WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

КУЛЬНЕВА  Надежда  Григорьевна

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА

ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЙ  ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ  И  очистки   ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ  САХАРСОДЕРЖАЩИХ  РАСТВОРОВ

Специальность 05.18.05 – Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур

Автореферат

на соискание ученой степени

доктора технических наук

Воронеж

2011

Работа выполнена на кафедре технологии сахаристых веществ ГОУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия» (ГОУВПО «ВГТА»)

Научный консультант: Почетный работник высшего  профессионального образования, доктор технических наук, профессор Голыбин Вячеслав Алексеевич

(ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия»)

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ, член-корреспондент РАСХН, доктор технических наук, профессор

Тужилкин Вячеслав Иванович

(ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств»)

Заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор

Спичак Василий Варфоломеевич

(ГНУ «Российский научно-исследовательский институт сахарной промышленности Россельхозакадемии»)

Доктор  технических наук, профессор, 

Лукин Николай Дмитриевич

(ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт крахмалопродуктов»)

Ведущая организация: Государственное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт сахарной свёклы и сахара имени А. Л. Мазлумова» (ГНУ «ВНИИСС»).

Защита диссертации состоится 29  июня 2011 года в 1330 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.035.06 при ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия» по адресу 394036, г. Воронеж, пр-т Революции, 19, конференц-зал.

Отзывы (в двух экземплярах) на автореферат, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета академии.

Автореферат размещен на сайте http://vak.ed.gov.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «ВГТА».

Автореферат разослан  27 мая 2011 года

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских диссертаций,

кандидат биологических наук, доцент Шуваева Г. П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сахарный комплекс занимает важное место в структуре АПК России, является высокоиндустриальным и энергоемким производством.

Анализ экономического состояния развития сырьевой базы и наличия производственных мощностей свеклосахарного производства показывает нарушение принципа сбалансированного развития: дефицит производственных мощностей составляет более 50 тыс. тонн переработки свеклы в сутки. Потребности населения и перерабатывающей промышленности в белом сахаре за счет собственного производства удовлетворяются только на 53–59 %.

Отраслевая целевая программа "Развитие свеклосахарного подкомплекса России на 2010-2012 годы" направлена на укрепление российского рынка сахара и предусматривает решение следующих задач:

– строительство новых, реконструкция и техническое перевооружение существующих сахарных заводов на основе инновационных и ресурсосберегающих технологий и аппаратуры;

– вовлечение в хозяйственный оборот вторичных ресурсов, получаемых при переработке сырья;

– формирование организационно-экономических механизмов в сфере производства, заготовки и переработки сахарной свеклы.

Актуальным направлением в работе сахарных заводов является снижение расхода материальных ресурсов, которые в значительной степени отражаются на себестоимости готовой продукции.

Решение этих задач требует адаптации сахарного производства к условиям мировой конкуренции на основе развития и внедрения новых высокоэффективных технологий, повышения уровня продовольственной безопасности страны путем наращивания объемов производства отечественной продукции, а также рационального использования основных и вторичных ресурсов.

Эффективность функционирования свеклосахарного комплекса требует оптимизации всего технологического цикла производства продукции – от приемки свеклы на сахарные заводы до завершающего этапа ее переработки с получением конечного продукта  - белого сахара. Это возможно путем реализации принципов системного подхода на всех стадиях технологического процесса с целью его оптимизации, повышения выхода и качества выпускаемой продукции, уменьшения потерь сахарозы в производстве,  снижения материальных и энергетических затрат.

В связи с этим разработка научных основ и способов реализации высокоэффективных технологий переработки сахарной свеклы, предусматривающих рациональное использование сырьевых и материальных ресурсов, является актуальной.

Значительный вклад в развитие теории и практики свеклосахарного производства внесли выдающиеся ученые: Силин П.М., Сапронов А.Р., Бобровник Л.Д., Рева Л.П., Бугаенко И.Ф., Даишев М.И. Проблемами совершенствования  технологического обеспечения и аппаратурного оформления процессов отрасли активно занимаются Тужилкин В.И., Спичак В.В., Славянский А.А., Молотилин Ю.И., Лосева В.А., Голыбин В.А., Сидоренко Ю.И., Решетова Р.С., Чернявская Л.И., Олянская С.П., Хомичак Л.М. и др.

