INFLUENCE OF THE THERMODYNAMIC FACTOR ON THE PROCESS CRYSTALLIZATION SUCROSE

Abstract

В технологическом потоке производства сахара на сахарном заводе продуктовое отделение с бата- реей кристаллизаторов (вакуум-аппаратов) играет первостепенную роль. В вакуум-аппарате (ВА) метастабиль- ный раствор системы жидкость–твердое может испытывать два фазовых превращения. Сначала вблизи центра кристаллизации (ЦК) в рабочем объеме ВА при выпаривании воды из сахарного сиропа с затратой тепловой энер- гии (экзогенная тепловая реакция) метастабильный раствор переводится в пересыщенное (квазистационарное) состояние. Если по каким-либо причинам извне это состояние нарушается, например при интродукции в раствор затравочного материала, то данный фактор приводит к конденсации, как правило, в течение непродолжительного периода молекул твердой фазы (здесь – сахарозы) на поверхности ЦК, т. е. инициирует процесс кристаллизации. Это сопровождается выделением эквивалентно затраченной на выпаривание воды из сахарного сиропа тепло- ты от ЦК в межкристальный раствор, что вызывает в нем резкое повышение температуры. Отмеченные особен- ности тепловых явлений имеют важное значение как в научно-техническом, так и в практическом отношении при решении проблемы совершенствования технологии в сахарном производстве. В то же время обоснование и тео- ретические аспекты данной проблемы до сих пор малоизучены. В статье с целью оценки влияния термодинами- ческого фактора на протекающий в вакуум-аппарате процесс кристаллизации с точки зрения кинетики фазового превращения растворенной в пересыщенном растворе твердой фазы предпринята попытка обосновать физико-ма- тематическую модель проблемы и провести количественный анализ этой модели. Рассчитанные с учетом влияния выделяющейся при кристаллизации эндогенной теплоты аналитические зависимости имеют важное научно-техни- ческое и прикладное значение при решении инновационных задач в технологии получения кристаллического сахара. In the technological flow of sugar production at a sugar factory, the product department with a battery of crystallizers (vacuum apparatus) plays a primary role. In a vacuum apparatus (VA), a metastable solution of the liquid–solid system can undergo two phase transformations. First, near the center of crystallization (CC) in the working volume of the VA, when water is evaporated from sugar syrup with the expenditure of thermal energy (exogenous thermal reaction), the metastable solution is transferred to a supersaturated (quasi-stationary) state. If, for some reason, this state is disturbed from the outside, for example, when a seed material is introduced into the solution, then this factor leads to condensation, as a rule, for a short period of molecules of the solid phase (here, sucrose) on the surface of the CC, i. e., it initiates crystallization process. This is accompanied by the release of heat equivalent to that spent on evaporating water from the sugar syrup from the CC into the intercrystalline solution, which causes a sharp increase in temperature in it. The noted features of thermal phenomena are of great importance both in scientific and technical and practical terms in solving the problem of improving technology in sugar production. At the same time, the rationale and theoretical aspects of this problem are still poorly understood. In the article, in order to assess the influence of the thermodynamic factor on the crystallization process occurring in a vacuum apparatus from the point of view of the kinetics of phase transformation of a solid phase dissolved in a supersaturated solution, an attempt was made to substantiate the physical and mathematical model of the problem and conduct a quantitative analysis of this model. Calculated taking into account the effect of endogenous heat released during crystallization, analytical dependences are of great scientific, technical and applied importance in solving innovative problems in the technology of obtaining crystalline sugar.