Содержание к диссертации
ВЕЕЩЕНИЕ 6
Глава I. АНАЛИЗ МАТЕМАТИЧЕСКИХ ОПИСАНИЙ ПРОЦЕССА УВАРИВАНИЯ САХАРНЫХ УТФЕЛЕЙ 10
1.1. Теоретические основы процесса кристаллизации 10
1.1.1. Процесс зароядения кристаллов 10
1.1.2. Процесс роста и растворения кристаллов
1.2. Математический анализ современной теории кристаллизации сахарозы 23
1.3. Коллоидно-химическая теория процесса уваривания сахарных утфелей
1.3.1. Связь между теплообменом и кристаллизацией 44
1.3.2. Рекристаллизация и ее роль в укрупнении кристаллов 45
1.4. Фракционный состав кристаллов сахара 49
1.4.1. Определение фракционного состава кристаллов сахара 49
1.4.2. Дифференциальные функции распределения кристаллов по размерам 51
1.4.3. Качественные факторы сахара-песка 52
1.5. Выводы и задачи исследования 55
Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА УВАРИВАНИЯ САХАРНЫХ УТШЕЙ В ИЗОГВДЕИЧЕСКИХ И НЕИЗОГИДРИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ 57
2.1. Кинетика процесса уваривания сахарных утфелей в изогидрических условиях 57
2.2. Кинетика процесса уваривания сахарных утфелей в неизогидрических условиях
2.3. Обоснование выбора параметров, характеризующих рост кристаллов в процессе массовой
кристаллизации 73
2.3.1. Анализ показателей фракционного состава кристаллов 73
2.3.2. Исследование фракционного состава кристаллов сахара 74
2.3.3. Функции распределения кристаллов по размерным характеристикам 75
2.3.4. Прогнозирование фракционного состава кристаллов сахара
2.4. Гранулометрия кристаллов сахара 82
2.5. Влияние основных параметров уваривания сахарных утфелей на фракционный состав кристаллов сахара 85
2.6. Влияние агрегации на фракционный состав кристаллов сахара 87
2.7. Выводы 91
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПЮЕЕНСА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕМ ПРОЦЕССА УВАРИВАНИЯ САХАРНЫХ УТФЕЛЕЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ 93
3.1. Методика исследований и обработка опытных данных 93
3.2. Проверка математической модели процесса уваривания сахарных утфелей в изогидрических условиях 97
3.3. Проверка математической модели процесса уваривания сахарных утфелей в неизогидрических условиях 102
3.4. Проверка математической модели, описывающей фракционный состав кристаллов конечного ут феля К)5
3.5. Выводы 106 Стр.
Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА УВАРИВАНИЯ САХАРНЫХ УТФЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПОСТРОЕННОЙ МАТЕМАТШЕСКОЙ МОДЕЛИ 108
4.1. Аналитические зависимости для определения
времени уваривания сахарных утфелей в изогидрических и неизогидричееких условиях 108
4.1.1. Время сгущения сиропа до заводки кристаллов 108
4.1.2. Время уваривания утфеля от момента заводки кристаллов для изогидрических условий
4.1.3. Время уваривания утфеля от момента заводки кристаллов для неизогидрических условий ПО
4.2. Номограммный метод расчета изменения содержания сухих веществ в утфеле и других тех
нологических показателей процесса в изогидрических условиях Ш
4 3. Расчет скорости процесса кристаллизации сахара Н2
4.4. Определение допустимых значений величины степени изогидричности Н5
4.5. Влияние степени изогидричности и содержания сухих веществ в подкачиваемом сиропе на основные факторы процесса уваривания сахарных утфелей
4.5.1. Влияние степени изогидричности и содержания сухих веществ в подкачиваемом сиропе на время уваривания И8
4.5.2. Влияние степени изогидричности и содержания сухих веществ в подкачиваемом сиропе на константу процесса уваривания сахарных утфелей 121
4.5.3. Влияние степени изогидричности,содержания сухих веществ в подкачиваемом Стр.
