Содержание к диссертации
Введение
ВВЕЩЕНИЕ 5
Глава I. РОЛЬ ВЯЗКОСТИ В ТЕХНОЛОГИИ САХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА (обзор литературы)
1.1. Общие понятия о вязкости 10
1.2. Строение сахарных растворов и вязкость 15
1.3. Вязкость чистых растворов сахарозы 17
1.4. Вязкость растворов сахарозы в присутствии не сахаров
1.5. Вязкость утфелей 32
1.6. Влияние некоторых технологических факторов 39 на вязкость сахарных растворов
1.7. Выводы и цель выполняемой работы 48
Глава 2. МЕТОДЫ АНАЛИЗА 50
2.1. Общие методы анализа 50
2.2. Измерение вязкости сахарных растворов 50
2.3. Поляриметрическое определение сахарозы и декстрана
2.4. Измерение оптической плотности и цветности сахарных растворов
2.5. Определение физико-химических свойств сахарных 56 растворов методом ядерного магнитного резонанса
2.6. Определение взвешенных частиц в растворе 57
2.7. Количественное определение декстрина в продуктах сахарного производства
2.8. Определение массы осадка 59
2.9. Приготовление питательной среды для лейконостока
2.10. Обработка экспериментальных- данных на ЭВМ 60
Глава 3. ЗАВИСИМОСТЬ ВЯЗКОСТИ ЧИСТЫХ И ТЕХНИЧЕСКИХ САХАРНЫХ РАСТВОРОВ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ СУХИХ ВЕЩЕСТВ И ТЕМПЕРАТУРЫ
3.1. Структура сахарных растворов и вязкость
3.2. Влияние концентрации сухих веществ и температуры на вязкость чистых растворов сахарозы
3.2.1. Вязкость разбавленных растворов сахарозы 67
3.2.2. Вязкость концентрированных растворов сахарозы 78
3.2.3. Вязкость пересыщенных растворов сахарозы 83
3.2.4. Возможность применения полученных уравнений вязкости для практических целей
3.3. Влияние температуры на вязкость чистых растворов сахарозы
3.4. Зависимость вязкости от насыщения чистых растворов сахарозы
3.5. Реологические свойства рафинадной патоки
Глава 4. РОЛЬ НЕКОТОРЫХ НЕСАХАРОВ В ФОРМИРОВАНИИ ВЯЗКОСТИ 103
САХАРНЫХ РАСТВОРОВ
4.1. Объект исследования
4.2. Влияние несахаров и кристаллов сахара на вязкость
4.2.1. Сумма несахаров 104
4.2.2. Вещества коллоидной дисперсности 105
4.2.3. Зола 107
4.2.4. Редуцирующие вещества 109
4.2.5. Хлорид натрия 112
4.2.6. Сульфиты, гидросульфиты и другие соли 114
4.2.7. Поверхностно-активные вещества 118
4.2.8. Пузырьки газов 120
4.2.9. Размер и концентрация кристаллов 125
4.2.10. Влияние рН 129
4.3. Декстрин и его влияние на вязкость 131
4.3.1. Характеристика и методы обнаружения декстрина 131
4.3.2. Вязкость сахарных растворов в зависимости от 135 концентрации и молекулярной массы декстрина
Глава 5. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА САХАРНЫХ 147
РАСТВОРОВ
5.1. Задачи исследования 147
5.2. Снижение влияния веществ коллоидной дисперсности и полимеров на вязкость сахарных растворов
5.2.1. Обработка растворов хитозаном 147
5.2.2. Способность растворов к фильтрованию 151
5.2.3. Центрифугирование растворов 154
5.2.4. Обработка сахарных растворов химическими реагентами 154
5.2.5. Ферментативное разрушение декстрина 158
5.3. Способ контроля кристаллизации сахара в утфеле с использованием ультразвукового вискозиметра
5.4. Способы повышения качества сахарных растворов и проведение производственных испытаний
5.4.1. Повышение эффекта очистки сахарных растворов адсорбцией
5.4.2. Улучшение условий кристаллизации сахара в последнем утфеле при его охлаждении
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 181
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 188
ПРИЛОЖЕНИЯ 211
- Строение сахарных растворов и вязкость
- Измерение вязкости сахарных растворов
- Структура сахарных растворов и вязкость
- Снижение влияния веществ коллоидной дисперсности и полимеров на вязкость сахарных растворов
Строение сахарных растворов и вязкость
Как известно, вязкость зависит от плотности, химического состава и ассоциации молекул раствора. Несмотря на многочисленные публикации о вязкости сахарных растворов, некоторые вопросы изучены недостаточно. Например, очень мало сведений о зависимости вязкости от строения растворов и суспензий, что объясняется, по-видимому, сложностью проведения экспериментов, а также самих структур.
Уже сама вода, которая является растворителем в сахарных растворах, обладает определенной вязкостью (1,002 мПа с при 20С /189/. Вязкость зависит от температуры, например, при Ю0С вязкость воды снижается до 0,3 мПа с.
По А.Аллену молекула сахарозы имеет восемь гидроксильных групп. В кристаллическом состоянии три из них и один кольцевой атом кислорода образуют две внутримолекулярных водородных связи, остальные пять гидроксильных групп участвуют в образовании межмолекулярных связей /128/.
