автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Уточнение параметров кристаллизации ... последнего продукта

ШШ1ЕТЕРСТВС НАУКИ ШСШЙ И КОШ И ШШВДКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИИ.

московский тшадогг-жский ИНСТИТУТ Ш?Д23СЯ ПРОШШЕНКОСТЧ.

>

Ha npassu щ»-'$пясн»

ХАЭДУД ЗА.РИЦ

УТОЧНЕНИЕ ПЛРАЧСТРОВ КРИСШКЗАЦЙИ т?М НОСЩИЕГО ПРОДУКТА .

Специальность Ob.IB.Ob - твхкэЛоги'я сахара п rtlwapj'S'm

мявств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации »а соисклнио учаной отаплнк кюадмпата технических наук

Москт 1992

Работа выполнена не кафедро. -технологии сахаристых, веществ Воронежского токологического института. ч

■ л

НАУЧНЫЙ РУКОЮдаЕДЬ) ' кандидат, технических наук,

.доцент А.И.Громковский

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ! доктор технических наук, ',. .

профессор й.й.Вугаенко кандидат технических наук В.Й.Фурсов ' ;

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Боринский сахарный аабод..

ПО Лип0дксахараг> лфом ,

Защита состоится " " ^¿-¿м.Я 1992 г. н& заседании

специализированного Совета Д.063.Й1.02 в Московском ордена Трудо-Еогсг Красного Знамени технологическом институте пищевой промшлен-ности по адресу: 12(3080, г.Москва, А-80, Волоколамское шоссе, II.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке кНИПП.

Лртореферат разослан " /У " апреля 1992,г. ;

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

профессор --^м.С .Жигалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ос«. г'гц//, |

Актуальность работы. Процесс кристаллизации является ключе-ым в технологии сахарного производства, так как здесь формируется цход и качество готовой продукции. От эффективности осуществления анного процесса во многом зависят технико-экономические показа-зли производства о целом.

Фактором, ограничивающим решение проблемы оптимизации процес-1 кристаллизации сахарозы и получения максимального выхода гото-эй продукции, является отсутствие надежных данных о растворимости, 13кости многокомпонентных сахарных растворов и критических значе-шх коэффициента пересыщения при кристаллизации утфеля последнего юдукта.

При расчете и ведении процесса кристаллизации работники произ-|дства до сих пор не имеют возможности определять, контролировать регулировать пересыщение сахарных растворов - движущей силы пресса кристаллизации. Причиной этого является отсутствие обобщен-х теоретических зависимостей для расчета насыщенных и пересьпден-х многокомпонентных сахарных растворов и трудоемкость экспери-нтального определения параметров фазового равновесия.

Неполное решение указанных вьие проблем не позволяет внедрить учно обоснованные расчеты режимов процесса кристаллизации, зат-дняет применение современных методов автоматизации с использова-ем микропроцессорного управления, приводит к нарушению техноло-ческого процесса кристаллизации, следствием которого является ижение выхода сахара и повышше расхода пара и топлива.

Цель и задачи работы. Основной целью данной работы является иск путей получения надежных данных по растворимости сахарозы и зкости многокомпонентных производственных сахарных растворов, горые позволили бы находить истинный коэффициент пересыщения,

рассчитать параметры нормальной мелассы, а также осуществлять расчет решма кристаллизации, проводить контроль и регулирование процесса.

Для достижения поставленных целей были определены следующие задачи исследования:

- провести экспериментальное и аналитическое исследование параметров насыщения многокомпонентных сахарных растворов с целью поиска широкого обобщения зависимости этих параметров от действующих факторов, включая температуру и химический состав;

- разработать методику экспериментального определения параметров насыщения производственных сахарных растворов, которая позволит оперативно контролировать движущую силу процесса кристаллизации;

- пронести экспериментальное и аналитическое исследование с целью получения обобщенного выражения вязкости производственны^ сахарных растворов и разработать методику расчета вязкости - . насыщенных и пересыщенных сахаршх растворов, которые позволили бы применить современную вычислительную технику для нормирования параметров мелассы;

- провести экспериментальное исследование границы метаста-бильной области пересыщения применительно к процессу кристаллизации охлаждением с целью совершенствования методики расчета режима кристаллизации утфеля последнего продукта.