Научная работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы Министерства образования и науки РФ "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы" (Постановление Правительства Российской Федерации от 17 октября 2006 г. N 613), Отраслевой целевой научно-технической программы Министерства сельского хозяйства РФ «Развитие свеклосахарного подкомплекса России на 2010-2012 годы» (приказ Минсельхоза России от 23 октября 2009 г. № 501), в соответствии с планом госбюджетной научно-исследовательской работы кафедры технологии сахаристых веществ Воронежской государственной технологической академии.

Цель и задачи диссертационной работы. Цель работы – научное обоснование условий и параметров технологических процессов получения и очистки сахарсодержащих растворов, обеспечивающих снижение затрат материальных ресурсов, повышающих качество и выход готовой продукции.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи, вытекающие из современного состояния отрасли:

– проведение диагностики традиционной технологии свеклосахарного производства и определение основных направлений совершенствования технологических процессов, обеспечивающих рациональное использование материальных ресурсов, увеличение выхода и повышение качества белого сахара;

– изучение кинетических закономерностей совместной растворимости гидроксида и карбоната кальция и обоснование области изменения технологических параметров, обеспечивающих максимальное содержание осаждающего агента для различных групп несахаров диффузионного сока и снижение затрат реагентов на процессы известково-углекислотной очистки (ИУО) сахарсодержащих растворов;

– обоснование влияния технологических параметров на формирование структуры дефекосатурационных осадков, их адсорбционные и фильтрационно-седиментационные показатели с целью установления оптимальных технологических режимов, обеспечивающих повышение качества продуктов и снижение расхода известняка и топлива по заводу;

– научное обоснование новых технологических решений при получении и очистке сахарсодержащих растворов и аппаратуры для их реализации;

– разработка системы управления технологическим процессом свеклосахарного производства для обеспечения его стационарности и диагностики причин нарушения этого состояния;

– оптимизация основных технологических операций получения сахара из свеклы по технико-экономическим показателям;

– апробация предлагаемых способов получения и очистки диффузионного сока, подтверждающая их реальную эффективность по сокращению материальных ресурсов.

Научная концепция: разработка научных основ управления сложными технологическими процессами сахарного производства, высокоэффективных технологических приемов получения и очистки сахарсодержащих растворов с соответствующим аппаратурным оформлением на основе анализа основных кинетических закономерностей и математического моделирования, обеспечивающих увеличение выхода белого сахара и рациональное использование материальных ресурсов.

Научные положения, выносимые на защиту:

– разработка проблемно-ориентированных методов анализа и принятия решений по управлению сложными технологическими системами для обеспечения стабильного качества продукции;

– обоснование принципов ресурсосбережения за счет рационального использования материальных ресурсов предприятия;

– научное обоснование рациональных режимов технологических процессов, способствующих снижению удельных материальных затрат, увеличению выхода и повышению качества продукции;

– методологический подход к оптимизации производства сахара из свеклы по комплексным технико-экономическим показателям.

Научная новизна. Сформулирован концептуальный подход к определению равновесного состояния в известково-карбонатно-сахарозной системе, позволяющий получать оптимальную концентрацию осаждающих ионов кальция для протекания основных реакций известково-углекислотной очистки нечистых сахарсодержащих растворов, обеспечивающий повышение качества продуктов при снижении расхода реагентов на процессы очистки и затрат топлива на их получение.

Путем комплексного изучения структуры дефекосатурационных суспензий определены их свойства, которые использованы при разработке новых технологических приемов обработки сахарсодержащих растворов.

На основе кинетических закономерностей разработаны математические модели процессов:

– электрохимической активации экстрагента для извлечения сахарозы из свекловичной стружки;

– подготовки экстрагента комбинированным способом с применением электрохимического и химического воздействия;

– предварительной обработки диффузионного сока перед ИУО с использованием безреагентных способов;

– использования дефекосатурационных суспензий свеклосахарного производства для  интенсификации технологических операций;

– получения и очистки клеровки тростникового сахара-сырца.

Решена задача оптимизации по повышению эффекта очистки и увеличению выхода готовой продукции при минимизации материальных затрат на производство, что позволило адаптировать технологический процесс к переработке сырья различного технологического достоинства.

