Анотація до роботи:

Гречка В.В. Удосконалення підготовки цукрових розчинів до процесу кристалізації із застосуванням магнітно-імпульсного оброблення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.05. – Технологія цукристих речовин, Національний університет харчових технологій, Київ, 2003.

Робота присвячена проблемі удосконалення технології кристалізації цукрози шляхом попереднього магнітно-імпульсного оброблення (МІО) сиропів і вирішує завдання підвищення виходу і якості кристалічного цукру.

Дано детальне пояснення механізму структурних перетворень, що відбуваються в результаті згущення водних цукрових розчинів. Досліджено, що внаслідок МІО водних цукрових розчинів відбувається зменшення ближньої і дальньої гідратації молекул цукрози, що зменшує густину (до 0,81 %) і в’язкість (до 20 %) розчинів. Встановлено, що час релаксації оброблених цукрових розчинів залежить від температури і при 20 С становить близько 3 діб, а при 70 С – близько 1 доби.

З’ясовано, що уварювання утфелю І продукту із цукрових сиропів, які пройшли попереднє МІО, дає можливість поліпшити гранулометричний склад кристалічного цукру стандартної якості і підвищити його вихід на 0,04–0,08 % та зменшити загальний час уварювання утфелю на 10–16 %.

За результатами системного аналізу літературних даних, теоретичних та експериментальних досліджень розроблено спосіб підготовки цукрових розчинів до процесу кристалізації шляхом їх попереднього магнітно-імпульсного оброблення.

1. На основі квантово-хімічних розрахунків здійснено моделювання можливих конформаційних структур молекули цукрози та проведено аналіз профілю її потенціальних енергій. Показано, що зміна гібридного стану атомів у конформаційних переходах сприяє перерозподілу електронної густини і зміні дипольного моменту сполуки.

2. Розраховано моделі будови гідратного комплексу (1 молекула цукрози – 14 молекул води, концентрація цукрози в розчині 57,5 %), що дало змогу доповнити уявлення про механізм розчинення і гідратації цукрози. Виявлено, що в концентрованих розчинах цукрози внутрішньомолекулярні водневі зв’язки, характерні для кристалічного стану, зберігаються тривалий час.

3. За допомогою спектроскопії комбінаційного розсіювання в поєднанні з квантово-хімічними методами встановлено, що при 50 %-й концентрації цукрози відбувається зміна напівклатратної природи гідратів розчину, тобто перехід гідратів із гекса- в пентакомплекс, при понад 65 %-й концентрації – в розчині можливе утворення асоціатів. Підтверджено факт існування у водних розчинах цукрози трьох структурних областей, межею яких є 30 і 65 %-ні концентрації, та підтверджено, що перед тим як вбудуватись в кристалічну решітку молекула цукрози звільняється від молекул води і приймає подібну до кристала конформацію.

4. За результатами спектральних досліджень обґрунтовано можливі структурні зміни водних цукрових розчинів у процесі їх згущення, тобто внаслідок зменшення кількості молекул води в розчині.

5. Виявлено, що магнітно-імпульсне оброблення цукрозних розчинів впливає на загальну кількість і міцність водневих зв’язків у розчині, що приводить до зміни ближньої і дальньої гідратації цукрозних розчинів.

6. Встановлено, що внаслідок оброблення зменшуються густина і в’язкість водних цукрових розчинів на всьому проміжку концентрацій. Основним фактором, від якого залежить результат оброблення є початкова конформація молекули цукрози в розчині, яка в свою чергу залежить від структури водних кластерів розчину.

7. Доведено доцільність використання МІО для інтенсифікації процесу кристалізації цукрози з розчинів Ч = 90–100 % (для уварювання рафінадних утфелів та утфелів І продукту цукробурякового виробництва). Найбільший ефект від МІО досягається за інтенсивності магнітного поля 3,12 Т і частоти заповнення імпульсів 70 кГц, в результаті чого швидкість кристалізації підвищується на до 15,2 %, середній розмір кристалів збільшується на 0,1–0,2 мм, а коефіцієнт неоднорідності зменшується на 5–8 %.