Научная новизна работы состоит в развитии современных представлений о влиянии воды, комплекса несахаров и температуры на растворимость сахарозы и мелассообразование на основе новых выражений растворимости, которые позволили найти более широкие обобщенные эпвис'ст'ссти растворимости и вязкости многокомпонентных сахарин;: растгоров.-

Учитывал суммарное участие поды и комплекса несахаров в сольватации молекул сахарозы, предложено выражать коэффициент растворимости в виде соотношения количества сахарозы к суммарно: 1у содержанию воды и несахаров или в виде отношения суммарного количества сахарозы и несахароп к количеству воды, которые с большей достоверностью характеризуют физико-химическое состояше многокомпонентного раствора.

Показано, что с учетом предложенных выражений многокомпонентный раствор можно рассматривать, с достаточной степенью приближения, как двухкомпонентный, в котором растворенным компонентом является сахароза, а растворителем - комплекс "вода + несахар"; или растворенным компонентом является комплекс "сахароза + несахар", а растворителем - вода. Такое положение можно распространять на мелассу, полученную при переработке' свеклы хорошего качества. Для келзсс, полученных из свеклы низкого качества, при расчете растворимости должно учитываться влияние еще двух компонентов: щелочной золы и солей кальция.

Предложенные выражения растворимости позволили получить обобщенные аналитические зависимости для коэффициента насыщения.

Исследование зависимости коэффициента насыщения от соотношения несахар/вода с учетом новых выражений растворимости опровергает существующее в настоящее время мнение о высаливающем влиянии несахаров только при их ?лалой концентрации: показано, что высаливающее действие несахаров наблюдается при любо'й их концентрации.

Предложен новый способ проверки и научного обоснования независимости коэффициента насыщения от температуры при постоянном соотношении несахар/вода на основе аддитивного влияния температуры на рчстворимость спхогозк п двух- и тлюгокомпоиек'лгам растворит.

Проведено исследование мчтастабильноЯ области пересыщения мно-го.чс:тюнечтч"х сяхчрршс рзстгорор и полутоны .ррнчнй о критических

значениях коэффициента пересыщения в диапазонах температур и чистот, имеющих место в производственных условиях.

I

Практическая значимость. На основе проведенных исследований для практического использования могут быть рекомендованы следующие предложения:

1. Способ косвенного определения коэффициента насыщения с по-, мощью исследования зависимости вязкости от .температуры, позволяющий

снизить длительность эксперимента от 3-4 суток до 2-3 часов. По данному способу получено положительное решение ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетельства на изобретение I.'" 4944275 от 3.01.1992 г.

2. Способ определения нормальной чистоты мелассы на основе применения обобщенной аналитической зависимости коэффициента насыщения от отношения несахар/вода с учетом содержания щелочной золы и солей кальция. По данному способу получе, о положительное решение ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетельства на изобретение }" 4650922 от 29.10.1991 г.

3. Критические значения коэффициента пересыщения для разных точек батареи кристаллизаторов, позволяющие разработать оптимальный режим кристаллизации утфеля последнего продукта.

4. Методика обобщения данных по вязкости производственных сахарных растворов, позволяющая получить расчетное уравнение на основе единичных; (одно или два) экспериментальных измерений вязкости.

Предложенные способы и методик;! получения исходных данных использованы при разработке режима кристаллизации утфеля последнего продукта охлаждением. На основе математической модели пропедемо сравнение режимов кристаллизации с псстсяниидп и переменными (кри-

ткчссккпо коомт'ициеитп!-;! п..;!>;с1-цши~ v {¡0° плотен сптонод!1!!!-'. г^гт-.

попелещ* !»:. кпучкг;: ; енц-ь-х тто|сссоге-?о-прппгддьатсльсксг-сгстарп Всрс-нсткого ехи^сгачаскогс ипстигуг;- г Т.089-1УЛ гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей, получено 2 положительных решения ВНИИГПЭ о выдаче авторских свидетельств .на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы, включающего названий, приложения. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит рисунков и 27 таблиц.'

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертационной работы, сформулирована цель, изложены основные научные и практические результаты исследований.

В первой главе дан общий обзор.существующих литературных данных по вопросам растворимости сахарозы, вязкости производственных сахарных растворов, методике нормирования параметров мелассы и определению движущей силы процесса кристаллизации. На основании проведенного аналитического обзора, а также реального положения в промышленности показана актуальность и необходимость дальнейшего изучения вопросов мелассообразования и сформулированы основные направления исследований.

