II. Bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của nguyên liệu đến hiệu suất và chất lượng
2. Cơ sở lý thuyết của quá trình kết tinh và các yếu tố ảnh hưởng đến quá
Nhưng trong thực tế sản xuất cần khống chế sản phẩm theo kích thước, theo số tinh thể yêu cầu tạo điều kiện thao tác dễ dàng.
2. Cơ sở lý thuyết của quá trình kết tinh và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh. kết tinh.
a. Cơ sở lý thuyết của quá trình kết tinh.
Dựa trên cơ sở nghiên cứu các phản ứng dị thể và kết quả thực nghiệm của Andreew và nhiều người khác, Silin cho rằng quá trình kết tinh chủ yếu là quá trình khuyếch tán và giải thích như sau:
Tinh thể đường được bao quanh một lớp dung dịch khơng chuyển động với chiều dày d. Ngay sát bề mặt tinh thể là dung dịch bão hịa, như vậy ở bề mặt tinh thể cĩ nồng độ C’ ứng với nồng độ bão hịa. Cách bề mặt tinh thể
một khoảng d là dung dịch quá bão hịa nồng độ C. Do sự chênh lệch nồng độ ( C – C’ > 0) đường sẽ khuyếch tán qua lớp dung dịch
khơng chuyển động d. Khi các phân tử đường chuyển động đến bề mặt tinh thể thì lập tức kết tinh. Ở bề mặt tinh thể cũ lại cĩ nồng độ C’ như cũ, do đĩ quá trình kết tinh được thực hiện liên tục
Tốc độ kết tinh: d C C K K ' 1 , T K K . ' 1 , K’: là hằng số Vậy: d C C T K K . . ' '
b. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh
- Độ quá bão hịa dư : Tốc độ kết tinh tỷ lệ thuận với hiệu số nồng độ dung dịch kết tinh và dung dịch bão hịa ( C – C’ ). Nĩi cách khác tốc độ kết tinh tỷ lệ thuận với nồng độ dư so với dung dịch bão hịa hay tỷ lệ thuận với hệ số bão hịa dư ( - 1 ). Hiệu số ( C – C’ ) là động lực của quá trình kết tinh. Như vậy ( - 1 ) tăng, tốc độ kết tinh tăng. Nhưng nếu ( - 1 ) tăng lên quá thì độ nhớt dung dịch tăng do đĩ tốc độ kết tinh giảm đi. Thơng thường trong sản xuất khống chế
25 , 1 2 , 1
- Nhiệt độ : Ta thấy khi T tăng thì K tăng, mặt khác khi nhiệt độ tăng, độ nhớt của dung dịch giảm do đĩ K tăng lên. Thực nghiệm đã chứng minh, khi nhiệt độ tăng lên 10oC thì tốc độ kết tinh tăng 2 lần. Nhưng nhiệt độ quá cao sẽ làm giảm chất lượng đường. Vì vậy trong thực tế nấu đường ở 7080oC.
- Độ tinh khiết của dung dịch : Độ tinh khiết giảm tốc độ kết tinh giảm nhiều. Nếu so với tốc độ kết tinh của dung dịch tinh khiết 100% thì dung dịch tinh khiết 92% nhỏ hơn 2 lần, ở dung dịch cĩ độ tinh khiết 88% giảm 510 lần và ở dung dịch cĩ độ tinh khiết 70% giảm 3035 lần. Hiện tượng này cĩ thể được giải thích : sự chênh lệnh tốc độ kết tinh là do tăng độ nhớt của dung dịch cĩ độ tinh khiết thấp. Ngồi ra cĩ thể giải thích ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh bằng sự hấp phụ các chất cĩ hoạt tính bề mặt lên bề mặt tinh thể cản trở giai đoạn hai của quá trình kết tinh.
- Độ nhớt : Nhìn vào phương trình ta thấy khi tăng, K giảm. Ngoài ra khi độ nhớt tăng chiều dày của lớp mật khơng chuyển động tăng lên. Nhưng độ nhớt khơng phải là yếu tố độc lập, để giảm nĩ cần quan tâm đến các yếu tố khác như nhiệt độ và độ tinh khiết.
- Sự khuấy trộn : Phương trình trên cho thấy K tỷ lệ nghịch với d. Khi d nhỏ chuyển động tương đối giữa tinh thể và lớp mặt tăng nhanh, tốc độ kết tinh tăng lên. Sự khuấy trộn cĩ ảnh hưởng đối với quá trình kết tinh nhưng khối lượng đường non cĩ độ nhớt rất lớn, các tinh thể chuyển động tương đối khĩ so với toàn bộ khối đường non. Nếu khơng khuấy trộn các tinh thể sẽ lắng xuống đáy thiết bị nhưng nếu khuấy nhanh quá chẳng những khơng làm tăng tốc độ kết tinh mà cịn làm gẫy cánh khuấy và làm mịn tinh thể đường. Như vậy khuấy trộn khơng làm ảnh hưởng lớn đến tốc độ kết tinh.
- Kích thước tinh thể : Tinh thể lớn rơi trong đường non nhanh hơn tinh thể bé do đĩ giảm chiều dày lớp mật d cho nên làm tăng tốc độ kết tinh. Nhưng các tinh thể nhỏ thường cĩ kích thước bé hơn nên lượng mật mang theo phía trước và phía sau nhỏ hơn nên chiều dày lớp mật d mỏng, do đĩ tốc độ kết tinh tăng. Như vậy tốc độ kết tinh của hạt to và hạt bé được coi như nhau. Tuy vậy vì hạt nhỏ thì tổng diện tích bề mặt lớn cho nên lượng đường kết tinh trong một đơn vị thời gian nhiều hơn nên dễ kết tinh hơn, ít tạo thành tinh thể dại.
- Số lượng tinh thể trong đường non: Nếu lượng tinh thể quá nhiều sẽ cản trở sự chuyển động của chúng trong khối đường non, làm giảm tốc độ kết tinh. Mặt khác số lượng tinh thể lớn khoảng cách các tinh thể gần nhau hơn nên d nhỏ hơn cho nên tốc độ kết tinh tăng. Hai ảnh hưởng này hầu như cân bằng.