коэфициент пересыщения, отвечающий данному положению диаграммы, в зависимости от данного состояния вакуума.

2. Форма выполнения аппарата, охарактеризованного в и. 1, отличаюшаяся применением, для приведенных в движение барабана с диаграммой, гибкой пластинки, помощью рычажной передачи и зубчаток сочлененной с осью В и при изменениях вакуума сообщающей соответственные движения барабану А с диаграммой.

3. Форма выполнения аппарата, указанного в п. 1, отличающаяся тем, что для укрепления диаграммы, исполненной не в прямоугольных,. а в полярных координатах, применяют диск.: вместо барабана.

Е авторскому свидетельству А. Д. Маликова № 37649

Эксперт A. С. Астафьев ,Редмтор Е. Ц. Ершова ип. „Промлолиграф". Тамбовская, 12, Зак. № 574.