Во второй главе на основании детального анализа литературных данных по растворимости сахарозы в двух- и многокомпонентном растворах и физико-химического анализа их структуры показано, что существующее выражение коэффициента растворимости многокомпонентных сахарных растворов и коэффициента насыщения не отражают действительных физико-химических взаимодействий мевду компонентами

В многокомпонентном растворе "растворителем" сахарозы наряду с

водой является и часть несахара, а к растворенным веществам наряду

с сахарозой следует относить такте и несахар, который отбирает воду на гидратацию молекул.

В этом случае более правомерно было бы разделить несахара на растворители и растворенные вещества и учитывать это в выражениях коэффициентов растворимости и насыщения.

Для решения поставленной задачи на первом этапе проверены два крайних предположения:

1. Когда все несахара отнесены к растворителю;

2. Когда все несахара отнесены к растворенному веществу.

Для проверки первого предположения принято выражение коэффициента растворимости в виде отношения количества сахарозы к суммарному количеству воды и несахара:

и — ¿Л// - СХи

и соответственно коэффициента насыщения Р> в виде

Н,

где - содержание оахара в насыщенном растворе, %\ 8 , - содержание воды и несахара в насыщенном растворе, - растворимость сахарозы в воде, кг сахарозы/кг воды.

■ Для проверки второго предположения предложено выражение коэффициента растворимости в виде отношения суммарного содержания сахарозы и несахара к содержанию воды:

и _ £х„ - .Сх„ . £8»-£х„

м-свн ~ т-£вм тгсвн К

И соответственно коэффициента насыщения (Г в виде

/

^ сХн!т-т, (сВн-схМт-ш

ПонсГ

(4),

где СВц - содержание сухих веществ в насыщенном растворе, -

растворимость комплекса несахаров в воде в отсутствии сахарозы, кг несвхара/кг веду.

Для решения вопроса о практическом применении зависимостей (2), и \4) сделана проверка независимости коэффициентов насыщенияу9 и (5

от температуры при постоянном соотношении несахар/вода. Для этого построены зависимости для водно-сахарного раствора и

- для многокомпонентного раствора. Ока- . залось, что кривые растворимости водно-сахар-гого и многокомпонентного растворов идут параллельно, что означает, аддитивное влияние температуры на растворимость сахарозы в двух- и многокомпонентном растворах и указывает на отсутствие температурной зависимости.

Проведена обработка литературных данных П.М.Силина, Ю.М.Квирб-лянского, Е.Грута и Т.П.Хвалковского (более 130 опытов) по растворимости сахарозы в мелассах в виде зависимостей коэффициентов насыщения В и (/ от соотношения несахар/вода^—^(/У)(рис. I) и $(/У} (рис. 2) по аналогии а предложением О.Виклунда.

Сопоставление полученных зависимостейß-^f/WJw анало-

гичной функцией О.Виклунда^^^свидетельствует в пользу двух первых. Предложенные выражения коэффициентов насыщения позволяют

сгруппировать экспериментальные данные, полученные для меласс разных зсн свеклосеяния и меласс разных сезонов производства вокруг единой обобщенной зависимости, отклонения от котороЛ наблюдаются только для неласс, содержащих повышенное количество щелочной золы и солей калъ-

ция* • И/

Рост щелочной золы при постоянном /V ведет к повышения коэффициента насыщения и на этом основании ее можно отнести it растворителю.

Свойство щелочной золы как растворителя обосновано в работах Шнайдера и позднее Шлипгакэ, Л.Р.Сапронова и В.С.Штермина. . _ Рост содержания солей кальция при постоянном /V, наоборот, ведет к снижение коетфщиента насыщения, что свидетельствует о проявлении свойства растворенного вещества.

Ото подтверждается анализом специфических 1/елассообри;,*щих коэффициентов отдельных химических соединений, полученных Ii.П.Силиной.

Р

0.5

0,6

ОА

\

V °ч

•ч «V < •ч ■ о о_____ —о — 0-( » гГд —о — —о

бо е "■—с О 1 — 0 «. о__ 'о-*--Е. — О--

0.5

10

/.У

2,0

¿г Л/

Рис. I. Зависимость предлагаемого коэффициента насыщения от отношения несахар/вода

6 ю

3.0 2.0 {Л

л. «я»,

..... У

IО

2.0

/У

Рис. 2. Зависимость предлагаемого коэффициента насыщения от отношения несахар/вода

о- литературные данные;

данные автора.

