Спосіб визначення втрат сахарози у буряках при її зберіганні
Використання: переробка цукрових буряків на цукор, зокрема облік та контроль сировини під час його зберігання. Сутність: в основу визначень втрат сахарози покладено обернено пропорційна залежність логарифму константи швидкості реакції розкладання сахарози від абсолютної температури зберігання. Вимірюють температуру в кагаті буряків та встановлюють середньодобове значення температури. Середньодобові втрати сахарози X при зберіганні буряків у кагаті у % до маси покладеного на зберігання буряків визначають за формулою lg 1000X = A : T + B, де T - середньоарифметична абсолютна температура за весь період зберігання буряків у кагаті (К) з точністю до 1- го десяткового знака; A та B - постійні коефіцієнти. При середній температурі зберігання в кагаті до 283 К = - 4424,2, B = 17,16. При середній температурі зберігання у кагаті понад 283 К A = -2600,3 B = 10,71. 1 з.п. ф-ли, 2 табл.
Винахід відноситься до переробки цукрових буряків на цукор, зокрема контролю та обліку сировини при його зберіганні.
Відомий спосіб визначення втрат сахарози в буряках при її зберіганні аналізом масових проб на цукристість при укладанні її в кагат і при заборі з кагату з подальшим перерахунком на початкову масу контрольних проб сітки.
Для визначення зміни маси буряків при її зберіганні в кагати укладають контрольні сітки з пробами коренеплодів 6-10 кг кожна з розрахунку на 300-500 т буряка, що зберігається, але не менше шести сіток в одному перерізі кагату. Сітки виготовляють із капронової нитки або просмоленого шпагату. Для формування сіткових проб у кожному перерізі відбирають одну велику середню пробу на різній висоті кагату. З цієї проби становлять вісім однорідних проб, шість із них укладають у сітку і дві направляють на аналіз у сировинну лабораторію. Усі шість сітокзакладають в одному перерізі кагату за місцем формування останнього. У кагати ємністю до 2 тис. т закладають сіткові проби в одному перерізі посередині кагату. У кагати від 2 до 4 тис. т – у 2-х перерізах. Кожні наступні 2 тис.т закладають шість сіткових проб в одному перерізі. У кожній сітці прикріплюють дротом фанерну етикетку-бірку, яку виводять на поверхню кагату і зв'язують із кілочком. Другу бирку поміщають усередину сітки. Бірку обгортають поліетиленовою плівкою та обв'язують шпагатом. На ній роблять відповідні написи. Для вимірювання температури в кагаті встановлюють один термометр на 200-300 т буряка при висоті кагату до 3 м завширшки 8-12 м. При висоті кагату 3-4 м і ширині 12-16 м - один термометр на 400-500 т буряка; при висоті кагату 5-6 м і більше, ширині 18-30 м – один термометр на 600-1000 т буряка. Температуру в кагатах вимірюють 1 раз на добу з 8 до 10 год, а температуру зовнішнього повітря – 4 рази на добу (0,6,12 та 18 год). Для контролю температури у внутрішніх зонах кагатів вони занурюють на глибину 2 м датчики температур. При висоті кагату понад 4 м половину датчиків закладають на глибині 2 м, а другу половину – на глибині 3 м.
Втрати бурякомаси та цукру при зберіганні буряків обчислюють після закінчення забору кагатів та вилучення всіх сіток. Масу буряків при заборі визначають за формулою P2 = (1), де Р2 - маса буряків при заборі, т; Р1 – маса буряків при закладці, т; Р - втрати маси буряків за сіточними пробами, %.
По різниці кількості цукру, покладеного в кагат і забраного з нього на підставі масових аналізів проб на цукристість підраховують втрати цукру при зберіганні буряків у тоннах та відсотках до маси покладених у кагат буряків. Поділом показників втрат маси буряків та цукру, % на тривалість зберігання доби отримуютьвеличину середньодобових втрат, % до маси буряків, покладених на зберігання.
В умовах цілодобового розвантаження кагатів майже неможливо вловити всі сітки. Втрата хоча б однієї з них або попадання її в гідротранспортер спотворює результати визначення, тому що усушки в різних частинах кагату інші. Відсутність жорсткості каркаса сітки не забезпечує гарантії втрати бурякомаси через механічне пошкодження при закладці, зберіганні та виїмці сітки, особливо при уловлюванні їх у нічний час. Втрату буряків за рахунок механічного пошкодження встановити неможливо.