Сформулирована и решена задача оценки стационарности технологического процесса свеклосахарного производства и причин выхода из этого состояния для принятия оперативных управленческих решений.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны и научно обоснованы способы получения производственных сахарсодержащих растворов при переработке сахарной свеклы и тростникового сахара-сырца (пат. РФ № 2260622, 2260623, 2264470, 2314350) и устройства для их электрохимической обработки (авт. свид. № 1717637, пат. № 2183676, 2235132), позволяющие за счет комбинированного электрохимического воздействия снизить содержание несахаров в растворах перед ИУО, расход известняка и топлива на обработку.

Предложены способы очистки сахарсодержащих растворов (авт. свид. № 1602871, пат № 2244011), направленные на повышение качества и увеличение выхода готовой продукции.

Определены рациональные условия использования щелочных возвратов при очистке диффузионного сока. Усовершенствована конструкция отстойника (пат. № 2293119), позволяющего эффективно отделять суспензию с осадком несахаров перед основной дефекацией.

Установлены технологические параметры получения известково-карбонатных суспензий (рН, температура), обеспечивающие их высокие адсорбционные и фильтрационно-седиментационные свойства. Предложена и испытана авторская методика определения дисперсности частиц известково-карбонатных суспензий.

Разработан алгоритм диагностики текущего состояния сложной технологической системы с использованием структурно-параметрического моделирования, предложена методика выявления параметров, являющихся причиной выхода системы из стационарного состояния. Проведена опытная апробация полученных результатов Садовском сахарном заводе Воронежской области.

Проведены производственные испытания разработанных способов получения и очистки сахарсодержащих растворов на Эртильском, Рамонском и Золотухинском сахарных заводах. 

Материалы диссертационной работы использовали при проведении теоретических и практических занятий по дисциплинам «Технология сахарного производства», «Управление технологическими процессами на основе математического моделирования», «Методы исследования свойств сырья и готовой продукции», «Физико-химические основы технологии», «Основы инженерного творчества и учебно-исследовательская работа студентов», «Водное хозяйство сахарных заводов», «Основы инженерного управления сахарного производства».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1, 2, 5 паспорта специальности 05.18.05 – «Технология сахара и сахаристых продуктов, чая, табака и субтропических культур».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на международных и региональных научно-практических конференциях и семинарах (Москва, 2001, 2005-2006), (Курск, 2002-2003, 2007-2009), (Орел, 2004), (Псков, 2009), (Брянск, 2009), (Новосибирск, 2002), (Тамбов, 1996), (Яготин, 1989), (Воронеж, 1990, 1996-1997, 1999, 2004, 2009-2010), отчетных научных конференциях ВГТА (1993-2011).

Публикации. По материалам работы опубликованы 113 научных работ, в том числе 23 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ для опубликования материалов докторских диссертаций, 2 монографии, 3 учебных пособия с грифом УМО ТПП и ПИ, 11 авторских свидетельств и патентов РФ на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 398  страницах, состоит из введения, семи глав, основных выводов и результатов, списка литературы, включающего 482 наименования,  содержит 158 рисунков и 123 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние сахарного производства, обоснована актуальность темы диссертационной работы, научная новизна и практическая значимость выполненных исследований.

В первой главе систематизированы литературные данные о современных воззрениях на теоретические аспекты получения и очистки сахарсодержащих растворов, проанализированы технологические процессы и аппаратурное оформление для их реализации; определены основные направления совершенствования технологии получения и очистки диффузионного сока с использованием системного подхода; сформулированы цель и задачи диссертационной работы; обоснован выбор объектов исследования; определены методы решения поставленных задач.

Во второй главе на основе методологии системного анализа проведена диагностика современной технологии получения и очистки сахарсодержащих растворов на основе фактических технико-экономических показателей сахарных заводов Воронежской области.

В качестве инструментального средства диагностирования использовали регрессионный анализ, с применением которого для каждой стадии технологического процесса получили математические модели в виде зависимостей показателей качества полупродуктов от влияющих на них входных факторов.

Квалиметрическую оценку выполняли с использованием гистограмм распределения и контрольных карт показателей технологического процесса отдельных сахарных заводов. Анализ гистограмм распределения, карт Шухарта и рассчитанных значений показателей возможностей технологических операций показал, что процессы получения и очистки диффузионного сока статистически неустойчивы. Это вызывает снижение чистоты, повышение цветности и массовой доли солей кальция в очищенном соке, ухудшение качества сиропа и впоследствии влияет на работу кристаллизационного отделения: снижаются качество и выход готовой продукции, увеличиваются выход мелассы и потери сахарозы в  ней.