Учитывая, что выражение (Г больше отвечает физико-химическому состоянию многокомпонентных растворов, в дальнейшем обработка экспериментальных данных проведена в виде функции (Г

Обработаны результаты более 130 опытов по насыщению меласс методом парной корреляции и получено следующее уравнение:

^o^H^im-Aft^M -/У2 (5)

Оценка погрешности показала, что все взятые результаты аппроксимируются уравнением (5) с максимальной погрешностью £ 8 %, а для меласс, полученных из свеклы хорошего качества, погрешность не превьшяет - 3 %,

Для меласс с повышенным содержанием щелочной золы (X > 30 %):

(б),

где 0р - коэффициент насыщения, рассчитанный по уравнению (5); X - содержание щелочной золы в мелассе, % к массе несахара.

Для меласс с повшенным содержанием солей кальция ( //> 3,21 %): .

(7),

где Ц. - содержание солей кальция в мелассе, % к массе несахара.

Для проверки адекватности уравнения (5) были проведены опыты по насыщению меласс Рамонского, Садовского и Ольховатского сахарных заводов, получешгах при переработке свеклы хорошего качества^ Результаты исследования подтвердили надежность предлагаемого уравнения.

Более широкое обобщение экспериментальных данных по насыщении меласс различного хтшеского состава удалось получить при рассмотрении щелочной золы наряду с водой в качестве растворителя сахарозы,

а комплекса несахаров-в качестве растворенного в воде вещества. При этом коэффициент растворимости можно записать в виде:

// ^ +

(6),

где В - содержание щелочной золы в мелассе, %\ а коэффициент насыщения ($ ):

л^/[(т-т^-] (сзм/щ-т ,ол и и

Чц "Мех

Обработка собственных и-литературных данных для меласс разных 10В, разных зон свеклосеяния и периодов производства (рис. 3) с помощью функции позволила получить обобщенную пав и-

В'^&н^е'Л/ - (ю).

сиыость:

Данные,представленные на рис. 3, свидетельствуют о хорошем обобщении данных по растворимости для меласс с разным химическим составом несахаров.

Среднее отклонение рассчитанных значений по формуле (10) от экспериментальных составляет 1,7 5?.

Для повышения точности контроля и регулирования движущей силы процесса кристаллизации предложен новый способ экспериментального определения коэффициента насьде^щя косвенным методом

с помощью исследования вязкости раствора.

А'

Способ основан на определении температуры, соответствуйте;"; насьадешЮп-.у состояний растьора по нарушению линейной завыг«;:.;.-с-ш логарифма вязкости от температуры (рис. 4).

в' 35

т

&

20

(5 10 2.5 //

Рис. 3. Зависимость предлагаемого коэффициента насыщения - от отношения несахар/вода для меласс разных заЕздов: 9- Товарковский. А - Ново-Покровский, И - Талды-Курганский, э, а и я Рамонский (разные периоды производства), о - ПиевсниЙ, к - Червонский, а - Меркинский, в - Сотницкий, о - I-Кубанский,. л , + - французские заЕоды-Тернинк и АМ, ¡1 , о - завод сахара-сырца и завод сахара-рафинада (Германия) (данные П.М.Силина); •V , о - Раыонский (начало и конец производственного сезона), . о - меласса сирийских заводов (данные автора)„

/

■ у а у4° л /

Ф; Ш 1 Узо УЧ5& э

/ (¿О

Ríe. 4; Определение криной гастиоГммостИ с '1°M°,4b'n температурной ошисимосги логаршН'11 шткю.ги дли сирнПокоР мелассы чистотой Ч = 60 %

Исследования показали," что зависимость ¿Л-^является прямолинейной. Однако, при переходе из ненасыщенного состояния в пересыщенное прямолинейность нарушается и получается излом линии в точке, соответствующей насыщенному состоянию раствора. По положении данного излома и предложено находить температуру насыщения , а коэффициент насыщения рассчитывается по формуле:

(п)

где С/ , ¿3 - содержание сахара и сухих веществ в исследуемой пробе, %; Уе^ - растворимость сахарозы в воде при температуре, соответствующей насыщенному состоянию раствора, кг сахарозы/ кг воды.

Для проверки точности предложенного способа проведено сравнительное исследование по определению коэффициентов насыщения 4-х эастворов разной чистоты. Контрольное определение коэффициента на-:ыщенкя проводилось по методу П.М.Силина путем длительного переме-швания раствора с кристаллами сахарозы в течение 3-4 суток.

