Проектирование лабораторного стенда для исследования процессов кристаллизации растворов

Приборы могут быть использованы для измерения и регулирования технологических параметров в различных отраслях промышленности, коммунального и сельского хозяйства.

Прибор позволяет осуществлять следующие функции:

· измерение температуры и других физических величин (давления, влажности, расхода, уровня и т.п.) в двух различных точках с помощью стандартных датчиков;

· независимое регулирование двух измеряемых величин по двухпозиционному закону;

· регулирование одной измеряемой величины по трехпозиционному закону;

· вычисление и регулирование разности двух измеряемых величин (ДТ = Т1-Т2);

· вычисление квадратного корня из измеряемой величины при работе с датчиками, имеющими унифицированный выходной сигнал тока или напряжения;

· отображение текущего значения измеряемой величины на встроенном светодиодном цифровом индикаторе;

· формирование выходного тока 4...20 мА для регистрации измеряемых данных или управления исполнительными механизмами по П-закону (в модификациях ТРМ202-Х.ИИ/РИ/КИ/СИ);

· регистрация данных на ПК и установление конфигурации прибора с компьютера через интерфейс RS-485;

· дистанционное управление регулятором.

Технические характеристики и условия эксплуатации

Технические характеристики представлены в таблице 2.3

Таблица 2.3 - Технические характеристики ТРМ 202

Наименование	Характеристика
Напряжение питания	от 90 до 245 В
Частота	от 47 до 63 Гц
Потребляемая мощность,	не более 6 ВА
Время опроса входа,	не более 1 с
Предел основной допускаемой приведенной погрешности при измерении:
- термопарой	0,5 %
Выходные устройства
Электромагнитное реле:
- ток нагрузки	8 А
- напряжение	220 В 50 Гц, cos ? ? 0,4
Аналоговое выходное устройство:	Для ЦАП
выходной сигнал	4.. 20мА пост. тока 0... 10 В	10... 30В
напряжение питания	пост. тока 0... 1000 Ом	15... 32В
сопротивление нагрузке	0,5%	более 2 кОм
предел основной допустимой приведенной погрешности		0,5%
Интерфейс связи:
Тип интерфейса	RS -485
Скорость передачи данных, кбит/с	14,4.
Тип кабеля	Экранированная витая пара
Тип протокола передачи данных	ОВЕН

Таблица 2.4 - Входные первичные преобразователи

Входной преобразователь	Диапазон измерений	Значение единицы младшего разряда
Термопары (по ГОСТ Р 8.585-2001)
TХК (L)	- 200…+ 800°С	0,1 °С

Схема подключения термопары к ПК через ТРМ202, изображена на рисунке 2.5

Рисунок 2.5 - Схема подключения термопар к ПК через ТРМ202, с выходным сигналом.

1 - ПК; 2 - АС4 - преобразователь интерфейсов; 3 - измеритель - регулятор ТРМ202; 4 - термопара; 5 - выходной управляющий сигнал.

2.3 Описание схемы установки для исследования процессов кристаллизации растворов

Описание схемы установки. Нами был спроектирован и изготовлен лабораторный стенд, предназначенный для определения криоскопических и эвтектических температур растворов с поддержанием заданной разности температур, между исследуемым раствором и охлаждающей средой (хладоносителем), это позволяет управлять процессом кристаллизации, производить исследования на качественном уровне.

Лабораторный комплекс состоит из 3 гидравлически связанных емкостей.

I- Рабочая емкость, в которую погружается пробирка с исследуемым раствором.

Рабочая емкость представляет собой, полиэтиленовую емкость объемом 1 литр, в которой имеются, отверстие под пробирку с исследуемым раствором и подачи хладоносителя, отверстие для уравнительной линии. Емкость теплоизолирована пенополистиролом, толщиной 30 мм., а также облицована сэндвич-панелью толщиной 8мм. В емкости размещен нагреватель для подогрева хладоносителя. В верхней части емкости установлен насос для защиты от переполнения хладоносителем.

