Лабораторне обладнання автоматичного виміру і технологічного контролю системи якості цукрових буряків
ZILA Group — чеська компанія, назва якої з чеської переводиться як «жила життя», займається виробництвом обладнання для сировинних лабораторій та вимірюваннями якості цукрових буряків. Компанія реалізовує проєкти в усіх пострадянських країнах та, навіть, в країнах Африки, на українському ринку працює з 2005 року.
ZILA Group являється розробником та виробником повного комплексу обладнання сировинної лабораторії з пропускною здатністю — 40 аналізів за годину. Дана система представляє кордон переходу сировини від виробника до переробника, дозволяє вирішити всі конфлікти та непорозуміння, які виникають між ними, забезпечує вимірювання якості цукрових буряків та дає рекомендації щодо посівної, термінів збирання, зберігання та переробки різних гібридів. Тобто цукрові буряки вчасно викопуються та надходять на переробку, саме тоді, коли з них можна вилучити максимальну кількість цукру.
За матеріалами виступу Нікіти Косіченка, головного інженера компанії ZILA Group, на тему «Лабораторне обладнання автоматичного виміру і технологічного контролю системи якості цукрових буряків» у ході цукрової конференції «Sugar World 2021» (м. Тернопіль, 2 березня).
Пробовідбірники ZTL.BRS/BRG.2D2L та ZTL.BRS/BRG.3D1L
Компанія ZILA виробляє два типи пробовідбірників: стандартний пробовідбірник ZTL.BRS/BRG.3D1L, який дозволяє відібрати проби з машини, але при цьому машину необхідно рухати під пробовідбірником, щоб визначити точку відбору, яка повинна бути випадковою для рандомізації та визначення середнього значення, та пробовідбірник ZTL.BRS/BRG.2D2L, який рухається над машиною та визначає точку відбору проби. Тобто, вантажівка з буряками зупиняється перед шлагбаумом, а далі починає працювати пробовідбірник, на якому встановлені лазерні сканери. На відміну від старих пробовідбірників, які встановлені на заводах, висота прольоту нового пробовідбірника становить не 3,60 м, а 4,5 м, що прирівнюється до прохідної висоти мостів, а сам пробовідбірник може опускатися до висоти 90 см від землі, цим самим він упирається в дно кузова та збирає всю землю та бруд, які лежать на дні вантажівки разом із буряками. Тобто забезпечує максимально достовірний коефіцієнт забрудненості. Пробовідбірник відбирає велику пробу — близько 60 кг цукрових буряків, адже чим більша проба, тим точніший коефіцієнт забрудненості.
Завантажувальна воронка з пневматичним люком ZTL.RFL та ваговимірювальний бункер ZTL.BWP
ZILA Group спроектувала збалансовані ваги — систему з 3-х тензометричних датчиків у протиперезавантажувальних модулях, яка забезпечує стабільне та збалансоване зважування. Перед кожним зважуванням брутто та нетто проводиться тарування ваг, тобто ні бруд, ні вода, нічого не впливає на чесність та достовірність результатів зважування.
Дана система заснована на трьох тензометричних датчиках, тому що згідно з математичними правилами площину можна провести лише через три точки, отже спроектовані таким чином ваги виходять точними, збалансованими та добре працюють.
ZTL.SEL — селектор проб цукрових буряків
Селектор проб ZTL.SEL працює наступним чином: після відбору та зважування буряк потрапляє в барабан, а до мийки він потрапить тільки тоді, коли в барабані буде як мінімум три проби буряків. Лише контролер знає яка з цих трьох проб потрапить до мийки, а потім на лінію ОЗ та на аналіз. У поєднанні з вище зазначеними конструкціями та повним комплексом, дана система працює досить ефективно, завдяки чому вдалося досягти пропускної здатності — 42 аналізи за годину.
ZTL.WMS — мийка цукрових буряків
Для точного визначення забрудненості цукрових буряків їх необхідно промити. Дана мийка дозволяє відмити пробу буряків від мерзлого чорнозему за 60-70 с, а цукрові буряки, вирощені на глинистих та піщаних ґрунтах, повністю відмиваються від бруду лише за 30 с. Вага завантаженої до мийки проби становить до 100 кг. Вода подається під тиском, робочий тиск становить 8-9 бар. Приблизні витрати води — 250 л/хв. Для порівняння, застарілі барабанні мийки, встановлені на всіх сировинних лабораторіях, при робочому тиску 5 бар. використовують майже 270 л води, тобто мийка ZTL.WMS дозволяє зменшити витрати води.
ZTL.ELW — підйомник проби в мийку або пилку з ваговою платформою
Після мийки цукрові буряки проходять через інспекційний конвеєр та стандартні процедури очистки, після чого подаються до пилки кашиці, для цього компанія ZILA спроектувала підйомний пристрій з ваговою платформою. Ваги спроектовані за системою трьох тензодатчиків у протиперезавантажувальних модулях, що забезпечує стабільне і збалансоване зважування. З інспекційного конвеєру проба висипається в ковш, зважується та йде далі.
