CS235253B1 - Method of non-electrolytes purity determination with admixture of electrolytes - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu určování čistoty neelektrolytů s příměsí elektrolytů měřením jejich maximální elektrické vodivosti jako funkce jejich celkové^koncentrace.

Neelektrolyty - přírodní, zemědělské nebo průmyslové produkty nebo i meziprodukty a to potravinářského, chemického průmyslu - zpravidla obsahují v menší nebo větší míře cizí látky, částečně neelektrolyty, částečně elektrolyty. Takovými látkami jsou například uhlovodíky jako glukosa, fruktosa, škroby, koncentrované roztoky výše uvedených látek, invertní cukt, přírodní a umělý med, ovocné a jiné šlávy a koncentráty; v prvé řadě ale cukr, tedy sacharosa, vyráběná z řepy cukrovky nebo cukrové třtiny a cukrovarnické meziprodukty, jako jsou různé slávy, kapaliny, roztoky a pulpy, obsahující krystaly a podobně, a jiné neelektrolyty, v prvé řadě chemické produkty.

Jako u všech do obchodu přicházejících produktů, které jsou konzumovány nebo dále zpracovávány, tak také u neelektrolytů má velký význam znalost koncentrace znečisťujících látek. Tato koncentrace určuje čistotu produktů, U látek, které přicházejí do obchodu a konzumují se nebo dále zpracovávají v rozpuštěném stavu, udává se koncentrace nečistot ve vztahu ke všem rozpuštěným látkám, takže takto definovaná čistota je nezávislá na zředění.

Prakticky je pro většinu neělektrolytů, které se prodávají a které jsou konzumovány nebo dále zpracovávány,

235·253 charí^teristické, že v nich nečistotami jsou buá všechny elektrolyty^ ^nrbo poměr znečišíujícícto rirk^eiol^yt^ů a nerlrktrolytů je víceméně konstantní. Přitom je pro určování čistoty produktů ve většině· případech·charaakteistiekfr parametrem obsah elektrolytu.

K určování čistoty· produktů se používá různých způsobů rozborů. Tak v cucrooamňctví byl k určování čistoty hotových výrobků před rokem 1930 používán postup, při kterém bylo po spáleni výrobu zjišíováno mn^tví zb^ylého popere. Od padesátých let se rozšířila · metoda určování obsahu elektrolytu, založená na elektrické vod^vos!. Rovněž tak se až do posledních let ke stanovení čistoty meziproduktů v clžcrovarnnctaí používal posledně uvedený postup, přičemž ke stanovení obsahu sacharosy ve výrobku, popřípadě v jeho roztoku,, bylo využíváno optické otáčivosti a ke stanovení celkového nmnžství látek přítomných v rozpuštěné formě bylo používáno měření hustoty nebo indexu optického lomu, přičemž rozdíl těchto dvou údajů byl považován za· množtví necčstot.

V posledních lrtech se používá zkušební postup, při kterém jr v roztoku s předem určenou koncent-rací mmřena elektrická vodivost. Tímto způsobem se určuje obsah rJ.rktoolytó. Eoněva^ relativní mnn^ožsví znečisíuj^jch ^elektrolytů nebo elektrolytů je v produktech cukrovarnického průmyslu téměř konstantní nebo vzhledem ke změně

235 253 jakosti zpracovávaných surovin se mění pomalu nebo pouze v nepatrné míře, může pak z něj být usuzováno na čistotu výrobku.

Pro tento způsob rozboru čistoty je charakteristické, že každý meziprodukt nebo výrobek musí být často, ba dokonce periodicky vyšetřován, aby výsledek rozboru měl předpokládanou přesnost a musí být dbáno, aby průběh rozboru od odběru vzorku až po vyhodnocení ^získaného výsledku býl co možno nejkratší. Při výrobě cukru z řepy cukrovky nebo cukrové třtiny je vyžadováno denně několik stovek rozborů s vysokou přesností a v co nejkratším čase. Proto se^rÝyto rozbory pro určování čistoty kladou požadavky co do vysoké přesnosti výsledku měření a rychlého průběhu měření, minimální pracností, odstranění subjektivného posuzování a také vysokého stupně automatizace.

Výše zmíněné požadavky není možno za současného stavu techniky zkušebních postupů v uspokojivé míře splnit. To vedlo к tomu, že původní chemické způsoby rozborů к určování čistoty byly částečně nebo zcela převedeny na určování fyzikálních parametrů, a to v prvé řadě na ty metody, jejichž základem je stanovení parametru elektrické vodivosti. Posledně uvedený způsob vede к podstatnému zkrácení času měření а к nepatrné pracovní námaze. Přesto u této metody jsou jisté nedostatky, z nichž podstatným je ten, že к určování čistoty dané látky je nutno

- 4 235 253 nejdříve připravit roztok o předem známé koncentraci nebo stanovit celkovou koncentraci roztoku samostatném rozborem s uspokojivou přesnooSi. Teprve potom následuje určení fyzikálního parametru (s výhodou stanovení elektrické voddvosti) roztoku. Příprava roztoku o předem známé koncentrace, popřípadě určováni koncentrace roztoku, vyzaduje zvláštní opatření jako dlouhý průběžný čas, velkou námahu, a mimo to se zvyšují subjektivní vlivy, na prováděná měěřní. Navíc je nevýhodné, že tento způsob měření je spojen - se značnými finančními náklady a není možno jej vůbec automatizovat.

