Assessment of the Influence of the Thermodynamic Factor on the Crystallization Process in a Vacuum Apparatus

Abstract

Особенность состояния системы жидкость–твердое тело в метастабильном растворе вещества состоит в том, что она (система) претерпевает два фазовых превращения в вакуум-аппарате (ВА) – кристаллообразование и растворение, требующие экспериментального изучения и описания в силу их важности при совершенствовании технологии производства кристаллического сахара. Однако и теоретическое обоснование фазовых превращений в метастабильном растворе разработано недостаточно. В статье предпринята попытка количественно поставить и решить проблему учета возникающего при проведении обработки метастабильного сахарсодержащего раствора повышения температуры в результате конденсации молекул на центре концентрации при пересыщении в ВА. В качестве основы численного моделирования поставленной задачи использовали программные продукты информационной среды Mathcad. С использованием модели диффузионного массопереноса сахарозы в пересыщенном растворе к затравке был разработан алгоритм расчета зависимости массы сахарозы от времени проведения процесса кристаллизации. На примере сахарозы дана оценка влияния физического фактора – выделяющейся при кристаллообразовании теплоты на расчет теплового баланса и производительности ВА. The peculiarity of the state of the liquid-solid system in a metastable solution of a substance is that it (the system) undergoes two phase transformations in a vacuum apparatus (VA) – crystal formation and dissolution, requiring experimental study and description due to their importance in improving the technology of production of crystalline sugar. However the theoretical justification of phase transformations in a metastable solution has not been sufficiently developed. The article attempts to quantify and solve the problem of taking into account the temperature increase that occurs during the processing of a metastable sugar-containing solution as a result of condensation of molecules at the concentration center during supersaturation in VA. Software products of the Mathcad information environment were used as the basis for numerical modeling of the task. Using a model of diffusive mass transfer of sucrose in a supersaturated solution to the seed, an algorithm was developed for calculating the dependence of the sucrose mass on the time of the crystallization process. On the example of sucrose, an assessment of the influence of a physical factor – the heat released during crystallization on the calculation of the thermal balance and the productivity of the VA is given.