На правах рукописи
УДК 621.317:[664.951.3+664.951.022.392.6/7](043.3)
Разработка радиоволнового метода определения химических показателей качества жидких коптильных сред и вкусо-ароматических экстрактов
05.18.12 − Процессы и аппараты пищевых производств
Автореферат
диссертации на соискание учёной степени
кандидата технических наук
Мурманск - 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мурманский государственный технический университет»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
кандидат технических наук, доцент
Ведущая организация:
Калининградский государственный технический университет
Защита состоится «02» ноября 2011 г. в 14 ч 00 мин часов на заседании диссертационного совета Д 307.009.02 в Мурманском государственном техническом университете 3
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мурманского государственного технического университета г. Мурманск, ул. Спортивная, 13
Автореферат размещен на сайте www. mstu. ***** «26» сентября 2011 г.
Автореферат разослан « » сентября 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Д 307.009.02
кандидат техн. наук, профессор
Общая характеристика работы
Актуальность работы.
Традиционно копчение считается способом консервирования, однако, учитывая изменяющиеся потребительские требования к качеству продукции, производство копченых изделий постоянно совершенствуется. Следствием этого является то, что в настоящее время целью обработки полуфабриката коптильными компонентами становится не только консервирование, но и придание изделию таких органолептических свойств, которые будут привлекательны для потребителя.
Коптильный дым по своему составу очень сложен, поэтому оценка его влияния на качество копченых изделий связана со значительными трудностями методического характера, так как часто трудно оценить влияние незначительных количеств веществ, способных изменить аромат главных компонентов. Влияние отдельных классов веществ на свойства копченого продукта сомнению не подлежит, однако их одновременное присутствие в дыме делает необходимым определение технологических свойств дыма в комплексе.
Развитие технологии копчения тесно связано с совершенствованием методов исследования. Применение количественных методов оценки качества сырья, полуфабрикатов, готовых изделий позволяет установить закономерности формирования основных свойств последних, обосновать новые технологические решения, осуществлять контроль на основных операциях, обосновать безопасность продукции.
К важнейшим показателям качества копченой продукции относят цвет, аромат, вкус, обуславливающие гастрономическую привлекательность изделия. Перечисленные показатели оценивают, в основном, сенсорными методами. Для повышения степени их объективности разрабатывают специальные бальные шкалы. При оценке степени прокопченности изделия выполняют анализ содержания основных коптильных компонентов, к которым относят фенольные, карбонильные и кислотные соединения. Эти показатели используют для оценки качества жидких коптильных сред, экстрактов и коптильного дыма.
Разработкой химических и физико-химических методов оценки качества копченой продукции, дыма, жидких коптильных сред и экстрактов, в том числе методов определения фенолов, кислот и карбонильных соединений, занимались такие признанные в этой области ученые, как , , Ким И. Н. и др. Однако использование этих методов затруднено в производственных условиях из-за сложного и длительного анализа. Поэтому актуальной является проблема количественного определения коптильных компонентов в процессе производства с минимальными затратами времени, материальных и энергетических ресурсов.
Цель работы.
Целью работы является разработка способа экспрессного количественного определения коптильных компонентов в конденсированном дыме, жидких коптильных средах и экстрактах.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
- обосновать применение радиоволнового метода для измерения состава жидких коптильных сред, полученных путем абсорбции водой коптильных веществ, конденсированного дыма и вкусо-ароматических коптильных экстрактов, полученных методом гидротермолиза;
- разработать конструкцию радиоволнового концентратомера;
- разработать методику определения содержания коптильных компонентов в жидких коптильных средах, конденсированном дыме и вкусо-ароматических коптильных экстрактах;
- установить функциональную зависимость между показаниями концентратомера и содержанием коптильных компонентов в объектах исследования;
- провести экспериментальное исследование динамики абсорбции карбонильных соединений, фенолов и кислот в процессе приготовления жидкой коптильной среды методом абсорбции.
