Применение датчика Mustang B для бесконтактного мониторинга процесса кристаллизации вещества.

Цель работы состояла в поиске, хотя бы каких-то качественных закономерностей процессов кристаллизации веществ на диаграмме трафика мониторинга среды. Интерес в различных промышленных технологиях представляют непосредственно моменты начала и конца процесса кристаллизации, который может быть многоступенчатым. Непосредственные измерения подобных процессов весьма затруднительны. Из этого следует, что данная работа будет актуальна для областей, связанных с процессами кристаллизации.

Оборудование. Для выявления Factor X в кристаллизационных процессах, была использована установка представленная на рис.1 В качестве вещества для кристаллизации использовалась пищевая соль в растворе, а при декристаллизации - лед. Вещество находилось в полиэтиленовой круглой кювете диаметром около 50 мм. Вес вещества составлял от 10г до 25г. Температура окружающей среды - 25 градусов. Сезон времени измерения - Зима. Внешняя температура окружающей среды - мороз 30 градусов.

Рис. 1 Схема установки мониторинга процесса кристаллизации с использованием датчика Mustang B №3

Результаты.

На рис.2 поэтапно представлен процесс кристаллизации раствора соли в кювете: 1 - начальная стадия, 2 - стадия явного зарождения кристаллов, 3 - появление большого количества кристаллов разного размера., 4 - финальная стадия, процесс кристаллизации завершен. Эти стадии представлены в виде трафика мониторинга на рис.3 - 7. Длительность одного трафика 4 часа. Последняя четвертая стадия не представлена, поскольку мониторинг велся длительное время и отсутствовал критерий окончания процессак кристаллизации. В целом необходимые результаты были получены и они отмечены на трафике. Основной выявленной особенностью трафика процесса кристаллизации, являются небольшые осциллирующие изменения в пределах 20 минут, одно из которых представлено в качестве примера на рис.7 цифрой 1. Подобное характерное изменение ранее так часто не встречалось при мониторинге окружающей среды. На трафике хорошо видно, что для данного процесса кристаллизации оно является периодическим с постепенно уменьшающейся амплитудой по мере нарастания объема кристаллической массы.

Рис.2. Процесс кристаллизации раствора соли.

Рис.3. Установка кюветы и начало мониторинга процесса кристаллизации раствора соли, соответствующего стадии 1.

Рис.4. Начало появления видимых изменений в растворе (его уменьшение вследствии испарения) и кристаллов соли.

Рис.5. Появление видимых кристаллов соли - вторая стадия.

Рис.6. Появление видимых кристаллов соли - вторая стадия

Рис.7. Появление большого количества видимых кристаллов соли - третья стадия

Появление подобных особенностей может быть объяснено эффектами, связанными с фазовым превращением вещества из одного состояния в другое. Если, например, посмотреть на известные характерные кинетические характеристики процессов кристаллизации различных веществ, то они имеют в своей части линейный участок, который соответствует процессу кристаллизации, представленный на рис.8 Представляет определенный интерес и мониторинг обратного процесса - декристаллизация вещества. Его можно осуществить при реализации процесса таяния льда. Осложнять мониторинг будет холодный воздух, который будет обтекать датчик и может быть необеспечиваемые одинаковостью условия заморозки воды из под крана во внешней среде при - 30 градусах. Датчик имеет свой внутренний термостат и скорее всего незначительное понижение температуры корпуса не должно сильно влиять на его показания, тем более, что он находится на расстоянии 50 мм от льда в кювете высотой не более 10 мм и небольшого объема.

Рис. 8 Известные особенности процессов кристаллизации для разных типов веществ.

Рис.9 Превращение льда в воду - 1 измерение

Рис.10 Превращение льда в воду - 2 измерение

Рис.11 Превращение льда в воду - 3 измерение.

Рис.12 Превращение льда в воду - 4 измерение.

Рис.13 Превращение льда в воду - 5 измерение.

Рис.14 Заход Солнца.13 декабря 2012г и температура внешнего воздуха.

Рис.15. Изменение предвечерней температуры и начало захода Солнца 14 декабря 2012г.

На рис.9 - 13 представлен мониторинг процесса таяния льда небольшого объема для нескольких измерений. Видно, что несмотря на фоновые влияия колебаний трафика, имеются аналогичные особенности, как и у процесса кристаллизации. Здесь процесс таяния льда достаточно быстрый в несколько раз быстрее, чем кристаллизация растовра методом выпаривания, укладывается во время равное часу. Поэтому оказалось возможным провести больше измерений в короткие сроки. Оказалось возможным обнаружить подобные процессы и при мониторинге состояния внешней среды рис.14 -рис.15. Разделение природных аналогичных процессов от процессов кристаллизации локальных веществ у датчика осуществлялось многократным проведением экспериментов.

Таким образом, можно предположить, что датчик Mustang B может выявлять на расстоянии медленные процессы кристаллизации вещества, на основе определения принадлежности найденных особенностей его трафика.

(первая публикация от 23 декабря 2012 г. - г.Томск)

Ссылка на материалаы сайта обязатедьна (с) Nick Khatkov - 2012г.