Розроблено математичну модель впливу парової фази для асиметричного механізму рекристалізації на базі точного аналітичного розв'язку задачі теплопровідності для трьох одномірних областей, що попарно контактують між собою за ідеальним законом теплообміну. Вперше визначено величину впливу парової фази на комірки цукрового розчину в процесі масової кристалізації цукру, та встановлено її залежність від часу уварювання цукрового утфелю за промислових умов. Установлено залежність швидкості вдування парової фази у вакуум-апарат у процесі промислового уварювання цукрового утфелю.

На підставі теоретичних і дослідних даних проаналізовано шляхи інтенсифікації процесу кристалізації утфелів під час уварювання їх у вакуум-апаратах. Показано, що механічні, звукові й ультразвукові коливання підвищують інтенсивність теплообміну. Дія ультразвукових хвиль на утфель під час кристалізації пригнічує процес росту кристалів. Електричні, магнітні та електромагнітні поля інтенсифікують процес теплообміну за певних теплових потоків і не впливають негативно на масообмін. Методи інтенсифікації розглянуто одночасно з механізмом пароутворення.

Розглянуто способи інтенсифікації процесів випарювання цукрових розчинів і кристалізації цукрози у вакуум-апаратах (ВА): використання пасивних пристроїв для покращання циркуляції; використання оптимальних співвідношень початкового набору; використання механічних вібрацій для інтенсифікації масообміну. Запропоновано нові конструктивні рішення, що дозволяють інтенсифікувати теплообмін, упорядкувати циркуляційні потоки у ВА.

Розроблено математичні моделі впливу парової фази на інтенсивність процесу рекристалізації за асиметричним механізмом на базі отриманих точних розв'язків нестаціонарних задач теплопровідності для двох і трьох одновимірних областей, що попарно контактують між собою за ідеальним законом теплообміну, та задачі дифузійного масообміну для двох одновимірних областей, між якими відбувається ідеальний дифузійний масообмін. На підставі вперше визначеної кількісної межі зміни температур розчину елементарних комірок полідисперсних кристалів цукрового утфелю внаслідок одночасного їх контакту з бульбашкою водяної пари залежно від часу повного циклу уварювання цукрового утфелю вперше отримано залежність показника впливу парової фази на інтенсивність процесу рекристалізації за асиметричним механізмом між двома сусідніми комірками цукрового розчину від часу повного циклу уварювання цукрового утфелю в процесі масової кристалізації цукру за промислових умов. Установлено залежність швидкості додаткового введення за наростаючим режимом парової фази у вакуум-апарат від часу повного циклу уварювання цукрового утфелю для максимальної інтенсифікації процесу рекристалізації в вакуум-апараті під час промислового уварювання цукрових утфелів.

Розроблено ситуаційний підхід щодо вибору критерію керування та відповідного режиму функціонування утфельного вакуум-апарата періодичної дії. Розроблено способи розв'язання задачі координації роботи технологічного комплексу (ТК) апаратів періодичної дії (АПД), що забезпечують неперервність потоку продукту на вході та виході ТК у неперервно функціонуючому виробництві. Створено нові способи та систему оптимального керування ВАПД для розв'язання задач мінімізації тривалості процесу та максимізації виходу готового продукту. Розроблено логічну модель ВАПД з використанням уніфікованої мови моделювання UML.

На підставі проведених теоретичних та експериментальних досліджень науково обгрунтовано можливість удосконалення промислового уварювання утфелів шляхом вдування неконденсованих газів. Розроблено принципово новий розрахунково-експериментальний метод визначення миттєвої питомої швидкості кристалізації цукрози за умов уварювання утфелів, одержано емпіричну залежність її від технологічних факторів. Встановлено емпіричну залежність кількості розкладеної цукрози від pH, температури та чистоти міжкристалічних розчинів за умов уварювання утфелів. Показано, що ефективність вдування водяної пари та неконденсованих газів зростає у разі збільшення вмісту кристалів в утфелі та зменшення чистоти його міжкристального розчину.

