Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных задач сахарного производства является обеспечение требуемого выхода и качества товарного сахара, что в значительной степени определяется процессом кристаллизации сахарозы, особенно на стадии уваривания утфеля I продукта.
Совершенствование с этой целью технологии получения утфеля I продукта на основе инновационных решений в области существующих теоретических представлений о кристаллизации сахарозы и новых технических решений ее проведения является не только актуальным, но и перспективным направлением исследований.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы явилось проведение комплексных исследований, направленных на совершенствование процесса формирования центров кристаллизации сахарозы и технология ее проведения в промышленных условиях, разработку соответствующих инновационных способов и их применение на I ступени кристаллизации, обеспечивающих более высокую эффективность данного процесса.
В соответствие с поставленной целью определены основные задачи исследования:
проанализировать и дать оценку качества кристаллического белого сахара отечественных сахарных заводов;
разработать математическую модель процесса вынужденной коагуляции сахарозы;
на основе математического моделирования уточнить характер самопроизвольного образования центров вынужденной кристаллизации сахарозы в процессе уваривания утфеля в вакуум-аппарате;
изучить теоретические и практические аспекты повышения эффективности кристаллизации сахарозы при уваривании утфеля I продукта в вакуум-аппарате;
разработать, научно обосновать и защитить патентами РФ новые способы уваривания утфеля I кристаллизации;
разработать, провести производственную проверку и предложить промышленности комплексную технологию получения кристаллического белого сахара на основе новых способов уваривания утфеля I кристаллизации.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Анализ и оценка качества кристаллического белого сахара отечественных заводов;
2. Математическое моделирование кристаллизации сахарозы как вынужденной коагуляции в вакуум-аппарате на стадии получения товарного сахара;
3. Новые способы уваривания утфеля I кристаллизации и анализ их влияния на выход и качество сахара;
4. Комплексная высокоэффективная технология уваривания утфеля I кристаллизации.
Научная концепция. В основу решения проблемы повышения выхода и качества белого сахара положен научный подход, основанный на математическом моделировании процесса вынужденной кристаллизации сахарозы в вакуум-аппарате, подборе новых технологических решений ее практической реализации, способов и на их основе разработки эффективной комплексной технологии уваривания утфеля I продукта.
Научная новизна работы состоит в развитии существующих теоретических и практических представлений о формировании центров вынужденной кристаллизации сахарозы и их роста в утфельной массе в процессе уваривания, анализе основных факторов, влияющих на этот процесс, и на основе проведенных исследований раскрытие и научное обоснование технологических условий, обеспечивающих повышение эффективности технологии уваривания утфеля I кристаллизации.
Разработана математическая модель процесса вынужденной кристаллизации сахарозы, на основе которой исследовано гомогенное термофлуктуационное коагулирование молекул сахарозы и характер протекания зародышеобразования в пересыщенных сахарных растворах.
Для условий самопроизвольного коагулирования частиц сахарозы изучена зависимость периода кристаллообразования от физико-механических и геометрических параметров данного процесса, проанализировано время его осуществления в вакуум-аппарате. Получены соответствующие математические зависимости, определяющие характер протекания вынужденной кристаллизации сахарозы с учетом определяющих этот процесс технологических параметров.
Исследована самопроизвольная инициация центров кристаллизации сахарозы применительно к условиям уваривания утфеля I продукта в вакуум-аппарате; проанализированы особенности спонтанного образования центров кристаллизации; с позиций термодинамики обоснован вынужденный характер движения кристаллов сахарозы размером 510-7 м и более; эволюция дисперсного состава сахара в вакуум-аппарате.
Уточнены и научно обоснованы диапазоны технологических и технических параметров проведения процесса кристаллизации сахарозы в промышленных условиях.
Сформулированы основные положения, обеспечивающие эффективность комплексной технологии уваривания утфеля I кристаллизации, что позволяет обеспечить требуемый выход и необходимое качество кристаллического белого сахара.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Выполнены исследования по оценке качества вырабатываемого отечественными сахарными заводами сахара с позиций его пищевой и сырьевой значимости. Определены технологические мероприятия по усовершенствованию технологии кристаллизации сахарозы, повышению выхода и качества сахара.
Разработана математическая модель и на ее основе уточнен характер процесса вынужденной кристаллизации сахарозы в вакуум-аппарате. Предложены математические зависимости для установления основных режимных параметров процесса кристаллизации сахарозы.
Разработаны и испытаны на ОАО «Мелеузовский сахарный завод» способы получения утфеля первой кристаллизации (Патент РФ № 2472860, С 13 В 30/02 от 20.01.13; Патент РФ № 2497952, С 13 В 30/00 от 10.11.13), на ОАО «Чишминский сахарный завод» способ получения затравочной суспензии для уваривания утфеля (Патент РФ № 2480527, С 13 В 30/02 от 27.04.13), позволяющие повысить выход и качество сахара.
Предложена комплексная технология получения утфеля I кристаллизации, обеспечивающая эффективную кристаллизацию сахарозы в производственных условиях на основе комбинирования способов по патентам РФ (Патент РФ № 2479631, С13 В 30/00 от 20.04.13; Патент РФ № 2497951, С 13 В 30/00 от 10.11.13; Патент РФ № 2472860, С 13 В 30/02 от 20.01.13; Патент РФ № 2497952, С 13 В 30/00 от 10.11.13).
Применение данной технологии позволяет увеличить производительность продуктового отделения завода на 25-30%, снизив при этом потери сахара на 0,05-0,07% к массе сырья.
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований опубликованы в центральной печати и обсуждались на научно-технических конференциях:
-
«Сахар-песок как пищевой продукт и сырье для промышленной переработки» – IV конференция молодых ученых и специалистов (Отделение «Хранение и переработки сельскохозяйственной продукции» РАСХН – 9 декабря 2010 г.). - Москва, 2010;
-
«Сахар и продукты на его основе» - Международная научно-практическая конференция (14-15 декабря 2011 г.). – Московская область, Коренево, 2011;
-
«Совершенствование технологии производства белого сахара» (Круглый стол – Государственная Дума). – Москва, 2012;
-
«Новый подход к обоснованию теории кристаллизации сахарозы (Научная конференция с международным участием). – Пловдив, 2012;
-
«Характеристика особенностей диффузионного процесса кристаллизации сахарозы» - Международная научно-практическая конференция (3-4 апреля 2013 г.). – Курск, 2013.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 научных трудов, в том числе 8 статей в журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации, получено 6 патентов на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы и рекомендации промышленности, список литературы и приложения. Она изложена на 148 страницах, иллюстрирована 21 рисунком и 12 таблицами. Список литературы включает 189 источников, в том числе 61 работа зарубежных авторов. Приложения содержат акты производственных испытаний, патенты, грамоты и сертификаты.