Научная новизна.
Разработан научно-обоснованный метод непрерывного определения концентрации коптильных компонентов в жидких коптильных средах и вкусо-ароматических экстрактах.
Разработано устройство для реализации этого метода – радиоволновый концентратомер.
Получена зависимость между показаниями прибора и содержанием коптильных компонентов в объектах исследования, показана возможность контроля изготовления жидких коптильных сред.
Предложены математические модели, адекватно описывающие динамику абсорбции водой коптильных компонентов из дыма.
Практическая значимость.
Разработан и изготовлен опытный образец радиоволнового концентратомера, позволяющий в течение всего процесса получения жидкой коптильной среды контролировать ее состав и получать продукт с заданными свойствами. Разработана техническая документация на устройство: исходные требования, проект методики выполнения измерений. Радиоволновый концентратомер может быть применен как в промышленном производстве для контроля и автоматизации технологических процессов, так и в производственных лабораториях для экспрессного и неразрушающего анализа качества продукции (жидких коптильных сред, экстрактов).
Внедрение.
Результаты диссертационной работы в виде аппаратного комплекса для контроля процесса изготовления жидкой коптильной среды «СКВАМА-2» и вкусо-ароматических коптильных экстрактов «ВАКЭ» внедрены в лаборатории «Современные технологии производства продуктов из гидробионтов» (СТППГ). кафедры технологий пищевых производств ФГБОУ ВПО «Мурманский государственный технический университет». Практические результаты работы отражены в ГБ НИР №«Разработка электрофизического метода измерения химического состава коптильных препаратов и вкусо-ароматических экстрактов». Опытно-промышленный образец радиоволнового концентратомера прошел успешные промышленные испытания, что подтверждено актом двусторонней комиссии в составе представителей и ВГОУ ВПО «Мурманский государственный технический университет». Принципы работы разработанных устройств рассматриваются в учебном процессе студентов, обучающихся по специальностям "220301.65 «Автоматизация технологических процессов и производств», по дисциплине «Технические измерения и приборы», в учебном процессе специальности 260302.65 «Технология рыбы и рыбных продуктов» по дисциплине «Современные методы исследования свойств сырья и пищевых продуктов».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Радиоволновый метод измерения концентрации коптильных компонентов в жидких коптильных средах и вкусо-ароматических коптильных экстрактах.
2. Конструкция радиоволнового концентратомера.
3. Установленные функциональные зависимости между показаниями концентратомера в определенных режимах его работы и содержанием коптильных компонентов (кислот, карбонильных соединений и фенолов).
4. Результаты исследования с помощью концентратомера процесса получения жидкой коптильной среды методом сорбции.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы представлены на международной научно-практической конференции «Наука и образование – 2005» (Мурманск, МГТУ, 6-14 апреля 2005 г.), на международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования водных биологических ресурсов Мирового океана» (Москва, ВНИРО, 9-10 ноября 2005 г.), международной научно-технической конференции «Наука и образование – 2009» (1-9 апреля 2009 г., Мурманск, МГТУ), 2-й международной заочной научно-практической конференции «Интеграция науки и производства» (Тамбов, 19-20 мая 2009, ТГТУ), школе молодых ученых «Научно-практические проблемы химической технологии сырья гидробионтов Кольского региона» (Мурманск, 2009 г, МГТУ), международной научно-технической конференции «Наука и образование – 2011» (4-8 апреля 2011 г., Мурманск, МГТУ).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 145 страницах, содержит 11 таблиц, 55 рисунков, 3 приложения. Список литературы состоит из 149 наименований.
Содержание работы.
Введение.
Обоснована актуальность работы, определены цели исследований и научная новизна, показана практическая значимость результатов диссертационной работы для промышленности.
Глава 1. Обзор литературы.
