КУРС ЛЕКЦІЙ для студентів спеціальностей 091700 «Технологія зберігання, консервування та переробки молока»

Скачати 1.57 Mb.

Назва	КУРС ЛЕКЦІЙ для студентів спеціальностей 091700 «Технологія зберігання, консервування та переробки молока»
Сторінка	14/17
Дата	05.04.2013
Розмір	1.57 Mb.
Тип	Курс лекцій

bibl.com.ua > Інформатика > Курс лекцій

1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Контрольні запитання до розділу 9

1. Приведіть класифікацію рівнемірів.

2. Схема та принцип дії поплавкових та гідростатичних рівнемірів.

3. Будова та принцип дії електричних рівнемірів.

4. Принцип дії ультразвукових рівнемірів.

5. Принципова схема ємнісного рівнеміра.

6. Використовування сигналізаторів рівня.

7. Принцип дії витратоміра постійного перепаду тиску.

8. Швидкісні та об’ємні лічильники кількості.

РОЗДІЛ 10

КОНТРОЛЬ ФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТА СКЛАДУ РЕЧОВИН

ЗВ, які призначені для визначення складу рідин, називаються аналізаторами і використовуються для визначення концентрації речовини в аналізуємій рідині.

У відповідності із системою СИ концентрація речовини – це відношення або маси, або кількості речовини в рідині до об’єму цієї рідини..

Відрізняють масову концентрацію (кг/м³,г/см³) і молярну концентрацію (моль/см³, моль/м³), відповідно до молекулярної гіпотези будови речовини.

Молекулярну гіпотезу будови речовини запропонував у 1811 році Авогадро і вивів закон, який стверджує, що в однакових об’ємах газу при одній температурі й однаковому тиску знаходиться одинакова кількість молекул.

Моль - одиниця кількості речовини в системі СІ. В одному молі міститься стільки молекул (атомів, іонів, або інших структурних елементів речовини), скільки атомів вміщується в 12 грамах вуглецю з атомною вагою 12 (зображується ¹²С) і дорівнює

атомів (число Авогадро).

За допомогою аналізаторів складу рідин вимірюють кислотність та лужність середовищ, склад і концентрацію кислот, лугів і водних розчинів, добавок іонів металів в тісті і т.п. Аналізатори складу рідин широко використовуються для визначення якості сировини і напівфабрикатів, а також кінцевого продукту. Загальні методи контролю якості продукції називають методами кваліметрії.

Більшість методів, які використовуються в аналізаторів складу рідин, є інтегральні, тобто їх результати вимірювань залежність і від кількості (концентрації) інших компонентів, присутніх в суміші.

По принципу дії аналізатори діляться електрохімічні, оптичні, діелькометричні, титрометричні, радіоізотопні, акустичні та теплові.

1). Електрохімічні аналізатори базуються на використанні електрохімічних явищ, які відбуваються в спеціальних електродних системах, занурених в досліджуєму рідину. Вихідний сигнал в них – електричний струм або напруга. До них відносяться ЗВ, які побудовані на кондуктометричному та потенціометричному методах.

2). Оптичні аналізатори відносяться до класу спектральних аналізаторів, в яких значення вихідного сигналу вимірювальної інформації залежить від взає-

модії випромінюваного потоку світла з контрольованою рідиною.

3). Діелькометричні аналізатори ґрунтуються на зміні діелектричної проникності, аналізуємої рідини в залежності від її властивостей, складу, наявності домішок і т.п. Відомо, що діелектрична проникність багатьох речовин суттєво різна, наприклад, відносна діелектрична проникність води = 81, а клейковини зерна – 2,6. Ці аналізатори використовуються для аналізу бінарних розчинів і реалізовують ємнісний метод вимірювання.

4). Титрометричні аналізатори, характеризуються високою вибірковістю і точністю в порівнянні іншими, але методика титрування дуже складна. Суть метода в тому, що концентрація аналізуємого компоненту в суміші визначається шляхом впливу на нього спеціально підібраною іншою речовиною (титрантом), яка вибірково реагує на аналізуєму компоненту і її додають в суміш до тих пір, поки її кількість не стане еквівалентною загальній кількості аналізуємого компонента. По кількості використаного титранту судять про концентрацію аналізуємого компоненту.

5). Акустичні аналізатори ґрунтуються на вимірюванні або зміні швидкості ультразвукових коливань або величини його поглинання в залежності від складу аналізуємих середовищ.

6). Теплові аналізатори будуються на використовуванні змін молекулярно-теплових властивостей аналізуємих рідин при їх нагріванні чи охолодженні. Наприклад, термокондуктометричні аналізатори ґрунтуються на визначені теплопровідності.