На підставі проведених досліджень систем багатоступеневої кристалізації цукру та їх складових елементів науково обгрунтовано шляхи вдосконалення промислової кристалізації цукрози з застосуванням рециркуляції та рекристалізації. Розроблено математичну модель з метою визначення оптимальної кількості введеної ззовні у киплячий цукровий утфель водяної пари для інтенсифікації процесу кристалізації цукрози у вакуум-апаратах. Запропоновано методику розрахунку секційних прямотечійно-рециркуляційних камер росту кристалів вакуум-апаратів безперервної дії; нову конструкцію вакуум-апарата безперервної дії для кристалізації цукрози; гнучку схему уварювання та кристалізації утфелю останнього ступеню кристалізації з частковим центрифугуванням утфелю та поверненням в рецикл отриманого відтоку. Доведено ефективність розробок.

  Скачати повний текст

На підставі результатів проведених досліджень науково обгрунтовано шляхи вдосконалення технології вилучення цукрози з міжкристального розчину утфелю останньої кристалізації за умов додавання хімічних реагентів та розроблено спосіб зниження вмісту цукру в мелясі. Установлено, що в результаті гідратації цукрози за присутності трет-бутанолу відбувається перерозподіл співвідношення вільної та зв'язаної вологи за рахунок дольових часток кожного з компонентів. Основний внесок у формування структури, яка утворюється внаслідок взаємодії цукрози з водою за присутності домішок хімічних реагентів, мають водневі зв'язки. З'ясовано, що для зменшення розчинності цукрози необхідно створення умов, які мають полегшувати міжмолекулярну взаємодію її молекул. Це досягється шляхом введення домішок сполук, які здійснюють інтенсивну ближню гідратації, або веденням речовин, ініціюючих ефект дальної гідратації. Запропоновано класифікацію нецукрів за мелясотвірною здатністю з урахуванням їх впливу на структуру водних цукрових розчинів.

  Скачати повний текст

Проведено оптимізацію процесу кристалізації цукрози за допомогою методу Харрінгтона і визначено оптимальні параметри проходження процесу кристалізації цукрози у разі додавання хімічного реагенту.

Узагальнено результати теоретичних і експериментальних досліджень робочих процесів під час інтенсифікації уварювання утфелів; розглянуто питання практичного застосування способів інтенсифікації у вакуум-апаратах цукрового виробництва.

Процес багатоступеневої кристалізації цукрози розглянуто як об'єкт технології, до якого можна застосовувати математичний рівень абстрагування. Проаналізовано зв'язки між об'єктами та наведено математичний опис передаточних функцій окремих об'єктів.

Підвищення ефективності цукрового виробництва пов'язане з інтенсифікацією процесів тепло- і масообміну під час уварювання утфеля. Результати теоретичного і експериментального дослідження робочих процесів покладені в основу гідродинамічного методу підсилення циркуляції у вакуум-апаратах періодичної дії. Розглянуто питання практичного використання цього методу інтенсифікації.

Представлены материалы посвящены вопросам технологии промышленой кристализации сахаросодержащих (моно- и дисахаридов) растворов при переработке свекловичного и тростникового сырья сахарными заводами. Освещены некоторые теоретические основы процесса кристализации и вопросы, связанные с интенсификацией и оптимизацией процессов уваривания утфелей (механическое перемешивание, пути повышения циркуляции, ведением процесса уваривания в гравитационно-стекающем слое; механические, электрические, ультразвуковые колебания и применения ПАВ) и их кристаллизации путем охлаждения. Описаны основные свойства кристаллов сахарозы, растворимость ее в различных сахаросодержащих растворах, зародышеобразование и рост кристаллов сахара, определены скорости кристаллизации в различных сахарных растворах. Рассмотрены методы получения утфелей в сахарном производстве.

