دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی

عنوان:

مقایسه فرآیندهای نفوذ فیزیکی و واکنش سطحی در کریستالیزاسیون قند و اثر هم خوردگی در آن

چکیده

شکر یکی از مواد غذایی پر انرژی روزمره و یک طعم دهنده (شیرین) مناسبی می باشد. نحوه فرآیند تبلور در زمان تولید این ماده نقش مهمی در خواص کاربردی آن دارد. در این مطالعه ابتدا مروری بر تاریخچه شکر و جایگاه آن و به دست آمدن ذکر شده است.

سپس تبلورهای کریستال های شکر مورد بررسی قرار گرفته و در ادامه به بررسی توزیع بندی شکر و پس از آن دو پارامتر یعنی سرعت رشد و سرعت هسته زایی بلورها از روش تعیین شده و این پارامترها را در شرایط متفاوت از جمله شرایط صنعتی (در آپارات 40 و 30 تنی) و در شرایط آزمایشگاهی (اتمسفریک همراه با همزن و شرایط خلا همراه با همزن) بررسی شد و مقایسه ای بین این روش ها صورت گرفت.

و در ادامه ضرایب انتقال جرم (Kd ضریب انتقال جرم توسط نفوذ و Kr ثابت سرعت واکنش سطحی و KG ثابت کلی رشد بلور) در شرایط آزمایشگاهی محاسبه شد تا مشخص شد که مقاومت واکنش سطحی بیشتر از مقاومت نفوذ مولکولی است.

مقدمه

کریستالیزاسیون یکی از متداول ترین عملیات مهندسی شیمی است. تولید عظیمی موادی چون شکر، فسفات آمونیوم، کلرور سدیم سولفات آمونیوم و… شاهدی بر این ادعا می باشد. استفاده از این روش جهت تولید مواد جامد و یا خالص سازی آنها شرایطی را به وجود آورده است که کمتر بخشی از صنایع شیمیایی را می توان یافت که در قسمتی از آن این فرایند استفاده نشده باشد. با توجه به یکی از امتیازات اساسی این روش که همانا مصرف کم انرژی می باشد پیش بینی می شود که با گرانتر شدن تدریجی انرژی این فرایند جایگزین بسیاری از روش های سنتی از قبیل تقطیر و استخراج شود. نکات فوق باعث استقبال شدید محققین بخش مهندسی شیمی به این عملیات شده و در حال حاضر تلاش زیادی در جهت بهبود مدل های ریاضی و روش های طراحی کریستالیزورها به عمل می آید.

یکی از موادی که فرایند کریستالیزاسیون در تولید و کاربرد آن نقش بسزایی دارد شکر است. از آنجایی که شکر به عنوان یک طعم دهنده و یک سنج انرژی در صنعت غذایی اهمیت دارد به بررسی و نحوه به دست آوردن آن می پردازیم.

روش های مختلفی که برای کریستالیزاسیون می توان در نظر گرفت عبارتند از:

1) روش تبخیری

2) روش کریستالیزاسیون تحت خلاء

3) روش تبریدی

از آنجایی که روش تحت خلاء کارایی بهتری دارد در کارخانجات از این روش استفاده می شود.

فصل اول: کلیات

1-1- هدف

با بررسی دقیق در این زمینه خواستیم اثر همزن و اختلاط را در زمینه کریستالیزاسیون قند و رشد و سرعت کریستال ها بررسی کنیم و همچنین ضرایب انتقال جرم را در این زمینه کریستالیزاسیون بررسی کرده و مشخص کنیم که کریستالیزاسیون انتقال جرم به صورت سطحی است یا نفوذ.

2-1- پیشینه تحقیق:

در طراحی شرایط عملیاتی یک متبلور کننده صنعتی برای تولید کافی بلورهای لازم فراورده ای، داده های کنیتکی نظیر سرعت رشد بلور G و سرعت هیته زایی B بسیار مهم می باشد. تکنیک نمودار دانسیته نیمه لگاریتمی تجمعی توسط راندولف و لارسون پیشنهاد شد. (راندولف و لارسون 1962)

با کشیدن نمودار داده های عمل توزیع اندازه گیری شده بلور (CSD) در حالتی ثابت بر روی یک کاغذ نیمه لگاریتمی داده های کنیتیکی را به دست می آورند و چنانچه از تعدادی فرضیات محدود کننده ساده (ترکیب کامل، عدم طبقه بندی در فاکتور قطع دهنده و خاتمه دهنده و نیز یکنواخت شکلی، سرعت رشد مستقل و…) پیروی نماید آسانی آنالیز ضریب اولیه این تکنیک می باشد و ضریب مهم دیگر این تکنیک این است که به ما اجازه می دهد تا ارزیابی مستقیم داده های کنیتیکی حاصل از متبلور کننده CMSMPR فاقد هر تکنیک ویژه تجربی را انجام دهیم.

در یک سیستم بسیار فشرده نظیر سیستم بسیار فشرده موجود در عمل متبلور شکر، عمل هسته زایی باعث افزایش دما می شود این افزایش دما رابطه نزدیکی با جرم بلورهای تشکیل شده دارد.

با استفاده از این اثر حرارتی، اومران و کینگ (1947) روش ارزیابی ساده پارامتری را توسعه دادند. اگرچه باید گفت این تکنیک مناسب می باشد و فقط پارامترهای هسته زایی (ضریب سرعت هسته زایی و درجه هیته زایی) امکان دارد ارزیابی شوند، بعلاوه باید گفت که این تکنیک امکان دارد فقط با یک سیستم به کار برده شود که در این سیستم گرمای عمل تبلور بسیار کافی می باشد تا باعث تغییر موثر دمای سیستم مورد نظر شود.

گارساید، گیبلارو و تاوار (1982) تکنیک ارزیابی دیگری را برای پارامترهای سرعت رشد (ضریب سرعت رشد و درجه رشد) با تمرکز بر روی معادله موازنه جرم (تکنیک فاقد عمل فوق اشباع) توسعه دادند. تکنیکشان فقط به دو مشتق اول منحی عمل غیر فوق اشباع در زمان صفر برای ارزیابی پارامترهای رشد نیاز دارد.

هالفن و کالیاگین (1976) نیز روش موازنه جرم توسعه دادند. تکنیکشان اجازه می داد که ارزیابی همزمان هردوی این پارامترها یعنی پارامترهای کنیتیک رشد و هسته زایی انجام گیرد. هریک از این دو متد فقط برای موارد ایزوترمال قابل اجرا می باشد.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.