Совершенствование технологии и способов контроля получения затравочных материалов кристаллизацией из растворов

• Автор: Солуянова, Надежда Николаевна
• Шифр специальности: 05.18.05, 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 168 с. : ил.

1.1. Вопросы кристаллообразования и роста кристаллов сахарозы.

1.1.1. Кристаллообразование в чистых растворах сахарозы.

1.1.2. Интенсификация кристаллообразования и роста кристаллов

1.1.3. Роль некоторых добавок в процессах кристаллообразования и роста кристаллов сахарозы.

1.2. Существующие способы получения затравочных материалов

кристаллизацией из растворов

1.3. Методы контроля кристаллизующихся растворов сахарозы

1.3.1. Кондуктометрический метод контроля.

1.3.2. Эбуллиоскопический метод контроля

1.3.3. Нефелометрический метод контроля.

1.4. Цели и задачи исследования.

ГЛАВА Ц. МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Характеристика исходных веществ
2.2. Методики экспериментальных исследований
2.2.1. Методика приготовления модельных растворов сахарозы.
2.2.2. Методика и средства исследования температурной зависимости электропроводности и емкости насыщенных сахарсодержащих растворов в присутствии
малых количеств кристаллов различного размера
2.2.3. Методика кондуктометрического контроля получения затравочных материалов охлаждением сахарсодержащих растворов.
2.2.4. Методика исследования кристаллообразования и кристаллизации сахарсодержащих растворов в изобарических условиях
2.2.5. Дисперсионный анализ затравочных материалов.
2.2.6. Определение технологических показателей продуктового отделения
2.2.7. Методика ситового дисперсионного анализа сахарапеска
2.2.8. Определение констант кондуктометрических ячеек
ГЛАВА Ш. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА
КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРОЗЫ .
3.1. Исследование электрофизических свойств насыщенных
чистых сахарных растворов в присутствии твердой фазы.
3.1.1. Изменение электропроводности и емкости чистых сахарных растворов и с добавками НПАВ в процессе изобарической испарительной кристаллизации
3.1.2. Кондуктометрический контроль получения затравочных материалов политермической кристаллизацией
3.2. Эбуллиоскопический контроль процесса изобарической
испарительной кристаллизации.
3.3. Определение содержания твердой фазы по светорассеянию
ГЛАВА IV. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЗАТРАВОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
4.1. Совершенствование процесса политермической
кристаллизации.
4.1.1. Разработка математической модели процесса политермической кристаллизации
4.1.2. Получение затравочных материалов политермической кристаллизацией при регулируемом охлаждении.
4.2. Получение затравочных кристаллов изобарической
испарительной кристаллизацией
4.3. Разработка и совершенствование способов кристаллообразования и кристаллизации охлаждением сахарных растворов.
4.3.1. Устройство для исследования процессов кристаллообразования и кристаллизации охлаждением сахарсодержащих растворов.
4.3.2. Технологическая схема получения затравочных материалов.
ГЛАВА V. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОМЫШЛЕННОГ О
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАТРАВОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
5.1. Преимущества применения затравочных материалов, полученных кристаллизацией из растворов
5.2. Производственные испытания затравочных материалов.
5.2.1. Применение затравочных материалов для заводки кристаллов в свеклосахарных утфелях
5.2.2. Заводка кристаллов затравочными материалами в процессе уваривания сырцовых утфелей.
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Патент РФ на изобретение
Приложение 2. Патент РФ на изобретение
Приложение 3. Математическое моделирование процесса политермической кристаллизации. Положительное решение но заявке
о выдаче патента РФ на изобретение.
Приложение 4. Дисперсионный анализ затравочных материалов.
Приложение 5. Диаграммы уваривания утфелей
Приложение 6. Акты и протоколы производственных испытаний.
Расчет экономического эффекта.
Приложение 7. Акты и протоколы производственных испытаний.
Расчет экономического эффекта.
ВВЕДЕНИЕ


Шумская, С. М. Петров и др. Процесс кристаллизации сахарозы условно разделяют на две стадии образование зародышей твердой фазы и рост кристаллов на этих зародышах или центрах кристаллизации, вводимых с затравкой. В процессе кристаллизации обе стадии идут параллельно, а преобладание той или иной стадии определяет дисперсный состав кристаллов. Исследования и попытки математического описания роста кристаллов сахарозы достаточно полно представлены в литературе , 2, 0, 4. Стадия кристаллообразования является теоретически менее обоснованной в связи со сложностью изучения и протекания процесса. Тем не менее, эта стадия представляется наиболее важной, поскольку предопределяет последующее течение процесса. Поэтому установление математической зависимости кристаллообразования от параметров раствора и внешних условий остается актуальной задачей для теории и практики кристаллизации. По современным представлениям наиболее полное объяснение явлению образования зародышей новой фазы дает теория гетерофазиых флуктуаций флуктуационная теория. В основу теории положены работы Гиббса, М. Фольмера 6, Я. И. Френкеля 7 и Я. Б. Зельдовича. Флуктуации, то есть отклонения от среднего значения, не связанные с изменением агрегатного состояния называются гомофазными. В насыщенных растворах могут происходить гетерофазные флуктуации, приводящие к образованию ассоциатов зародышей новой фазы, включающих более двух молекул вещества. Больцмана. Как видно, чем меньше размер флуктуации Д5 ттп тем больше вероятность ее возникновения. В пересыщенных растворах отдельные зародыши могут достигать критического размера гкр, начиная с которого они способны к свободному росту. Зародыш критического размера является центром кристаллизации. Образование зародышей происходит по цепному механизму, то есть появившиеся центры кристаллизации инициируют образование новых зародышей. Вероятное объяснение этого механизма состоит в следующем. В результате броуновского движения происходит столкновение центров кристаллизации, и, если их кинетическая энергия велика, они раскалываются на несколько частей, которые и становятся новыми зародышами. Рост зародышей происходит за счет присоединения отдельных молекул исходной фазы. Раствору с определенной температурой соответствует предельное максимально возможное пересыщение апр при достижении которого начинается спонтанное кристаллообразование . Исх Мсх ЯТпхсх, где 1. Т абсолютная температура раствора, К х мольная доля сахарозы в растворе. Как видно, мерой предельного пересыщения является концентрация сахарозы в растворе. Таким образом, вероятность кристаллообразования увеличивается с уменьшением степени гидратации молекул сахарозы 7, 1. Изменение полного термодинамического потенциала системы А при образовании зародышей новой фазы представлено на рис. Гиббса, являющейся мерой устойчивости метастабильной системы. Зародыши критического размера находятся в равновесии с раствором, то есть вероятности их роста и растворения одинаковы. При превышении зародышем гкр термодинамический потенциал системы снижается, а, следовательно, возрастает вероятность дальнейшего роста зародыша. Рис. Нм. Значения сг для температур от до С приведены в . У объем молекулы сахарозы в жидком состоянии. С увеличением пересыщения и температуры раствора гур уменьшается. Для сахарозы кр . Пг0еТ т
где Ь 1,2 г константа для сахарозы. Установлено 1, что уравнение 9 плохо описывает вязкость ассоциированных жидкостей и растворов сахаров. Поэтому для расчета динамической вязкости сахарных растворов предложено уравнение
ц Ре кт . Уравнение 8 описывает скорость образования кристаллов при условии стационарного распределения зародышей. В действительности распределение зародышей по размерам изменяется с течением времени , поэтому расчет по формуле 8 приводит к завышенным результатам. Френкелем предложено уравнение для определения временного развития фазового перехода в системе. Решение его так и не найдено. Изменение основных параметров в процессе кристаллообразования представлено на рис.