книги из ГПНТБ / Попов В.Д. Основы теории тепло- и массообмена при кристаллизации сахарозы

использования при разработке, расчете, изготовлении, испыта­

промышленном процессе кристаллизации сахарозы, как о еди­ ном комплексе взаимодействующих во времени процессов ма­ териального и энергетического обмена;

б) получение ряда количественных закономерностей, вы­ ражающих взаимосвязь факторов, влияющих на процесс кри­ сталлизации и составляющих основу будущей теории оптимальных рабочих процессов кристаллизации из растворов; в) разработка расчетных методик для определения неко­

чает множество задач различного характера, имеющих обще­ промышленное значение. В данной книге рассмотрены в основ­ ном вопросы тепло- и массообмена.

Таблиц 9, иллюстраций 156, список литературы 278 назва­

ний.

Р е ц е н з е н т д-р техн. наук А. С. Гинзбург

Издательство «Пищевая промышленность», 1973 г.

В В Е Д Е Н И Е

Способ получения кристаллического сахара путем выращивания кристаллов в кипящем пересыщенном ра­ створе является русским изобретением и принадлежит рабочим Балаклеевского сахарного завода Киевской губернии старосте А. И. Федосееву и варщику И. Фо­ менко (1851 г.).

Интенсификация процесса кристаллизации путем на­ ращивания взвешенных в растворе кристаллов за счет подпитки свежего раствора в благоприятных темпера­ турных условиях и под вакуумом привела более ста лет назад к коренному изменению технологии сахаро­ варения. В основных чертах эта технология сохрани­ лась до наших дней.

В настоящее время большинство технологических процессов производства сахара осуществляется в не­ прерывно действующей аппаратуре. Исключением яв­ ляется кристаллизация сахарозы в вакуум-аппаратах периодического действия, что является большим недо­ статком современной технологии производства. Работа периодически действующего кристаллизационного отде­ ления нарушает непрерывность потока на технологиче­

С. Ф. Жигалова, Ю. М. Жвирблянского, И. Н. Каганова, С. 3. Иванова, А. А. Жидкова, Г. М. Знаменского, М. Л. Вайсмана и других советских ученых [90]. Си­ стематически исследовались закономерности периоди­ ческого процесса; в этой области был накоплен огром­ ный фактический материал, особенно в трудах школы проф. И. А. Кухаренко [88, 117, 118 и др.].

Однако в довоенное время еще не было объектив-

з

Ных условий для реализации прбмыШлённогй процесса

кинетики тепловых и массообменных процессов, средств

ники ускорил проведение научных работ по сахаротехнике и стимулировал образование исследовательских коллективов для решения данной проблемы.

За последние годы разработка процесса непрерыв­ ной кристаллизации сахара и его аппаратурного оформ­ ления стала одной из важнейших задач современной техники сахарного производства. Решением этой слож­ ной проблемы занят ряд организаций и отдельных ис­ следователей — Всесоюзный научно-исследовательский институт сахарной промышленности (ВНИИСП), Киев­ ский технологический институт пищевой промышленно­

И. С. Гулого, И. С. Скрипко, И. А. Белоконя, В. Г. Тре­

В итоге работ этого коллектива были получены ос­ новные данные о теплопередаче и циркуляции в утфельных вакуум-аппаратах и кристаллизаторах, уточнены теплофизические.параметры сахарных растворов и утфелей, положенные в основу тепловых и гидродинамиче­ ских расчетов, сформулированы основные представле-

стадию промышленного внедрения. Так, в 1969 г. на Гниванском сахарном заводе принят Государственной комиссией МПП УССР и включен в постоянную ра­ боту промышленный вакуум-аппарат непрерывного дей­ ствия «Адмиралтеец-3» системы КТИППа для уварива­ ния I I продукта. На Хмельницком сахарном заводе испытана выпарная установка, автоматизированная по схеме КТИППа, предусматривающей будущее вклю­ чение вакуум-аппаратов непрерывного действия в теп­ ловую схему завода.

Основным научным результатом проведенных теоре­ тических, лабораторных и промышленных исследований является разработка и формирование некоторых исход­ ных положений теории промышленного процесса кри­ сталлизации сахарозы. В этой книге делается попытка наметить контуры будущей теории кристаллизации на основе уравнений статики, кинетики и динамики основ­ ных процессов, протекающих в кристаллизационной аппаратуре периодического и непрерывного действия.

