Разработка вихревого устройства для интенсификации процесса зародышеобразования кристаллов лактозы в молокосодержащих консервах с сахаром

• Автор: Костюков, Евгений Михайлович
• Шифр специальности: 05.18.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Вологда- Молочное
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Некоторые аспекты производства и хранения молокосодержащих консервов с сахаром.

1.2. Общие теоретические представления о процессе кристаллизации

лактозы.

1.2.1. Зароды шеобразование

1.2.2. Рост кристаллов.

1.3. Особенности кристаллизации лактозы

1.3.2. Влияние примесей

1.3.3. Способы кристаллизации лактозы в различных продуктах

1.4. Анализ конструкций аппаратов для проведения кристаллизации лактозы

1.5. Вихревые устройства.
1.6. Задачи исследования.
Глава 2. Исследование физикохимических свойств многокомпонентных растворов лактозы
2.1. Организация эксперимента и методики исследований
2.2. Результаты экспериментальных исследований.
2.2.1. Растворимость лактозы в многокомпонентных системах
2.2.2. Влияние примеси СОМ на плотность многокомпонентных насыщенных растворов лактозы.
2.2.3. Влияние примеси СОМ на вязкость многокомпонентных насыщенных растворов лактозы.
2.3. Теоретические исследования свойств молокосодержащих консервов
с сахаром как многофазных систем.
Выводы по главе
Глава 3. Разработка математической модели процесса кристаллизации
лактозы в молокосодержащих консервах с сахаром.
3.1. Влияние гидродинамических условий на процесс кристаллизации лактозы.
3.2. Математическое моделирование процесса кристаллизации лактозы в сгущенных молокосодержащих консервах с сахаром с внесением
затравки
3.3. Теоретический анализ процесса вторичного зародышеобразования лактозы в сгущенных молокосодержащих консервах с сахаром.
3.4. Теоретические предпосылки термодинамических процессов в
вихревой трубе, связанных с кристаллизацией лактозы.
Выводы по главе 3.
Глава 4. Исследование влияния вихревой обработки на процесс кристаллизации лак юзы.
4.1. Экспериментальная установка
4.2. Экспериментальные исследования влияния обработки продукта в вихревом устройстве на процесс кристаллизации лактозы.
4.3. Поиск оптимальных условий обработки продукта в вихревом устройстве
4.3.1. Выбор факторов.
4.3.2. Выбор плана эксперимента.
4.3.3. Реализация плана эксперимента.
4.3.4. Анализ значимости коэффициентов уравнения регрессии.
4.3.5. Проверка адекватности уравнения регрессии.
4.3.6.рограмма оптимизации.
4.3.7. Реализация программы оптимизации
4.3.8. Анализ результатов реализации программы оптимизации 1
Выводы по главе
Глава 5. Разработка опытного вихревого ус тройства для обработки молокосодержащих консервов с сахаром
5.1. Усовершенствование конструкции вихревого устройства с учетом внесения затравки
5.2. Методика инженерного расчета вихревых устройств для обработки молокосодержащих консервов с сахаром.
5.3. Ориентировочный инженерный расчет вихревых устройств 2 Выводы по главе
Литература


В пересыщенном растворе имеются флуктуации по концентрации, вязкости, плотности и прочим параметрам. В этих точках возникают центры кристаллизации , . Френкель считает, что необходимо рассматривать гетерофазные флуктуации, однако оба взгляда приходят к экспоненциальной зависимости скорости образования зародышей от температуры и физических параметров раствора . Страиский и Каишев шли к раскрытию механизма возникновения новой фазы иным путем, но получили аналогичный результат . Л.Н. Матусевич считает, что причиной вторичного зародышеобразования может стать наличие возле поверхности кристалла полуупорядоченного слоя, который при движении раствора смывается, способствуя образованию новых зародышевых центров . Заслуживает внимания механизм образования вторичных зародышей, согласно которому прилегающий к затравочному кристаллу слой жидкости отличается от остального раствора но причине изменения структуры растворителя. Это может привести к снижению растворимости, увеличению локального пересыщения и стимулированию зародышеобразования. К сожалению, данное объяснение не имеет пока экспериментального подтверждения . Интересна точка зрения Я. Нывлт, согласно которой вблизи поверхности твердой фазы концентрация растворенного вещества будет выше, чем в объеме раствора, что облегчает образование вторичных зародышей . Полагают также, что поскольку вторичное зародышеобразование стимулирует появление не только зародышей, но и дозародышей, то оно нарушает существующее стационарное распределение дозародышевых аесоциатов и, таким образом, смещает равновесие в сторону образования критических зародышей, а, следовательно, инициирует первичное зародышеобразование. Необходимым условием протекания процесса роста кристаллов является наличие пересыщенного раствора. Движущей силой процесса является пересыщение, которое достигается одним из следующих способов повышением концентрации растворенного вещества за счет выпаривания части растворителя охлаждением раствора для понижения растворимости добавлением в раствор веществ, связывающих растворитель или уменьшающих растворимость высаливанием. После того как в пересыщенном растворе образовались устойчивые зародыши, они начинают расти. Возникновение зародышей и их дальнейший рост являются этапами одного и того же процесса образования новой фазы. Однако в виду специфики этих этапов их обычно рассматривают отдельно. Рост кристаллов определяется, по крайней мере, двумя процессами диффузией строительных частиц к поверхности растущего кристалла и введением их в структуру кристаллической решетки. Последний процесс в свою очередь может быть разделен на несколько актов. К ним относятся адсорбция частицы поверхностью, миграция ее вдоль поверхности и ее непосредственное внедрение в кристаллическую решетку. Скорость роста кристаллов зависит от следующих факторов температуры, интенсивности перемешивания раствора, наличия в нем примесей, степени пересыщения раствора, вязкости и т. Влияние того или иного фактора различно в зависимости от условий кристаллизации. Так, зависимость скорости роста от пересыщения, имеет различный вид в перемешиваемых и неперемешиваемых растворах. Но в целом величина пересыщения играет настолько большую роль, что с ее изменением меняется и механизм процесса роста. Для чистых растворов лактозы лимитирующей стадией процесса является кристаллохимическая реакция, а для растворов с сахарозой на первый план выходит диффузия . Сложная зависимость скорости роста кристаллов от различных факторов привела к разработке большого числа теорий роста. Однако, до сих пор ист единого мнения, позволяющего адекватно объяснить все многообразие процесса кристаллизации. Первая теория роста кристаллов была предложена Кюри . Она основывалась на предположении о наличии связи между формой кристалла и поверхностной энергией его граней. Аналогичное предположение было также сделано Гиббсом. Эта теория получила дальнейшее развитие в работах Вульфа, Хилтона, Виолы и других исследователей. Согласно принципу ГиббсаКюриВульфа, грани кристалла растут со скоростями, пропорциональными их поверхностным энергиям , .