PHYSICO-MATHEMATICAL MODELING OF THE KINETICS OF SEDIMENT FORMATION IN PROCESS OF SEPARATING MASSECUITE IN A BATCH CENTRIFUGE
Authors: ГРИБКОВА В.А. , СЕМЁНОВ Е.В. , СЛАВЯНСКИЙ А.А. , МИТРОШИНА Д.П. , АВАКОВА А.А. 
Published: June 2024

Технологический процесс производства кристаллического белого сахара чрезвычайно сложен и вклю- чает в себя ряд последовательных этапов. Одним из наиболее важных является разделение утфеля в поле дейст- вия центробежных сил, поскольку центрифугирование играет важную роль в формировании качественных харак- теристик готового продукта – кристаллов белого сахара. При этом на этапе разделения утфеля в целом необходима информация о физическо-механических и геометрических параметрах, а также дисперсионных свойствах оттеков утфеля I кристаллизации как предмета их обработки в дальнейшем для условий уваривания на их основе утфеля II кристаллизации или при аффинировании получаемого из него сахара II кристаллизации. Предложено математи- ческое описание процесса разделения утфеля I кристаллизации с учетом гипотезы стесненного движения его кри- сталлов в жидкостном центробежном потоке его жидкостной системы. С целью уточнения этой математической модели исследован процесс формирования скелета осадка из кристаллов сахарозы, оседающих на обечайке рото- ра фильтрующей центрифуги периодического действия после центробежной обработки утфеля I кристаллизации в поле действия центробежных сил. На основе базы данных по скорости фильтрации сквозь поры осадка определена скорость протекания (скорость фильтрации) оттека через кристаллический осадок на ситовой поверхности ротора и обосновано выражение критического диаметра частицы сахарозы в оттеке. На базе этого соотношения установ- лены собственно дисперсионные свойства оттека I кристаллизации (концентрации и размера частиц, их грануломе- трического состава). Проведен численный анализ производительности центрифуги в зависимости от содержания су- хих веществ в утфеле и кинематики ротора в образованном в процессе центрифугирования слое кристаллов сахара.

The technological process for producing crystalline white sugar is extremely complex and includes a number of successive steps. One of the most important is the separation of massecuite in the fi eld of action of centrifugal forces, since centrifugation plays a signifi cant role in the formation of the quality characteristics of the fi nished product – white sugar crystals. At the same time, at the stage of separating the massecuite as a whole, the problem of information arises about the physical- mechanical and geometric parameters, as well as the dispersion properties of the outfl ows of massecuite I crystallization as the subject of their further processing, for the conditions of boiling massecuite II crystallization on their basis or when refi ning the resulting massecuite sugar II crystallization. A mathematical description of the separation process of massecuite I crystallization is proposed, taking into account the hypothesis of constrained movement of its crystals in the liquid centrifugal fl ow of its liquid system. In order to clarify this mathematical model the process of formation of a sediment skeleton from sucrose crystals deposited on the rotor shell of a batch fi lter centrifuge after centrifugal processing of massecuite I crystallization in the fi eld of centrifugal forces has been investigated. On the basis of the data on the rate of fi ltration through the pores of the sediment, the fl ow rate (fi ltration rate) of the runoff through the crystalline sediment on the sieve surface of the rotor defi ned has been determined and the expression of the critical diameter of the sucrose particle in edema has been substantiated. On the basis of this relationship - the actual dispersion properties of the runoff I of crystallization (concentration and particle size, their granulometric composition) were set. Numerical analysis of the performance of the centrifuge was carried out depending on the content of dry substances in the massecuite and the kinematics of the rotor in the layer of sugar crystals formed during the centrifugation process.