Приводятся преимущества и недостатки бездымного копчения, способы получения коптильных препаратов на водной основе. Дается характеристика наиболее распространенных коптильных препаратов, их оценка с электрофизической точки зрения, обосновывается возможность получения информации о концентрации карбонильных соединений, кислот и фенолов в коптильных препаратах путем измерения характеристик электромагнитных волн и их связи с диэлектрической проницаемостью. Приводится классификация наиболее распространенных радиоволновых методов измерения диэлектрической проницаемости. На основании установленных критериев производится выбор методов измерений концентрации коптильных компонентов в коптильных препаратах и экстрактах. Также в данной главе ставятся задачи научных исследований.
Глава 2. Разработка конструктивного исполнения лабораторного устройства и методики измерения состава многокомпонентных смесей.
Описана разработка конструкции радиоволновых сверхвысокочастотного (СВЧ) и высокочастотного (ВЧ) концентратомеров, обосновано применение их для определения концентрации компонентов в многокомпонентных смесях, таких как жидкие коптильные среды, вкусо-ароматические экстракты.
Для измерения концентрации коптильных компонентов был взят в качестве прототипа СВЧ-концентратомер, разработанный ранее инженером Пачковским А. Ч. В ходе опытно-конструкторских работ образец СВЧ-концентратомера был усовершенствован. Конструктивная схема представлена на рисунке 1.
По результатам предварительных экспериментов была отмечена необходимость повышения чувствительности прибора и снижения влияния синфазных помех на результаты измерений. С этой целью предложена модернизированная схема концентратомера, предполагающая включение в нее измерительного усилителя с фильтрацией синфазных помех.
1 – генератор СВЧ; 2 – двойной Т-образный волноводный тройник; 3 – аттенюаторы; 4,5 – волноводные датчики с контрольным и анализируемым образцами; 6,7 – неотражающие нагрузки; 8 – детектор; 9 – усилитель; 10 – показывающий прибор; а, б – фланцы крепления измерительного блока к генератору и детектору, соответственно.
Рисунок 1 – Конструктивная схема СВЧ-концентратомера.
В качестве генератора электромагнитных волн диапазона СВЧ использовали прибор Г4-83.
Принцип действия концентратомера заключается в измерении мощности отраженной от объекта исследования электромагнитной волны. При этом электромагнитная энергия поступает от генератора СВЧ-диапазона, построенного на операционных усилителях и транзисторах, через подстроечный элемент и аттенюатор на разветвитель для взаимного развязывания каналов передачи колебаний, где попадает в два боковых плеча. В одно плечо включен чувствительный элемент с эталоном, в другое – такой же чувствительный элемент с пробой исследуемого объекта. Электромагнитная энергия, проходит через исследуемый и эталонный образцы и попадает на детекторы и блок усиления сигнала. Два сигнала от эталона и исследуемого объекта сравниваются в блоке сравнения, затем разность поступает на цифровой индикатор. При измерениях часть электромагнитной энергии отражается от образца, а часть проходит через образец. Таким образом, на цифровом индикаторе отображаются величины, пропорциональные коэффициенту отражения и пропускания, которые зависят от концентрации вещества в образце.
Для измерений концентраций веществ в многокомпонентных смесях необходимо разрабатывать измерительные устройства, которые работают в другом диапазоне частот, таким образом, увеличивая количество аналитических сигналов. Поэтому был сконструирован прибор и датчик концентрации, работающий в диапазоне высоких частот.
Были экспериментально исследованы конструкции датчика концентрации на основе симметричной двухпроводной линии, датчика с экранированным чувствительным элементом и коаксиального радиоволнового датчика.
Для концентратомера с использованием ВЧ-энергии наиболее высокую точность и, соответственно, чувствительность имеют датчики концентрации влагосодержащих растворов, в частности, жидких коптильных сред, выполненные в виде четвертьволнового отрезка двухпроводной или коаксиальной длинной линии.