II- Буферная емкость для хладоносителя с низкой температурой, представляет собой полиэтиленовую емкость объемом 5 литров, в которой имеется отверстие для уравнительной линии.

III- Емкость для хладоносителя с низкой температурой, представляет собой полиэтиленовую емкость, объемом 5 литров, с установленным в ней насосом для подачи в рабочую емкость холодного хладоносителя. В емкости предусмотрено отверстие для уравнительной линии.

Комплекс размещен на общем основании, каждая емкость закреплена. В системе трех емкостей поддерживается постоянный уровень хладоносителя, т.к. емкости гидравлически связаны уравнительной линией, выполненной из трубки диаметром 20 мм.

Лабораторный комплекс размещен в холодильной лари, в которой поддерживается температура -400С.

На рисунке 2.6 представлена схема лабораторного стенда.

Описание схемы работы лабораторного стенда. Лабораторный комплекс размещен в холодильной лари с температурой минус 40оС. Перед началом эксперимента, включаем нагреватель в емкости I, до достижения температуры в ней минус 5оС. Далее включаем насос подачи холодного х/н, который затем работает в автоматическом режиме. Пробирку с исследуемым раствором, предварительно охлажденным до температуры 6 оС, погружаем в рабочую емкость. В пробирке и рабочей емкости установлены ТХК.

Рисунок 2.6 - Схема лабораторного стенда

1 - буферная емкость; 2 - рабочая емкость; 3 - уравнительный трубопровод; 4 - основание стенда; 5 - емкость с охлажденным х/н; 6 - насос жидкостной; 7 - защитный насос.

Прибор ТРМ202, входящим сигналом температур управляет выходным сигналом на включение и выключение насоса подачи холодного х/н в рабочую емкость. При достижении нижней границы разности температур в емкости и пробирке, прибор ТРМ 202 подает сигнал на включение насоса подачи х/н, при достижении верней границы разности, прибор отключает насос. Таким образом, поддерживается постоянная заданная разность температур. Прибор МВА 8, регистрирует значения температур в пробирке для раствора. Оба прибора подключены через датчик АС-4, который обеспечивает вывод и регистрацию данных на ПК. На рисунке 2.7 представлена схема определения криоскопических и эвтектических температур растворов.

Рисунок 2.7 - Схема определения криоскопических температур растворов

1 - рабочая емкость; 2 - пробирка с исследуемым раствором; 3 - нагреватель; 4 - трубопровод подачи х/н; 5,8 - уравнительные трубопроводы; 6 - емкость с холодным х/н; 7 - защитный насос; 9 - буферная емкость; 10 - насос подачи охлажденного х/н; 11 - термопары хромель-копелевые; 12 - модуль ввода аналоговый МВА8; 13 - измеритель - регулятор ТРМ202; 14 - преобразователь интерфейса АС-4; 15 - ПК.

Описание электрической схемы стенда. Насос хладоносителя питается напряжением 12В, для этого в схеме предусмотрен блок питания, понижающий напряжение с 220В до 12В, для насоса предусмотрен выключатель. Работой насоса подающего х/н, из емкости с охлажденным х/н, в рабочую емкость, управляет измеритель - регулятор ТРМ202. Прибор ТРМ202 контролирует разность температур х/н в рабочей емкости и температуры исследуемого раствора в пробирке.

Рисунок 2.8 - Электрическая схема лабораторного стенда

При сокращении разности температур до определенного значения ТРМ включает в работу насос подачи охлажденного х/н, таким образом, разность температур увеличивается, и при достижении определенной разности, ТРМ отключает насос. Значение разности в рабочей емкости выводятся на табло прибора. В рабочую емкость помещен гибкий электронагревательный элемент длиной 1,8 метра. До начала эксперимента нагревательный элемент подключают в сеть, температура х/н начинает повышаться, при достижении определенной температуры нагреватель отключают.

Аналоговый модуль ввода МВА8 контролирует температуру в пробирке. Приборы ТРМ202 и МВА8 запитаны напряжением 220В. Подключение приборов к ПК осуществляется через адаптер интерфейса, в качестве которого используется адаптер ОВЕН АС-4. Значения температур снимаемых этими приборами выводятся на экран ПК, и сохраняются на жестком диске.