Je známo, že neelektrolytické rozbory obsahující.. elektrolyty jsou funkčně ' závislé na celkové koncentraci tak, že ' při určité celkové koncentraci vykaz^í ve vodivosti maximum, a to při takové celkové koncentraci, při ^kter^é může Ь^^г změna isdivosti pr^ávě vyrovnaná^, a. je to vyvoláno hustotou, změnou pohubllvooti iontů nebo změnou viskožity. Tak například cukerné roztoky mají maximum vodivosti při 20°C - a cenové ^ncen^aci rozto^ku 28 %. Maximum je málo závislé na teplotě. Tak například při ^plo^ ³⁰°^C vykazují cukern^é roztio^ maximum ve vodivosti v roztoku,o celkové koncentraci 29 %. Vodivost v blízkosti svého maxima je na celkové koncentraci závislá pouze v nepatrné míře. Tato skutečnost byla u několika metod využita -k určování čistoty. Předepisuje se,-aby končentrace roztoku při rozboru byla napřed nastavena na toto

- 5 235 253 maximum vodivosti. U takto připraveného roztoku pak bude určena vodivost a z výsledku se usoudí na čistotu.

Takový postup je popsán v následující literatuře. WM.H. Parker: The determination of the apparent purity of beet sugar factory juices and syrupe II*', The International Sugar Journal, 1959, (61), strana 9-13, a V». Valter: Détermination de la pureté conductométrique des solutions sucrées industrielles, Industries Alimentaires et Agricoles, 1972, (88), strana 1015-1019.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny u způsobu určování čistoty neelektrolytů s příměsí elektrolytů podle vynálezu, jehož podstatou je, že maximální elektrická vodivost se zjišfuje z plynule nebo v časových intervalech prováděných měření elektrické vodivosti koncentrovaného roztoku neelektrolytů obsahujících elektrolyty při jejich plynulém ředění rozpouštědlem až do doby, kdy zpočátku stoupající elektrická vodivost začne klesat, přičemž se kompenzuje vliv teploty bud udržováním konstantní teploty roztoku,nebo jejím měřením a korigováním naměřené elektrické vodivosti v závislosti na teplotě roztoku.

Bylo shledáno, že většina neelektrolytů obsahujících elektrolyt, přicházejících v úvahu pro vyšetřování čistoty, je dobře rozpustná a že se z nich dá pomocí rozpouštědla v prvé řadě vody, připravit lehce a rychle tak koncentrovaný roztok, že vykazuje vyšší koncentraci než koncentraci

235 253 odpovídající maximu vodivosti. Některé z těchto látek, například meziprodukty při výrobě cukru, jsou tak jako tak к dispozici ve svém vodném roztoku, takže většina těchto roztoků je ve své původní formě koncentrovanější, než je koncentrace odpovídající maximu vodivosti.

Bylo zjištěno, že lze provést rozbory к určování čistoty těchto neelektrolytů obsahujících elektrolyty nebo jejich koncentrovaných roztoků s požadovanou přesností, rychle a zcela zautomatizovaným způsobem, aniž by předem musela být nastavena určitá koncentrace roztoku nebo tato nějakým rozborem zjištěna, použije-li se způsobu podle vynálezu.

Způsob rozboru podle vynálezu lze provádět velmi rychle, má dobrou reprodukovatelnost a poskytuje přesné výsledky měření, zvláště když ředění rozpouštědlem a mezitím uskutečňované měření vodivosti je prováděno za intenzivního míchání a když je použito měřicí nádoby s hrdlem nahoru se zužujícím, v němž je povrch kapaliny malý a při intenzivním pohybu kapaliny nemohou do povrchu kapaliny vniknout žádné plynové bubliny porušující výsledky měření. Proto je velmi výhodné, když je nadoba vytvořena takto a ředění se provádí tak, že při měření je v nádobě množství kapaliny o konstantním objemu a odteče z ní množství kapaliny rovnající se objemu přitékajícího ředidla.

235 253

Dále jsou popsány příklady provádění způsobu určování čistoty neelektrolytů s příměsí elektrolytů podle vynálezu·