Коаксиальный радиоволновый датчик (рисунок 2) построен на базе четвертьволнового отрезка коаксиальной длинной линии, разомкнутого на одном конце, являющегося, по существу, чувствительным элементом. На другом конце этот отрезок длинной линии замкнут на индуктивность, где осуществляется возбуждение электромагнитных колебаний в датчике напряжением высокой частоты и съем информативного сигнала.
При проведении эксперимента датчик был подключен к цифровому измерителю параметров цепей типа ZVR, который, состоит из высокочастотного генератора, управляемого напряжением и осциллографа, развертка которого синхронизирована с разверткой генератора. Выходом ZVR является выход генератора, а входом – вход осциллографа.
При подключении к входу и выходу ZVR какого-либо четырехполюсника, каковыми являются также исследуемые датчики концентрации, на экране осциллографа визуально отображается амплитудно-частотная характеристика. Она показывает зависимость амплитуды сигнала на выходе четырехполюсника от частоты сигнала в заданном диапазоне частот. По амплитудно-частотной характеристике можно определить некоторые параметры четырехполюсников: резонансную частоту, добротность и коэффициент передачи. В эксперименте исследовались зависимости этих трех параметров, с целью выбора наиболее оптимального и информативного, от электрофизических свойств вещества, в котором располагался датчик. В данном случае это – водно-спиртовые растворы с различной концентрацией. Полученные при этом результаты позволяют утверждать, что рассматриваемый тип радиоволнового датчика и концентратомера применим и для определения концентрации жидких коптильных сред.
1 - металлический стержень, 2 - диэлектрическая оболочка, 3 - кожух-экран;
4 - диэлектрическая перегородка; 5 - катушка индуктивности 6 - элементы связи
Рисунок 2 – Конструкция коаксиального радиоволнового датчик концентрации
Структурная схема высокочувствительного концентратомера (рисунок 3) построена по двухканальному принципу и состоит из двух идентичных измерительных каналов – рабочего и опорного. Каждый из этих каналов содержит чувствительный элемент, автогенератор, делитель частоты. Чувствительный элемент включается в частотозадающую цепь автогенератора и определяет его частоту генерации. Обычно генерируемые частоты лежат в диапазоне 1–100 МГц и зависят, в основном, от геометрических параметров чувствительного элемента. С выхода автогенератора высокочастотные колебания поступают на делитель частоты, в котором производится уменьшение (деление) частоты автогенератора до приемлемых значений (10–100 кГц). Выходной сигнал вычитающего устройства является входным сигналом измерительного устройства.
1 − чувствительные элементы; 2 – автогенераторы; 3 − делители частоты;
4 − вычитающее устройство
Рисунок 3 − Структурная схема высокочастотного концентратомера
Чувствительный элемент опорного измерительного канала помещается в эталонную жидкость, например, в воду, используемую при приготовлении жидких коптильных сред. Чувствительный элемент рабочего измерительного канала помещается в контролируемую жидкость. Так как оба измерительных канала находятся в одинаковых внешних условиях, то все возможные возмущающие воздействия приводят к одинаковым изменениям частот автогенераторов.
Разработка конструкции концентратомеров проводилась совместно с сотрудниками кафедры АиВТ МГТУ (Мурманск) и профессором, доктором технических наук (Московский государственный университет технологий и управления). Расчет электрической схемы и монтаж усилителя для СВЧ-концентратомера осуществлен научным сотрудником кафедры АиВТ МГТУ (Мурманск)
Глава 3. Результаты исследований растворов индивидуальных веществ, смесей, жидких коптильных сред, экстрактов химическими и радиоволновыми электрофизическими методами.
Были проведены серии экспериментов: с индивидуальными веществами, смесями веществ с варьированием концентрации и числа компонентов, с жидкими коптильными средами и экстрактами.