На рисунке 2.8 представлена электрическая схема лабораторного стенда.

2.4 Выбор хладоносителя

Хладоносителем принято называть вещество, которое отбирает теплоту из одной части холодильной установки и передает его другой, не меняя при этом своего агрегатного состояния. Вещество, выбранное в качестве хладоносителя, должно иметь потенциально низкую температуру замерзания, малые вязкость и плотность, высокие теплопроводность и теплоемкость, быть безопасным и безвредным, химически стойким, инертным по отношению к металлам, а также недефицитным и недорогим. При всем многообразии существующих в настоящее время хладоносителей их низкотемпературная группа весьма ограничена. Среди солевых хладоносителей стоит отметить водные растворы хлорида натрия и хлорида кальция, работающих при температурах до -50°С. Несколько шире ряд органических соединений, которые можно применять при низких температурах; дихлорметан (R30), трихлорэтилен, ацетон, водные растворы некоторых спиртов. В этот ряд можно включить и водные растворы гликолей, однако, их вязкость заметно увеличивается при температурах ниже -35°С. Обе названные группы хладоносителей весьма уязвимы с точки зрения экологической чистоты, особенно хладоносители органического происхождения. Они отрицательно влияют на окружающую среду, большая их часть пожаро- и взрывоопасна при положительных температурах, а этиленгликоль, R30 и трихлорэтилен являются токсичными соединениями.

К экологически чистым низкотемпературным хладоносителям можно отнести только водные растворы хлоридов натрия и кальция, водные растворы пропиленгликоля и этилового спирта.

Солевые водные растворы (хлориды кальция и натрия) хорошо известны и проверены на практике. Хлорид кальция применяют в технике с давних пор, например еще в конце XIX в. при смешении гексагидрата хлорида кальция со снегом или льдом получали эвтектический лед с температурой плавления -55°С. Водный раствор хлорида кальция широко применяют в современной холодильной технике благодаря хорошим теплофизическим свойствам и возможности использования в широком диапазоне температур(+40…-50°С). Раствор CaCl2 имеет большую коррозионную активность, чем раствор NaCl, по отношению к черным металлам и меди.

Однако из-за более низкой температуры замерзания и меньшей стоимости раствор хлорида кальция находит большее распространение. Водные растворы одноатомных и многоатомных спиртов имеют достаточно низкие температуры замерзания, обладают сравнительно невысокой коррозионной активностью, хорошими теплофизическими свойствами, но некоторые из них токсичны и имеют высокую вязкость. Этиленгликоль применяют в диапазоне температур кипения от -40 до - 60°С. Этиленгликоль оказывает значительное коррозионное воздействие на металлы, поэтому в раствор добавляют ингибиторы коррозии. Этиленгликоль является достаточно токсичным веществом. Кроме того, при температурах ниже - 20єС у них, как и у солевых растворов, резко возрастает вязкость, что приводит к значительным затратам энергии на обеспечение их циркуляции в системах охлаждения.

Спирты имеют более низкие температуры замерзания: этиловый спирт (tзам = -117°С), пропиловый спирт (tзам= -127°С). Метиловый спирт (tзам = - 97,8°С) ядовит и применять его в качестве хладоносителя не рекомендуется. Спирты имеют достаточно низкую коррозийную активность, относительно низкую вязкость при низких температурах, высокую теплоемкость и теплопроводность. В таблице 2.5 представлены основные физические характеристики этилового спирта, процент содержания в водно-спиртовом растворе которого равен 96% при температуре 20єС.

Пропиленгликоль в виде водного раствора используется в качестве хладоносителя холодильного оборудования при охлаждении различных пищевых продуктов до температур в интервале от +12°С до -50°С, а также при погружном (экстренном) замораживании продуктов.