Příklad 1

Při rozboru hustého cukerného roztoku se odebere vzorek v mnoství 60 ml, prostý pěny, který má teplotu v rozmezí od +10°C do +40°C, za stálého míchání se ředí jakostní destilovanou vodou ²⁵°C +¹⁰°C teplou^{, k}ter^á m^á při teplotě 25^OC vodivost'8.10°mS/cm· Výhodná rychlost přidáváni vody je 1 ml/s· V . průběhu ředění se měří elektrická vodivost roztoku pomocí měřicího přístroje s automatickou kompennzcí teploty· Teplotní kompenzace je seřízena tak, aby měřřcí přístroj udával specifickou vodÍLvos^{t p}ře^po^čtenou na te^plotu ²⁵°C· Tplotní smcční-tel činí 2,2.1ο C· Během ředění je měřicím přístroemi zaznamenávaná zpočátku stouppjící vodivost a pák klesající. Vzorek se ředí tak dlouho, až vodivost má vysloveně klesající tendenoč. Při uvedené rychlooti ředění je na to třeba dvou minut· Zjištěné maximum vodivosti se zaznamená. ^Toto maximtm se ^e^čte na ²⁵°C a vyjá^í , se v jednotkách ms/cm jako parametr maximální vodivc^si, což je měrné číslo zkoušeného hustého roztoku· Tak například hodnota 6,0 mS/cm je čhajaXtteistickl pro velmi znečištěné roztoky - což odpovídá podle dosavadní metody, čistotě 88 .% H; výsledek měření 4,5 mS/cm odpovídá střednímu stupni jakoti, tedy asi 91 % čistotě; hodnota od 3,0 do

- 8 235 253

3,5 mS/cm odpovídá dobré jakosti, tedy 94 - 93 % čistotě hustého roztoku·

Příklad 2

Pro vyšetřování čistoty pevného krystalického cukru se rozpustí vzorek o hmotnosti 30 g ve 30 až 40 ml destilované vody, která se pro urychlení rozpouštění ohřeje. Se získaným roztokem se provede postup, který byl vysvětlen v příklade 1, Maximální vodivost, přepočtená na 25°C, je charakteristickým číslem pro čistotu nebo znečištění cukru, který byl podroben této zkoušce. Charakteristické hodnoty jsou:

rafinovaný cukr 0,03 ... 0,05 mS/cm běžný krystalový cukr 0,05 ... 0,08 mS/cm surový cukr (v závislosti na jakosti) 0,5 ···· 5,0 mS/cm

Způsob určování čistoty neelektrolytů s příměsí elektrolytů podle vynálezu, prováděný s výhodou automatickým zařízením pro přípravu vzorku připojeným к přístroji pro odběr vzorku, může být velmi výhodně použit v průmyslových procesech, kde jsou zpracovávány neelektrolyty obsahující elektrolytické nečistoty, a to jak při výrobě výrobků a meziproduktů, tak u hotových výrobků při automatickém vyšetřování čistoty.

Způsob podle vynálezu je zvláště výhodný к určování nečistot v uhlovodících, a to v prvé řadě nečistot v meziproduktech i v hotových výrobcích cukrovarnického prů9

235 253 myslu. K ředění slouží deionizovaná voda, která. je ve fázi měření výhodně přidávána dávkovači rychlostí kolem 1 ml/s. Celkový čas měření (který zahrnuje vpravení vzorku, měření bě^hem ^ředění, v^razďnování, v^splac^hování a opětné v^yprazdnováií) je asi 4 minuty, tak^že během ^ho(íin^y J.ze provést rozbory patnácti vzorků. Meeiproddkty v cukrovarnickém prá^yla, ^kter^é obsahují více ne^ž 80 % sušiny - š£áv^y·, zahuštěné roztoky, cukerné roztoky - lze měěřt bez další úpravy bezprostředně po zředění libovofným možstvím deionizované vody - avšak nejvýše do 30 % sušiny. Výrobky, které jsou ve zcela'tuhém nebo částečně tuhém .stavu, jako například surový crikr, pulpa, jemně mletýchkr> rafinovaný cukr, kostkový cukr, cukrová moučka a podobně, popřípadě jejich vzorek, lze vpravit do méěřcí nádoby po rozpuštění ve 100 % až 150 % deižoizžvané vody. Měření proběhne po nastavení rozsahu měření a po stisknutí spínacího tlačítka zcela automaatcky. ReppodιΛožvatlnost měřen i je podstatně lepší než u nmtody určování čistoty refraktometrem a polimetrem a měření .dává tytéž výsledky, ždpooVdaajcí maaimáání voddvvžli, kterése získají měřením v roztocích s předem známou ko^c^tea!.

Velkou přednotí vynálezuje, že nároky na nastavení koncentrace a z toho vyplývvaící nevyhnutelné chyby, pracnoot, nároky na pracovní prostor a dále spotřebovaný čas od vnesení vzorku až po úplné vyhodnocení výsledků měření jsou ve srovnání se známým postupem nepatrné.

- 10 235 253 Z toho důvodu je uvedený postup obzvláště vhodný pro sledování technologie při výrobě cukru a pro řízení těchto technologických procesů.

Claims (1)

1. Způsob určování čistoty neelektrolytů s příměsí elektrolytů měřením jejich maximální elektrické vodivosti jako funkce jejich celkové koncentrace, vyznačující se tím, že maximální elektrická vodivost se zjišťuje z plynule nebo v časových intervalech prováděných měřeních elektrické vodivosti koncentrovaného roztoku neelektrolytů obsahujících elektrolyty při jejich plynulém ředění rozpouštědlem až do doby, kdy zpočátku stoupající elektrická vodivost začne klesat, přičemž se kompenzuje vliv teploty bučí udržováním konstantní teploty roztoku, nebo jejím měřením a korigováním naměřené elektrické vodivosti v^závislosti na teplotě roztoku.