Спосіб визначення питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання гетерогенного цукрового розчину

1 Спосіб визначення питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання гетерогенного цукрового розчину, який передбачає зважування кристалів цукрози та визначення площі їх поверхні на початку процесу кристалізації цукрози, вимірювання КІЛЬКОСТІ розчиненої цукрози шляхом аналізу вмісту сухих речовин в міжкристалічному розчині при кристалізації цукрози в термостатованому гетерогенному цукровому розчині при його циркуляції та кінцеве визначення питомої швидкості кристалізації цукрози по зменшенню КІЛЬКОСТІ розчиненої цукрози, який відрізняється тим, що циркуляцію гетерогенного цукрового розчину здійснюють шляхом вдування в нього від 4 до 28 % об'ємних повітря, яке насичують вологою при заданій температурі кристалізації цукрози, а після вимірювання вмісту сухих речовин в міжкристалічному розчині встановлюють залежність цього вмісту сухих речовин, масового вмісту кристалів цукрози в гетерогенному цукровому розчині та площі їх поверхні від тривалості процесу кристалізації цукрози, після чого здійснюють кінцеве визначення питомої швидкості кристалізації цукрози як похідної масового вмісту кристалів цукрози в гетерогенному цукровому розчині по тривалості процесу кристалізації цукрози, віднесеної до площі поверхні кристалів цукрози за такою формулою Винахід належить до цукрової промисловості, а саме до способу визначення питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання гетерогенного цукрового розчину - утфелю, який одержують на стадії кристалізації цукрози при виробництві цукру В практиці цукрового виробництва цукрозу (цу fг So |1«ІКію+{СРв-Крі)-100СР(Т)] dT СРл f 100-КрфНОО СР ffl . 100 - CP (T) де К - питома швидкість кристалізації цукрози, г/ So- початкова площа поверхні кристалів цукрози в гетерогенному цукровому розчині, м2, Кро - початковий вміст кристалів в гетерогенному цукровому розчині, мас %, СРо - початковий вміст сухих речовин в міжкристалічному розчині, мас %, СР (х) - залежність вмісту сухих речовин в міжкристалічному розчині від тривалості процесу кристалізації цукрози, с, х - тривалість процесу кристалізації цукрози, с, d похідна по тривалості процесу кристалізації dx цукрози 2 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що повітря для вдування в гетерогенний цукровий розчин насичують вологою при заданій температурі кристалізації цукрози 65-95°С 3 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що температура гетерогенного цукрового розчину, в якому визначають питому швидкість кристалізації цукрози, складає 25-95°С 4 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що питому швидкість кристалізації цукрози визначають на первинних кристалах цукрози 5 Спосіб по п 1, який відрізняється тим, що визначення питомої швидкості кристалізації цукрози здійснюють в гетерогенному цукровому розчині в гідродинамічних умовах його уварювання кор) виділяють із цукрового соку шляхом кристалізації, для чого спочатку видаляють розчинник воду Виділення цукрози кристалізацією здійснюють в два етапи перший етап - згущення випарюванням води на випарних апаратах до утворення сиропу з концентрацією близько 65% сухих речовин На другому етапі здійснюють кристалізацію ю 47215 кості кристалізації цукрози (Герасименко А А цукрози шляхом уварювання сиропу, одержаного Кристаллизация сахара Киев Наукова думка, на першому етапі При уварюванні цього сиропу 1965, С 101-102 [2]) Але при здійсненні такого відбувається подальше випарювання води, цукроспособу спостерігається похибка, яка обумовлена вий розчин стає пересиченим і цукроза виділяєтьбезперервною зміною в ході кристалізації коефіціся у вигляді кристалів, тобто здійснюється її крисєнту пересичення розчину, площі поверхні кристаталізація Продукт, який одержують після лу та втрати його ваги у ВІДПОВІДНОСТІ З законом уварювання на другій стадії, є гетерогенним цукАрхімеда Крім того, при здійснені такого способу ровим розчином, який в цукровій промисловості визначають лише середню питому швидкість, а не називають утфелем Це