Навіть при вловлюванні всіх сіток похибка щодо усушки по сіточним пробам становить 1,04% до маси буряків. Причому закладка, уловлювання сіток, проведення аналізів – процеси складні та трудомісткі, необхідне цілодобове чергування співробітників лабораторії для уловлювання сіток.
Крім того, цей метод неприйнятний при короткостроковому зберіганні буряків та польовому кагатуванні через ще більші похибки.
Мета винаходу - розробка надійнішого і найпростішого способу визначення середньодобових втрат сахарози при зберіганні буряків.
Поставлена мета досягається використанням певної залежності константи швидкості хімічної реакції від температури. Завдяки цьому виключається визначення усихання буряків по сіточних пробах, відбір масових проб буряків і визначення її цукристості при заборі кагатів.
Пропонований спосіб відрізняється від відомого тим, що середньодобові втрати сахарози при зберіганні цукрових буряків визначаються в залежності від середньоарифметичної температури зберігання в кагаті і розраховуються за рівнянням, що відповідає рівнянню Арреніуса з використанням експериментальних даних та таблиці А.Р.Сапронова, що виражає залежність інтенсивногодихання та середньодобових втрат цукру при зберіганні буряків від температури.
В результаті аеробного (кисневого) та анаеробного (інтрамолекулярного) дихання буряків відбувається розкладання сахарози з утворенням інвертного цукру, а потім у першому випадку СО2 та Н2О, у другому - сумарним рівнянням спиртового бродіння. Відповідні рівняння реакцій С12Н22О11 + Н2О = 2С6Н12О6; С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О; Н = 2872 кДж/г моль.
С2Н12О6 ->> 2С2Н5ОН + 2СО2; Н = 234,5 кДж/г моль.
Обидві екзотермічні реакції, тому відбувається підвищення температури в кагатах і тепло треба видаляти. Відомо, що зі збільшенням температури до 40 о З константа швидкості реакції інтенсивного дихання коренеплодів зростає: при підвищенні температури на 10 о З швидкість реакції збільшується приблизно в 2-4 рази. Точніше ця залежність може бути виражена для хімічних реакцій рівнянням Арреніуса з урахуванням специфічності кожної реакції, що характеризується коефіцієнтами А та В.
lgK = + B (2), де К - константа швидкості реакції; Т – абсолютна температура; А і В - константи, притаманні даної реакції.
Логарифм константи швидкості хімічної реакції обернено пропорційний абсолютній температурі. Оскільки середньодобові втрати сахарози Х пропорційні константі швидкості реакції, залежність їх від температури можна висловити аналогічним рівнянням. При цьому для усунення негативних значень характеристик у таблиці логарифмів, що ускладнюють розрахунки, доцільно виконувати розрахунки на 1000Х lg 1000X = +B (3), де Х - середньодобові втрати цукру в кагаті, % до маси покладених на зберігання буряків; Т - середньоарифметична абсолютна температура в кагаті, К; А та В - постійні коефіцієнти.
Значення коефіцієнтів А і В визначали заекспериментальними даними та за таблицею А.Р.Сапронова, в якій представлені середньодобові втрати сахарози на дихання у буряках залежно від температури її зберігання у кагаті. Результати визначень з використанням цих коефіцієнтів показали, що середньодобові втрати сахарози у першому випадку на 0,002% нижчі, ніж у другому. Різниця з-поміж них у межах точності показань термометра (1 про З). Цим підтверджується застосування таблиці в умовах виробництва.
Враховуючи це, а також та обставина, що таблиця А.Р.Сапронова дає можливість розрахувати коефіцієнти виходячи з максимальної різниці температур, представлені коефіцієнти, розраховані за таблицею, розширеною попередньо до 20 о С. Межа до 15 про З недостатній у практиці цукрових заводів, у тому числі з урахуванням польового кагатування. Межі таблиці А.Р.Сапронова розширені з наступних міркувань. Розв'язанням 2-х рівнянь із двома невідомими при температурах 11 і 15 про З встановлено значення А і В. А = -2437,4; У = 10,162.
Знаходимо значення 1000Х при 20 про З, де Х - середньодобові втрати сахарози, % до маси покладених буряків lg 1000X = + 10,162 = 1,843 1000X = 69,7; X = 0,0697 = 0,070% Наводимо повністю розширену таблицю А.Р.Сапронова до 20 про З.