Таблица 2.5 - Основные физические характеристики этилового спирта

Вязкость, МПа·с	Теплоемкость, кДж/кг·К	Плотность, г /мл	Теплопроводность, Вт/(м·К)	Температура замерзания
2,038	2,73	0,8014	0,21	-76

Несмотря на высокую стоимость, хладоносителей на основе пропиленгликоля, они оказались конкурентоспособными на мировом и российском рынках хладоносителей для интервала рабочих температур от +2°С до -18°С. Пропиленгликоль разрешен к применению во всех странах для использования в качестве пищевой добавки (Е 1520). Коррозионная активность пропиленгликоля ниже, чем у большинства известных водных растворов солей и спиртов, что позволяет применять недорогие низколегированные стали для оборудования и снизить стоимость используемого оборудования и трубопроводов во вторичном контуре холодильного оборудования. При температурах ниже -20єС растворы пропиленгликоля становится очень вязким.

Хладоноситель на основе глицерина по токсичности и другим свойствам близок к пропиленгликолевому, но обладает еще более высокой вязкостью и большей активностью по отношению к полимерным прокладочным материалам.

Водные растворы органических солей ацетат калия, формиат калия (фирменные названия- «Tyfoxit», «Freezium») пригодны к использованию при низких температурах до -55єС, обладают высокой теплопроводимостью (до 0,56Вт/(мК). Вязкость ниже, чем у хладоносителей на основе многоатомных спиртов. Недостаток - коррозионная активность (хотя и значительно ниже, чем у растворов солей). Кроме того, они плохо совместимы с мягкими припоями и хлорид - содержащими флюсами.

Рисунок 2.9 - Вязкость хладоносителей

Формиатные хладоносители имеют, бесспорно, ряд существенных положительных свойств: низкая вязкость, хорошая теплопроводность и высокая удельная теплоемкость, нетоксичность, невоспламеняемость, быстрая биоразрушаемость. Высокая теплопроводность приводит к быстрой и эффективной теплопередаче даже при низкой скорости жидкости. Способность формиатных хладоносителей передавать тепло позволяет применять меньшие по размерам теплообменники, что ведет к экономии средств за счет снижения материалоемкости оборудования. Они совместимы с большинством материалов традиционно используемых в холодильной технике. Все вышесказанное свидетельствует о том, что формиатные хладоносители имеют преимущества при температурах ниже минус 20 єС.

На основании вышеизложенного материала, в качестве хладоносителя для лабораторного стенда выбираем этиловый спирт. На рисунке 2.9 представлена зависимость вязкости хладоносителей от температуры.

2.6 Градуировка измерительного комплекса

Мерой оценки точности измерения является погрешность. Погрешность, характеризует отклонение измеренного значения некоторой величины от ее истинного значения. Следует различать погрешность измерений, получаемую как результат обработки экспериментальных наблюдений, и нормированную погрешность средства измерения, являющуюся его технической характеристикой.

По своей природе погрешности бывают систематическими и случайными. Систематическими называют погрешности, которые могут быть заранее обнаружены или предсказаны и которые принципиально могут быть исключены или уменьшены специальными мерами. Систематические погрешности, которые действуют в процессе измерения, называют неисключенными. Случайными называют непредвиденные погрешности, которые могут быть выявлены только статистической обработкой многократных наблюдений.

Систематические погрешности подразделяются на следующие основные группы.

Инструментальные, которые свойственны средствам измерения и являются следствием дефектов из статических характеристик.

Методические, возникающие из-за несовершенства методики измерения либо из-за несоответствия методики поставленной задаче.

Субъективные, вызванные ошибками наблюдателя при отсчете показаний.

В зависимости от характера систематические погрешности подразделяются на обнаруживаемые и не обнаруживаемые.

Обнаруживаемые систематические погрешности в свою очередь подразделяются на постоянные и переменные.

К постоянным относят, погрешности возникающие из-за неточностей в градуировке средств измерения, т.е. из-за отклонения фактической функции преобразования от номинальной. К постоянным также относят некоторые методические погрешности величина которых не зависит от условий выполнения измерений.

К переменным относятся погрешности, возникающие из-за изменения внешних условий (нестабильность источников электропитания, изменения окружающей температуры атмосферного давления, влажности.)