густа кристалічна маса, миттєву в'язка суміш кристалів цукрози (близько 55%) та міжкристального розчину - в'язкої рідини, яка місНайближчим до заявленого є спосіб визначентить усі нецукри та насичений розчин цукрози При ня питомої швидкості кристалізації цукрози в умоуварюванні утфелю важливо здійснювати постійвах уварювання гетерогенного цукрового розчину ний контроль за процесом кристалізації - утфелю, що передбачає зважування кристалів кристалоутворювання цукрози, росту кристалів цукру та визначення площі їх поверхні на початку цукрози КІЛЬКІСТЬ цукрози, яка викрісталізувалася, процесу кристалізації цукрози, вимірювання КІЛЬпропорційна поверхні тих кристалів, що вже утвоКОСТІ розчиненої цукрози шляхом аналізу вмісту рилися, а також часу кристалізації сухих речовин в міжкристальному розчині в процесі кристалізації цукрози в термостатованому гетеПитомою швидкістю кристалізації (К) називарогенному цукровому розчині при його циркуляції ють КІЛЬКІСТЬ цукрози (в мг), яка викристалізовута кінцеве визначення питомої швидкості кристаліється за 1 хвилину на 1м2 поверхні кристалів цукзації цукрози по зменшенню КІЛЬКОСТІ розчиненої рози цукрози (Славянский А А , Каганов И Н Методы ВІДПОВІДНО ДО прийнятої термінології цукор явопределения скорости кристаллизации сахарозы ляє собою ХІМІЧНО чисту цукрозу - не менш 99,75% Ж-л "Сахарная промышленность", 1971, № 9, з малою КІЛЬКІСТЮ домішок - не більш 0,25% С 70-74 [3]) Такий спосіб дозволяє зменшити поУ ДОСЛІДНІЙ і виробничій практиці цукрового хибку визначення швидкості кристалізації за рахувиробництва існує декілька способів визначення нок збільшення КІЛЬКОСТІ зважувань Однак прямошвидкості кристалізації цукрози на основі змін и лінійні розміщування на графіку одержаних даних кристалів, які ростуть, тобто способи, які зв'язані зі зважувань, нерухомість пересиченого розчину, яка зміною кристалів цукрози при їх кристалізації в не відповідає гідродинамічним умовам варіння процесі уварювання утфелю При визначенні утфелю, обумовлюють наявність значної похибки впливу різних факторів на швидкість кристалізації Крім того, визначена відомим способом питома цукрози застосовують так звані способи "штучних швидкість кристалізації цукрози є середньою веутфелів", які передбачають виготовлення модельличиною, а не поточним - миттєвим значенням, них гетерогенних розчинів - утфелів Такі визнатобто вона відповідає не миттєвим, а середнім за чення передбачають вимірювання ваги кристалів, час кристалізації цукрози значенням площі поверякі ростуть, при цьому здійснюють багаторазові хні кристалів та коефіцієнту пересиченості межкзважування ристального розчину Відомий спосіб визначення питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання гетероЗавданням заявленого винаходу є створення генного цукрового розчину - утфелю, який передспособу визначення питомої швидкості кристалібачає зважування кристалів цукру, визначення зації цукрози в процесі уварювання гетерогенного площі їх поверхні з наступним розрахунком питоцукрового розчину - утфелю, в якому за рахунок мої швидкості кристалізації цукрози (Силин П М здійснення циркуляції цього розчину шляхом вдуТехнология сахара М Пищевая промышленвання 4-28 % об'єму повітря, насиченого вологою ность, 1967, С 399-400 [1]) Однак, в зв'язку этим, при температурі кристалізації цукрози, встановщо в пересичений цукровий розчин в умовах увалення залежності вмісту сухих речовин, масового рювання утфелю вводять попередньо зважений вмісту кристалів цукрози в гетерогенному цукрокристал цукру, який в КІНЦІ процесу кристалізації вому розчині та площі їх поверхні від тривалості відокремлюють від розчину, зважують вже в КІНЦІ процесу кристалізації цукрози, кінцеве визначення процесу, і визначають питому швидкість кристаліпитомої швидкості кристалізації цукрози як похідзації по приросту маси кристалу та середній площі ної масового вмісту кристалів цукрози в гетерогенйого поверхні, для цього способу притаманна знаному цукровому розчині по тривалості процесу чна похибка, яка обумовлена не врахуванням змікристалізації цукрози, віднесену до площі поверхні ни