Дипломная работа: Снижение вязкости растворов мелассы с помощью моноглицеридов дистиллированных
Количество утфеля II, перетягиваемого в качестве кристаллической основы в вакуум-аппараты III кристаллизации, должно определиться с таким расчетом, чтобы чистота утфеля III была не ниже 75%. Расчет чистоты утфеля III необходимо вести с учетом чистоты нормальной мелассы и эффекта кристаллизации в вакуум-аппаратах и мешалках. В соответствии с этим количество перетягиваемого утфеля II может составлять 40% к объему увариваемого утфеля. Утфель последней ступени кристаллизации отличается высокой вязкостью, повышенной способностью к пенообразованию и низкими скоростями кристаллизации. Применение ПАВ оказывает существенное влияние на уменьшение вязкости и увеличение текучести утфелей.
Величина добавок ПАВ дифференцируется в зависимости от качества увариваемых утфелей. Величина добавки ПАВ зависит как от вида ПАВ, так и от чистоты утфеля. При уваривании утфелей чистотой ниже 78%, сопровождающееся коркообразованием, медленным ростом кристаллов, слабой подвижностью в вакуум-аппаратах, величина добавки ПАВ должна быть увеличена.
1.6. Влияние температуры на вязкость
Все насыщенные свеклосахарные растворы имеют минимум вязкости при температурах, более низких, чем чистые сахарные растворы. При этом минимум вязкости с уменьшением чистоты раствора смещается в область более низких температур и при чистоте 60% попадает в область температуры около 40 0С.
Обнаруженная закономерность может быть объяснена увеличением коэффициентов насыщения свеклосахарных растворов по мере снижения чистоты и роста температуры.
В результате этого в определенном диапазоне температур влияние повышенной концентрации сухих веществ на рост вязкости утфеля сказывается существеннее, чем противоположное влияние повышенной температуры.
Минимум вязкости пересыщенного утфеля с уменьшением чистоты также смещается в область пониженных температур, но остается на 5-7 градусов выше, чем для насыщенного раствора равной чистоты.
В соответствии с вышеизложенным разработан режим уваривания утфелей, при которой температура утфеля III по сравнению с обычно применяемой на свеклосахарных заводах может быть снижена на 15 0С.
Таблица 3
Режим уваривания утфеля III
| Ступень кристаллизации | Заводка и закрепление кристаллов | Наращивание кристаллов | Конец уваривания |
| Утфель III | 71-73 0С | 66-68 0С | 58-60 0С |
1.7. Кристаллическая основа в процессе уваривания утфеля. Теория кристаллизации. Влияние ПАВ на заводку кристаллов
Кристаллизация сахара – наиболее энергоемкий процесс в сахарном производстве, так как на него расходуется около половины тепловой энергии, направляемой на технологические нужды.
Теория кристаллизации.
Сахароза хорошо растворяется в воде, особенно в кислой среде. Растворимость сахарозы зависит от температуры и давления.
Н0 – коэффициент растворимости, который определяет количество сахарозы, растворенной в 1 кг воды при данной температуре.
Раствор, в котором при данной температуре максимально растворилась сахароза, называется насыщенным, а дальнейшего растворения не происходит потому, что гидратированные молекулы сахарозы и свободной воды находятся в равновесии. С повышением температуры растворимость сахарозы увеличивается,
так как происходит расслабление связи гидратированных молекул сахарозы, и часть свободной воды высвобождается. Коэффициент насыщения зависит от температуры и чистоты раствора. Соли щелочных металлов повышают растворимость сахарозы, а соли кальция, инвертные сахара понижают.
Если объем несахаров меньше межмолекулярного пространства, то молекулы несахара вытесняют свободную воду, которая может гидратироваться с сахарозой, и растворимость сахарозы увеличивается. Если объем несахаров больше межмолекулярного пространства, то растворимость сахарозы ухудшается, так как молекулы несахара вытесняют сахарозу из гидратированной молекулы, образуются гидратированные молукулы несахара. При увеличении температуры степень гидратации несахаров уменьшится, увеличится растворимость сахарозы и коэффициент насыщения. Если объем несахаров меньше межмолекулярного пространства и их концентрация в растворе велика, то при разных температурах наблюдается постоянство коэффициента насыщения. Раствор, который содержит больше растворенной сахарозы, чем насыщенный в данных условиях называется пересыщенным. Истинный коэффициент пересыщения показывает во сколько раз больше растворено сахарозы в данном растворе по сравнению с насыщенным при одинаковой температуре и чистоте.
Пересыщенный раствор отличается от насыщенного тем, что в пересыщенном растворе меньше свободной воды, а больше пустот в межмолекулярном пространстве. С увеличением пересыщения пустоты растут. Пересыщение в процессе кристаллизации происходит при выпаривании воды в вакуум-аппарате и за счет охлаждения в мешалках-кристаллизаторах.
Скорость кристаллизации сахарозы.
Скорость кристаллизации сахарозы при Кп=1: раствор стабилен, так как не происходит ни образование центров кристаллизации ни нарастание кристаллов.
В метастабильной зоне (Кп=1,2) самопроизвольного зарождения кристаллов не происходит. Их вводят извне (затравка сахарной пудры) и происходит равномерное нарастание кристаллов без образования новых центров кристаллизации.
В лабильной зоне (Кп>1,2) недостает свободной воды для полной гидратации молекул сахарозы, появляются молекулы с низкой степенью гидратации, т.е. образуются новые центры кристаллизации.Наращивание кристаллов неравномерное. Это нежелательно, так как выпадение мелких кристаллов приводит к плохому центрифугированию, сита забиваются (мелкие кристаллы растворяют повышением температуры или добавлением небольшого количества воды).
Разность концентраций сахарозы в перенасыщенном и насыщенном растворах – движущая сила кристаллизации.
С увеличением истинного коэффициента пересыщения возрастает скорость кристаллизации сахарозы, от которой зависит продолжительность уваривания утфеля.
Таким образом, процесс кристаллизации проводят в две стадии: зарождают центры кристаллизации и наращивают кристаллы.
Центры кристаллизации создают доведением сахарного раствора до лабильного состояния, вводят затравку (сахарную пудру), происходит возникновение новых центров кристаллизации.
Раствор переводят во вторую стадию, для этого понижают коэффициент пересыщения до метастабильности, где происходит исключительно наращивание кристаллов без образования новых центров кристаллизации, чтобы утфель был высокого качества с однородными кристаллами. При этом нельзя сильно уменьшать коэффициент пересыщения, так как будет низкая скорость кристаллизации, увеличится продолжительность процесса, снизится производительность вакуум-аппарата.
Один из самых важных технологических параметров кристаллизации – степень равномерности кристаллов сахара в утфеле и величина их линейных размеров.
Повышенная неравномерность кристаллов в утфеле приводит к увеличению расхода воды для предотвращения вторичного кристаллообразования при увеличении утфеля и на пробеливание сахара, а также количество возвратов на повторную переработку.
Центрифугирование утфелей с неравномерными кристаллами требует дополнительных затрат электроэнергии, усложняются также процессы сушки сахара и его хранение, повышается запыленность. Проходящие через фильтрующие сита центрифуг для утфеля последней кристаллизации мелкие кристаллы увеличивают содержание сахара в мелассе.