КОНДУКТОМЕТРИЧНІ АНАЛІЗАТОРИ

Кондуктометричний метод контролю якості харчових продуктів

ґрунтується на вимірюванні електропровідності розчинів. Хімічний склад розчину визначається по залежності його електропровідності від концентрації та природи заряджених частинок. Питома електропровідність рідин, в залежності від концентрації і природи розчинених в ній речовин, може змінюватись на декілька порядків (від10^-4 см/м- особо чисть иоди до 100 см/м (сильні електроліти)).

Відомо, що опір провідника електричного струму визначається залежністю:

(10.1)

де ρ – питомий опір провідника (Ом*м); L – довжина провідника.

Електропровідність – це властивість речовин проводити електричний струм, що обумовлений наявністю в них рухомих заряджених частинок (носіїв струму – катіонів і аніонів).Електропровідність – величина, що обернена опору.

Одиницею електропровідності в системі СІ є сименс 1 См, це електропровідність провідника опором в 1 Ом. 1См=1/1Ом.

Електропровідність розчинів частіше характеризують питомою електропровідністю σ [См/м] = 1/ρ[Ом*м], яка є величиною оберненою питомому опору. Залежність питомої електропровідност розчинів, в залежеості від їхньої кон-

центрації і виду розчиненої речовини, визначаються законом Кольрауша:

, (10.2)

де f – коефіцієнт активності, який враховує електростатичні сили між іонного протягування, Кл/моль; С

- концентрація речовини у розчині;

- коефіцієнт, що визначає степінь дисоціації молекул;

- рухливість іонів, м²/В*с; Кл – кулон, електричний заряд; моль – одиниця кількості речовин, для будь-яких частинок в об’ємі. Залежності по (10.2) - суттєво нелінійні (рис. 10.1,а).

Кондуктометричні аналізатори – мають високу чутливість, прості, надійні, використовуються для аналізу виноматеріалів, молочних продуктів, сольових і миючих розчинів, дають можливість контролювати просто і точно, концентрацію доповнень, які вводяться, напрклад, для різних сортів горілки.

Електропровідність розчину вимірюються або контактним способом (шляхом введення електродів в досліджуваний розчин), або безконтактним - безелектродним. Останній більш точний, так як немає недоліків контактної: а). поляризації електродів контактів: б). покриття їх кристалами речовини, їх забруднення та вихід їз ладу під дією електролітів.

а)

б)

Рис. 10.1. Функціональна залежність питомої електропровідност розчинів різних речовин (а) та вимірювальна комірка контактного аналізатора (б).

Контактні кондуктометричні аналізатори - ґрунтуються на безпосередньому контакті електронів з аналізуємим розчином. Первинний вимірювальний перетворювач (ПВП) складається з вимірювальної мірки (рис. 10.1,б), яка має два електроди площиною S на певній відстані L один від одного і розміщених в розчині. Опір комірки R визначається тільки електропровідністю розчину. Вимірювання проводять на лінійних дільницях залежності 10.2 та за таких умов:

1). Використовують зрівноважений міст, який живлять напругою змінного струму, що зменшує вплив явища електролізу контрольованого середовища та поляризації електронів; 2). Електроди виготовляють із стійких малоактивних матеріалів (прототипи графіту). 3). Вимірювання проводять при малій силі струму в вимірювальному ланцюгу та підвищеній частоті напруги живлення (до 1кГц), але більшість працює на промисловій частоті 50 Гц.

При використовуванні кондуктометрів з концентратоміри в швидкокристалізуємих забруднених середовищах, наприклад, в цукровому виробництві на ділянках І і ІІ-ї сатурації, застосовують і 4-електродій ПВП (рис. 10.2 а), для зменшення впливу поляризації струмових електродів і впливу електричного опору залишків на електродах. В цих ПВП функції між електродами розділені і крайні використовуються для підведення живлення, з середніх – знімають напругу, яка пропорційна електричному опору аналізуємого розчину.

На розглянутому принципі та за мостовою схемою рис. 10.2,б, випускаються кондуктометри типу КК3, КК4-Е для експрес аналізів та метрологічних провірок. Діапазон вимірювання електродних кондуктометрів до 10 См/м за температури розчину в межах 25±15 ⁰С при класі точності 2,5.

Безконтактні кондуктометричні аналізатори - не мають безпосереднього контакту з аналізуємим розчином і вільні від багатьох недоліків контактної кондуктометрії. Забезпечують вимірювання концентрацій сильно забруднених агресивних рідин, суспензій, колоїдної розчинів безпосередньо на технологічних лініях. Розділяються на низько до 1кГц та високочастотної до 20 кГц.