в процесі кристалізації коефіцієнти пересиченкристалів цукрози за певною формулою, було б ня міжкристального розчину Крім того, при можливим одержання результатів визначень потоздійснені такого способу визначають лише середчних - миттєвих значень питомої швидкості крисню питому швидкість, а не миттєву Невідповідталізації цукрози з мінімальною похибкою - більш ність гідродинамічних умов кристалізації, які мають точних величин швидкості кристалізації цукрози в місце при реалізації відомого способу, умовам умовах уварювання утфелю варення утфелю, посилює похибку визначення Поставлене завдання вирішується тим, що питомої швидкості кристалізації цукрози спосіб визначення питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання гетерогенного цукВідомий також спосіб визначення питомої рового розчину - утфелю передбачає зважування швидкості кристалізації цукрози в умовах уварюкристалів цукру та визначення площі їх поверхні вання утфелю, що передбачає зважування крисна початку процесу кристалізації цукрози, вимірюталів цукру та кінцеве визначення питомої швид 47215 вання КІЛЬКОСТІ розчиненої цукрози шляхом аналізу вмісту сухих речовин в міжкристальному розчині при кристалізації цукрози термостатованого гетерогенного цукрового розчину при його циркуляції та розрахунок питомої швидкості кристалізації цукрози по зменшенню КІЛЬКОСТІ розчиненої цукрози Новим в заявленому способі є те, що циркуляцію гетерогенного цукрового розчину - утфелю здійснюють шляхом вдування 4-28% об'єму повітря, яке насичують вологою при температурі кристалізації цукрози Після визначення вмісту сухих речовин в міжкристальному розчині встановлюють залежність цього вмісту сухих речовин, масового вмісту кристалів цукрози в гетерогенному цукровому розчині - утфелі та площі їх поверхні від тривалості процесу кристалізації цукрози, після чого К-питому швидкість кристалізації цукрози визначають як похідну масового вмісту кристалів цукрози в гетерогенному цукровому розчині по тривалості процесу кристалізації цукрози, віднесену до площі поверхні кристалів цукрози за такою формулою Кр 0 Ср[і00-СР(т)] sQ 1 d Гі00Кр 0 + СРд(100-Кр 0 )-100СР( LiOOKp o +(CP o -Kp o )-1OOCP(i)J де К - питома швидкість кристалізації цукрози, г/ м2с, СРо - початковий вміст сухих речовин в межкристальному розчині, мас %, Кро - початковий вміст кристалів в гетерогенному цукровому розчині, мас %, So - початкова площа поверхні кристалів цукрози в гетерогенному цукровому розчині, м2, СР (т) - залежність вмісту сухих речовин в міжкристальному розчині від тривалості процесу кристалізації цукрози, с , т - тривалість процесу кристалізації цукрози, с, d - похідна по тривалості процесу кристаліdT зації цукрози В окремих випадках, в залежності від особливих умов використання, заявлений спосіб характеризується такими ознаками Повітря для вдування в гетерогенний цукровий розчин насичують вологою при заданій температурі кристалізації цукрози 65 - 95°С Температура гетерогенного цукрового розчину, в якому визначають питому швидкість кристалізації цукрози, складає 25 - 95°С Питому швидкість кристалізації цукрози визначають на первинних кристалах Визначення питомої швидкості кристалізації цукрози здійснюють в гетерогенному цукровому розчині в гідродинамічних умовах його уварювання Сукупність усіх суттєвих ознак заявленого винаходу дозволяє одержувати результати визначень питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання гетерогенного цукрового розчину з мінімальною похибкою, при цьому одержувати поточне - миттєве значення питомої швидкості кристалізації цукрози За рахунок введення нових ознак заявлений спосіб набуває нових властивостей Нові ознаки при взаємодії з відомими ознаками проявляють нові технічні властивості таким чином Завдяки вдуванню повітря, яке насичене вологою при температурі кристалізації цукрози, в гетерогенний цукровий розчин - утфель в КІЛЬКОСТІ 4 28% об'єму для циркуляції цього розчину, моделюються кипіння гетерогенного цукрового розчину, створюються оптимальні модельні гідродинамічні умови уварювання цукрового утфелю При цьому саме такі КІЛЬКІСНІ межі від 