Не обнаруживаемые систематические погрешности могут быть предсказаны либо выявлены при обработке результатов измерений. Появление не обнаруживаемых заранее погрешностей может быть связано с недостаточной информацией о характеристиках средств измерений, с неучтенными методическими погрешностями, а также с субъективными ошибками наблюдений.

Случайные погрешности могут быть определены если результаты получаются на основании многократных наблюдений величины значение которой не изменяется в течении всего процесса измерений.

Для обеспечения высокой точности измерений необходимо соблюдать требования, продиктованные специфическими особенностями холодильной техники, не только в процессе самого измерения, но и на всех предыдущих этапах подготовки испытания, начиная с разработки испытательного стенда.

Условия, влияющие на точность измерений. Точность измерений зависит от ряда условий, таких как точность измерительных приборов, соблюдение правил установки датчиков, конструкция испытательного стенда. При измерении имеет значение точность всех приборов, включенных в измерительную цепь. Выбор элементов измерительной цепи должен осуществляться из условия, чтобы погрешность измерения не превышала допустимого значения, обусловленного целью проводимого испытания.

Соблюдение правил установки датчика. Одним из главных условий, обеспечивающих измерение в соответствии с классом точности прибора, является соблюдение правил установки датчика. Рекомендации по установке датчиков даются в инструкции по эксплуатации приборов.

Дублирование измерений. Целесообразно для достоверности измерения устанавливать при испытаниях два прибора, измеряющих один и тот же параметр. Если отличие в показаниях невелико и не возникает сомнения в достоверности одного из них, то среднее значение можно определить как среднеарифметическое.

Испытания с измерением параметров проводят только при установившемся тепловом режиме, при котором все рабочие параметры остаются неизменными или изменяются в допустимых пределах. Дня установления режима необходимо поддерживать его длительно и снимать показания приборов несколько раз через 10-15 мин.

Устранение теплоотдачи в окружающую среду. Для получения достоверных и сопоставимых результатов необходимо, чтобы на измеряемом участке стенда или элемента холодильной машины отсутствовал теплообмен с окружающей средой. Например, холодопроизводительность испарителя холодильной машины определяется из условия, что она равна количеству теплоты отданной теплоносителем. Это условие справедливо только при отсутствии теплопритоков из окружающей среды, как к холодильному агенту, так и к теплоносителю. Поэтому испаритель и участки трубопроводов теплоносителя, примыкающие к испарителю, на которых установлены средства измерения, должны быть покрыты эффективной изоляцией.

В условиях, когда по каким- либо соображениям невозможно устранить теплопритоки, величина их должна быть известна при испытании. Для этого проводятся предварительные измерения, позволяющие достаточно точно оценить теплообмен с окружающей средой в зависимости от определяющих ее параметров.

Термоэлектрические преобразователи (термопары)

Термоэлектрические преобразователи (ТП) предназначаются для измерений в широкой области температур (в холодильной технике от -100 до +200° С). ТП преобразуют температуру в электродвижущую силу (термо- ЭДС).

Действие ТП основано на явлении Зеебека, т. е. на генерации термо- ЭДС в месте соединения двух различных проводников. Величина термо- ЭДС зависит от материалов термоэлектродов и является функцией температуры. В холодильной технике ТП используются в основном при лабораторных и стендовых измерениях с погрешностью ±(0,1-1)° С. Распространение получили ТП медь-константановые (МК) и хромель-копелевые (ХК).

Медь-константановые ТП не имеют стандартизованных градировочных таблиц однако в силу целого ряда достоинств находят применение в лабораторной практике для измерений в области от - 200 до +300° С. Основное достоинство - постоянство термоэлектрических свойств. Средняя чувствительность (коэффициент преобразования) в области температур от 0 до 100° С составляет 41 мкВ/° С. При соответствующей градуировке МК ТП позволяют измерять температуру с погрешностями : ±(0,1-0,2)° С.