сиропе на удельные энергозатраты при производстве единицы массы конечного утфеля 123
4.5.4. Влияние степени изогидричности и содержания сухих веществ в подкачиваемом сиропе на фракционный состав кристаллов конечного утфеля 123
4.6. Вы во д ы 126
Глава 5. ВОПРОСЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА УВАРИВАНИЯ САХАРНЫХ ПРОДУКТА И СОЕЕРШЕНСТВОВІШИЯ КОНСТРУКЦИИ ВАКУУМ-АППАРАТОВ ПЕРИОДИЧЕСКОГО
ДЕЙСТВИЯ 128
5.1. Изменение во времени массы подкачиваемого сиропа и греющего пара, обеспечивающих оптимальные условия уваривания сахарных утфелей 129
5.І.І. Аналитические зависимости изменения во времени масс подкачек и греющего пара 129
5.2. Система автоматического регулирования для обеспечения оптимальных условий уваривания 131
5.3. Вопросы совершенствования конструкции вакуум-аппаратов периодического действия 1 5.3.1. Уточнение расчета площади поверхности нагрева вакуум-аппарата 133
5.3.2. Особенности определения основных размеров корпуса вакуум-аппарата 34
5.3.3. Вопросы оптимизации основных размеров корпуса вакуум-аппарата 135
5.4. Выводы 14
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 142
ЛИТЕРАТУРА 145
ПРИЛОЖЕНИЕ I 159
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 1
Введение к работе
Решениями ХХУІ съезда КПСС I и Продовольственной программой СССР на период до 1990 года /2/ предусмотрено увеличение производства промышленной продукции на 26-28$, а в отраслях пищевой промышленности - на 23-26$, улучшение ее качества и ассортимента, внедрение непрерывных схем и интенсивных режимов производства. Продовольственной программой СССР на период до 1990 года /2 /намечено довести среднегодовое производство сахарной свеклы в двенадцатой пятилетке до І02-І03 млн.т. Для предотвращения потерь, при производстве сахара, определены меры по сокращению длительности сезона переработки сахарной свеклы к 1990 году до 100-105 суток. Научным учреждениям, министерствам и ведомствам поручено осуществить в 1982-1990 годах меры по дальнейшему развитию научных исследований и ускорению внедрения в производство достижений науки в отраслях агропромышленного комплекса. Основными задачами экономического и социального развития страны на I98I-I985 годы и на период до 1990 года /I /намечено обеспечение эффективного использования природных, материальных и трудовых ресурсов как решающего и наиболее действенного способа приумножения национального богатства страны, поставлена задача снижения материалоемкости производства. Намечено обеспечение в 1985 году, по сравнению с 1980 годом экономии топливно-энергетических ресурсов в народном хозяйстве в количестве 160-170 млн.тонн условного топлива; разработать и осуществить меры по устранению потерь в промышленности. Во всех отраслях народного хозяйства создавать и выпускать оборудование, позволяющее повысить его производительность, экономить материальные и энергетические ресурсы.
Для решения поставленных задач работники сахарной промышленности разрабатывают и внедряют новые технологические режимы и оборудование, позволяющие снизить энергоматериалоемкость производства, повысить производительность оборудования, улучшить качество товарного кристаллического сахара. Особенно остро стоят эти вопросы при осуществлении процесса варки и кристаллизации сахарных утфелей.
Одними из главных задач процесса варки утфелей и кристаллизации сахара является оптимизация и совершенствование его аппаратурного оформления, снижение общего времени процесса (от сгущения сиропа до окончания процесса варки) и удельных энергозатрат на производство I тонны конечного утфеля, обеспечение роста кристаллов до требуемого значения линейного размера, уменьшение степени их неоднородности и улучшение качества сахара.
На основе математического моделирования процесса уваривания сахарных утфелей в работе в определенной мере решаются эти вопросы.
В работе получены следующие новые научные результаты:
- разработана математическая модель процесса уваривания сахарных утфелей в изогидрических и неизогидрических условиях, позволяющая прогнозировать фракционный состав кристаллов сахара; модель апробирована в производственных условиях;
- выбраны и.обоснованы параметры, объективно характеризующие фракционный состав кристаллов сахара;
- уточнены уравнения статистической связи между массой, поверхностью и различного типа линейными размерами кристаллов,классифицированных по типу геометрии их поверхности;
- впервые установлена связь между основными типами одномерных дифференциальных функций распределения кристаллов по их размерным характеристикам; - исследовано влияние величины степени изогидричности на основные факторы процесса уваривания утфелей;
- установлена оптимальность изогидрических условий уваривания;
- предложена система автоматического регулирования, позволяющая поддерживать оптимальные изогидрические условия уваривания сахарных утфелей;
- разработаны предложения по оптимальному конструированию вакуум-аппаратов периодического действия, позволяющие снизить их материалоемкость и способствующие более эффективному проведению процесса уваривания.
Настоящая работа направлена на выполнение Продовольственной Программы СССР и Республиканской комплексной научно-технической программы "Сахар".
По результатам работы опубликованы 16 статей, они докладывались на Всесоюзной конференции "Реахимтехника-1" (Днепропетровск, 1982 г,), семинаре-совещании "Проблемы оптимизаций в машиностроении" (Харьков, 1982 г.), Всесоюзном семинаре "Оптимизация сложных систем" (Винница, 1983 г.), Всесоюзной научной конференции "Пути совершенствования технологических процессов и оборудования для производства, хранения и транспортировки продуктов питания" (Москва, 1984 г.), Всесоюзной научной конференции "Термодинамика необратимых процессов и ее применение" (Черновцы, 1984 г.), Всесоюзный симпозиум по плазмохимии (Днепропетровск, 1984 г.), Республиканском семинаре "Кристаллизация из растворов и расплавов" (Суш, 1984 г.), в Институте тепло- и массообмена им. А.В.Лыкова АН БССР (Минск, 1982-1983 гг.), в Физико-техническом институте низких температур АН УССР (Харьков, 1983 г.), в Институте технической теплофизики АН УССР (Киев, 1983 г.) на научной конференции Киевского орцена Трудового Красного Знамени технологического института пищевой промышленности (I98I-I982 гг.).
Работа выполнялась в Киевском ордена Трудового Красного Знамени технологическом институте пищевой промышленности. Промышленные исследования проводились на Яготинском сахарном заводе НІЮ "Сахар".
Диссертация состоит из 5 глав, изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 9 рисунков, 12 таблиц, 151 наименование использованной литературы, 2 приложения.
Автор выражает благодарность канд.техн. наук, ст.науч.сотруд. Штангееву В.О., за ценные консультации по диссертационной работе.