В качестве растворов индивидуальных веществ применяли водные растворы этилового спирта, уксусной кислоты, фенола, спиртовые растворы фурфурола. Эти вещества были выбраны для проведения экспериментов, как представители тех классов веществ, которые могут присутствовать в коптильном дыме, а значит и в жидких коптильных средах.
Были получены градуировочные характеристики зависимости показаний СВЧ-концентратомера от концентрации веществ, аналогично представленному на рисунке 4.
Рисунок 4 – Зависимость величины отклика концентратомера от концентрации фурфурола.
Анализ результатов эксперимента показывает, что изменение концентрации веществ в исследуемой системе влияет на показания концентратомера и эта зависимость близка к линейной.
Были также исследованы отклики прибора в зависимости от режима его работы. Исследование отклика радиоволнового концентратомера (напряжение, как выходной сигнал прибора) для различных объектов исследования (вода, коптильный препарат (КП), раствор уксусной кислоты 3,2 %) в зависимости от частоты электромагнитной волны позволило получить результаты, представленные на рисунке 5.
Результаты эксперимента показывают, что наибольшая величина отклика СВЧ-концентратомера наблюдается при частоте электромагнитной волны равной 9 ГГц.
Проведенные исследования позволили разработать исходные требования на радиоволновый концентратомер, усовершенствовать конструкцию опытно-промышленного образца радиоволнового концентратомера, а также разработать программу и методику испытаний.
На следующим этапе работы были проведены исследования отклика прибора при определении концентрации компонентов в системе вода : этанол : уксусная кислота (рисунок 6).
Рисунок 5 – Зависимость отклика концентратомера от частоты генерируемой электромагнитной волны для различных жидкостей-диэлектриков.
Рисунок 6 – Зависимость отклика концентратомера от состава многокомпонентной системы
График отклика прибора в зависимости от концентрации компонентов представляет собой поверхность. Был сделан вывод о недостаточности проведения измерений одним прибором в одном режиме (на одной частоте) для оценки состава многокомпонентных систем.
Для реализации способа определения состава многокомпонентных смесей с помощью измерения радиоволновым методом в диапазонах сверхвысоких и высоких частот предлагается использовать два прибора: СВЧ и высокочастотный концентратомеры.
Были проведены измерения показателей качества образцов коптильного препарата «Сквама-2» химическими, физико-химическими и электрофизическими методами с целью установления корреляции между ними.
Для определения химических свойств коптильного препарата в процессе изготовления коптильного препарата каждые шесть часов отбирали пробы, которые затем анализировали на содержание общего количества кислот, фенолов и карбонильных соединений химическими и физико-химическими методами по методикам, предложенными (, Методы исследования процесса копчения и копченых продуктов. 1977)
Были выполнены измерения электрофизических свойств с помощью высокочастотного и высокочастотного концентратомеров, построены графики зависимости откликов (показаний) приборов от содержания коптильных компонентов в образцах. На рисунках 7 и 8 приведены зависимости отклика приборов ВЧ и СВЧ от содержания кислот. Аналогичные зависимости были получены для фенолов и карбонильных соединений.
По результатам анализа были найдены функциональные зависимости откликов приборов от содержания кислот и карбонильных соединений для жидких коптильных сред типа «Жидкий дым» и «Сквама-2»:
СВЧ = 6,41+0,001∙Ка+0,187∙Ки (1)
ВЧ = 0,939+0,003∙Ка+0,367∙Ки (2)
где СВЧ – показания прибора СВЧ, В;
ВЧ – показания прибора ВЧ, В;
Ка – содержание карбонильных веществ в образцах, мг/см3;
Ки – содержание кислот в образцах, мг/см3;
Рисунок 7 − Зависимость отклика прибора СВЧ от содержания кислот
Рисунок 8 − Зависимость отклика прибора ВЧ от содержания кислот
Аналогичные уравнения были получены для вкусо-ароматических экстрактов типа «ВАКЭ».