На основі рівнянь матеріального балансу та уявлень про процес кристалізації утфелю останнього продукту охолодженням як об'єкт технології, побудовано імітаційну модель цього процесу, за допомогою якої проведено обчислювальні експерименти. За результатами цих експериментів одержано експоненційні аналітичні залежності зміни характеристик утфелю в процесі кристалізації охолодженням, а саме вмісту кристалів, маси, чистоти та масової частки сухих речовин міжкристального розчину. Доведено, що результати експерименту за розробленою імітаційною моделлю повністю відображають характер перебігу процесу кристалізації сахарози охолодженням.

Результати досліджень з використанням імітаційної моделі роботи вакуум-апарата засвідчили, що початковий сироп у вакуум-апараті (маса сиропу в вакуум-апараті на момент уведення затравочного матеріалу) має бути в межах 29 - 33 % до маси звареного утфелю у вакуум-апараті. Одержано залежність зміни масової витрати розчину підкачки в функції відносного часу вару за допомогою аналітичної моделі ізогідричного уварювання утфелю. Запропоновано конструкцію нагрівної камери з встановленим пристроєм упорядкування циркуляційного потоку утфелю та конструкцію вакуум-апарата, оснащеного пристроєм уведення цукрового розчину, які дозволяють забезпечити більш інтенсивний процес кристалізації.

Досліджено процес політермічної кристалізації сахарози в перемішувачах-кристалізаторах за проведення додаткової кристалізації утфелю останнього ступеня кристалізації. Розглянуто питання доцільності використання проміжного нагрівання утфелю останнього ступеня кристалізації замість розкачок водою чи мелясою за політермічної кристалізації в перемішувачах-кристалізаторах. Кінетика процесу кристалізації залежить від коефіцієнту пересичення міжкристального розчину різної чистоти. В результаті зменшення температури утфелю, а, як наслідок - чистоти міжкристального розчину, в процесі кристалізації охолодженням, зменшується швидкість кристалізації по причині зростання коефіцієнту динамічної в’язкості міжкристального розчину. Це, та наявність нерівномірності температурного поля біля поверхонь теплообміну в перемішувачах-кристалізаторах провокує утворення вторинних кристалів та конгломератів, що погіршує умови кристалізації, центрифугування і, як наслідок, підвищує вміст сахарози в мелясі. Проміжне нагрівання утфелю останнього ступеня кристалізації на 7 - 10°С від температури 50 - 55°С до 58 - 60°С в процесі політермічної кристалізації усуває недоліки розкачок утфелю водою чи мелясою та забезпечує ефект кристалізації 8,2 - 8,4 % за кращих гранулометричних характеристик кристалів цукру та підвищує ефект знецукрення меляси. За таких умов ведення процесу досягається найбільше знецукрення меляси.

Визначено загальні принципи ситуаційного управління технологічними об'єктами. Розглянуто структуру прогнозного графа управління кристалізацією цукру та методологію його побудови для вакуум-апарата періодичної дії. Розроблено правила побудови прогнозного графа з використанням мови ситуаційного управління. Визначено стадії роботи вакуум-апарата і побудовано організаційний граф. Визначено технологічні параметри робочого процесу. Побудовано систему команд ситуаційного управління вакуум-апаратом.

Запропоновано заключний етап створення геометричної моделі одночасного контакту всієї системи комірок: кристал цукру меншої комірки - міжкристальний розчин сахарози меншої комірки - парова бульбашка - міжкристальний розчин сахарози більшої комірки - кристал цукру більшої комірки на основі окремо створених об'ємних моделей складових комірок цієї системи. Розроблення об'ємної системи комірок проведено в прямокутній декартовій системі координат для комірок, форми яких представлені у вигляді паралелепіпедів. У зв'язку з цим для парової бульбашки розроблено методику переходу від форми сфери до форми паралелепіпеда за контакту з кожною із зазначених комірок міжкристального розчину сахарози.