Определение скорости кристаллизации
24-05-2017, 10:22
Скорость кристаллизации зависит от многих факторов, важнейшими из которых являются: температура, чистота и величина коэффициента пересыщения. На указанных выше параметрах базируется уравнение
где Vк - скорость кристаллизации, г/(м2 • мин);
А - отношение несахара к воде, зависящее от чистоты раствора;
Т- температура, К;
? - коэффициент пересыщения.
П.М. Силиным экспериментально доказано, что и при кристаллизации растворов с чистотой 75...60% величина истинного коэффициента пересыщения должна быть такой же, как и для чистых сахарных растворов. Она не должна быть больше значений, соответствующих лабильной зоне (т. е. не выше 1,5).
Величина ? = 1,15 и принята в наших расчетах.
Величины Vк, определенные по уравнению (24) при различных значениях температуры, при кристаллизации утфеля с А = 2,3 и ? = 1,15 приведены в табл. 43.
Для батареи, состоящей из пяти мешалок кристаллизаторов, при продолжительности кристаллизации 30 часов время пребывания утфеля в одной мешалке-кристаллизаторе должно составлять 6 часов. В течение этого времени и должен происходить процесс кристаллизации в каждой мешалке.
Исходя из продолжительности процесса кристаллизации в мешалке, скорости кристаллизации и поверхности кристаллов можно определить количество выкристаллизовываемого сахара в каждой из мешалок-кристаллизаторов, а на основании этой величины затем определить температурный интервал в каждой из них и скорость охлаждения.
Количество выкристаллизовываемого сахара в каждой мешалке-кристаллизаторе определялось из уравнения
где Vк - средняя скорость кристаллизации, г/(м2 • мин);
Fк - поверхность кристаллов, м2;
т - продолжительность кристаллизации, мин.
Рассчитанное таким образом количество выкристаллизовавшегося сахара в отдельных мешалках-кристаллизаторах приведено ниже:
Из приведенных данных видно, что количество выкристаллизовываемого сахара в отдельных мешалках-кристаллизаторах различно - во первых оно больше, а в последних меньше. Это обусловлено тем, что скорость кристаллизации сахарозы с понижением температур в отдельных мешалках-кристаллизаторах уменьшается.
Поскольку в отдельных мешалках-кристаллизаторах за одинаковое время выкристаллизовывается различное количество сахара, то разность температур, соответственно, и скорость охлаждения в них, должны отличаться, так как именно температура определяет растворимость сахарозы и, соответственно, количество выкристаллизовываемого сахара в определенном интервале температур.
Определение этого интервала температур проводилось исходя из количества выкристаллизованного сахара и температуры центрифугирования, т. е. на основании параметра утфеля в конце процесса кристаллизации утфеля.
Для этого вначале определялась температура утфеля поступающего в мешалку-кристаллизатор. Величина этой температуры находилась на основании растворимости сахарозы, определяемой из уравнения
Например, для последней мешалки-кристаллизатора, в которой выкристаллизовывается 1,00 кг сахара на 100 кг утфеля, величина температуры, с которой поступает в нее утфель, находится:
Ht = 2,434, откуда по формуле (25) t = 43,05°С.
Соответственно разность температур на входе и выходе утфеля в последней мешалке-кристаллизаторе должна быть 3°С, а скорость охлаждения должна составлять 3:6 = 0,5°С.
Аналогичным образом были рассчитаны интервалы температур и для остальных мешалок-кристаллизаторов, которые приведены в табл. 44.
По этой же методике были рассчитаны параметры охлаждения утфеля с более высокой чистотой 79,5% (А = 2,02). Полученные результаты также представлены в табл. 44.
Из приведенных выше данных видно, что скорость охлаждения изменяется нелинейно, что вытекает из приведенных выше данных о количестве выкристаллизовываемого сахара и скорости кристаллизации сахара в различные периоды процесса.
Именно такая скорость охлаждения обеспечивает нормальное протекание процесса кристаллизации.
