Введение к работе
Актуальность работы. Совершенствование процесса уваривания утфелей - одна из важнейших задач сахарного производства, поскольку непосредственно отражается на качестве и выходе готового продукта. Перспективным является использование для заводки кристаллов в сахарных утфелях специальных затравочных материалов. Их применение позволяет интенсифицировать процесс уваривания, улучшить качественные показатели сахара-песка, что обеспечивает улучшение технико-экономических показателей сахарного производства.
Различные способы получения затравочных материалов методом размола предложены как отечественными, так и зарубежными учеными. Среди них можно отметить Я. Грабку, И. С. Гу-лого, А. П. Козявкина, В. О. Штангеева, В. А. Карпенко, Н. Н. Сагана и др. Предлагаемые способы отличаются дороговизной производства, нестабильным дисперсным составом затравочных кристаллов, а также отсутствием возможности контроля. В связи с этим они не нашли широкого распространения на сахарных заводах России.
Альтернативным способом производства затравочных материалов является кристаллизация из пересыщенных растворов. В этом направлении известны работы И. Ф. Бугаенко, С. М. Петрова, Н. М. Подгорновой и Л. А. Сапроновой. Преимуществом данного способа является возможность влияния на размер и дисперсный состав затравочных кристаллов, а также пригодность к автоматизации процесса получения на основании контроля электрофизических, физико-химических, реологических и других показателей кристаллизующихся сахарных растворов.
В связи с возрастающим применением на различных этапах сахарного производства поверхностно-активных веществ (ПАВ) представляется актуальным исследование их влияния на интенсивность кристаллообразования и перспективы использования для получения затравочных материалов.
Таким образом, разработка технологии получения затравочных материалов методом кристаллизации с применением ПАВ, а также способов автоматического контроля процесса их получения, приемлемых для внедрения в сахарной промышленности, остается актуальной задачей до настоящего времени.
Цель и задачи работы. Цель исследования заключалась в совершенствовании технологии получения затравочных материа-ЮС НАЦИОНАЛЬНАЯ I КИБЛИОТЕКА [
лов и разработке способов аналогового контроля кристаллизующихся сахарных растворов.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
-исследование электрофизических показателей насыщенных и пересыщенных чистых сахарных растворов и с добавками различных неионогенных поверхностно-активных веществ (НПАВ);
-определение повышения температуры кипения растворов сахарозы с добавками различных НПАВ;
-изучение интенсивности светорассеяния кристаллизующихся сахарных растворов;
-установление взаимосвязи скоростей кристаллизации и охлаждения сахарных растворов;
-разработка способов получения затравочных материалов;
-изучение гидродинамической обстановки инициирования кристаллообразования при знакопеременном на периоде колебаний обтекании кристаллов;
-исследование влияния скорости охлаждения на дисперсный состав затравочных кристаллов;
-проведение дисперсионного анализа затравочных кристаллов и статистической обработки его результатов с получением теоретических распределений размеров кристаллов по нормальному и логарифмически-нормальному законам;
-производственная проверка эффективности использования затравочных материалов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-исследовано влияние температуры, кристаллосодержания и размера вносимых кристаллов сахарозы на электрофизические показатели насыщенных чистых сахарных растворов. По результатам статистической обработки экспериментальных данных предложены расчетные уравнения;
-изучено изменение электрофизических свойств кристаллизующихся сахарных растворов в процессе политермической кристаллизации чистых сахарных растворов и в процессе изобарической испарительной кристаллизации чистых сахарных растворов и с добавками различных НПАВ;
-получены значения повышения температуры кипения сахарных растворов с добавками различных НПАВ;
-разработана математическая модель процесса политермической кристаллизации, основанная на согласовании скоростей кристаллизации и охлаждения сахарных растворов;
—оценена гидродинамическая обстановка режимов инициирования кристаллообразования при знакопеременном на периоде колебаний обтекании кристаллов;
-изучено влияние режимов охлаждения на дисперсный состав затравочных кристаллов;
-установлено влияние дисперсного состава затравочного материала на дисперсный состав сахара-песка.
Практическая значимость. По результатам исследования влияния режимов охлаждения на процесс кристаллизации сахарозы из растворов предложено устройство (Пат. 2227292 РФ) и способ получения затравочной суспензии (заявка 2003126725/13 на патент РФ, пол. реш. от 12.10.2004 г.), обеспечивающий получение равномерных затравочных кристаллов. Предложенные режимы охлаждения сахарсодержащих растворов позволяют увеличить выход и равномерность затравочных кристаллов за счет дробного истощения растворов при возрастающей скорости охлаждения и выделения фракций кристаллов заданного размера.
Предложены методика и устройство для определения концентрации и среднего размера частиц в кристаллизующихся растворах сахарозы (Пат. 2228522 РФ) методом светорассеяния. Устройство обеспечивает высокую разрешающую способность при контроле кристаллообразования в широком диапазоне температур и при заданном режиме охлаждения.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедрах физической и коллоидной химии и технологии сахаристых веществ Воронежской государственной технологической академии при проведении научно-исследовательских работ со студентами.
Апробация работы. Результаты исследований по диссертационной работе доложены автором и обсуждались на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии 2003 и 2004 годов; I международном форуме "Аналитика и аналитики" (Воронеж, 2003 г.); научных конференциях "Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности'* (Воронеж, 2003, 2004 гг.); всероссийской научно-практической конференции "Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности России" (Уфа, 2003 г.); II международной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности" (Воронеж, 2004 г.); международной конференции "Наука на рубеже тысячелетий" (Тамбов, 2004 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в том числе 2 патента РФ, положительное решение о выдаче патента РФ и учебное пособие с грифом УМО.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и рекомендаций, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 168 страницах, содержит 35 рисунков, 16 таблиц, библиографический список, включающий 149 источников, и 30 страниц приложений.