Хромель-копелевые ТП в соответствии с ГОСТ 3044-77 могут использоваться в области температур от -50 до +600° С Достоинство этих ТП-- наивысшая чувствительность по сравнению с другими типами ТП. Так, при температурах рабочего спая 100° С, а свободного 0° терм- ЭДС е = 6,00 мВ что соответствует чувствительности (коэффициенту преобразования) 69,0 мкВ/° С

Недостатками хромель-копелевых ТП являются плохая воспроизводимость функции преобразования (градуировочной характеристики) различными партиями термоэлектродных проводов, а также наличие неоднородностей материала, особенно хромеля, которые приводят к возникновению паразитных термо-ЭДС.

По ГОСТу допускаемое отклонение термо-ЭДС ХК ТП промышленного изготовления от градуировочных характеристик в области температур от - 50 до +300° С составляет 0,2 мВ (более 2°С). Термоэлектродные провода ХК очень чувствительны к механическим повреждениям, которые приводят к дополнительным неоднородностям.

В холодильной технике используют ХК ТП, изготовляемые в лабораторных условиях и подвергаемые индивидуальной градуировке. Достижимая точность порядка ± (0,3-0,5)° С. Реже используют ТП промышленного изготовления.

Градуировка

Градуировка производилась в соответствии со схемой, изображенной на рисунке 2.10.

Сосуд Дьюара (2), наполненный термостатирующей жидкостью (7) находился в теплоизолированном объеме (1), температурный режим в котором соответствовал температуре хладоносителя в сосуде Дьюара. В сосуд Дьюара поместили ртутный термометр (3), четыре термопары (4,5). Цена деления ртутного термометра 0.1°С. Термочувствительные элементы термометра и термопар находились друг от друга в непосредственной близости, т.е. были скреплены между собой.

Также в охлаждаемом объеме разместили web-камеру (6) подключенную к ПК (8), которая фиксировала температуру ртутного термометра в заданном интервале времени и видеоизображение выводились на экран ПК. Температура фиксируемая термопарами выводились на экран ПК по средствам преобразователя интерфейсов АС4 (11).

Измерения показаний ртутного термометра, посредством web-камеры, и термопар, производились в одном и том же интервале времени.

Холодильной машине задавался определенный температурный режим, замеры температуры хладоносителя в сосуде Дьюара производили после того, как она стабилизировалась в течение 24 часов, такие замеры производились от 0°С до -30°С с шагом 5°С. Полученные результаты измерений обрабатывались, усреднялись и сравнивались с показанием ртутного термометра.

Рисунок 2.10 - Схема градуировки

1- охлаждаемый объем; 2- сосуд Дьюара; 3- ртутный термометр; 4- термопары подключенные к ТРМ202; 5- термопары подключенные к МВА8; 6- web-камера; 7- термостатирующая жидкость (спирт); 8- ПК; 9- модуль ввода аналоговый МВА8; 10- измеритель-регулятор ТРМ202; 11- преобразователь интерфейсов АС4.

Получили температурную зависимость показаний термопар, по которой установили соответствие их показаний ртутному термометру в диапазоне температур от -30 до 0 С показанную в таблице 2.6.

Полученную зависимость аппроксимировали методом наименьших квадратов, получили уравнение регрессии для модуля ввода аналогового МВА8 термопары 1 канала, термопары 2 канала и регулятора - измерителя ТРМ202 термопары 1 канала и термопары 2 канала по формулам 3.1, 3.2, 3.3, 3,4.

Таблица 2.6 - Значение показаний термопар и ртутного термометра

№ измерения	Показания ртутного термометра, С	Показания термопары 1 канала, С (прибор МВА8)	Показания термопары 2 канала, С (прибор МВА8)	Показания термопары 1 канала, С (прибор ТРМ202)	Показания термопары 2 канала, С (прибор ТРМ202)
1	-2,25	-2,3085	-2,59259	-2,06962	-2,18743
2	-7,335	-7,3665	-7,73646	-7,19095	-7,30191
3	-12,1846	-12,2147	-12,5901	-11,9495	-12,0751
4	-16,6385	-16,7002	-17,1869	-16,3083	-16,4623
5	-21,5443	-21,5065	-22,0304	-21,0917	-21,2418
6	-26,1243	-25,842	-26,4435	-25,63	-25,7576

t1=0,019+0,988•x17,6621•10-4•x12; (3.1)

t2=0,284+0,979•x25,9•10-4•x22, (3.2)

t3=-0,016+1,009•x32,072•10-4•x32; (3.3)

t4=0,016+1,006•x42,404•10-4•x42, (3.4)