У 2019 році ZILA Group реалізувала цікавий проєкт на досліджувальній станції цукрових буряків у Краснодарському краї Росії. Там була встановлена повна лінія, але без пробовідбірника. Аналогічна система також ставиться перед мийкою. На деяких заводах, де були встановлені дані комплекси, ця система ставиться перед мийкою для мішкових проб, але в мішку має бути не 5 коренеплодів, тому що дана кількість не покаже результату. Відповідно до Держстандарту, мінімальна вага проби має складати 12 кг — як мінімум півмішка буряків. Для хорошого аналізу потрібно чим побільше буряків. Чим більше буряків, тим вищий усереднений коефіцієнт та достовірніший результат.
ZTL.SBB — пилка бурякової кашиці
На даний момент на цукрових заводах встановлені застарілі деревопільні системи — великі диски, які дають бурякову кашицю незрозумілої фракції з нечітким коефіцієнтом соковиділення, щоб потім з неї можна було вилучити хоча б якийсь аналіз та отримати нормальний дигерат необхідно не менше 3 хв. обертати РТС. Пилка бурякової кашиці ZTL.SBB має 9 або 11 дисків, які виконують 2,4 тис. об./хв. Буряк проходить через цю пилку приблизно за 15 с., тобто проба вагою від 45 до 60 кг за 15 с. пролітає через установку. Із дисків пилки бурякова кашиця потрапляє в приймальну трубу, звідки виштовхується на чашковий конвеєр та йде на аналіз. Компанії ZILA вдалося досягти дрібнодисперсної кашиці, консистенція якої подібна до дитячого харчування, тобто вона має високий коефіцієнт соковиділення. Адже, саме сік необхідний для того, щоб проаналізувати цукровий буряк.
ZTL.LabLine — автоматична ділянка підготовки проби
Зазвичай у лабораторії знаходиться людина, яка займається підготовкою проби для аналізу, але компанія ZILA повністю автоматизувала цей процес. Тобто з пилки кашиця потрапляє в чашковий конвеєр, де вона перемішується, після чого автоматична ложка відбирає необхідні 26 г цієї кашиці. Лінія підготовки розчину, яка складається зі стаканчиків, включає автоматичний дозатор, який згідно з усіма стандартами ДСТУ, ГОСТ, ICUMSA, тощо, дозує освітлювач, перемішує, фільтрує та направляє на аналітику. Таким чином автоматична ділянка підготовки проби працює повністю самостійно, без використання робочої сили.
Комплекс «BETALYSER»
Після отримання дигерату та фільтрату проводиться аналітика. Для цього австрійська компанія Anton Paar GmbH розробила комплекс «BETALYSER», який являє собою комп'ютеризовану лабораторну систему для контролю якості та аналізу цукрових буряків, вимірює вміст калію, натрію, альфа-амінного азоту, обчислює лужність, тощо, відповідно до офіційних стандартів Міжнародного комітету по загальноприйнятим методам аналізу цукру (ICUMSA).
ZILA Group розширила цей комплекс, додавши до нього рефракометр, pH-метр та кондуктометр. Крім того, тепер до нього можна додатково підключити ваги та виконати цілий ряд вимірювань, необхідних як для виробників, так і для переробників цукрових буряків, для кращого розуміння усіх кількісних та якісних характеристик цукросировини. Даний прибор входить в комплекс, працює повністю в автоматичному режимі, а також дозволяє проводити ручні вимірювання.
|
У роботі системи BETALYSER реалізуються наступні методики ICUMSA:
Визначення поляризації цукрових буряків після подрібнення або холодної водної дигестії. Вимірювання проводяться автоматичним цукрометром SUCROMAT.
Визначення альфа-амінного азоту в цукрових буряках методом «числа синього» після освітлення екстракту ацетатом свинцю або сульфатом алюмінію. Вимірювання проводяться цифровим двопроменевим фотометром TESTAMIN.
Вимірювання калію та натрію в цукрових буряках полум'яним фотометром. |
|
Розширені технічні можливості комплексу: Визначення вмісту сухих речовин (% Brix) у клітинному соку шляхом прямого вимірювання автоматичним рефрактометром рипу ABBEMAT 3000. Результати вимірювань представляють прямий технологічний інтерес, а також враховуються в розрахунках виробничих величин, таких як чистота (Purity) клітинного соку та кондуктометричної золи (Ash). Визначення фізико-хімічних параметрів розчину (σ) клітинного соку або дигерату кашки. Вимірювання проводяться автоматичним комплексним прибором типу WTW pH/Cond 3320. Результати вимірювань провідності враховуються в розрахунках виробничих величин, таких як вміст кондуктометричної золи (Ash). Визначення кислотності (pH) клітинного соку методом прямого вимірювання. Результати вимірювань представляють прямий технологічний інтерес. |
У країнах Європи та Африки особлива увага приділяється питанням поляризації цукру та інветрного цукру. На цукрових заводах стоять спеціальні прибори — глюкометри, які вимірюють вміст глюкози в буряках та за формулою, розробленою Голландським інститутом, перераховують її концентрацію у вмісті інвертного цукру, який потім просто віднімається.