Фізична суть безконтактної низькочастотної кондуктометрії полягає в тому, що аналізована електропровідна рідина проходить в замкненій (кільцевій) трубці із діелектрика (рис. 10.3) і одночасно є витоком двох трансформаторів: живлення Тр1 та вимірювального Тр2 (рис. 10.4). Короткозамкнений рідинний виток є вторинною обмоткою Тр1 і одночасно первинною обмоткою вимірювального Тр2. Струм, який протікає через рідинний виток, пропорційний електропровідності розчину і вимірюється індукованою напругою у вторинній

а)

б)

Рис.10.2. 4-х електродний ПВП а) та схема контактного кондуктометра б).

Рис.10.3. Безконтактний ПВП аналізу складу рідин

Рис. 10.4. Електрична схема безконтактного ПВП
обмотці вимірювального трансформатору:

, (10.3)

де К- конструктивний коефіцієнт, R – опір рідинного кільця, залежний від електропровідності рідини.

а) ємнісні

б) індуктивні

Рис 10.5. Високочастотні кондуктометричні ПВП: а)ємнісний; б) індиктивний.

Високочастотні кондуктометри працюють за принципом взаємодії електричного поля високої частоти з контрольованим розчином, знаходяться або в трубі, або в посудині із ізоляційного матеріалу, до якої із зовнішнього боку прикріплюються первинні перетворювачі. До останніх підводиться напруга високої частоти (15-20 МГц) і визначається ємнісний або індуктивний опір первинного перетворювача, який пов'язаний із електропровідністю контрольованого розчину. Відповідно первинні перетворювачі бувають двох типів: ємнісні(рис. 10.5,а) та індуктивні(рис. 10.5,б).

Як вимірювальні схеми застосовуються мостові або резонансні схеми, що живляться від генераторів високої частоти. В резонансних схемах вимірюється частота власних коливань резонансного контура, яка залежить від ємності або індуктивності датчика. Досвід показує експлуатації, що ємнісні датчики доцільно застосовувати для розчинів з низькою електропровідністю до 1 См/м, а індуктивні – для сильних електролітів від 1 до 100 См/м.

Промисловість випускає такі кондуктометри типів КК-6 та КК-7 класу точності 2 і 2,5.

ПОТЕНЦІОМЕТРИЧНИЙ МЕТОД

Потенціометричний метод аналізу складу рідин використовується у двох напрямках:

- вимірювання кислих або лужних функцій розчину;

- визначення моменту нейтралізації розчину при їх титруванні.

Кислотні або лужні властивості розчинів визначається по активності в них іонів водню [Н⁺].

Суть явища визначається електролітичною дисоціацією і зв’язаною з нею теорією електродних потенціалів.

Дисоціація властива будь-якому розчину і пов’язана з утворенням в розчині електроіонів позитивних іонів (катіонів) і негативних іонів (аніонів). Більшість хімічних процесів відбувається в водних розчинів. Чиста вода являє собою нейтральну речовину,, якій властиві в рівній мірі і кислотні і лужні властивості. Вона слабо дисоціює з утвореннями катіонів водню [Н⁺] та аніонів гідроксилу [ОН^-]: Н₂О↔[Н⁺] + [ОН^-].

Так як молекула води є досить сталою хімічною сполукою, то концентрація іонів водню і гідроксилу, порівняно з концентрацією її недисоційованих молекул, складає для одних і других, які рівні між собою при температурі 22 ⁰С, величину:

[Н⁺] = [ОН^-] = 10^-7 мг*іон/см³.

У відповідності із законом діючих мас добуток концентрації іонів водню та

гідроксилу при даній температурі є величиною постійною і визначається константою Кв дисоціації води:

Кв=К [Н₂О]= [Н⁺]∙[ОН^-] (10.4)

Кислоти та луги у водних розчинах теж дисоціюють: кислоти на катіони водню та аніони кислотного залишку, а луги – на катіони металу і аніони гідроксилу:

НСl ↔ [Н⁺] + [Cl^-]

NaOH ↔ [Na⁺] + [OH^-]

Якщо розчинити в нейтральному розчині іншу речовину і температуру розчину підтримувати незмінною, то величина 10^-14 залишається постійною, але порушується рівновага і в розчині збільшується або кількість дисоційованих катіонів водню [Н⁺] за рахунок зменшення аніонів гідроксилу [OH^-], або навпаки, зростає кількість аніонів гідроксилу за рахунок зменшення катіонів водню. В першому випадку, коли [Н⁺] > 10^-7, розчин набуває кислотні властивості. В іншому випадку, коли [Н⁺] < 10^-7, розчин має лужні властивості.