В растворах сахароза химически не взаимодействует с водой. Растворение сопровождается гидратацией молекул, в ходе которой между гидрофильными гидроксильными группами молекулы сахарозы и молекулами вода возникают водородные связи. Связь между молекулами сахарозы и молекулами гид ратной оболочки более прочная, чем между молекулами чистой вода /32/.
Степень гидратации сахарозы в растворах преимущественно зависит от ее концентрации и в меньшей степени от температуры. На основании работ, где изучались термодинамические, и спектральные свойства водных растворов сахарозы, установлено, что с увеличением концентрации сахарозы и температуры раствора степень гидратации ее молекул уменьшается. Например, при 0С с увеличением концентрации сахарозы от 32,9$ до 68,3% степень гидратации снижается от 6,1 до 4,06. Для 60%-ного раствора сахарозы при 60С она равна 3,55, а при 95С - 3,32 /115/.
Измерение вязкости сахарных растворов
Отбор, подготовку образцов продуктов сахарного производства и их качественный анализ проводили в соответствии с рекомендациями и прописями, изложенными в /44,95/. Оригинальные методы анализа, опубликованные в периодической печати, а также методы, видоизмененные нами, даны ниже.
По конструкции приборы для измерения вязкости можно разделить на три группы /103,109/: одной неподвижной твердой поверхностью, вдоль которой течет жидкость (вискозиметры Оствальда, Энглера). В этих вискозиметрах измеряется скорость протекания жидкости через капиляр; с одной подвижной твердой поверхностью - это реометры с вращающимся или вибрирующим измерительным устройством, в котором практически вся масса жидкости неподвижна; с подвижным элементом (шарик, цилиндр), перемещающимся близко от неподвижной поверхности (трубка, второй цилиндр) со слоем жидкости между ними. Это вискозиметры Гепплера, Реотест.
DCUMSA (Международная комиссия по унифицированным методам исследования в сахарной промышленности) считает более предпочтительным использовать для измерения вязкости реометры с вращающимся цилиндром или падающим шариком /171/. В этих аппаратах вязкость измеряют как относительную величину к вязкости эталона (воды).
Для определения вязкости в неньютоновских жидкостях наиболее пригоды ротационные вискозиметры, которые дают возможность проводить измерения при различных значениях градиента скорости.
При условии, что ньютоновская жидкость не содержит взвеси и пузырьков газов, результаты измерения вязкости с помощью приборов различных систем должны быть одинаковыми.
В настоящей работе для измерения вязкости применяли, в основ ном, два вискозиметра производства ГДР: вискозиметр с падающим шариком (Гепплера) типа В-3 и ротационный вискозиметр Реотест-2.
В вискозиметре с падающим шариком регистрируется продолжительность падения шарика в цилиндрической трубке, заполненной исследуемой жидкостью и наклоненной на 10 относительно вертикали /19/. Такой вискозиметр предназначен, главным образом, для измерения вязкости ньютоновских жидкостей. Рабочий узел вискозиметра можно поворачивать для возврата шарика и повторять измерения.
Набор из шести тарированных шариков дает возможность измерять вязкость в интервале 0,6-80000 мПа с и диапазоне температур от -60 до +150С. Трубка вискозиметра снабжена рубашкой для термостатирования анализируемой жидкости при определенной температуре.
Структура сахарных растворов и вязкость
Установив зависимость вязкости от структуры водных растворов сахарозы, далее представляло интерес проанализировать эту зависимость в широком интервале концентраций и температуры и выявить закономерности, которые можно использовать для практических целей. Ниже даны результаты обобщения имеющихся в литературе /46,62,70.
class4 РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА САХАРНЫХ 147
РАСТВОРОВ class4
Снижение влияния веществ коллоидной дисперсности и полимеров на вязкость сахарных растворов
Известны полимеры хитин и хитозан, получаемые из отходов морепродуктов, которые обладают флокулирующим свойством /88/. Хитин - это гомополиаминосахарид с неразветвленной цепью, его формула (CgHjgOgtf)- » а хитозан - частично дезацетилирован-ный хитин, характеризуемый формулой (CgHj АО 0б а эти вещества имеют жесткую волокнистую структуру белого или желтоватого цвета, растворяются в 2-3%-ной фосфорной кислоте.
Предстояло выяснить возможность использования хитозана в качестве флокулянта в растворах трудно перерабатываемого сахара-песка.
Для опытов брали елецкий сахар-песок, растворы которого были мутными и плохо фильтровались. Оптическая плотность 35,4%-ного раствора Елецкого сахара-песка, определенная на ФЭК-56М в кювете 30 мм при длине волны 540 нм, составляла 0,600.
Хитозана растворяли в течение 40 мин при 45-50С в 2%-ной фосфорной кислоте и добавляли к раствору Елецкого сахара до концентрации 0,01; 0,02; 0,04% хитозана к массе сахара. В полученных растворах содержание СВ было 35,4%, рН 4,5. Эти растворы нагревали до 85С и выдерживали при этой температуре 20 мин. Параллельно нагревали раствор Елецкого сахара с СВ =35,4%, но без хитозана.