Розв'язанням двох рівнянь із двома невідомими при температурах 1 і 10 про З знаходимо А = -4424,2; У = 17,16. Для температур у кагатах понад 10 про З (до 20 про З) знаходимо А і рішенням двох рівнянь з двома невідомими при 10 і 20 про З А = -2600,3; У = 10,71. При визначенні середньодобових втрат сахарози в результаті зберігання в кагаті пропонованим методом підраховують середньоарифметичну температуру за весь період зберігання в кагаті за журналом температур. Визначають середньодобові втрати сахарози за рівнянням (3). Помножуючисередньодобові втрати сахарози на кількість діб зберігання, знаходять зниження цукристості буряків у період зберігання. По різниці з цукристістю при закладці знаходять цукристість при заборі. Помножуючи різницю цукристостей при укладанні та заборі буряків у кагаті на кількість покладених буряків, знаходять кількість втраченого при зберіганні цукру, в тоннах. При складанні остаточного звіту результатів зберігання за сезон проводять середньодинамічні підрахунки з урахуванням кількості буряків у кагаті та доби зберігання.
П р і м е р. Кагат 22. Цукровість буряків при укладанні в кагат 16,40%. Середня температура зберігання 4,4 про З. Термін зберігання 43 діб.
lg 1000X = + 17,16 = -15,95 + 17,16 = 1,21; 1000X = 16,2; X = 0,016%.
Втрати цукристості при зберіганні 0,016 х 43 = 0,688 %.
Середня цукристість при заборі кагату 16,40 – 0,69 = 15,71%.
Кагат 4. Цукровість буряків при укладанні в кагат 16,22%. Середня температура зберігання 17,2 про; Термін зберігання 11 діб.
lg 1000X = + 10,71 = -8,96 + 10,71 = 1,75; 1000X = 56,2; X = 0,056.
Втрата цукристості при зберіганні 0,056 х 11 = 0,616%.
Цукровість буряків при заборі 16,22 - 0,62 = 15,60%.
Зіставлення результатів зберігання за пропонованим способом і відомим способом при визначенні зміни маси буряків аналізом сіткових проб наведено в табл.2.
Зіставлення показує, що загальні результати зберігання обома методами практично збігаються. По кагатам середньої тривалості зберігання та короткострокового зберігання розбіжності за обома методами визначення зворотні сторони. Однак слід зазначити, що діючий метод по сіточних проб не може служити повною мірою еталоном для порівняння, але іншого методу просто не існувало.
Щодо результатів зберіганняпо кагатам середньої тривалості із застосуванням сіткових проб, отримані коливання добових втрат в окремих кагатах, складові від 0,008 до 0,044%, тобто. в 5,5 рази, в "золотий" час не можуть бути науково пояснені, крім недосконалості методики їх визначення. Результати за пропонованим способом науково обґрунтовані і повністю узгоджуються з нормуванням середньодобових втрат сахарози в залежності від ступеня механічних пошкоджень. Чим більше механічних пошкоджень буряків, тим інтенсивніше вони дихають, більше виділяється тепла, більше підвищується температура. Пропонований спосіб можна використовувати при короткостроковому та польовому кагатуванні буряків. Спосіб з використанням сіткових проб для цих цілей у практичній роботі не придатний. За даними табл.2 видно, що рекомендується при веденні кагатних паспортів, для остаточних звітів сировинних лабораторій використовувати рівняння (3) за знайденими значеннями коефіцієнтів А і В, виходячи з таблиці А.Р.Сапронова.
Економічний ефект від використання запропонованого способу визначиться економією цукру за рахунок можливого зниження температури зберігання, економії трудових витрат через скорочення аналізів та виключення вартості сіток.
1. СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ Втрат цукрози в буряках при її зберіганні, що передбачає вимірювання температури в кагаті буряків, встановлення середньодобового значення температури з наступним встановленням середньодобових втрат сахарози за заздалегідь встановленою залежністю цих втрат від середньодобового значення температури. залежність lg 1000 X = + B, де X - середньодобові втрати сахарози при зберіганні цукрових буряків до кагати; o С - середньоарифметичне значення вимірювань температур за весьперіод зберігання, виражене з точністю до 0,1 o; 273 - фактор переходу від абсолютної шкали температур за Кальвіном до температури за шкалою Цельсія; A і B - постійні коефіцієнти: для температур 1,0 o З - 10,0 o З A=-4424,2; B = 17,16; для температур 10,1 o З - 20,0 o З A = 2707; B= 11,10, а визначення втрат сахарози на дихання у буряках при її зберіганні здійснюють за величиною добутку середньодобових втрат сахарози на добу зберігання.
2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що встановлюють значення середньої цукристості буряка при її укладанні в кагати і по різниці між останнім і втратами сахарози в буряку при її зберіганні в кагаті в % до маси покладеного буряка визначають значення середньої цукристості буряка при заборі кагату.