4 до 28% об'єму відповідають утворюваній при КИПІННІ утфелю пари Насичення повітря вологою при температурі кристалізації цукрози перешкоджає випаровуванню води і сприяє стабілізації КІЛЬКОСТІ ВОДИ В розчині, що підвищує точність визначення питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання цукрового утфелю Визначення вмісту дійсних сухих речовин в ході процесу кристалізації та встановлення залежності цього вмісту сухих речовин від тривалості кристалізації дає можливість визначати для будь-якого моменту процесу кристалізації масовий вміст кристалів цукру і площу їх поверхні та миттєву питому швидкість кристалізації цукрози як похідну масового вмісту кристалів в гетерогенному цукровому розчині по тривалості процесу кристалізації, віднесену до площі поверхні цих кристалів В технології цукрового виробництва питомою швидкістю кристалізації називають КІЛЬКІСТЬ цукрози (в мг), яка викристалізовується за 1 хвилину на 1м2 поверхні кристалів Така кількісна характеристика процесу кристалізації необхідна для проведення різних техніко-економічних розрахунків при виробництві цукру, наприклад, для визначення КІЛЬКОСТІ цукрози (цукру), яка кристалізується за певний час, оформлення матеріальних балансів, розрахунків часових параметрів процесу, вивчення факторів, які мають вплив на швидкість кристалізації Технічний результат при використанні заявленого рішення досягається саме в межах заявлених КІЛЬКІСНИХ параметрів способу Інтервали значень, які характеризують вдування повітря в гетерогенний цукровий розчин - утфель в КІЛЬКОСТІ від 4 до 28% об'єму, були підтверджені в експериментально-практичних умовах при вдуванні повітря менше 4% об'ємних швидкість циркуляції гетерогенного цукрового розчину зменшується настільки, що кристали цукру осідають, що не дозволяє визначити питому швидкість кристалізації При вдуванні повітря в КІЛЬКОСТІ більше 28% об'єму рух гетерогенного цукрового розчину набирає снарядної форми, повітряні снаряди заполоняють усю повітряну циркуляційну зону, це приводить до нерівномірності руху розчину та осадженню кристалів цукру, що також не дозволяє визначати питому швидкість кристалізації Заявлений спосіб визначення питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання гетерогенного цукрового розчину - утфелю здійснюють таким чином Готують модельний гетерогенний цукровий розчин - утфель зважують кристали цукрози (цукру) заданого розміру, розраховують площу їх поверхні та змішують ці кристали з цукровим розчином із заданим коефіцієнтом пересичення Потім в цей утфель вдувають 4 -28% об'єму повітря, яке насичене вологою при заданій температури кристалізації 65 -95°С Періодично вимірюють вміст сухих речовин в межкристальному розчині та роз 8 47215 раховують по його величині вміст кристалів і площу їх поверхні Потім встановлюють залежність цього вмісту сухих речовин, масового вмісту кристалів та площі їх поверхні від тривалості кристалізації цукрози Миттєву питому швидкість кристалізації цукрози К визначають як похідну масового вмісту кристалів по тривалості процесу кристалізації, віднесену до площі поверхні цих кристалів Практичне здійснення заявленого технічного рішення ілюструється наступним прикладом Приклад Гетерогенний цукровий розчин - утфель беруть у КІЛЬКОСТІ 100г Для цього зважують 10г кристалів цукрози (цукру) заданого розміру, тобто Кро -початковий вміст цих кристалів цукрози в утфелі складає 10% мас Розраховують So - початкову площу поверхні цих кристалів на початку процесу кристалізації цукрози, яка в цьому прикладі складає 0,1017м2 10г вищевказаних первинних кристалів цукрози змішують з 90г міжкристального цукрового розчину, який має температуру 70°С СРо - початковий вміст сухих речовин в міжкристальному розчині складає 77,540% Задана величина коефіцієнту пересичення складає 1,0618 Потім В U-подібному лабораторному кристалізаторі здійснюють циркуляцію одержаного гетерогенного цукрового розчину - утфелю шляхом вдування в нього 15% об'ємних повітря, яке попередньо насичують вологою при температурі кристалізації 70°С Потім періодично, через часові інтервали Т, а саме - через 