8. Результати промислових випробувань показали, що уварювання утфелю І продукту із оброблених МІП цукрових сиропів дає можливість поліпшити гранулометричний склад кристалічного цукру стандартної якості і підвищити його вихід на 0,06 %, швидкість кристалізації – на 10,3–15,2 % та скоротити загальний час уварювання утфелю на 10–16 %.

9. Розроблено спосіб кристалізації цукрози, що передбачає попереднє магнітно-імпульсне оброблення сиропу в інтервалі інтенсивності магнітного поля 1,26–4,04 Т і при частоті заповнення імпульсів 70 кГц (деклараційний патент України на винахід № 38975А від 15.05.2001 р.).

10. Річний економічний ефект від використання попереднього МІО сиропу становить 75 тис. грн. для цукрового заводу потужністю 1200 т перероблення цукрових буряків за добу.

Публікації автора:

1. Гречка В.В., Бобрівник Л.Д., Гулий І.С., Дегтярьов Л.С., Мірошников О.М. Просторова і електронна будова цукрози: дослідження методами комп’ютерної хімії // Наук. праці УДУХТ. – 2000. – № 6, С.45–47.

Особистий внесок здобувача: літературний огляд, експериментальні дослідження та квантово-хімічні розрахунки методами комп’ютерної хімії.

2. Бобровник Л.Д., Гречка В.В., Гулый И.С., Климович В.М., Мирошников О.Н. Исследование структурных состояний водных растворов сахарозы // Сахар. – 2000. – №6. – С. 22–24.

Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів.

3. Бобровник Л.Д., Грехов А.М., Гулый И.С., Гречка В.В., Дегтярев Л.С., Мирошников О.Н. Развитие учения о строении молекулы сахарозы // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2001. – №12. – С. 9–15.

Особистий внесок здобувача: літературний огляд, участь в експериментальних дослідженнях, оброблення та аналіз отриманих результатів.

4. Івашкін С.П., Гречка В.В., Климович В.М., Бобрівник Л. Д., Мірошников О.М. Дослідження впливу магнітно-імпульсного оброблення на структуру водних розчинів цукрози // Тези доп. 65-ї студ. наук. конф., 13–15 квітня 1999 р. – К.: УДУХТ. – 1999. – С.29.

Особистий внесок: літературний огляд та проведення експериментальних досліджень.

5. Івашкін С.П., Гречка В. В., Бобрівник Л.Д., Мірошников О.М. Вплив магнітно-імпульсної обробки на структуру та фізичні властивості водних розчинів цукрози // Прогр. і тези доп. 66-ї студ. наук. конф., 18–20 квітня 2000 р. – К.: УДУХТ. – 2000. – Ч. І. – С.56.

Особистий внесок: проведення експериментальних досліджень.

6. Гречка В.В., Бобрівник Л.Д., Гулий І.С., Дегтярьов Л.С., Мірошников О.М. Просторова і електронна будова цукрози у вакуумі: дослідження методами молекулярної механіки і квантової хімії // Матеріали шостої міжнар. наук.-техн. конф. “Проблеми та перспективи створення і впровадження нових ресурсо- та енергоощадних технологій, обладнання в галузях харчової і переробної промисловості”. – К.: УДУХТ. – 2000. – Ч. І. – С.37–38.

Особистий внесок здобувача: проведення квантово-хімічних розрахунків методами комп’ютерної хімії, оброблення та аналіз отриманих результатів, підготовлення доповіді та виступ на конференції.

7. Гречка В.В., Івашкін С.П., Гулий І.С., Мірошников О.М. Виконання квантово-хімічних розрахунків для уточнення спектральних ліній // Прогр. і матеріали 67-ї наук. конф. студентів, аспірантів і молодих вчених, 24–25 квітня 2001 р. – К.: УДУХТ. – 2001. – Ч. І. – С.104.

Особистий внесок: літературний огляд, проведення спектральних і квантово-хімічних розрахунків, оброблення та аналіз отриманих результатів, підготовлення доповіді та виступ на конференції.

8. Пат. № 38975А Україна А МПК 7 С13F1/02 Спосіб кристалізації цукру / Гречка В.В., Гулий І.С., Мірошников О.М., Мирончук В.Г., Українець А.І. – Опубл. 15.05.2001 р. – Бюл. №4.

Особистий внесок здобувача: постановка експериментів, оброблення отриманих результатів та підготовка матеріалів до публікації.