Оценку эффективности каждой стадии технологического процесса проводили на основе аналитического коэффициента качества (табл.1), рассчитанного посредством вычисления геометрической средней:

,

где I – аналитический коэффициент, П – произведение, n – количество коэффициентов, Ki – отдельный показатель.

Установлено, что в рассматриваемый период причиной сдерживания роста эффективности и ресурсосбережения является нестабильное качество сырья, которое приводит к повышению материальных затрат. Для стабилизации требуется разработка новых подходов к реализации производственного процесса.

Таблица 1. - Показатели дополнительных затрат на производство

Год

Показатели

коэффициент соответствия производственной мощности

коэффициент удельного расхода известнякового камня на производство

коэффициент комплексного расхода топлива

аналитический коэффициент дополнительных затрат на производство

2007

0,89

0,77

0,93

0,85

2008

0,82

0,77

0,84

0,80

2009

0,88

1,00

1,00

1,00

Исследование эффективности переработки сахарной свеклы в конечный продукт базируется на системном анализе технологических показателей производства сахара, позволяющем выявить скрытые зависимости и резервы применяемой технологии для нахождения оптимальных уровней показателей и определения потерь.

Модель, описывающая чистоту диффузионного сока (У) в зависимости от параметров качества сырья, имеет вид:

У = 80,032 + 0,120Х1 – 0,318Х2– 0,174Х3 + 0,369Х4,

где: Х1 – длина 100 г свекловичной стружки, м; Х2 – массовая доля корнеплодов, пораженных слизистым бактериозом, %; Х3 – массовая доля загнивших корнеплодов, %; Х4 – сахаристость свекловичной стружки, %.

Уровни r = 0,91 и р = 0,00025 свидетельствуют о том, что уравнение  является достоверным и может использоваться при прогнозировании чистоты диффузионного сока (рис. 1.).

Рис. 1. – Фактическая и расчетная чистота диффузионного сока

Установлено, что отклонение чистоты диффузионного сока от возможного расчетного значения влечет финансовые потери, исчисляемые по итогам трех лет в размере 2353,97 тыс. руб. для сахарного завода производственной мощностью 3 тыс. т свеклы в сутки (табл. 2).

Таблица 2. - Оценка недополученной прибыли при перерасходе известняка

Год

Перерасход известняка из-за низкой чистоты диффузионного сока, т

Цена за 1 т известняка, руб.

Финансовые потери, руб.

2007

1909,153

471,62

900395

2008

1847,464

485,52

896981

2009

1116,896

498,34

556594

Всего

4873,514

-

2353970

С учетом полученной зависимости чистоты сиропа от показателей качества сырья провели оценку размеров недополученной прибыли: объем выпускаемого сахара-песка за сезон снизится на 172,360 тонн, что приведет к финансовым потерям 2506937 рублей для завода мощностью 3000 т свеклы в сутки.

Выполненные расчеты для нескольких сахарных заводов Воронежской области свидетельствуют о неиспользованных возможностях предприятий в рациональной организации технологического процесса, что приводит к финансовым потерям, в том числе перерасходу от 1 до 2 тыс. т известняка каждым предприятием за производственный сезон. После обобщения полученных результатов для разных производственных сезонов выделили два направления повышения эффективности работы предприятия:

– разработка высокоэффективных технологических приемов, повышающих качество полупродуктов на станциях получения и очистки диффузионного сока при снижении суммарных материальных затрат на предприятии;

– проведение детального анализа существующей технологической схемы с выделением участков и параметров, снижающих полезность работы системы, и разработка математических моделей и алгоритмов принятия  решений по управлению этим процессом.

В третьей главе решена задача повышения качества полупродуктов и снижения материальных затрат за счет сокращения расхода оксида кальция на процесс ИУО диффузионного сока путем использования электрохимической активации (ЭХА) производственных растворов.

Для экспериментальной проверки эффективности электроактивации экстрагента для диффузионного процесса смесь промышленной воды и конденсатов подвергали ЭХА в поле постоянного электрического тока с варьированием температуры, продолжительности процесса и напряжённости электрического поля. Параллельно получали диффузионный сок без ЭХА экстрагента (рис. 2).

-

диффузионный сок       очищенный сок

Рис.2. – Выбор оптимальных параметров электроактивации  экстрагента: а – напряженности поля, В/см; б – продолжительности обработки, мин.

