В Г Мирончук - Імітаційне моделювання кристалізації охолодженням утфелю останнього продукту - страница 1

Страницы:
1  2  3 

УДК 664.1.004.12::532.7

В.Г.Мирончук, д.т.н. О.А.Єщенко, к.т.н. М.М. Картава

Національний університет харчових технологій

e-mail: oxayes@_mail.ru ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ КРИСТАЛІЗАЦІЇ ОХОЛОДЖЕННЯМ УТФЕЛЮ ОСТАННЬОГО ПРОДУКТУ

На основі рівнянь матеріального балансу та уявлень про процес кристалізації утфелю останнього продукту охолодженням як об'єкт технології, побудована імітаційна модель цього процесу, за допомогою якої проведено обчислювальні експерименти. За результатами цих експериментів отримані 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.

Ключові слова: імітаційна модель, кристалізація охолодженням, утфель, міжкристальний розчин, вміст кристалів.

Основним завданням бурякоцукрового виробництва є одержання високоякісного цукру при його мінімальних втратах. Вирішення проблеми зменшення виробничих втрат сахарози є актуальним завданням. Важливим способом зменшення виробничих втрат і, відповідно, одержання додаткової кількості цукру є максимально можливе знецукрювання меляси при кристалізації утфелю останнього продукту охолодженням. При цьому швидкість охолодження має бути такою, щоб не  створювати  умови   вторинного   кристалоутворення   [1]. Тобто,

 

 

© В.Г.Мирончук, О.А.Єщенко, М.М.Картава, 2011знецукрення міжкристального розчину має відбуватись за рахунок масоперенесення та вбудови молекул сахарози на поверхні існуючих кристалів. Не дивлячись на численні дослідження в цій галузі [2-4], на сьогодні існують прогалини у визначенні оптимальних режимів процесу тепло-масообміну при кристалізації утфелю в мішалках-кристалізаторах. Дослідження цього процесу методом фізичного моделювання пов'язано в значній мірі з труднощами в наслідок його довготривалості (більше 30 годин). Усунути цей недолік можливо шляхом застосування імітаційного моделювання.

Нами, на основі накопиченого цукротехніками досвіду та експериментального матеріалу [2-3], побудована імітаційна модель процесу кристалізації сахарози охолодженням у мішалках-кристалізаторах. Сам процес ми представили як об'єкт технології (рис. 1) з вхідними, керуючими та вихідними параметрами [5, 6].

 

 

 

Вхідні параметри:

Маса утфелю

 

СВ утфелю

 

 

 

 

 

Вихідні параметри:

 

Вміст кристалівВміст кристалів

 

Чистота утфелю


нЧ

 

■Ч


кристалізатор


Характеристики

міжкристального

розчинуРис. 1. Процес кристалізації сахарози охолодженням в кристалізаторах як об'єкт технології.

За основу математичного опису процесу кристалізації сахарози охолодженням приймемо матеріальний баланс процесу. Рівняння матеріального балансу:по сахарозі:           С}уЦку = GMn ЦкМп + GKpn = gMk Цкмк + gkpk , (2)

по нецукрам:                                                GyH4y = GMn               = GMK НЦмк , (3)

по сухим речовинам:                                    GyCPy =           СРмп + GkPk = GMk СРмк + GkPk , (4)

по воді:                                               GW = GM WM = GM WM , (5)

 

де Gy, GPn, Gkpk , GMn, GMk - маса утфелю, маси кристалів в утфелі та

міжкристального розчину відповідно на початку та в кінці процесу кристалізації охолодженням, кг; Ц- ,       ,       , Нц , Нцм , Нцм , CPy,

 

СРм , СРм , W , WM , WM  - масові частки сахарози, нецукрів, сухих

п            K       у         п K

речовин та води в утфелі та у міжкристальному розчині відповідно на початку та в кінці процесу, %.

При математичному описі кристалізації сахарози охолодженням необхідно визначити кількість сахарози у міжкристальному розчині. Її визначають із формули

 

(}мЦКм = Wy H 0 ((пер , 100%      y  0yj пер

 

тоді:

 

Цк =   у  °w пер 100%

GM

де GM - маса міжкристального розчину, кг; Цкм - масова частка

сахарози в міжкристальному розчині, %; Wy - маса води в утфелі; H0(t) -

 

коефіцієнт розчинності сахарози, як функція температури,  Кпер -

коефіцієнт пересичення утфелю.

Залежність коефіцієнту розчинності сахарози від температури та чистоти розчину визначаємо за рівнянням регресії третього порядку, отриманим нами методом найменших квадратівH0 (t, Ч) = 1,0502 + 0,1903t - 0,018274 +

+ 6,084-10-512 + 6,926-10-3Ч2 -4,1505-10-314 +

, (6)

+ 6,429 -10-613 - 5,244 -10-6 Ч3 - ,- 8,317-10-612Ч + 2,821-10-514


2де t - температура продукту, ° С; Ч - чистота цукрового розчину.

Вважаємо, що в процесі кристалізації охолодженням вміст нецукрів та води в міжкристальному розчині залишається незмінним. Тоді на початку кристалізації охолодженням:

,       ч        GyHцy GyWy

маса міжкристального розчину:                                             = WyH 0      п )Кпер + ^00% + 100% , (7)

маса кристалів:                                                    GKPn = Gy - GMn, (8)

вміст кристалів в утфелі:                                            Крп = 100 %. (9)

Gy

 

Аналогічно знаходимо маси міжкристального розчину та кристалів в кінці

процесу кристалізації охолодженням:

,       ч        G уНцу   G yWy GM = Wy H0 (tK ,ЧК )Кпер +^—^ +        , (10)

M    y 0        пер   100 %  100 %

 

G р = Gy - GM , (11)

G

Крк                  100%. (12)

Gy

Для будь-якої температури утфелю в процесі охолодження

 

ti = іп ...tK:

,      ч        G уНцу   G yWy GM = Wy H 0 (tt )Кпер +^—^ +        , (13) M      y  oy 1   lJ пер    100% 100%

Страницы:
1  2  3 


Похожие статьи

В Г Мирончук - Аналіз процесу уварювання цукрових утфелів на основі імітаційного моделювання

В Г Мирончук - Вплив способу підведення підкачок на їх розподіл та швидкість продукту в кип'ятильних трубках вакуум-апарата

В Г Мирончук - Отримання цукру стандартної якості при низькій чистоті вихідних продуктів

В Г Мирончук - Аналіз гідродинаміки в вакуум-апаратах оснащених камерою упорядкування циркуляційного потоку утфелю

В Г Мирончук - Влияние паровой фазы на процесс кристаллизации веществ из растворов