Гречка Вадим Васильович. Удосконалення підготовки цукрових розчинів до процесу кристалізації із застосуванням магнітно-імпульсного оброблення

brief description

Гречка Вадим Васильович. Удосконалення підготовки цукрових розчинів до процесу кристалізації із застосуванням магнітно-імпульсного оброблення: дисертація канд. техн. наук: 05.18.05 / Національний ун-т харчових технологій. - К., 2003.

Гречка В.В. Удосконалення підготовки цукрових розчинів до процесу кристалізації із застосуванням магнітно-імпульсного оброблення. Рукопис.
Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.05. Технологія цукристих речовин, Національний університет харчових технологій, Київ, 2003.
Робота присвячена проблемі удосконалення технології кристалізації цукрози шляхом попереднього магнітно-імпульсного оброблення (МІО) сиропів і вирішує завдання підвищення виходу і якості кристалічного цукру.
Дано детальне пояснення механізму структурних перетворень, що відбуваються в результаті згущення водних цукрових розчинів. Досліджено, що внаслідок МІО водних цукрових розчинів відбувається зменшення ближньої і дальньої гідратації молекул цукрози, що зменшує густину (до 0,81 %) і в’язкість (до 20 %) розчинів. Встановлено, що час релаксації оброблених цукрових розчинів залежить від температури і при 20 С становить близько 3 діб, а при 70 С близько 1 доби.
З’ясовано, що уварювання утфелю І продукту із цукрових сиропів, які пройшли попереднє МІО, дає можливість поліпшити гранулометричний склад кристалічного цукру стандартної якості і підвищити його вихід на 0,040,08 % та зменшити загальний час уварювання утфелю на 1016 %.

За результатами системного аналізу літературних даних, теоретичних та експериментальних досліджень розроблено спосіб підготовки цукрових розчинів до процесу кристалізації шляхом їх попереднього магнітно-імпульсного оброблення.

На основі квантово-хімічних розрахунків здійснено моделювання можливих конформаційних структур молекули цукрози та проведено аналіз профілю її потенціальних енергій. Показано, що зміна гібридного стану атомів у конформаційних переходах сприяє перерозподілу електронної густини і зміні дипольного моменту сполуки.
Розраховано моделі будови гідратного комплексу (1 молекула цукрози 14 молекул води, концентрація цукрози в розчині 57,5 %), що дало змогу доповнити уявлення про механізм розчинення і гідратації цукрози. Виявлено, що в концентрованих розчинах цукрози внутрішньомолекулярні водневі зв’язки, характерні для кристалічного стану, зберігаються тривалий час.
За допомогою спектроскопії комбінаційного розсіювання в поєднанні з квантово-хімічними методами встановлено, що при 50 %-й концентрації цукрози відбувається зміна напівклатратної природи гідратів розчину, тобто перехід гідратів із гекса- в пентакомплекс, при понад 65 %-й концентрації в розчині можливе утворення асоціатів. Підтверджено факт існування у водних розчинах цукрози трьох структурних областей, межею яких є 30 і 65 %-ні концентрації, та підтверджено, що перед тим як вбудуватись в кристалічну решітку молекула цукрози звільняється від молекул води і приймає подібну до кристала конформацію.
За результатами спектральних досліджень обґрунтовано можливі структурні зміни водних цукрових розчинів у процесі їх згущення, тобто внаслідок зменшення кількості молекул води в розчині.
Виявлено, що магнітно-імпульсне оброблення цукрозних розчинів впливає на загальну кількість і міцність водневих зв’язків у розчині, що приводить до зміни ближньої і дальньої гідратації цукрозних розчинів.
Встановлено, що внаслідок оброблення зменшуються густина і в’язкість водних цукрових розчинів на всьому проміжку концентрацій. Основним фактором, від якого залежить результат оброблення є початкова конформація молекули цукрози в розчині, яка в свою чергу залежить від структури водних кластерів розчину.
Доведено доцільність використання МІО для інтенсифікації процесу кристалізації цукрози з розчинів Ч=90100 % (для уварювання рафінадних утфелів та утфелів І продукту цукробурякового виробництва). Найбільший ефект від МІО досягається за інтенсивності магнітного поля 3,12 Т і частоти заповнення імпульсів 70 кГц, в результаті чого швидкість кристалізації підвищується на до 15,2 %, середній розмір кристалів збільшується на 0,10,2 мм, а коефіцієнт неоднорідності зменшується на 58 %.
Результати промислових випробувань показали, що уварювання утфелю І продукту із оброблених МІП цукрових сиропів дає можливість поліпшити гранулометричний склад кристалічного цукру стандартної якості і підвищити його вихід на 0,06 %, швидкість кристалізації на 10,315,2 % та скоротити загальний час уварювання утфелю на 1016 %.
Розроблено спосіб кристалізації цукрози, що передбачає попереднє магнітно-імпульсне оброблення сиропу в інтервалі інтенсивності магнітного поля 1,264,04 Т і при частоті заповнення імпульсів 70 кГц (деклараційний патент України на винахід № 38975А від 15.05.2001 р.).
Річний економічний ефект від використання попереднього МІО сиропу становить 75 тис. грн. для цукрового заводу потужністю 1200 т перероблення цукрових буряків за добу.