Если же режим кристаллизации будет отличаться от указанного, то это может привести к повышению коэффициента пересыщения и выпадению муки с вытекающими отсюда последствиями, что часто и имеет место в производстве.
где Vк - скорость кристаллизации, г/(м2 • мин);
А - отношение несахара к воде, зависящее от чистоты раствора;
Т- температура, К;
? - коэффициент пересыщения.
П.М. Силиным экспериментально доказано, что и при кристаллизации растворов с чистотой 75...60% величина истинного коэффициента пересыщения должна быть такой же, как и для чистых сахарных растворов. Она не должна быть больше значений, соответствующих лабильной зоне (т. е. не выше 1,5).
Величина ? = 1,15 и принята в наших расчетах.
Величины Vк, определенные по уравнению (24) при различных значениях температуры, при кристаллизации утфеля с А = 2,3 и ? = 1,15 приведены в табл. 43.
Для батареи, состоящей из пяти мешалок кристаллизаторов, при продолжительности кристаллизации 30 часов время пребывания утфеля в одной мешалке-кристаллизаторе должно составлять 6 часов. В течение этого времени и должен происходить процесс кристаллизации в каждой мешалке.
Исходя из продолжительности процесса кристаллизации в мешалке, скорости кристаллизации и поверхности кристаллов можно определить количество выкристаллизовываемого сахара в каждой из мешалок-кристаллизаторов, а на основании этой величины затем определить температурный интервал в каждой из них и скорость охлаждения.
Количество выкристаллизовываемого сахара в каждой мешалке-кристаллизаторе определялось из уравнения
где Vк - средняя скорость кристаллизации, г/(м2 • мин);
Fк - поверхность кристаллов, м2;
т - продолжительность кристаллизации, мин.
Рассчитанное таким образом количество выкристаллизовавшегося сахара в отдельных мешалках-кристаллизаторах приведено ниже:
Из приведенных данных видно, что количество выкристаллизовываемого сахара в отдельных мешалках-кристаллизаторах различно - во первых оно больше, а в последних меньше. Это обусловлено тем, что скорость кристаллизации сахарозы с понижением температур в отдельных мешалках-кристаллизаторах уменьшается.
Поскольку в отдельных мешалках-кристаллизаторах за одинаковое время выкристаллизовывается различное количество сахара, то разность температур, соответственно, и скорость охлаждения в них, должны отличаться, так как именно температура определяет растворимость сахарозы и, соответственно, количество выкристаллизовываемого сахара в определенном интервале температур.
Определение этого интервала температур проводилось исходя из количества выкристаллизованного сахара и температуры центрифугирования, т. е. на основании параметра утфеля в конце процесса кристаллизации утфеля.
Для этого вначале определялась температура утфеля поступающего в мешалку-кристаллизатор. Величина этой температуры находилась на основании растворимости сахарозы, определяемой из уравнения
Например, для последней мешалки-кристаллизатора, в которой выкристаллизовывается 1,00 кг сахара на 100 кг утфеля, величина температуры, с которой поступает в нее утфель, находится:
Ht = 2,434, откуда по формуле (25) t = 43,05°С.
Соответственно разность температур на входе и выходе утфеля в последней мешалке-кристаллизаторе должна быть 3°С, а скорость охлаждения должна составлять 3:6 = 0,5°С.
Аналогичным образом были рассчитаны интервалы температур и для остальных мешалок-кристаллизаторов, которые приведены в табл. 44.
По этой же методике были рассчитаны параметры охлаждения утфеля с более высокой чистотой 79,5% (А = 2,02). Полученные результаты также представлены в табл. 44.
Из приведенных выше данных видно, что скорость охлаждения изменяется нелинейно, что вытекает из приведенных выше данных о количестве выкристаллизовываемого сахара и скорости кристаллизации сахара в различные периоды процесса.
Именно такая скорость охлаждения обеспечивает нормальное протекание процесса кристаллизации.
Если же режим кристаллизации будет отличаться от указанного, то это может привести к повышению коэффициента пересыщения и выпадению муки с вытекающими отсюда последствиями, что часто и имеет место в производстве.