过饱和度的测量
出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《甜菜制糖工业手册下册》第220页（2758字）
煮糖过程最主要的控制参数是过饱和度，过饱和度可以通过测量沸点升高值、电导率、粘稠度、折光锤度等方法间接地确定。
(一)沸点升高法
沸点升高的定义是：在已知绝对压力下糖溶液的沸点和同一绝对压力下水沸点两者间的温度差，可用下式表示：
沸点升高 △T=T溶液－T水
糖溶液的沸点升高是随着蔗糖浓度、工作压力、糖溶液中杂质的种类和含量(即纯度)而变化。因此不同生产期相同浓度的糖溶液其沸点升高值可能是不相同的。用沸点升高值来表示过饱和度，只有在真空度稳定，和纯度变化不大的情况下才是真实的。
沸点升高值的测量通常是采用两支电阻温度计，一支插在结晶罐的中心降液管中，测量物料温度，另一支插在小型煮水罐中(小罐和结晶罐空间相连)，测量和结晶罐相同绝对压力下的沸腾水温度(见图9－26)。然后将此两支温度计接到温差变送器，即可测得沸点升高值。结晶罐循环不好。测量滞后是很大的，因此有些工厂测量离开糖膏时过热蒸汽的温度。
图9－26 煮水罐示意图
测得了沸点升高值还不能直接反映过饱和度，还要知道过饱和度和溶液沸点之间的关系。以水的沸点为纵座标，以糖液的沸点为横座标，所得到的线图(图9－27)称为糖液的杜林曲线。这一群直线交于(C、C)点，这些直线的斜率以Q表示，随糖液的过饱和度和纯度而变，在纯度一定时，上述关系可用下面的数学式表示：
图9－27 糖液的杜林图线
式中 Ts——糖液在某绝对压力下的沸点
Tw——水在相同绝对压力下的沸点
C——常数随纯度值不同有所改变
利用上面的关系，设计相应的电路，由两支温度计测得Tw，Ts，经电路运算就可以直接反映过饱和度值。
(二)粘稠度(或称流动度)的测量
溶液的粘度(η)可以由下式来表示：
式中 a、b——常数
N——克分子浓度
T——绝对温度
上式的关系以图线表示如图9－28。图中虚线表示等过饱和度线，可以看到在不同温度下，相同的过饱和度时，粘度变化不大，特别是在蔗糖过程的温度变化范围内，温度的影响可以忽视不计，因此在煮糖过程中可认为粘度能相当准确地表示过饱和度值。
图9－28 糖液的粘度与浓度和温度的关系
在煮糖过程中只有起晶以前测得的粘度数值才是真正表示粘度值，起晶以后由于有晶体存在，测量值要经过修正才能表示溶液的粘度值。一般晶体含量在20%以下影响较小，晶体含量增到20%以上对测量值的影响就显着增大。因此对含有晶体测得的数值称为稠度，或统称为流动度的测量。
粘稠度的测量方法很多，最早在机械循环的结晶罐上利用电动机的动力负荷作为流动度的检测和控制。对于没有强制循环的结晶罐则采用小型同步电机带螺旋桨叶或圆柱形旋转体作恒速旋转，以电机的动力负荷作为输出讯号表示流动度的变化。也可以采用变速电机，利用电机的软特性，当流动度变化时可引起转速的改变，并以转速作为测量讯号。77年阿城糖厂试验以直流变速电机为动力，其结构如图9－29所示。
图9－29 粘稠度计结构示意图
1－结晶罐 2－测量盘 3－频率转换器 4－测速盘 6－交流稳压电源
(三)电导法
糖溶液的电导率决定于溶液内的离子迁移率，溶液内离子迁移率是和溶液的粘度有关，所以溶液的电导率和粘度之间有一定的关系，并可用下式表示：
式中 n小于1．0。
上面提到糖液的粘度和过饱和度之间有一定的关系，因此可以用测量电导率的方法来反映糖液的过饱和度。在某一温度下，糖液浓度增加，过饱和度升高，粘度增大，电导率是下降的，电导率和过饱和度的关系如图9－30。
图9－30 电导率和过饱和度的关系
糖液的电导率决定于非糖中灰分的性质和含量；用电导法来测量过饱和度只有在灰分的质和量不变的情况下才是有意义的。但由于加工原料的变化等原因，相同的过饱和度时，电导值不一定完全相同，用于控制煮糖，需要经常确定电导率和过饱和度之间的对应关系，或经常根据有经验操作工，对指示值进行整定。
电导率的测量方法比较简便，测量电极在工厂可以自制，仪表可采用国产工业电导仪。
(四)折光率法
糖溶液的折光率随浓度的增高而增大，可以用测量折光率的方法来测定糖液的浓度。工业折光计是将折光计安装在结晶罐上，可以直接指示母液的浓度(锤度值)，当煮糖的真空度不变时，浓度和过饱和度有相应的关系，指示值可用来指导和控制煮糖操作。工业折光仪有光影式和光电式两种。
以上几种过饱和度的测量方法，各有优缺点。沸点升高法和折光法由于滞后较大和灵敏度稍低，一般只在起晶前阶段使用，此外对真空度的稳定要求严格。电导法和粘稠度法对真空度的要求较差。各法中以电导法灵敏度最高，过饱和度从1．1变到1．3，电导率的降低接近1．1时的50%，但非糖分成分变化对测量影响较大。目前粘稠度法的使用日益广泛，但投资较高。