где x1 показания термопары 1 канала (МВА8), С;

t1 реальное значение температуры 1 канала (МВА8), С;

x2 показания термопары 2 канала (МВА8), С;

t2 реальное значение температуры 2 канала (МВА8), С;

х3 показания термопары 1 канала (ТРМ202), С;

t3 реальное значение температуры 1 канала (ТРМ202),С;

x4 показания термопары 2 канала (ТРМ202), С;

t4 реальное значение температуры 2 канала(ТРМ202),С.

Рисунок 2.11 - Изображение лабораторного комплекса для градуировки.

На рисунке 2.12 пунктирными линиями обозначаются отклонения показаний термопар до градуировки, т.е. корректировки показаний, методом наименьших квадратов и сплошными линиями обозначаются отклонения после градуировки. Как видно из представленного графика до корректировки отклонения достигали значений 0,5єС, после корректировки значения отклонений не превышают 0,1єС.

Наименьшим отклонением обладают 3 и 4 термопары, поэтому для наиболее точных измерений целесообразно применять именно эти термопары.



Рисунок 2.12 - Отклонения показаний термопар от эталонного ртутного термометра.

3. Экспериментальная часть

Исследование процесса кристаллизации концентратов молочной сыворотки и растворов сбросовой жидкости при производстве пропилена.

Процесс замораживания растворов осуществлялся схемой приведенной на рисунке 2.7

Температура, фиксируемая термопарами, выводились на экран ПК. Полученные результаты обрабатывались, в результате получили термограммы (зависимость температуры раствора от времени).

Термограммы для концентратов молочной сыворотки изображены на рисунках 3.1 - 3.4.

Термограммы для растворов сбросовой жидкости при производстве пропилена изображены на рисунках 3.5 - 3.11

Рисунок 3.1 - Термограмма исходного раствора молочной сыворотки



Рисунок 3.2 - Термограмма первого концентрата молочной сыворотки

Рисунок 3.3 - Термограмма второго концентрата молочной сыворотки



Рисунок 3.4 - Термограмма третьего концентрата молочной сыворотки

Рисунок 3.5 - Термограмма исходного раствора сбросовой жидкости



Рисунок 3.6 - Термограмма концентрата вымороженного при -7єС

Рисунок 3.7 - Термограмма концентрата вымороженного при -10єС



Рисунок 3.8 - Термограмма концентрата вымороженного при -13єС

Рисунок 3.9 - Термограмма кристаллизата вымороженного при -7єС



Рисунок 3.10 - Термограмма кристаллизата вымороженного при -10єС

Рисунок 3.11 - Термограмма кристаллизата вымороженного при -13єС

Криоскопия (от греч. kryos -- холод и scopeo -- смотрю) -- измерение понижения температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем. Метод криоскопии, предложенный в 1882 году Ф. Раулем, применяют для определения молекулярной массы растворённого вещества. Для этого берут соответствующее количество чистого растворителя и измеряют его температуру замерзания. Затем вновь расплавляют растворитель, вносят в него навеску изучаемого вещества и измеряют температуру начала замерзания полученного раствора при помощи того же термометра. Понижение температуры замерзания предельно разбавленного раствора прямо пропорционально его моляльной концентрации (закон Рауля).

По полученным криоскопическим температурам растворов, были построены зависимости, температуры раствора от концентрации.

График криоскопии сбросовой жидкости при производстве пропилена, содержащейся в сыворотке, изображен на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 - Криоскопия сбросовой жидкости при производстве пропилена

График криоскопии молочной сыворотки изображен на рисунке 3.13.

