Analysis of Sucrose Crystallization Process under Conditions of Variable Diffusion
https://doi.org/10.36107/spfp.2022.394
Abstract
Background. In the sugar and starch industry, currently, when calculating the kinetics of crystallization, assumptions about the isothermicity of the process, the constancy of the diffusion coefficient, etc. are usually used. In the real crystallization process, according to the technological regulations, if the temperature field in the vacuum apparatus is approximately stationary, then the diffusion coefficient during the process varies depending on the concentration of dry matter in the intercrystal solution.
Purpose. In this study, the authors propose a scheme for calculating the size of crystals and the mass of the resulting product depending on the crystallization time, taking into account the dynamics of the diffusion coefficient change in the dry matter content in the intercrystal solution during the entire process.
Materials and methods. The theoretical experiment presented in the paper is confirmed by experimental data reflecting the features of sucrose crystallization in a vacuum apparatus, which reveal the agreement of the obtained results of modeling the process under study with the physical meaning of the task.
Results. The agreement of the obtained results of modeling the process under study with the physical meaning of the problem posed is revealed.
Conclusions. A physical and mathematical model for predicting the process of crystallization of sucrose in solution is substantiated.
About the Authors
Eugeniy V. Semenov
K.G. Razumovsky Moscow State University of Technologies and Management (the First Cossack University)
Russian Federation
Russian Federation
Anatoliy A. Slavyanskiy
K.G. Razumovsky Moscow State University of Technologies and Management (the First Cossack University)
Russian Federation
Russian Federation
Vera A. Gribkova
K.G. Razumovsky Moscow State University of Technologies and Management (the First Cossack University)
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Будак Б.М., Самарский А.А., Тихонов А.Н. Сборник задач по математической физике. - М.: ГИТТЛ, 1956. - 684 с.
2. Громковский А.И., Последова Ю.И., Бражников Н.Н. Оптимальный режим уваривания утфеля I продукта // Сахар. - 2008. - № 8. - С. 54-56.
3. Зубченко А.В., Харин С.Е., Левин Ю.Н. Нестационарный режим образования новой фазы в пересыщенных растворах сахарозы // Известия ВУЗов. Пищевая технология. 1968. № 1. С.136-139.
4. Каганов И.Н. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - М.: МТИПП, 1968. - 400 с.
5. Кудрявцев Е.М. Мathcad 2000. - М.: ДМК, 2001. - 571 с.
6. Мищук Р.Ц. Скрытая теплота на основных процессах сахарного производства // Сахар. - 2012. - № 1. - С. 51-54.
7. Сапронов А.Р. Технология сахарного производства - 2 изд., исправл. и доп. - М: Колос, 1999. - 496 с.
8. Семенов Е.В., Славянский А.А., Грибкова В.А. Моделирование процесса роста кристаллов сахарозы в сахарсодержащем растворе/ Семенов Е.В., Славянский А.А., Грибкова В.А., Митрошина Д.П., Антипов С.Т.//
9. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. - 2021. - Т. 83. - № 1 (87). - С. 62-70.
10. Семенов Е.В., Славянский А.А., Мойсеяк М.Б. Кристаллизация сахарозы как диффузионный процесс/Семенов Е.В., Славянский А.А., Мойсеяк М.Б., Штерман С.В., Ильина В.В.// - Сахар. - 2003. - № 1. - С. 48-51.
11. Славянский А.А., Грибкова В.А., Николаева Н.В. Физико-химические основы промышленной кристаллизации сахарозы/Славянский А.А., Грибкова В.А., Николаева Н.В., Митрошина Д.П.//Сахар. - 2021. - № 4. - С. 28-33.
12. Славянский А.А., Сапронов А.Р. Пути повышения качества и выхода сахара-песка//Международный сельскохозяйственный журнал. - 1988. - № 6. - С. 75-80.
13. Харин С.Е., Зубченко А.В., Левин Ю.Н. Кинетика фазовых переходов в пересыщенных растворах сахарозы // Коллоидный журнал. - 1969. - Т. XXXI. - № 1. - С. 147-152.
14. Хворова Л.С. Влияние реологических свойств утфелей на кинетику кристаллизации гидратной глюкозы // Сахар. - 2008. - № 6. - С. 2-5.
15. Хворова Л.С., Коваленок В.А. Математическое моделирование кинетики кристаллизации глюкозы. // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2008. - № 5. - С. 45-48.
16. Штангеев К. О., Скорик К. Д., Штангеева Н. И. Теплотехнические и технологические аспекты совершенствования продуктового отделения свеклосахарного завода // Сахар. - 2021. - № 12. - С. 20-25. DOI 10.24412/2413-5518-2021-12-20-25.
17. Bogdanova E., Kocherbitov V. Assessment of activation energy of enthalpy relaxation in sucrose-water system: effects of DSC cycle type and sample thermal history // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. - 2022. - Р. 1-15.
18. Frenzel, S. Crystallization Schemes in the Sugar Industry. // ChemBioEng Rev. - 2020. - №5. - P. 1-9.
19. Grimsey I.M., Herrington T.M. The formation of inclusions in sucrose crystals // Int. Sugar J. - 1994. - V. 96. - № 1152. - P. 504-514.
20. Insights into the crystallization phenomenon in the production of non-centrifugal sugar / Verma P. [et al.] // Journal of Food Engineering. - 2021. - V. 290.- P. 110259. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110259.
21. Kinetic studies on soluble sugar profile in rice during storage: Derivation using the Laplace transform / Yaqiu W. [et al.] // Innovative Food Science & Emerging Technologies. – 2022. - V.76. - P. 102915. https://doi.org/10.1016/j.ifset.2021.102915.
22. Li Lin, GuoSiynan, Li Bing. Study on the hydrodynamic problems in the crystal growth from solution. // J.S. China Univ. Technol. Natur. Sci. - 1996. - № 6. - P. 25-29.
23. Lu Y. et al. Impact of sucrose crystal composition and chemistry on its thermal behavior // Journal of Food Engineering. - 2017. - Т. 214. - С. 193-208.
24. Lu Y. et al. Unraveling the wide variation in the thermal behavior of crystalline sucrose using an enhanced laboratory recrystallization method // Crystal Growth & Design. - 2018. - Т.18. - №.2. - Р. 1070-1081.
25. Mantovani G. Growth and morphology of sucrose crystal // Int. Sugar J. 1991. - V. 93. - № 1106. - P. 23-32.
26. Mikhailik V. A., Dmitrenko N. V., Snezhkin Y. F. Investigation of the influence of hydration on the heat of evaporation of water from sucrose solutions // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. - 2019. - Т. 92. - №. 4. - Р. 916-922.
27. Ouiazzane, S., Messnaoui, B., Abderafi, S., Wouters, J., Bounahmidi, T. Modeling of sucrose crystallization kinetics: The influence of glucose and fructose. // Journal of Crystal Growth. - 2008. - P. 3498-3503.
Supplementary files
|
|
1. рис 1 | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
View
(174KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
|
|
2. рис 2 | |
| Subject | ||
| Type | Исследовательские инструменты | |
View
(81KB)
|
Indexing metadata ▾ | |
Review
For citations:
Semenov E.V., Slavyanskiy A.A., Gribkova V.A. Analysis of Sucrose Crystallization Process under Conditions of Variable Diffusion. Storage and Processing of Farm Products. 2022;(4). (In Russ.) https://doi.org/10.36107/spfp.2022.394
Views:
385
Email this article 