С целью обеспечения комплексного электрохимического воздействия при подготовке экстрагента его обрабатывали  серной кислотой до рН 6,0-6,5 при температуре 68-72 єС, а затем проводили ЭХА при напряженности электрического поля 8,1-10,3 В/см в течение 3-7 минут (табл. 3).  Предлагаемый способ дает возможность повысить чистоту диффузионного сока на 1,2-1,4 %, снизить содержание ВКД на 78 %, чистота очищенного сока при этом повышается на 1,3-1,4 %, его цветность снижается на 16 %, массовая доля ВКД - на 50 %.

Разработан способ подготовки воды для экстрагирования путем ЭХА с добавлением сернокислого алюминия, позволяющий при незначительном расходе реагента получить необходимое количество гидроокиси алюминия и обеспечивающий высокий эффект очистки на диффузионных установках. Кроме того, электрокоагуляционная очистка питательной воды снижает активность микробиологических процессов, в результате чего отпадает необходимость в использовании дорогостоящих дезинфектантов.

Таблица 3. - Показатели соков при использовании серной кислоты

для ЭХА экстрагента

Показатель

Напряженность, В/см, при продолжительности 3 мин

Продолжительность, мин при напряженности 8,1 В/см

Без

обра-ботки

6,6

8,1

10,3

1

3

5

7

Диффузионный сок

Чистота, %

88,8

88,9

88,9

88,5

88,9

88,9

89,0

87,6

ВКД, г на 100 г СВ

4,82

4,17

4,13

5,03

4,17

4,16

4,15

8,50

Очищенный сок

Чистота, %

91,3

91,5

91,5

90,9

91,5

91,6

91,6

90,2

Цветность, усл. ед.

13,5

13,07

13,05

14,0

13,2

13,1

13,4

15,6

ВКД, г на 100 г СВ

2,04

1,95

1,93

2,64

1,95

1,94

1,92

3,85

С использованием методов математического планирования эксперимента получена математическая модель, отражающая влияние расхода реагентов на качественные показатели очищенного сока (рис. 3).

Рис. 3. - Зависимость массовой доли солей кальция в очищенном соке от расхода сульфата алюминия для активации экстрагента и оксида кальция на очистку диффузионного сока

Оптимизацию параметров процесса осуществляли с использованием обобщенной функции желательности, анализируя конечные значения которой можно сделать вывод, что оптимальным для ЭХА диффузионного сока является добавление 0,0003 % сульфата алюминия к массе раствора, что существенно ниже, чем при использовании данного реагента при подготовке жомопрессовой воды без электрообработки.

Жомопрессовую воду обрабатывали раствором хлорной извести с последующей ЭХА перед возвращением в диффузионный аппарат: расход хлорной извести 0,005-0,010 % к массе воды, температура 85-90 оС, длительность обработки 1 мин при напряженности электрического поля 5,5-8,1 В/см. Это позволило получить высокий эффект стерилизации: количество колоний микроорганизмов снижается с 2х106 до 0,93-1,20х103. Подобная подготовка жомопрессовой воды сокращает расход свежей воды на технологический процесс и уменьшает количество производственных сточных вод на 40 %.

Исследована возможность непосредственной обработки диффузионного сока электрическим полем, обусловленная тем, что в составе несахаров диффузионного сока присутствуют диссоциированные молекулы кислот, щелочей, их солей и органических соединений, которые обладают явно выраженной ионной проводимостью. Учитывая, что наиболее вредными в технологическом отношении являются вещества коллоидной дисперсности (ВКД) и высокомолекулярные соединения (ВМС), их коагуляцию можно вызвать применением электрических полей.

В качестве объекта исследования использовали диффузионный сок, содержащий ВКД до 10 г на 100 г сухих веществ сока. Обработку сока проводили в устройствах для электрохимической очистки сахарсодержащих растворов.        

Разработан способ очистки диффузионного сока, позволяющий в мягком режиме постепенным изменением рН под действием электрического поля  обработать сок в кислой области вблизи анода, затем в щелочной области катода. Такая обработка способствует наиболее полному удалению ВКД и ВМС и увеличению чистоты раствора (рис. 4). Очищенный сок выводится из устройства со значением рН, близким к нейтральному.