Таблица I

Сравнение способа определения коэффициента насыщения (положи-■ольное решение 4944275) классическим методом П.М.Силина

/V

X'

!По предлагаемому ! По способу

| способу | П.М.Силина

1,537 I,0780 1,0910

1,7277 1,1307 1,1300

1,9669 1,1728 1,1632

2,1478 I,2628 1,2510

!

Отклонения, ¡1

1,19 0,06 0,82 0,91

Сравнение результатов, подученных по предлагаемой и иаиестнсй :то,пикам (т-абл. I), показало, что разработанный споссб дает неболг>-

шую погрешность и имеет преимущество, так как оно позволяет сократить длительность (с 3-4 суток до 2-3 часов) и трудоемкость эксперимента и позволяет получить достоверные данные для определения движущей силы и процесса кристаллизации.

Способ осуществляется следующим образом. Пробу заводской мелассы обеспенйвают на песчаной или водяной бете, выпаривают до содержания сухих веществ 79 - 85 % и исследуют вязкость раствора при различных температурах. Затем строят график зависимости логарифма вязкости от температуры, выраженной в виде функции . В точке, соответствующей состоянию насыщения раствора, наблюдается излом зависимости ¿Л^Цу^ , по которому находят температуру насыщенного состояния раствора.

Задача нахождения температуры насыщения решается математически. Для этого результаты исследования зависимости вязкости раствора в ненасыщенной и пересыщенной областях от температуры обрабатывают методом математической статистики и получает две зависимости:

- для ненасыщенной области

■ (12) ,

- для пересыщенной области

Приравнивая правые части уравнений (12 ) и ( 13 ) получим:

Откуда Т~ ^

аг -а±

Тогда

¿ = -273,1* (14),

и.^ — ¿¿у

где , - коэффициенты равные отрезкам, отсекаемым продолже нием линии зависимости соответственно для ненасы-

щенной и пересыщенной областей на оси ординат; ^ , ^ - тангенсы углов наклона зависимостей к оси абсцисс.

В третьей главе разработана методика обобщений данных по вяз- . кости производственных сахарных растворов.

Обобщение проводится путем определения коэффициентов уравнения вязкости.

В основу метода положено известное уравнение Я.И.Френкеля представленное в логарифмической форме

£-/г

№ Р"

(15 ),

г,Ъ(?з -Я-г

где уУ - динамическая вязкость; /I - постоянная величина; £ - энергия активации; /?- универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура; ^ - мольная доля сахарозы.

Предложены и испытаны методики получения данного уравнения по результатам одного и двух измерений вязкости.

По разработанной методике с помощью вискозиметра экспериментально находится вязкость исследуемого раствора ^ при определенном содержании сухих веществ СЕ^ и температуре ¿у и рассчитывается Затем, по уравнениям, предложенным Л.Л.Сапроновой' . рассчитываются логарифмы вязкости водно-сахарного раствора с тем ■ же содержанием сухих веществ и находится соответствующая поправка Л в виде разности логарифмов вязкостей водно-сахарного и производственного растворов Л - ' той же тем~ пературе рассчитывается логарифм вязкости водно-сахарного раствора ¿Цдля содержания сухих веществ СВ^ У СВ^- и находится • разность Л£ =

Задается любая те!>шература (желательно, чтобы и отличались не менее чем на 10 °С) и рассчитываются по тем же уравнениям логарифма вязкостей водно-сахарных растворов при СВ| -

и при СВ£ - и находится] раз ноет Ь

Обозначим логарифм вязкости производственного ¡раствора с СВ^ 'при ¿2 через I а разность логарифмов :вязкостей ¡водно-са-

харного и производственного растворов при температуре обозначим через X I т.е.

Из анализа математических зависимостей вязкости¡водно-сахар-ных и производственных растворов (рис.5) можно;записать соотношение: .

м. - нли ШкМ< = 116).

Соотношение (16 ) позволяет найти логарифм вязкости производственного сахарного раствора с СВ^ и ¿2 и приступить к .расчету коэффициентов уравнения (15 ) исходя из предположения о том, что изотермы вязкости водно-сахарных и производственных растворов пересекаются в одной точке (для пересыщенных растворов точка пересечения имеет координаты О, ^^= ~ Имея, таким образом Три точки, по методике разработанной Л.А.Сапроновой, находятся ' коэффициенты уравнения вязкости. В конечном итоге получим:

в-<»>;

где /4" > ^г ~ координаты точки пересечения изотерм вязкости;

к.В

- коэффициенты.

При нахождении коэффициентов уравнения вязкости с помощью одной экспериментальной точки среднее относительное отклонение расчетных значений от экспериментальных составляет 5,56 %.

Для повышения точности определения вязкости предложена методика расчета коэффициентов уравнения вязкости по двум экспериментальным точкам, которая отличаемся от »¿«чч.дики определения кекцфи-цйццтся- уравнения лг.згегтк с пспслць:-} ог.ной о:сспсри:.'.е<1таг.ыюй точки, том, что координаты точки П8р&с&де;см: ипо^ор:- шзкости произведет-

венных сахарных растворов (^, находятся путем математической обработки экспериментальных и найденных с помощью поправок, • значений вязкости.

При определении коэффициентов уравнения вязкости с помощью двух экспериментальных точек среднее относительное отклонение снизилось примерно в 2 раза. Методика определения коэффициентов» уравнения вязкости реализована в виде программы для ПЭВМ, что намного упрощает и ускоряет расчеты.

г . П - Графическая иллюстрация к опрзделпюп коэффициентов уравнения вязкости

При нормировании процессов в продуктовой отделении важное Значение, имеют данные о вязкости насыщенных и пересыщенных сахарных растворов. Экспериментальное определение вязкости этих растворов затруднено. Поэтому была разработана и реализована в виде . программы для ПЭВМ методика расчета вязкости насыщенных и пересыщенных сахарных растворов.

Разработанные способы определения параметров насыщения, метог дики обобщений данных по вязкости и методика расчета вязкости насыщенных и пересыщанных сахарных растворов использовались для усо-верпенствования методики нормирования параметров мелассы при центрифугировании, т.е. для определения допустимых параметров мелассы: допустимого содержания сухих веществ (СВпгт ), допустимого отноше-

ди11 « ; -

ния несахар/вода ) и температуры центрифугирования ( Гц ).

Зная допустимую вязкость (у^/доп ) для центрифуг, существующих на данном заводе и решив уравнение ( 17 ) относительно СВД0П получим:

У-у^А -¿¿м-х-ь тз ае

Задача решается методом последовательного, приближения. Задается ¿'ц (например 40 °С) и по уравнению ( 16) рассчитывается сВДОп. Затем по разработанной методике расчета вязкости насыщенных и пересыщенных сахарных растворов находится оптимальная температура ( / опт ), соответствующая минимуму вязкости и при этой температуре снова рассчитывается СВд0П> Расчет повторяется до тех пор, пока последнее приближение будет отличаться от предудущей не более чем на 0,5 °С.

На основании найденных значений СВД0П> и / опт_рассчитывают-ся остальные параметры нормальной келассы.

В четвертой главе проведено исследование процесса зародшеоб-разования в сахарных растворах разной чистоты в зависимости от тем-

пературы и коэффициента пересыщения при условиях максимально приближенных к производственным (для процесса кристаллизации утфеля последнего продукта в мелассах-кристаллизаторах). При исследовании моделировались условия перемешивания утфеля,состав и температурные параметры процесса.

Для поддержания постоянного пересыщения в течение опыта утфель готовили из инертных кристаллов, сделанных из пластмассы с плотностью, близкой к плотности сахарозы.

Результаты исследований длительности латентного периода ( ¿-ж ) показаны на рис. 6 , из которого видно, что с понижением чистоты

/■v - *

раствора длительность латентного периода ( 4/г ) увеличивается. С повышением температуры ¿д уменьшается. Латентный период для всех растворов снижается с повышением коэффициента пересидения.

Условием безопасности процесса кристаллизации охлаждением является недопутимссть возникновения "муки" в течение всего процесса. Этим условиям отвечают критические значения коэффициентЬв пересыщения.

Результаты.исследований длительности латентного периода использовались для нахождения критических значений коэффициента пе-_ ресыщения для разных точек батарей кристаллизаторов или различных температур, наблюдаемых по длине батареи.

Длительность латентного периода определялась по формуле:

¿ам

--V —

где С - общая длительность кристаллизации охлаждением на данном заводе, час; , /тог - начальная и текущая температуры кристаллизации, сС; к)*охл - средняя скорость охлаждения, °С/час.