По результатам проведенных исследований по применению радиоволнового метода для определения состава многокомпонентных смесей, таких как «Сквама-2», «Жидкий дым», «ВАКЭ», можно сделать вывод о том, что метод применим для определения содержания кислот и карбонильных соединений в жидкой коптильной среде «Сквама-2» и экстракте «ВАКЭ», при этом ошибка определения не превышает 10 %. Однако метод не позволяет оценить содержания фенолов потому, что их массовая доля в анализируемых пробах меньше порога чувствительности приборов.
Поскольку проблематично получить информацию о составе многокомпонентной системы, имея результаты измерений на одной частоте, а измерения на большом количестве частот (получение спектра) увеличивает время измерений, то минимальное число частот для определения трех составляющих групп веществ в объектах исследования составит не менее трех. Выбор частот, на которых необходимо производить измерения осуществляли по максимумам отклика для индивидуальных веществ. Для выбора оптимальных частот были выполнены измерения отклика СВЧ-концентратомера для воды и 10 %-ного раствора уксусной кислоты. Измерение проводили с использованием датчиков мощности отраженной и прошедшей волны (рисунок 9).
При изучении применимости устройства для анализа состава многокомпонентных смесей были выбраны несколько образцов жидкой коптильной среды с разным содержанием коптильных компонентов. Пробы отбирали через 30, 60, 90, 120, 150 часов после начала процесса насыщения коптильными компонентами в абсорбере. Исследуемые пробы были получены в лаборатории СТППГ кафедры ТПП МГТУ.
По результатам статистической обработки экспериментальных данных были выбраны частоты: 8350 МГц, 9225 МГц для метода отраженной волны и 7900 МГц для метода прошедшей волны.
Кроме выбора частот для повышения точности необходима операция приведения измерительного устройства к нулю, заключающаяся в том, чтобы для контрольного образца, содержащего растворитель (например, воду), показания прибора на выбранных частотах были равны нулю. Для этого из показаний прибора для измеряемых проб необходимо вычитать показания прибора для растворителя. По результатам эксперимента построены графики зависимости отклика датчиков СВЧ-концентратомера воды и образцов жидких коптильных сред (рисунки 10 и 11).
Рисунок 9 – Отклик прибора по мощности прошедшей волны
По результатам статистической обработки определены зависимости массовых долей компонентов в образцах коптильных препаратов от показания прибора на выбранных частотах.
(3)
(4)
(5)
Уравнения (3,4,5) справедливы, если содержание коптильных компонентов в анализируемой пробе находится в диапазоне: для кислот (%): 0…0,46; для фенольных соединений (%): 0…0,021; для карбонильных соединений (%): 0…0,7.
Результаты эксперимента, показывают существенную зависимость отклика датчиков СВЧ-концентратомера от свойств жидких коптильных сред с разной степенью насыщения коптильными компонентами (рисунки 10, 11).
Суть определения состава многокомпонентной смеси (например, жидкой коптильной среды), сводится к следующему: выполняют измерения электрофизических свойств образца радиоволновым методом, затем содержание кислот, карбонильных соединений и фенолов рассчитывают путем решения системы уравнений (3,4,5).
Относительную погрешность анализа оценивали по результатам количественного определения содержания коптильных компонентов в образцах указанными выше методами.
Измерения с помощью СВЧ-концентратомера на нескольких частотах позволяет определить содержание компонентов в смеси и погрешность определения не превышает для кислот 15,2 %, карбонильных соединений – 11,5 %, фенолов – 10,1 %. Результаты эксперимента подтверждают применимость измерения с помощью СВЧ-концентратомера состава многокомпонентных смесей
Рисунок 10 − Отклик прибора по методу отраженной волны для образцов коптильных препаратов на выбранных частотах.
Рисунок 11 – Отклик прибора по методу прошедшей волны для образцов коптильных препаратов на выбранных частотах.
Согласно экспериментальным данным, соотношение массовых долей кислот, фенолов и карбонильных соединений по времени насыщения меняется по линейному закону (рисунки 12 и 13).
