Поэтому при планировании и внедрении новой технологии производства как промышленной (например, полимеров), так и пищевой продукции (например, хлеба, колбас, кондитерских изделий, сахара), на основе использования данных бенчмаркинга, статистических методов управления [5 - 8] необходимо обращать внимание на обязательный контроль молярной массы входящих ВМС наиболее оптимальным методом – через определение вязкости приготовленного из этого ВМС раствора.
Вязкость приготовленного из ВМС раствора зависит от концентрации раствора, количественно эту связь определил Штаудингер:
уд = K. M . C, где
К – константа для каждого полимергомологического ряда ВМС (справочная величина);
C – концентрация раствора, выраженная в основных молях;
уд – удельная вязкость раствора (уд =( – о) / о);
, о – динамическая вязкость раствора и растворителя.
Для анализа уравнения разделим обе части равенства на C:
уд / C = прив = K. M,
где величину уд /C называют приведенной вязкостью.
Из данного уравнения следует, что величина приведенной вязкости для данного раствора не должна зависеть от его концентрации (линия 1 на рисунке 1) (так как К=const, M=const, следовательно, K. M=const,). Однако исследования показали, что прив линейно зависит от концентрации раствора (линия 2) и степень отклонения линий 1 и 2 дает ценную информацию о структурных особенностях исследуемых систем и межмолекулярных взаимодействиях.
Но из рисунка видно, что кривые 1 и 2 пересекаются в одной точке при C=0, отсекая от оси ординат отрезок, равный величине характеристической вязкости []. Отсюда следует, что уравнение Штаудингера можно использовать только при концентрации, стремящейся к нулю:
[] = lim C 0 (прив ) = K. M.
Данное уравнение и применяется для расчета молярной массы ВМС.
Рисунок 1 – К анализу уравнения Штаудингера
Поэтому для контроля величины молярной массы вначале экспериментально определяют динамическую вязкость растворителя и приготовленного из данного ВМС раствора нескольких концентраций (путем разбавления исходного раствора), а затем проводят расчеты удельной и приведенной вязкости. Из построенного графика (рисунок 1) находят характеристическую вязкость с последующим расчетом молярной массы ВМС.
Средствами измерения может быть различные типы вискозиметров: капиллярные, вибрационные, ультразвуковые, ротационные, пузырьковые, вискозиметры с падающим шариком. Нами для контроля вязкости растворов пищевого желатина использовались капиллярные вискозиметры, основанные на измерении времени истечения растворителя и растворов строго определенного объема.
Методика приготовления растворов, определения вязкости и молярной массы использовались с учетом рекомендаций, описанных в работе [9].
Для автоматизации расчетных работ нами составлена программа в среде Mathcad, позволяющая компьютеризировать все расчеты (рисунки 2 – 5). На рисунке 2 показан фрагмент ввода экспериментальных данных, на рисунке 3 – расчет концентрации в основных молях и всех видов вязкости, на рисунках 4 и 5 – графики изменения приведенной вязкости по экспериментальным данным и по данным математической обработки методом наименьших квадратов, а также значение характеристической вязкости и молярной массы используемого пищевого желатина.
Рисунок 2 – Экспериментальные и справочные данные для расчета
Рисунок 3 – Рассчитанные значения вязкости растворов
Рисунок 4 – Влияние концентрации ВМС на вязкость растворов
Рисунок 5 – Расчет характеристической вязкости и молярной массы пищевого желатина
Рисунок 6 – Схема выбора методов контроля молярной массы ВМС
Таким образом, составленная нами расчетная программа в среде Mathcad позволяет автоматизировать контроль величины молярной массы ВМС, а также всех видов вязкости, используемых в технологических процессах.
Список литературы
1. Савостин А.В., Шурай П.Е., Литош А.Н. Предцефекация в условиях повышенного содержания коллоидов в диффузионных соках. – Сахар, 2008. - № 2. - С. 36-40.
2. Савостин А.В., Шурай П.Е. Механохимическая активация в технологии сахарного производства. - Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 2009. - № 1. - С. 59-61.
3. Савостин А.В., Шурай П.Е., Пильников А.Ф. Повышение эффективности преддефекации возвратом активированного осадка сока II cатурации. - Известия высших учебных заведений. Пищевая технология, 2008. - № 4. - С. 54-57.
4. Кузменчук В.С., Шурай П.Е., Шурай С.П. Описание бизнес-процесса на примере производства хлеба. - Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.1, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С.384 – 388.
5. Бойко Е.А., Шурай П.Е., Шурай С.П. Использование бенчмаркинга фирмами на примере финансового учреждения – банка. – Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.1, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С. 121 – 124.
6. Мартаков Д.А., Шурай П.Е., Шурай С.П. Внедрение реинжиниринга на предприятии. – Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С. 37 – 40.
7. Левин С.С., Шурай П.Е., Шурай С.П. Статистические методы управления процессами. – Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С. 14 – 18.
8. Прокопенко В.Д., Шурай П.Е., Шурай С.П. Использование карт Шухарта для анализа качества продукции. – Качество продукции: контроль, управление, повышение, планирование: сборник научных трудов Международной молодежной научно-практической конференции (17-18 ноября 2016 года; в 2-х томах, Т.2, Юго-Зап. Гос. Ун-т, Курск: Из-во ЗАО «Университетская книга», 2016. – С. 182 – 186.
9. Шурай П.Е. Физколлоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы. Применение Mathcad при выполнении лабораторных работ: Учеб. пособие / Кубан. гос. технол. ун–т.– Краснодар: Изд. КубГТУ, 2003. – 147 с.