В процессе электрообработки происходит удаление различных групп несахаров: по сравнению с очисткой по типовой схеме чистота очищенного сока повышается на 1,6 %, цветность снижается на 2,8 ед., массовая доля солей кальция - на 0,006 %, эффект удаления ВКД повышается на 25 %.

На основе математических методов планирования эксперимента получены уравнения регрессии, отражающие взаимосвязь основных параметров электрохимической обработки диффузионного сока и качественных показателей очищенного сока.

       

Рис. 4. – Устройство для электрохимической очистки производственных сахарсодержащих растворов: 1 – корпус, 2, 5 – патрубки для подвода и отвода жидкости, 3 – анод, 4 – катод, 6 - уплотнительные пробки,  7 - клеммы для подвода электрического тока.

С использованием метода Харрингтона установлены оптимальные значения параметров электрообработки диффузионного сока перед основной очисткой: напряжённость электрического поля 4,4 В/см, температура 60 єС, продолжительность 2 мин.

Для повышения эффективности удаления ВКД и ВМС  усовершенствована конструкция устройства и способ электрохимической обработки жидкости путем введения в межэлектродное пространство в качестве центров коагуляции активированной суспензии сока II сатурации. При этом осаждаемые  частицы ВКД и крупные молекулы ВМС, имеющие в этой зоне рН максимальный отрицательный заряд, концентрируются вокруг положительно заряженных частиц карбоната кальция. Их коагуляция при дальнейшем повышении рН приводит к тому, что тяжелая частица карбоната кальция оказывается внутри крупного конгломерата, включающего ВКД и ВМС (табл. 4).

Выбор оптимальных параметров процесса электрообработки диффузионного сока перед основной очисткой проводили с использованием математического моделирования. Получены регрессионные зависимости выходных параметров процесса (чистоты, массовой доли редуцирующих веществ в диффузионном соке, чистоты, цветности и массовой доли солей кальция в очищенном соке) от условий проведения электрообработки.

Таблица 4. – Эффективность удаления ВМС и ВКД при очистке

диффузионного сока

Определяемые

несахара

Соки при типовой очистке

Соки с электрообработкой

диффу-зион-ный

предде-феко-ванный

очи-

щен-

ный

диф-

фузи

онный

пред-дефеко-ванный

очи-

щен-

ный

Белки:

г/ 100 г сока

% удаления

0,589

0,191

67,6

0,114

80,6

0,349

40,7

0,090

84,7

0,051

91,3

Пектиновые вещества:

г /100 г сока

% удаления

0,133

0,056

57,9

0,017

87,2

0,085

36,1

0,046

65,4

0,010

92,5

ВКД:

г/100 г СВ сока

% удаления

6,104

2,417

60,4

1,532

74,9

3,473

43,1

1,917

68,6

1,038

83,0

Экспериментально установлено, что предварительная электрообработка диффузионного сока перед основной ИУО повышает чистоту очищенного сока на 1,0-1,5 %, эффект очистки на 10 %, снижает массовую долю солей кальция на 30 % (табл. 5). Проведение электрообработки сокращает расход извести на очистку диффузионного сока на 0,5-0,7 % к массе свеклы.

Таблица 5. – Выбор рационального расхода оксида кальция

для очистки диффузионного сока после его электрообработки

Расход СаО

после электро-

обработки, %

Чистота очищенного сока, %

Цветность,

усл. ед.

Массовая доля солей кальция, % СаО

Эффект очистки, %

2,2

88,9

10,2

0,022

42,3

2,0

88,5

10,5

0,023

40,0

1,5

88,0

11,9

0,020

37,0

1,0

87,5

12,4

0,021

34,0

Без обраб.(2,2)

87,4

12,3

0,033

33,4

Для повышения эффективности удаления несахаров провели исследования по электроактивации воды и  промоев, используемых для получения клеровки тростникового сахара-сырца. С использованием методов математического моделирования выбраны рациональные режимы проведения процесса: напряженность электрического поля 5,0-6,0 В/см; продолжительность обработки 2,0-2,5 мин (рис. 6).

Рис. 6.- Зависимость чистоты очищенной клеровки от напряженности электрического поля и продолжительности обработки

Применение электрического поля для получения и очистки клеровки повышает ее чистоту на 0,8-1,0 %, цветность снижает на 10-12 усл. ед., массовую долю редуцирующих веществ - на 40-60 %, массовую долю солей кальция – на 30-50 %.

