Разработка и исследование процесса поточной кристаллизации лактозы в молочной сыворотке

• Автор: Бредихин, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 129 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1 Анализ литературных источников

^ I Молочная сыворотка как объект исследования кристаллизации ^

лактозы

1.2 Анализ основных теорий кристаллообразования

1.3 Закономерности, влияющие на процесс кристаллизации

1.4 Аппараты для кристаллизации

Глава 2 Методология экспериментальных исследований

2.1. Методологический подход к выполнению исследований
2.2. Объекты и методы исследований, приборное обеспечение
2 ^ Методы математического моделирования и статистической ^
обработки экспериментальных данных Глава 3 Аналитическое исследование закономерностей теплообмена при ^
кристаллизации лактозы молочной сыворотки в потоке
^ ^ Особенности теплообмена при кристаллизации лактозы молочной ^5 сыворотки в потоке
Аналитическое исследование изменения температуры
3.2. охлаждения сгущённой молочной сыворотки при кристаллизации
лактозы
Анализ экспериментальных исследований закономерностей Глава 4 теплообмена при кристаллизации лактозы .молочной сыворотки в 53 потоке
4.1. Структура, организация и объект исследования
. 2 Техника и методика проведения экспериментальных ^
исследований
4.3. Методика обработки экспериментальных данных исследований
4.4. Результаты экспериментов
Глава 5 Практическая реализация результатов исследования
5.1 Методика инженерного расчёта пластинчатого скребкового
теплообменного аппарата для кристаллизации лактозы при охлаждении сгущенной молочной сыворотки
5-2 Пример инженерного расчёта
5.3. Результат практической реализации исследования
Основные результаты и выводы
Список использованной литературы
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Кристаллизация лактозы является важнейшим технологическим процессом переработки сухой молочной сыворотки. Увеличение объёмов переработки сухой молочной сыворотки и получения лактозы в виде промышленного продукта - молочного сахара и его производных повышает актуальность исследований, направленных на изучение процесса кристаллизации лактозы.
В настоящее время кристаллизацию лактозы в молочной сыворотке проводят в основном в аппаратах периодического действия. Это снижает качество процесса кристаллизации, обусловленное отсутствием автоматизации, управляемости и обеспечения однородной дисперсности кристаллов. Техническая реализация кристаллизации в аппаратах непрерывного действия позволяет добиваться устранения большей части этих недостатков.
Поточная кристаллизация лактозы в сгущенной молочной сыворотке развивается в сложных гидродинамических условиях и широком температурном диапазоне. Реализация кристаллизации лактозы молочной сыворотки в аппаратах непрерывного действия позволяет сократить энергозатраты, уменьшить производственные площади и металлоемкость используемого оборудования периодического действия, получить однородные кристаллы, размер которых в 3-4 раза меньше, чем при кристаллизации в аппаратах периодического действия.
Благодаря аналитическим и экспериментальным исследованиям, выполненным Гнездиловой А.И., Евдокимовым И.А., Кивенко С.В., Полянским К.К., Страховым В.В., Фиалковым А.Н., Фиалковой Е.А., Червецовым В.В., Храмцовым А.Г., Гиббсом Д., Кюри П., Pepples M.L., Spreer E., Walstra P. и другими разработаны научные основы кристаллизации лактозы в лактозбсодержащем сырье и концепция создания технологии переработки лактозы.
Вместе с тем, сложность явлений, протекающих при кристаллизации лактозы в молочной сыворотке, и недостаточность по этой причине полноты и чёткости физических представлений о механизме переноса теплоты при кристаллизации,

затрудняет его аналитическое описание, создание обобщённой теории и совершенствование процесса. До настоящего времени недостаточно изучены кинетические закономерности охлаждения молочной сыворотки при поточной кристаллизации в ней лактозы с учётом изменяющихся вязкостных свойств при увеличении массовой доле сухих веществ. Отсутствуют данные о влиянии гидродинамики в аппарате и температуры нагревания молочной сыворотки на количество образующихся кристаллов лактозы и их средний размер. Нет единого подхода к анализу механизма передачи теплоты при кристаллизации, недостаточное развитие получило аналитическое описание закономерностей внутреннего переноса теплоты и др. Изложенное свидетельствует о необходимости дальнейшей разработки и развитии теоретических и экспериментальных положений и закономерностей процесса поточной кристаллизации лактозы в молочной сыворотке.
Диссертационная работа выполнялась в период 2012-2015 г. в Федеральном государственном научном бюджетном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности» (ФГБНУ «ВНИМИ») в рамках бюджетных и хоздоговорных тематик и является дальнейшим продолжением и развитием теоретических и экспериментальных исследований, проводимых лабораторией молочных консервов института.
Целыо работы является разработка поточного процесса кристаллизации лактозы в пластинчатом скребковом теплообменном аппарате на основе кинетики температурных изменений сгущённой молочной сыворотки.
Для достижения поставленной цели были поставлены и последовательно решены следующие задачи:
- провести анализ физико-химических явлений тепломассообмена при кристаллизации лактозы в потоке с учётом вязкостных свойств сгущённой молочной сыворотки;
- разработать математическую модель переноса теплоты в потоке при осесимметричном распределении температуры в сгущённой молочной сыворотке без учета диссипации энергии при кристаллизации в ней лактозы;

ГЛАВА 3. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ЛАКТОЗЫ МОЛОЧНОЙ
СЫВОРОТКИ В ПОТОКЕ
ЗЛ.Особенности теплообмена при кристаллизации лактозы молочной сыворотки в потоке
Подход к изучению закономерностей теплообмена при кристаллизации лактозы в сгущённой молочной сыворотке в потоке основан на преемственности основных теоретических положений теорий теплопередачи и гидродинамики для сырья биологического происхождения, развитых в работах Алексеева Г.В., Антипова С.Т., Бражникова А.М, Гинзбурга A.C., Плаксина Ю.М., Барановского
Н.В., Острикова А.Н., Ивашова В.И., Кошевого Е.П., Лыкова A.B., Лыковой A.B., Маслова А.М., Суркова В.Д., Broun D.J., Pepples M.L.,Spreer E., Walstra P., JennessR. и других ученых и специалистов [9, 6,11, 15,24,25, 30, 33-36, 44,45,47, 61,72-74, 110,111,68, 92, 107].
Исследования ученых Храмцова А.Г., Полянского К.К., Евдокимова И.А., Гарковенко Н.И., Перелыгина В.М.Гнездиловой А.И., Фиалкова А.Н., Фиалковой Е.А., Харитонова В.Д., Червецова В.В., учёных и специалистов ВНИМИ и других создали научные основы исследования лактозы лактозосодержащего сырья, её кристаллизации в молочной сыворотке и концепцию создания технологии лактозы. Основная суть современной технологии лактозы лактозосодержащего сырья сводится к энерго и ресурсосбережению [68, 89, 53, 57,59,66, 87].
Для изучения закономерностей теплообмена при кристаллизации лактозы предложена физическая модель (рис. 3.1), учитывающая изменение температуры сгущённой молочной сыворотки при кристаллизации в ней лактозы в потоке во взаимосвязи с вязкостными свойствами сгущённой молочной сыворотки и температурой хладоносителя.