Рисунок 12 − Соотношение массовых долей кислот и карбонильных соединений по времени сорбции.
Рисунок 13 − Соотношение массовых долей кислот и фенольных соединений по времени сорбции.
Соотношение массовых долей кислот и фенолов, кислот и карбонильных соединений в процессе насыщения остается практически одними тем же, кроме начального периода (до 30 часов), когда эти соотношения резко возрастают.
Согласно уравнениям регрессии изменение соотношения массовых долей кислот и карбонильных соединений (формула 6), массовых долей кислот и фенольных соединений (формула 7) по времени выглядят следующим образом:
(6)
(7)
где х – время сорбции, ч
Из уравнений (6,7) видно, что массовые доли кислот, фенолов и карбонильных соединений связаны между собой функционально. Это значит, что, определив содержание одной группы веществ (например, кислот) можно узнать содержание других групп веществ. Это свойство можно использовать при определении содержания коптильных компонентов в препаратах и экстрактах с помощью измерения электрофизических свойств радиоволновым методом в процессе сорбции.
С помощью радиоволнового метода была изучена динамика абсорбции кислот, карбонильных соединений и фенолов в процессе приготовления жидкой коптильной среды и получены уравнения регрессии, которые могут быть использованы для решения задач автоматизации (рисунки 14 – 16).
Таким образом, косвенное измерение состава многокомпонентных смесей с помощью СВЧ-концентратомера на нескольких частотах позволяет осуществлять экспресс контроль процесса сорбции коптильных компонентов при изготовлении жидких коптильных сред.
Рисунок 14 − Изменение содержания кислот в жидкой коптильной среде «Сквама-2» в процессе абсорбции, измеренное радиоволновым методом
Рисунок 15 - Изменение содержания фенолов в жидкой коптильной среде «Сквама-2» в процессе абсорбции, измеренное радиоволновым методом
Рисунок 16 - Изменение содержания карбонильных соединений в жидкой коптильной среде «Сквама-2» в процессе абсорбции, измеренное радиоволновым методом
Применение метода радиоволнового измерения концентрации может быть использовано для автоматизации процесса абсорбции коптильных веществ в воде. При этом возможно использовать контроль динамики абсорбции по одному параметру, например, по контролю содержания карбонильных соединений. Содержание остальных компонентов определяется из условия постоянства соотношений между ними.
Результаты испытаний опытно-промышленного образца радиоволнового концентратомера позволяют рекомендовать его для внедрения на производстве и эксплуатацию в производственных условиях.
Выводы
1. По результатам исследований установлена возможность применения радиоволнового метода измерений содержания веществ. Метод основан на зависимости параметров электромагнитной волны, взаимодействующей с многокомпонентной смесью веществ от состава многокомпонентной смеси. В методе заложен принцип частичного отражения электромагнитной волны сверхвысокой частоты от объекта исследования.
2. Разработана и усовершенствована схема радиоволнового СВЧ-концентратомера, исследована зависимость отклика датчиков прибора для растворов индивидуальных веществ, их смесей, жидких коптильных сред и вкусо-ароматических коптильных экстрактов. Предложены принципы построения и разработана конструкция датчика для измерения состава жидких коптильных сред в диапазоне высоких частот.
3. Установлено, что применение нескольких приборов и датчиков, а также выполнение измерений на разных частотах позволяет получить ряд аналитических сигналов (показаний прибора) – параметров электромагнитной системы, характеризующих косвенно состав объектов исследования.
4. Предложены способы измерения содержания кислот, фенольных и карбонильных веществ в жидких коптильных средах и экстрактах в конденсированном коптильном дыме с помощью радиоволнового метода на частотах 8350 и 9225 МГц для датчика отраженной волны и частоте 7900 МГц для датчика прошедшей волны.