Наприклад, коли під час приймання буряків поляризація становить 21%, вирахуємо втрати 1,5-1,8% цукру в мелясі та інвертний цукор і, в результаті, маємо вже не 21%, а 18% поляризації, а потім під час зберігання буряків виділився альфа-амінний азот і при переробці маємо вихід цукру на рівні 14%. Тому, щоб уникнути конфлікту між виробником і переробником потрібно проводити вимірювання.
Саме для цього було розроблено комплекс «BETALYSER», який вимірює вміст калію, натрію, альфа-амінного азоту та лужність — важливий фактор для технологів та аграріїв. Також вимірюються втрати цукру в мелясі — важливий фактор для технологів, тому що високий вміст калію ускладнює процес дифузії.
Якщо цукрові буряки мають високий вміст альфа-амінного азоту, їх відразу відправляють на переробку, так як вони не придатні до зберігання — через один тиждень зберігання від них нічого не залишиться. Або можливо такі буряки могли б ще побути в ґрунті якийсь певний час, адже там альфа-амінний азот не має такий сильний вплив на них? BETALYSER проводить аналізи та допомагає приймати рішення, що, як, де та коли краще копати та в якій послідовності.
Рефрактометр та поляриметр дозволяють виміряти чистоту клітинного соку, за якою можна визначити динаміку накопичення цукру в буряках та коефіцієнт їх зрілості. Це все можна зробити за допомогою книжкових формул, але щоб їх застосовувати потрібно проводити вимірювання, а не просто пропускати вирощені буряки через сировинну лабораторію, для уникнення конфліктів та непорозумінь.
Вимірювання необхідно проводити вчасно, не під час приймання цукрових буряків, а раніше — під час вегетаційного сезону. На цукрових заводах, де встановлено комплекс «BETALYSER», вимірювання та аналізи починають проводити ще з червня місяця, що забезпечує краще розуміння того, який гібрид де та як росте, що та як вносили та як це все діє.
Результати
Можливості програмного забезпечення дозволяють вимірювати та реєструвати виробничі величини, які визначають технологічну якість цукрових буряків.
Чистота клітинного соку:
Де:
Brix — концентрація сухих речовин за показниками рефрактометра;
°Z — показники поляриметра в шкалі ISS-13 (для дозування 26 г кашки/200 мл) або в шкалі ISS-26 (для дозування 26 г кашки або клітинного соку/100 мл розчину).
Технічна зрілість цукрових буряків:
Де:
Мк — маса коренеплоду в грамах за показниками вагів;
Мб — маса бадилля в грамах за показниками вагів;
°Z — показники поляриметра в шкалі ISS-13 (для дозування 26 г кашки/200 мл з освітлювачем);
С — масова частка кондуктометричної золи % до маси буряків (26 г/200 мл дистильованої води), яка визначається за формулою:
С = 0,00084 × σр- σв + 0,278
σр — провідність фільтрату кашки за показниками кондуктометра з термокомпенсацією;
σв — провідність дистильованої води за показниками кондуктометра з термокомпенсацією.
Кондуктометрична зола в клітинному соці (методика GS 1/3/4/7/8-13):
Зк = 16,2 + 0,36 × D × 10-4 × (σр - σв)
σр — провідність розчину (5 г соку/100 мл) за показниками кондуктометра з термокомпенсацією;
σв — провідність дистильованої води за показниками кондуктометра з термокомпенсацією.
Обчислювані величини за показниками BETALYSER:
Лужність обчислюється за формулою:
Втрати в мелясі (Вм) можуть обчислюватися в програмі за декількома закладеними методами, найпоширенішим із яких є використання Нової Брауншвейгської (New Braunschweig) формули:
Вм=0,12 × K + Na + 0,24 × αN + 0,48
Так само можна використовувати інші формули для обчислення втрат у мелясі. Усі змінні для обчислень вищезазначених формул вимірюються приборами. Вміст калію (K) та натрію (Na) визначається полум’яним фотометром FP, а вміст альфа-амінного азоту (N) — двопроменевим фотометром TESTAMIN.
Втрати у виробництві (Вв) вносяться в програму у % як фіксований коефіцієнт, визначений на підприємстві на основі попередніх кампаній або розрахований теоретично.
Базовою величиною, яка визначає вихід цукру, являється поляризація (Кпол), значення якої визначаються автоматичним цукрометром SUCROMAT. Ця величина може бути перерахована з урахуванням інвертних цукрів.
На основі даних, отриманих із приборів, та розрахованих величин визначається вихід цукру за наступною формулою:
Квих = °Z - Вм - Вв
Де:
Квих — вихід цукру;
°Z — показники поляризації;
Вм — втрати в мелясі;
Вв — втрати у виробництві.
Результати експлуатації комплексу дають можливість досить реально оцінити якість сировини ще до приймання та передачі на виробництво, а також оцінити ефективність виробництва під час переробки прийнятої сировини та визначити деякі технологічні параметри на стадії передачі сировини на завод.