Рисунок 3.13 - Криоскопия молочной сыворотки

Выводы

В результате выполненной работы разработано оборудование и методика исследования процессов кристаллизации различных растворов. Материалы, полученные экспериментальным способом, можно использовать в качестве справочного материала, в моделировании процессов замораживания продуктов, а также полученные данные могут стать основой для создания фундаментальной базы, с целью разработки пищевых технологий связанных с низкотемпературным воздействием на пищевые продукты и материалы.

В качестве хладоносителя выбрали этиловый спирт т.к он обеспечивает высокие теплопроводность и теплоемкость, низкую температуру замерзания, малую вязкость и плотность, безопасность и безвредность, химическую стойкость, инертность по отношению к металлам при его доступности и дешевизне.

В таблице 4.1 приведены криоскопические температуры растворов молочной сыворотки различной концентрации.

Таблица 4.1 - Криоскопические температуры сыворотки

	Криоскопические температуры, єС
Исходный раствор	-1,03
Первый концентрат	-1,06
Второй концентрат	-1,48
Третий концентрат	-1,65

В таблице 4.2 приведены криоскопические температуры растворов сбросовой жидкости при производстве пропилена различной концентрации.

Таблица 4.2 - Криоскопические температуры сбросовой жидкости

	Криоскопические температуры, єС
Исходный раствор	-2,86
Концентрат вымороженный при -7єС	-1,06
Концентрат вымороженный при -10єС	-5,82
Концентрат вымороженный при -13єС	-9,22
Кристаллизат вымороженный при -7єС	-1,98
Кристаллизат вымороженный при -10єС	-4,23
Кристаллизат вымороженный при -13єС	-3,41

Заключение

кристаллизация раствор производство пропилен

В результате проделанной работы спроектирован и изготовлен лабораторный стенд для исследования процессов кристаллизации растворов. Была проведена градуировка, используемых в измерениях термопар, по эталонному ртутному термометру.

Проведены исследования и получены данные о значениях криоскопических температур растворов концентратов молочной сыворотки и сбросовой жидкости при производстве пропилена. Построен график криоскопии для растворов сбросовой жидкости и растворов молочной сыворотки.

Данный лабораторный стенд и разработанная методика позволит в дальнейшем определять значения криоскопических температур различных растворов и органических кислот. Материалы, полученные экспериментальным способом, можно использовать в качестве справочного материала, в моделировании процессов замораживания продуктов.

Литература

1. Алмаши Э., Эрдели Л., Шарой Т., Быстрое замораживание пищевых продуктов.- М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.-408 с.

2. Физико-технические основы холодильной обработки пищевых продуктов. / Аверин Г.Д., Журавская Н.К., Каухчешвили Э.И. и др. -М.: Агропромиздат, 1985. -225 с.

3. Короткий И.А. Сибирская ягода. Физико-химические основы технологий низкотемпературного консервирования. / И.А. Короткий. -Кемерово, 2007. -146с.

4. Рогов И.А. Консервирование пищевых продуктов холодом. - М.: Колос, 1999.- 169.с.

5. Нуждин А.С., Ужанский В.С. Измерения в холодильной технике. - М.: Агропромиздат, 1986.- 368 с.

6. Гинзбург А.С., Теплофизические характеристики пищевых продуктов. - М.: Пищевая промышленность, 1980.-288 с.

7. ГОСТ 2.111-68 ЕСКД. Нормоконтроль. Введ. 01.07.1971

8. ГОСТ 8.417-81 ГСИ. Единицы физических величин.

9. ГОСТ 2.104-2006 ЕСКД. Основные надписи. Введ. 01.09.2006.

10. ГОСТ 2.004-88 ЕСКД. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах ЭВМ. Введ. 01.01.1990.

11. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым документам. Введ. 01.07.1996.

12. ГОСТ 2.304-81 ЕСКД. Шрифты чертежные.

13. http://www.bestreferat.ru/referat-61448.html.

14. http://refrigeration.open-mechanics.com/articles/64.pdf

Размещено на Allbest.ru

...