ОСОБЕННОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ ГЛЮКОЗЫ
Authors: Славянский А.А. , Лебедева Н.Н. , Лукин Н.Д. 
Published: December 2024

Изучение особенностей тепловых явлений, имеющих место при кристаллизации глюкозы, важно для дальнейшего совершенствования этого процесса. Однако обоснование и теоретические аспекты данной проблемы разработаны недостаточно. С целью оценки влияния термодинамического фактора на протекающий в вакуум-аппарате тепловой процесс в статье предпринимается попытка обосновать физико-математическую модель этой проблемы и провести ее численный анализ. В вакуум-аппарате метастабильный раствор системы типа «жидкость — твердое» может испытывать два фазовых превращения. В состоянии, предшествующем пересыщенному, вблизи центра кристаллизации в рабочем объеме вакуум-аппарата с затратой тепловой энергии развивается экзогенная тепловая реакция. В пересыщенном состоянии этот фактор может спровоцировать скоротечный процесс конденсации (кристаллизации) молекул твердой фазы. Это явление сопровождается выделением внутренней (тепловой) энергии от центра кристаллизации в жидкую фазу раствора. При этом поскольку затраты экзогенной и эндогенной теплоты при конденсации и растворении вещества значительны и эквивалентны по величине, то и при кристаллизации выделяется влияющая на протекание кинетики собственно массообменного процесса в вакуум-аппарате эндогенная теплота, приводящая к резкому повышению температуры в растворе. Что, как известно, в результате тепловой обработки глюкозы может привести к изменению ее физико-химических свойств. А именно, при температуре 50 °С эта субстанция имеет так называемую гидратную форму, а в диапазоне температур от 50 до 85 °С — ангидридную, что, в том числе, приводит к резкому изменению кристаллизационной способности этого продукта. В ходе исследований предложена физико-математическая модель процесса кристаллообразования глюкозы с учетом выделения теплоты в результате фазового превращения глюкозосодержащего раствора в глюкозный утфель. Кроме того, разработан алгоритм и осуществлен численный эксперимент, расчетные результаты которого выявили адекватность найденных теоретическим путем научных фактов физическому смыслу реального процесса. Полученные с учета влияния выделяющегося при кристаллизации эндогенного тепла аналитические зависимости имеют важное значение при решении инновационных задач в технологии получения кристаллической глюкозы.

The study of the features of thermal phenomena occurring during glucose crystallization is important for further improvement of this process. However, the rationale and theoretical aspects of this problem are not sufficiently developed. In order to assess the influence of the thermodynamic factor on the thermal process occurring in a vacuum apparatus, the article attempts to substantiate the physical and mathematical model of this problem and carry out its numerical analysis. In a vacuum apparatus, a metastable solution of a liquid—solid system can undergo two phase transformations. In the preceding supersaturated state near the center of crystallization in the working volume of the vacuum apparatus, with the expenditure of thermal energy, an exogenous thermal reaction develops. In a supersaturated state, this factor can provoke a rapid process of condensation (crystallization) of solid phase molecules. This phenomenon is accompanied by the release of internal (thermal) energy from the crystallization center into the liquid phase of the solution. Moreover, since the costs of exogenous and endogenous heat during condensation and dissolution of a substance are significant and equivalent in value, then during crystallization endogenous heat is released, which affects the kinetics of the mass transfer process itself in a vacuum apparatus, leading to a sharp increase in temperature in the solution. Which, as is known, as a result of heat treatment of glucose can lead to a change in its physicochemical properties. Namely, at a temperature of 50 °C this substance has the socalled hydrate form, and in the temperature range from 50 to 85 °C it has an anhydride form, which, among other things, leads to a sharp change in the crystallization ability of this product. In the course of research, a physical and mathematical model of the process of glucose crystal formation was proposed, taking into account the release of heat as a result of the phase transformation of a glucose-containing solution into a glucose massecuite. In addition, an algorithm was developed and a numerical experiment was carried out, the calculated results of which revealed the adequacy of the scientific facts found theoretically with the physical meaning of the real process. The analytical dependencies obtained by taking into account the influence of the endogenous heat released during crystallization are important in solving innovative problems in the technology of producing crystalline glucose.