Для зручнішого визначення концентрації іонів водню датський хімік Зеренсен ввів поняття водневого показника рН (р-Potenz – степінь, Н – хімічний символ водню). У відповідності з визначенням Зеренсена водневий показник рН – це десятковий логарифм концентрації іонів водню, взятий з від’ємним знаком:

рН = -lg [Н⁺]. (10.5)

Таким чином, концентрацією іонів водню [Н⁺] можна охарактеризувати будь-який розчин, причому для нейтрального середовища рН дорівнює 7, для лужного – рН>7, а кислого - рН<7.

Дуже кислі розчини можуть мати рН=-1,-2, а концентровані луги рН>14.

Вода є нейтральною тільки при температурі 22 ⁰С. При підвищенні температури до 100⁰С вода набуває кислі властивості і її рН знижується до 6,12. За нульової температури вода набуває лужні властивості з рН=7,97.

Для водних розчинів діапазон зміни рН складає 0…14.

Потенціометричний метод аналізу складу рідин ґрунтується на вимірюванні потенціалу спеціального електроду, який занурений у контролює мий розчин. Величина потенціалу залежить від природи і концентрації (а вірніше – активності аналізованих іонів в розчині, та властивостей самого розчину) і визначається рівнянням закону Нернста, відкритого для металевих електродів, а пізніше поширеного на електроди інших речовин.

, (10.6)

де n – валентність іонів металу; E⁰ – нормальний потенціал електроду із певного метану і не залежить від концентрації іонів, В; R – універсальна газова стала = 8,31 Дж/моль*К; F – число Фарадея (постійна, яка визначає заряд грам-еквівалента-іонів) F=96485; T – абсолютна температура, К та значення потенціалу при температурі розчину 20⁰С.

Виникнення потенціалу пояснюється переходом іонів металу в розчин, а в стані рівноваги – переходом іонів металу в розчин і із розчину в електрод.

Якщо виразити через водневий показник рН, то формула прийме вигляд:

1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Схожі:

КУРС ЛЕКЦІЙ з дисципліни “ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ГАЛУЗІ”... Всі цитати, цифровий та фактичний матеріал, бібліографічні відомості перевірені. Написання одиниць відповідає стандартам	Навчально-методичний посібник для самостійного вивчення навчальної... «Товарознавство і комерційна діяльність», 05170104 «Технологія зберігання, консервування та переробки м’яса», 05170107 «Технологія...
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ... «Технологія зберігання, консервування та переробки молока» і «Технологія жирів і жирозамінників» напряму 0917 «Харчова технологія...	ІСТОРІЯ УКРАЇНИ Конспект лекцій для студентів технічних спеціальностей України. / Г. Ю. Каніщев, Ю.І. Кисіль, В. О. Малишев, Г. Г. Півень, О. А. Яцина. – Конспект лекцій для студентів технічних спеціальностей....
КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ для студентів всіх спеціальностей і форм навчання Затверджено Васійчук В. О., Гончарук В.Є., Дацько О. С., Качан С.І., Козій О.І., Ляхов В. В., Мохняк С. М., Петрук М. П., Романів А. С., Скіра...	Курс лекцій Для студентів денної і заочної форми навчання Всіх спеціальностей університету ТЕМА ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА ВЛАСНІСТЬ ЯК ПРАВО НА РЕЗУЛЬТАТИ ТВОРЧОЇ ДІЯЛЬНОСТІ ЛЮДИНИ
Курс лекцій Київ 2006 Київський Національний Університет культури і мистецтв Безклубенко Сергій Данилович. Основи філософських знань. Курс лекцій для слухачів Академії пепрукарського мистецтва та студентів...	Конспект лекцій для студентів усіх спеціальностей денної та заочної форм навчання Гуць В. С., Володченкова Н. В., Основи охорони праці: Конспект лекцій для студентів усіх спеціальностей денної та заочної форм навчання....
Курс лекцій СУМИ 2003 МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ СУМСЬКИЙ... Курс лекцій спрямований на надання студентам допомоги по вивченню навчального курсу з „Торгового права” та розрахований на студентів...	КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ для студентів економічних спеціальностей усіх форм навчання Проектний аналіз : конспект лекцій / укладачі: О. І. Карпіщенко, О. О. Карпіщенко. – Суми : Сумський державний університет, 2012....

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання