Особенности процесса кристаллизации в пересыщенном растворе (на примере сахарного производства)

Процессы конденсации субстанций на затравочном материале в пересыщенном растворе широко распространены в перерабатывающих производствах АПК. Так, данный процесс, трактуемый как явление кристаллизации сахарозы в вакуум-аппарате, является узловым в технологическом потоке получения кристаллического сахара на сахарном заводе. При этом подготовленный в виде тонко измельченного порошка сахарозы исходный затравочный продукт варьируется по форме и размеру, концентрации в объеме вакуум-аппарата и др. Однако теоретическое обоснование явления конденсации твердой фазы на частицах затравочного материала, как центров кристаллизации, с учетом данных факторов разработано недостаточно. В статье с целью обоснования физико-математической модели задачи в качестве окружающего частицу сахарозы объема раствора используется шаровой слой с центром в моделирующим частицу сахарозы шаром. При анализе задачи исходят из результатов ассоциированной с теорией диффузионного переноса вещества проблемы теплопереноса в шаровом слое. Обосновывается алгоритм количественного исследования зависимости концентрации сахарозы от параметров задачи и периода обработки продукта. В качестве средства количественного анализа проблемы использовался численный эксперимент. Данный эксперимент выявил адекватность результатов теоретического анализа физическому смыслу реального процесса. Получены важные в теоретическом и практическом отношении зависимости по оценке массы кристаллизованной сахарозы и времени обессахаривания раствора.

раствор сахарозы, процесс массопереноса, диффузия, период, кристаллизация, пересыщение, межкристальный раствор

1. Еделев Д.А., Тужилкин В.И., Коваленок В.А., Клемешов Д.А., Мойсеяк М.Б., Филинов М.А., Уразбаева К.А. Альтернативная технология кристаллизации сахарозы // Хранение и переработка сельхозсырья. 2016. № 1. С. 5-11.

2. Будак Б.М., Самарский А.А., Тихонов А.Н. Сборник задач по математической физике. М.: ГИТТЛ, 1956. 684 с.

3. Виноградова Ю.В., Гнездилова А.И. Влияние пересыщения, интенсивности перемешивания и температуры на кинетику массовой кристаллизации лактозы // Сборник трудов конференции Вологодской государственной молочно-хозяйственной академии им. Н.В. Верещагина. Вологда: Вологодская ГМХА, 2009. С. 18-24.

4. Гнездилова А.И., Шевчук В.Б. Кинетика массовой кристаллизации лактозы в пересыщенных водных растворах // Сборник трудов конференции Вологодской государственной молочно-хозяйственной академии им. Н.В. Верещагина. Вологда: Вологодская ГМХА, 2005. С. 43-46.

5. Громковский А.И., Последова Ю.И., Бражников Н.Н. Оптимальный режим уваривания утфеля I продукта // Сахар. 2008. № 8. С. 54-56.

6. Валовой Б.Н., Филатов С.Л., Петров С.М., Подгорнова Н.М., Тужилкин В.И. Комплексная оценка основных типов диффузионных установок свеклосахарного производства // Сахар. 2016. № 11. С. 24-31.

7. Лебедева Н.Н. Разработка эффективной технологии уваривания утфеля первой кристаллизации: дисс. на соиск. ученой степ. канд. техн. наук: 05.18.05: утв. 25.12.2013. М., 2013. 199 с.

8. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.

9. Тужилкин В.И., Клемешов Д.А., Доненко Г.А., Лукин Н.Д., Ешимбетова Б.Т. Математическая модель оперативного учета и контроля свеклосахарного производства // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2018. № 2-3(362-363). С. 117-121.

10. Михатова Г.Н., Каганов И.Н. Расчет продуктов сахарного производства. М.: Пищевая промышленность, 1973. 160 с.

11. Тужилкин В.И., Мойсеяк М.Б., Клемешов Д.А., Ковалёнок В.А. Моделирование альтернативной технологии полунепрерывной кристаллизации сахарозы // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2017. № 1(355). С. 42-48.

12. Тужилкин В.И., Ковалёнок В.А., Мойсеяк М.Б., Клемешов Д.А., Ачкасова Н.Ю., Уразбаева К.А. Моделирование уваривания утфелей с последовательной перетяжкой по ступеням кристаллизации в сравнении с традиционной технологией // Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. 2015. № 5-6 (347-348). С. 52-58.

13. Тужилкин В.И., Балыхин М.Г., Лукин Н.Д., Ковалёнок В.А. Новые технологии кристаллизации сахарозы // Достижения науки и техники АПК. 2018. Т. 32. № 12. С. 82-85.

14. Тужилкин В.И., Коваленок В.А., Петров С.М., Штерман В.С., Клемешов Д.А., Мойсеяк М.Б., Гаврилов А.М. Обоснование новых технологий изобарической и политермической кристаллизации сахарозы // Инновационные решения при производстве продуктов питания из растительного сырья: материалы Международной научно-практической конференции. Воронеж: Научная книга, 2014. С. 48-55.

15. Семенов Е.В., Славянский А.А., Сергеева Е.А., Щитова Т.А. Особенности диффузионного процесса кристаллизации сахарозы // Сахар. 2013. № 3. С. 46-50.

16. Петров С.М., Филатов С.Л., Подгорнова Н.М., Тужилкин В.И. Повышение качества белого сахара при уваривании утфеля в горизонтальных вакуум-аппаратах непрерывного действия // Сахар. 2018. № 6. С. 38-43.

17. Петров С.М., Подгорнова Н.М., Тужилкин В.И., Филатов С.Л. Повышение качества свекловичного сахара до экспортного уровня // Сахар. 2017. № 5. С. 30-33.

18. Полянский К.К., Шестов А.Г. Кристаллизация лактозы: физико-химические основы. Воронеж: ВГУ, 1995. 184 с.

19. Петров С.М., Подгорнова Н.М., Тужилкин В.И., Филатов С.Л. Преимущества непрерывного уваривания утфеля // Сахар. 2017. № 4. С. 30-37.

20. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства. М.: Колос, 1999. 496 с.

21. Семенов Е.В., Славянский А.А., Ильина В.В. К расчету периода кристаллизации сахарозы в вакуум-аппарате // Хранение и переработка сельхозсырья. 2004. № 12. С. 23-25.

22. Силин П.М. Технология сахара. М.: Пищевая промышленность, 1967. 626 с.

23. Тужилкин В.И., Прокофьев Е.Н., Ковалёнок В.А. Технологические и экономические аспекты кристаллизации сахара // Пищевая промышленность. 2014. № 4. С. 66-69.

24. Фольмер М. Кинетика образования новой фазы. М.: Наука, 1986. 208 с.

25. Brown D.J., Boysan F. Crystal growth measurement and modeling of fluid flow in a crystallizer // Zuckerind. 1992. Vol. 117. No. 1. P. 35-39.

26. Cecilia P.B., Librado G.R., Mayade G.O. Estudio de un agentetensoactivocubano y suefectosobre la velocidad de cristalización de la sacarose // Cent. Rev. Min. educ. super Rep. Cuba. 1984. Vol. 11. No. 1. Р. 121-132.

27. Grimsey I.M., Herrington T.M. The formation of inclusions in sucrose crystals // Int. Sugar J. 1994. Vol. 96. No. 1152. P. 504-514.

28. Lin L., Siguan G., Bing L. Study on the hydrodynamic problems in the crystal growth from solution // J.S. China Univ. Technol. natur. Sci. 1996. Vol. 24. No. 6. P. 25-29.

29. Mantovani G. Growth and morphology of sucrose crystal // Int. Sugar J. 1991. Vol. 93. No. 1106. P. 23-32.

30. Pautrat C., Senotelle J., Matholouthi M. Effect of some polusaccharidicnon-sugar on the rate of sucrose crystal growth // Int. Sugar J. 1996. No. 1171. P. 377-384.

31. Pautrat C., Senotelle J., Matholoiithi M. Growth crystal sucrose at affect impurites // Int. SugarJ. 1996. No. 137. P. 101-109.