5. Проведены экспериментальные исследования жидких коптильных сред и экстрактов, установлены зависимости между содержанием карбонильных, фенольных соединений, кислот и откликом датчиков радиоволновых концентратомеров.
6. Разработан и изготовлен опытно-промышленный образец радиоволнового концентратомера. Проведены его технические испытания.
7. Результаты работы могут быть использованы при изучении процессов экстракции и абсорбции, в которых участвуют вещества, обладающие диэлектрическими свойствами и для измерения химического состава многокомпонентных смесей.
Основные положения диссертационной работы опубликованы:
В журналах, рекомендованных ВАК:
1. Барышников, А. В. Радиоволновый метод определения содержания фенолов, карбонилов и кислот в коптильных препаратах и экстрактах / , А. М. Ершов // Вестник МГТУ : труды Мурманск. гос. техн. ун-та. – Мурманск, 2006. − Т. 9, № 4. − С. 700−702.
2. Барышников, А. В. Разработка электрофизического метода измерения химического состава многокомпонентных смесей для определения качества коптильных препаратов и экстрактов / // Рыб. хоз-во. − 2010. − № 3. − С. 79−80.
В журналах и материалах конференций:
1. Применение СВЧ-энергии для определения качественных характеристик коптильного дыма, коптильных препаратов и экстрактов / А. М. Ершов, , [и др.] // Наука и образование – 2005 : материалы междунар. науч. - техн. конф., Мурманск, 6-14 апреля 2005 г. : в 7 ч. /. МГТУ, Мурманск, 2005. − Ч. 6. − С. 246−249.
2. Разработка и совершенствование технологий изготовления соленой и копченой продукции из водного сырья Северного бассейна / В. А. Гроховский, , [и др.] // Повышение эффективности использования водных биологических ресурсов мирового океана : материалы междунар. науч.-практ. конф., Москва, 9-10 ноября 2005 г. / ВНИРО. − М., 2005. − С. 238−239.
3. Барышников, А. В. Экспресс-анализ химического состава жидких коптильных препаратов и экстрактов / // Север промышленный. – 2006. − №3. − С. 39-40.
4. Барышников, А. В. Изучение абсорбции фенолов, карбонилов и кислот в коптильных препаратах и экстрактах радиоволновым методом / // Наука и образование – 2009 [Электронный ресурс] : междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 1–9 апр. 2009 г. / Мурман. гос. техн. ун-т. – Электрон. текст. дан. (43 Мб) – Мурманск : МГТУ, 2009. – 1 опт. компакт-диск (CD-ROM). – С. 351–354. – Гос. рег. НТЦ "Информрегистр" № от 25.05.09 г.
5. Барышников, А. В. Радиоволновый метод определения химического состава коптильных препаратов и экстрактов / // Интеграция науки и производства : сб. материалов 2-й междунар. науч.-практ. конф., Тамбов, 19-20 мая 2009 г. – Тамбов : ТАМБОВПРИНТ, 2009. – С. 111−112.
6. Барышников, А. В. Разработка электрофизического метода измерения многокомпонентных смесей на примере коптильных препаратов и вкусо-ароматических экстрактов / // Научно-практические проблемы химической технологии сырья гидробионтов Кольского региона : материалы шк. молодых ученых / отв. – Мурманск, 2009. − С. 20−25.
7. Барышников, А. В. Способ электрофизического измерения состава многокомпонентных смесей на примере коптильных препаратов и вкусо-ароматических экстрактов / , // Наука и образование – 2011 [Электронный ресурс] : междунар. науч.-техн. конф., Мурманск, 4–8 апр. 2011 г. / Федер. агентство по рыболовству, ФГОУ ВПО «Мурманск. гос. техн. ун-т», Ун-т Тромсё. – Электрон. текст дан. (131 Мб). – Мурманск : МГТУ, 2011. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). – С. 831–836. – Гос. рег. НТЦ "Информрегистр" № .