Пользуясь .уравнением (19 ) были найдены значения ¿л при температурах 40, 45, СЬ и 58 °С на основании которых с помощьв графика (рис. 6) били определены критические значения коэффициента

О

/.О скаЦ^м^ ¿2 ¿40 13 ¿4

15 оС

Рис. 6. Зависимость длительности латентного периода от коэффициента пересыщения оС , температуры £ и чистоты Ц-раствора: I - 4 = &4 % и £ = 5Ь °С; 2 - Ч = 62 % и £ = 50 °С;

3 - Ч = 60 % и £ = 50 °С; 4 - Ч = 61 % и I = 45 °С; 5 -

4 = 60 % и 1 = 40 °С

пересыщения (табл. 2).

Таблица 2

Зависимость критического коэффициента пересыщения от Lß в процессе кристаллизации

^тек.' °С ■ ! _j Лр.

40 В,0 1,2^5

45 12,0 1,16

50. 16,0 1,115

58 22,4 1,1

Данрше табл. 2 были обработаны на ЭВМ методом парной корриля-ции и получена зависимость, с помощью которой можно рассчитывать допустимый, на данный мсшнт времени, коэффициент пересыщения:

^ -/^-т/ (20).

Результаты исследований растворимости сахарозы в производственных сахарных растворах, еязкссти сахарных растворов, нормирования параметров мелассы и критических значений коэффициента пересыщения были использованы для совершенствования режима кристаллизации утфе-ля последнего продукта охлаждением.

Для этого бил разработан алгоритм расчета режима -кристаллизации охлаждением,по которому выполнена программа для персональной ЭВМ. Блок-схема программы представлена на рис. 7.

С помощью разработанной магематячееггой модели проводилось изучение влияния степсна пересыщения на изменение скорости крясталли-_ зации и на конечный параметры межкристального раствора, а также проводились р -с--'ст» режима кристаллизации охлаждением при постоянное., допустимом и оптимальном коэффициентах пересыщения.'

Результаты исследований влияния коэффициента пересыщения на конечные параметры межкристального раствора представлены к табл. 3.

Таблица 3

' Влияние коэффициента пересыщения на конечные параметры межкристального раствора

Параметры меж-' кристального раствора

Режим с постоянным 'Режим

-1-1-1-1-1-1-1-1 при

1,05 ! 1,08 | 1,20 ! 1,12! 1,1311,14 !1,16 !1,20?

61,31 59,70 59,24 59,06 59,05 59,07 59,20 59,65 63,24

СВ, % 85,5 84,99 84,85 84,79 84,78 84,79 84,83 84,98 85,89

i , °С 51,56 42,10 37,82 34,67 33,41 32,32 30,53 28,II 29,15

(Ц, Па.с 3,60 8,59 13,81 20,55 24,47 28,73 38,21 60,15 922,11

Из таблицы 3 видно, что реи;им с является нерациональным.

1р1гчина этого - чрезмерное повышение пересыщения в конце кристаллизации (до </д0Пф - 1,37), которое приводит к сильному повышению вяз-сости и торможению скорости кристаллизации.

Из таблицы 3 видно также, что наименьшая чистота достигается 1ри е/г = 1,13.

Таким образом, выбор критических коэффициентов и проведение [роцесса у верхней границы метастабильной области, нельзя признать итимальным, так как такой режим не позволяет получить мелассу с мнимальной чистотой. Режим с постоянным коэффициентом пересыщения

= 1,13) также недостаточно обоснован как оптимальный, так как озможно вначале процесса появление муки. Оптимальным следует счи-ать режим, который позволяет получить максимальную скорость крис--аллизации и недопустимость образования "муки".

В соответствии с этим в программу расчета были введены коррек-'ивы. Был разработан алгоритм и подпрограмма, позволяющие находить :озффициент пересыщения при максимальной скорости кристаллизации

^ макс.

Оптимальный коэффициент пересыщения выбирается путем сравнения

¿та с допустимыми критическими значениями коэффициента пересыщения <^д0П> рассчитанными по уравнении (20 К Если ¿¿/па^е^ел, то в расчет принимается сС= </-лап . Если (¿мац » то »л а к

Введение процесса кристаллизации охлаждением при оптимальных коэффициентах пересыщения позволяет снизить чистоту мелассы, по сравнении с режимом при </> - 1,13, на 0,51 ед., что приводит к уменьшению потерь сахара в мелассе и повышению его выхода.