Книга относится к циклу работ, направленных на усовершенствование существующей аппаратуры перио­ дического действия и на создание новой автоматизиро­ ванной аппаратуры непрерывного действия для выпари­

В книге изложены в основном результаты исследо­ ваний автора, его аспирантов и сотрудников, достигну­

«Тепловой расчет утфельных вакуум-аппаратов», издан­ ной Гостехиздатом Украины (Киев) в 1958 г. [163].

По своему объему книга не претендует на исчерпы­ вающее описание всех достигнутых результатов; основ­

Процесс промышленной кристаллизации сахара скла­ дывается из взаимодействующих процессов тепло- и массообмена, происходящих в движущейся кристалли­

ходящие на поверхности раздела фаз. Поэтому боль­ шинство предлагаемых формул приближенно соответ­ ствует в основном потребностям инженерных расчетов. Вместе с тем приведенный фактический материал дол­ жен быть подвергнут дальнейшей обработке и разви­ тию; результаты должны быть уточнены на уровне микрокинетики с целью раскрытия действительного ме­ ханизма процессов.

Данная работа ограничена освещением вопросов теплообмена между поверхностью нагрева и кипящим или охлаждаемым утфелем, массообмена при выпарива­ нии утфеля и превращении растворенной сахарозы в твердую фазу, движения кипящего утфеля через проточ­ ную часть вакуум-аппаратов. Этим далеко не исчерпы­ вается перечень изучаемых вопросов, содержащихся в

одну из первых ступеней, ведущих к разработке строй­

зационной аппаратуры, работающей в оптимальных ре­

ния и эксплуатации кристаллизационной аппаратуры в химической и пищевой промышленности.

В работе использованы многие опытные данные раз­ личных авторов. Совмещение новых и старых данных,

несмотря на неизбежное различие методик опытов, поз­ воляет объективно оценить общность наблюдаемых за­

удовлетворяют потребностям исследователей, что в осо­ бенности относится к утфелям и продуктам с низкой доброкачественностью.

Единство процесса кристаллизации в аппаратах пе­ риодического и непрерывного действия позволяет рас­

результат с оцениваемой степенью приближения. При этом может быть использован огромный фактический материал по периодической кристаллизации, накоплен­ ный несколькими поколениями сахаротехников. Вместе с тем при создании нового автоматизированного непре­ рывного процесса и его аппаратурном оформлении воз­ никают совершенно новые задачи, которые ранее нель­ зя было предвидеть. Содержание этих задач представ­ ляет общий научный и практический интерес, выходя­

общее значение и могут быть использованы при разра­ ботке кристаллизационной аппаратуры для ряда других веществ пищевой, фармацевтической и химической про­

промышленных аппаратов. Начальные этапы исследова­ ния новой проблемы характеризуются накоплением первичного экспериментального материала и анализом наблюдаемых фактов для построения рабочих гипотез.

Это положение относится и к проблеме непрерывной кристаллизации сахарозы, что оправдывает несколько необычное построение книги. Так, общие закономерно­ сти процесса (глава I I I ) рассматриваются вначале как экспериментальные факты, подлежащие изучению, раскрытию и описанию в математической или графиче­ ской форме. Далее описываются те отдельные стороны суммарного процесса (главы IV, V и V I ) , которые при существующем состоянии наших знаний удалось выде­ лить и объяснить. В дальнейшем, при более полном изучении и описании других слагаемых промышленного процесса появится возможность их оптимального син­ теза в завершающей главе работы. Пока такие воз­

Систематический расчет и конструирование кристалли­

Г л а в а I.

ПУТИ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ НЕПРЕРЫВНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ САХАРА

Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К АЯ СХЕМА ПОЛУЧЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО САХАРА

По принятой технологической схеме свеклосахарно­ го производства кристаллический белый сахар получают так (рис. I—1) [4].

Содержащий сахар диффузионный сок, полученный путем экстрагирования сахарозы водой из свекловичной стружки, проходит станцию очистки СО и через подо­

превращается в сироп в количестве 26—27% к массе

в первый корпус; остальные корпуса обогреваются вто­

За счет промежуточных отборов пара между корпу­ сами (Ei, Е2, Е3) обогревается теплообменная аппара­ тура сахарного завода, в том числе и вакуум-аппараты всех ступеней кристаллизации (ВА I , ВА II, ВА III). Вторичный пар из концентратора Кц, работающего в расчетном режиме самоиспарения (при £ > к ц =0), в ко-