23, 59, 84, 107, 126 та через 145 секунд (с) визначають СР - вміст сухих речовин в міжкристальному розчині методом його висушування в вакуум-сушильній шафі Одержані значення СР - вмісту сухих речовин в міжкристальному розчині становлять ВІДПОВІДНО 77,,517, 77,482, 77,436, 77,419 та 77,402 мас % Відсутність вторинного кристалоутворення контролюють під мікроскопом Шляхом найменших квадратів визначають залежність вмісту сухих речовин в міжкристальному розчині СР, масового вмісту кристалів в гетерогенному цукровому розчині Кр та площі поверхні цих кристалів S від тривалості процесу кристалізації цукрози т в гідродинамічних умовах уварювання гетерогенного цукрового розчину 7 СР = 77,54-1,01-10-Зт 3,77-10 т,мас%; 100Кр 0 + С Р 0 ( і 0 0 - К р 0 ) - 1 0 0 С Р , Кр = мас %', 100-СР 2/3 Кр, S =S V У Потім визначають К - миттєву питому швидкість кристалізації цукрози як похідну вмісту кристалів в гомогенному цукровому розчині - утфелі по тривалості процесу кристалізації, віднесену до площі поверхні цих кристалів 2 К , г/м с. = — • S d T В графі 5 таблиці наведені результати вищевказаного поетапного розрахунку питомої швидкості кристалізації цукрози ВІДПОВІДНО до формули р о ( ю о - к р о ) I O O C F ( T 100Кр 0 + (СРО - К р 0 ) - 100CF(l де К - питома швидкість кристалізації цукрози, г/м2с, СРо - початковий вміст сухих речовин в міжкристальному розчині, мас %, Кро - початковий вміст кристалів в гетерогенному цукровому розчині, мас %, So - початкова площа поверхні кристалів цукрози в гетерогенному цукровому розчині, м2, СР (т) - залежність вмісту сухих речовин в міжкристальному розчині від тривалості процесу кристалізації цукрози, с , т - тривалість процесу кристалізації цукрози, с, d — - похідна по тривалості процесу кристаліdT зацм цукрози Таблиця Результати визначення питомої швидкості кристалізації цукрози ВІДПОВІДНО ДО заявленого способу т -тривалість процесу кристалізації цукрози, в секундах (с) 1 0 (початок процесу) 23 59 84 107 126 145 СР - вміст сухих ре- Кр - вміст кристалів Заданий коефіцієнт К - питома човин в міжкристаль- цукрози в гетероген- пересичення між- швидкість крином у розчині, мас % ному цукровому роз- кристального розчи- сталізації цукчині (утфелі), мас % ну рози, г/м с 2 3 4 5 77,540 10,000 1,0618 0,0398 77,517 10,092 1,0604 0,0388 77,482 10,232 1,0582 0,0372 77,458 10,327 1,0568 0,0362 77,436 10,415 1,0555 0,0353 77,419 10,482 1,0544 0,0345 77,402 10,550 1,0534 0,0338 Наведений приклад практичного здійснення заявленого способу ілюструє визначення миттєвої питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання утфелю Визначення питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання утфелю здійснювали також при вдуванні повітря в утфель в межах 4-28% об'ємних, насиченого вологою при заданій температури кристалізації в інтервалі температур від 65 до 95°С за аналогією з вищеописаним прикладом При цьому температура гетерогенного цукрового розчину, в якому визначають питому швидкість кристалізації цукрози, складає 25 - 95°С Заявлений спосіб був випробуваний в експериментально-виробничих умовах Гнідавського цукрового заводу КІЛЬКІСТЬ результатів визначень питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання утфелю відповідала умовам статистичної обробки одержаних даних, одержані результати характеризувалися мінімальною похибкою Заявлений спосіб простий за здійсненням Він дозволяє одержувати поточне - миттєве значення 47215 10 питомої швидкості кристалізації цукрози в умовах уварювання утфелю, що є важливим при визначенні впливу різних факторів на швидкість кристалізації цукрози для оперативного управління цією технологічною стадією цукрового виробництва та забезпечення сучасного рівня регламентації виробничого процесу Література 1 Силин П М Технология сахара М Пищевая промышленность, 1967, С 399-400 2 Герасименко А А Кристаллизация сахара Киев Наукова думка, 1965 - С 101-102 3 Славянский А А , Каганов И Н Методы определения скорости кристаллизации сахарозы Ж-л "Сахарная промышленность", 1971, № 9, С 70-74 - прототип ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71