ВЫВОДЫ

В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы.

1. Предложены новые выражения коэффициента растворимости и коэффициента насыщения, более отвечающие физико-химическому состоянию многокомпонентных сахарных растворов и позволяющие провести более широкое обобщение данных по растворимости в виде зависимостей

2. На основании статической обработки экспериментальных данных по растворимости сахарозы в многокомпонентных растворах предложен способ определения параметров насыщения раствора на основе определения в заводской мелассе содержания сахара, сухих веществ, щелочной . .золы и солей кальция. По данному способу получено положительное решение ВНИИГПЭ о выдаче авторского свидетельства на изобретение.

3. Разработан способ косвенного определения параметров насыщенного многокомпонентного сахарного раствора, основанный на измерении вязкости разбавленных и пересыщенных растворов, позволяющий сократить длительность определения параметров насыщения с 3-4 суток до 2-3 часов. По данному способу получено положительное решение В1ШИППЭ о выдаче авторского свидетельства на изобретение.

4. Разработана кэтодика опргделешш имперических коэффициентов урпЕнеппя вязкости производственных сахарных растворов на основании

ограниченного количества (один-два) экспериментов.

5. На основании совершенствования методик.получения данных

по растворимости и вязкости сахарных растворов предложен оперативный метод нормирования параметров мелассы при центрифугировании.

6. Разработана методика расчета вязкости насыщенных сахарных растворов, позволяющая использовать минимум вязкости для определения конечной температуры охлаждения и температуры центрифугирования .

7.Разработаны предложения по усовершенствованию технологичес-{ого режима кристаллизации утфеля последнего продукта охлаждением, юзволяощне уменьшить чистоту мелассы на 0,51 ед., содержание саха-за в ней на 0,05 % по массе свеклы и соответственно увеличить выход 'отовой продукции.

8. На основании экспериментального исследования зародышеобразо-!знил в пересыщенных растворах получены данные о верхней границе :етастабильной области пересыщения, позволяющие решить вопрос об становлении коэффициентов пересыщения в различных точках батарей ристаллизатороз.

9. На основании данных исследований растворимости и вязкости ахарннх растворов и данных исследования границы потастабильнсн бласти усОЕвртРнстворяи алгоритм расчета режима кристаллизации тфеля последнего продукта охлаждением и разработана математическая одель промесса.

Основное ссдср:.:шг.:з дисс<?р?пции опубликовано в следующих лботах:

I. ! р'^сс"!!1! Л.П., 'Тарнд Хаммуд. Способ опрчюгаг.п ког^'Тп-

грда*.т л'поргс'"^ с;тлг'г'>71-ог 'П г.чо !рг г< ;; .'. - 1; Г:.. Т 3 от 3.01.1г ,

2. Гоомковский А.И., Фарид Хаммуд. Способ определения нор-шальной доброкачественной мелассы. - Положительное решение ВНИИГПЭ о ввдаче авторского свидетельства на изобретение

4850922/13 от 29.10.1991 г.

3. Громковский А.И., Фарид Хаммуд. Вязкость производственных сахарных растворов // Сахарная свекла: производство и переработка. - 1991. - № 6., с. 48-51.

4. Громковский А.И., Фарид Хаммуд. Метод расчета пересыщенных растворов. ЦНТИ, Воронеж, 1991, ЛР 218, 2с.

5. Громковский А.И.-, Фарид Хаммуд. Зависимость минимальной вязкости сахарных растворов от коэффициента пересыщения и доброкачественности; Воронежский:технол. ин-т. - М., 1990. - 10 с. -Деп. в АгроНИИТЭШищепроме 09.11.89 г., Р 2126.

6. Громковский А.И., Оробинский И.П., Фарид Хаммуд. Метод определения общего и специфического мелассообразовательного коэффициента. ЦНТИ,' А" 229, Воронеж, 1991, 3 с.

7. Громсовский А.И., Фарид Хаммуд. Метод определения мелассо-образовательных коэффициентов несахаров. ЦНТИ, № 230, Воронеж, 1991, 3 с.

8. Громковский А.И., Фарид Хаммуд. 0 растворимости сахарозы в многокомпонентных растворах; Воронежский технол. ин-т. - М., 1990. - 17 е., - Деп. в АгроНИИТЭШищепроме 01.03.1990, Г 2220.