Влияние некоторых факторов на скорость роста кристаллов

30-05-2017, 09:31

Проанализируем влияние отдельных факторов на скорость кристаллизации сахарозы.
Пересыщение. Из уравнения (16) видно, что движущей силой кристаллизации сахарозы является избыточное пересыщение, т. е. скорость кристаллизации пропорциональна избыточной концентрации сахарозы над концентрацией насыщения, выражаемой С—с, или же пропорциональна избыточному пересыщению, характеризующемуся разностью Кпер—1. Если в двух растворах коэффициенты пересыщения разные, например 1,12 и 1,06, то при избыточном пересыщении в этих растворах (1,12—1,0=0,12) и (1,06—1,0=0,006) скорость кристаллизации в первом растворе будет в 2 раза больше, чем во втором (0,12/0,06=2).
Температура, вязкость, доброкачественность. С увеличением (до определенного предела) абсолютной температуры (Т) происходит уменьшение вязкости насыщенного раствора (?) и толщины слоя (?), в результате чего скорость кристаллизации повышается. Например, при постоянном пересыщении раствора с повышением температуры на 10 °С скорость кристаллизации сахарозы увеличивается примерно в 2 раза.
В присутствии несахаров скорость кристаллизации резко снижается. Например, в растворах доброкачественностью 79,5, 64,5, 58,0 и 55,5 (при одинаковых истинном коэффициенте пересыщения 1,1) скорость кристаллизации сахарозы была соответственно в 2, 9, 23, 64 раза меньше, а вязкость в 3, 12, 80, 265 раз больше, чем в растворе чистой сахарозы.
Большая вязкость нечистых растворов по сравнению с чистыми сахарными растворами обусловлена большей растворимостью сахарозы в присутствии несахаров (при одинаковом пересыщении), а следовательно, и большим содержанием в них сухих веществ, увеличивающих вязкость.
Например, сравним два насыщенных раствора доброкачественностью 100 и 68 % (при 70 °С). В первом чистом растворе в 1 кг воды растворено 3,257 кг сахарозы и содержится 76,51 % сухих веществ: (3,257-100)/(3,257+1). Во втором (нечистом) растворе содержится 4,79 кг сухих веществ (3,257*100)/68, или (4,79-100)/(4,79+1)=82,73 %, т. е. на 6,22% больше (82,73-76,51). Поэтому и вязкость первого раствора была 8,2 Па*с, а второго — 54 Па*с.
Перемешивание. Плотность кристаллов сахарозы больше плотности межкристального раствора, поэтому в утфеле под влиянием силы тяжести кристаллы, осаждаясь, находятся в движении по отношению к межкристальному раствору. При этом происходит приток свежих порций сахарозы к слою ? на кристаллах. Поддержание кристаллов во взвешенном состоянии в утфеле осуществляется путем его естественной или принудительной циркуляции в вакуум-аппаратах, перемешивания в утфелемешалках-кристаллизаторах.
Размер кристаллов. Кристаллы сахара I кристаллизации в готовом утфеле имеют размер 0,55—0,95 мм, сахара III кристаллизации — 0,25—0,35 мм. В этом интервале размер кристаллов не влияет на скорость кристаллизации сахарозы. В утфеле с мелкими кристаллами происходит лишь увеличение обшей массы выкристаллизовывающейся в единицу времени сахарозы по сравнению с крупнокристаллическим утфелем, так как в нем больше суммарная поверхность кристаллизации. Это положение используется в практике уваривания утфелей: утфель с мелкими кристаллами уваривается быстрее, чем с крупными.
Количество кристаллов. При одинаковой концентрации сахарозы в растворах, способной кристаллизоваться, и прочих равных условиях (в интервале 20—50 % кристаллов в утфеле), массовая скорость кристаллизации уменьшается с повышением процентного содержания кристаллов. Это объясняется снижением подвижности кристаллов относительно раствора.
Влияние несахаров на форму кристаллов. Образующиеся кристаллы сахарозы имеют блестящие плоские грани с постоянными углами (рис. 61).
Многие несахара, по-разному адсорбируясь на гранях кристалла, замедляют кристаллизацию сахарозы и изменяют форму кристалла. Например, глюкоза, адсорбируясь на некоторых гранях кристалла, тормозит его развитие в данном направлении, а другие грани растут нормально. В результате кристаллы получаются в форме тонких пластинок. В присутствии рафинозы образуются вытянутые, иглообразные кристаллы. Поэтому большинство кристаллов промышленного сахара-песка не имеют правильной геометрической формы, присущей сахарозе.
При быстром росте кристаллов происходит включение отдельных молекул несахаров из межкристального раствора в кристаллическую решетку или механическое включение межкристального раствора в трещины кристалла, зарастающие позже сахарозой. Если процесс роста протекает умеренно, то отталкивающие силы, возникающие вокруг кристалла сахарозы, отторгают примеси от своей поверхности.
В крупных кристаллах сахарозы содержание внутренней воды достигает 0,5 %, а в кристаллах обычного сахара-песка размером 0,55—0,95 мм — не более 0,03 %.
Несмотря на пробеливание кристаллов сахара-песка водой в центрифугах, на их поверхности после высушивания остается пленка межкристального раствора, толщина которой (?, в нм) определяется произведением
Влияние некоторых факторов на скорость роста кристаллов

Например, на кристаллах сахара-песка, содержащего 0,03 % золы, толщина пленки будет 0,03*12000=360 им, а в сахаре последней кристаллизации она примерно в 30—40 раз больше.
Кристаллы могут увеличиваться не только в результате роста граней, но и при сращивании их в конгломераты, называемые друзами.