В четвертой главе приведены экспериментальные и теоретические исследования суммарной растворимости гидроксида и карбоната кальция в водных и сахарозных растворах. Установлено влияние температуры, рН и массовой доли сахарозы на равновесную концентрацию катионов Са2+, являющихся осаждающим агентом для несахаров диффузионного сока и определяющих  эффективность проведения химических реакций осаждения и коагуляции.

Количественную оценку влияния рН на растворимость изучали на модельной  известково-карбонатно-сахарозной системе. В насыщенном растворе карбоната кальция существует равновесие

,        (1)

характеризующееся величиной произведения растворимости

ПР = [Ca2+]·[CO32-] = ПА/2         (2)

где ПА=3,7 · 10-9 – произведение активности, – средний ионный коэффициент активности, рассчитываемый по уравнению Дэвиса: lg = -0,509[z+z-] [z+z-]J,

где z+, z- – заряд ионов; J – ионная сила раствора.

Анионы СО32- в нейтральной и кислой средах взаимодействуют с молекулами воды, образуя гидрокарбонат-ионы:

  (3)

Равновесие реакции (3) характеризуется константой

, (4)

связанной с константой диссоциации Н2СО3 по второй ступени

KII=[H+]⋅[]/[] (5)

соотношением K1=KII/KW,  (6)

где КW=10-14 – константа ионизации воды.

Так как KII=4,7 · 10-11, отсюда К1=4,7 · 103. С уменьшением рН равновесие реакции (3) смещается в сторону связывания карбонат-иона, что вызывает увеличение растворимости СаСО3.

В щелочной среде ионы Са2+ могут частично связываться с ОН--ионами по уравнению                (7)

Значение константы диссоциации Са(ОН)2 по второй ступени составляет 4 · 10-2. К2 = [Ca2+]·[OH-]/[CaOH+]                (8)

С увеличением концентрации ОН--ионов равновесие (7) смещается в сторону связывания ионов Са2+, что приводит к увеличению растворимости СаСО3.

Количественно влияние рН на растворимость изучали на модельной системе, в которой протекают равновесные процессы (1), (3), (7), характеризуемые константами (2), (4), (8) соответственно. Поскольку концентрации компонентов системы [Са2+], [СаОН+], [ОН-], [СО32-], [НСО3-] связаны между собой тремя константами, однозначное решение невозможно. Систему численно моделировали с использованием математического аппарата: задавали начальные значения [ОН-], [Ca2+]=[СО32-] =, [СаОН+]=0, [НСО3-] = 0, из уравнений (3), (4), (7), (8) находили равновесные концентрации первого приближения.

Поскольку произведение концентраций [Са2+]·р[СО32-] становилось  меньше ПР, до равновесных значений их доводили с помощью уравнений (1)-(2). После этого расчетный цикл повторяли. Через несколько итерационных шагов в системе достигалось равновесие, концентрации всех ионов стабилизировались. Экспериментальным и расчетным путем установили, что суммарное содержание растворимых форм кальция в виде Са2+ и СаОН+ достигает минимума в интервале рН 9-10, что согласуется с результатами исследований других ученых, опубликованных в литературе.

На основе обработки экспериментальных данных получили уравнения, позволяющие рассчитать концентрацию ионов кальция в зависимости от температуры и рН среды:

для 15 %-го раствора сахарозы

для 50 %-го раствора сахарозы

Результаты исследования показали, что из карбоната кальция в раствор в зависимости от рН и температуры переходит 0,2-0,5 % Са2+, что полностью  обеспечивает осаждение и коагуляцию несахаров на преддефекации. Таким образом, количество оксида кальция, добавляемого на преддефекацию, снижается на 20-25  % по сравнению с рекомендациями типовой схемы. На основе математической обработки результатов построены кривые равных значений для определения массовой доли ионов кальция в известково-карбонатно-сахарозном растворе в присутствии твердой фазы карбоната кальция в зависимости от рН и концентрации сахарозы в растворе (рис. 6).

В известково-карбонатно-сахарозную суспензию вводили добавки несахаров: хлорида калия, глюкозы,  глютаминовой и молочной кислот с концентрацией, соответствующей их содержанию в диффузионном соке. Установлено, что все введенные несахара увеличивают суммарную растворимость CaCO3 и Ca(OН)2 (рис.7).

Произведение растворимости карбоната кальция выражается уравнением

Величина в данном уравнении постоянна, коэффициенты активности и при введении в раствор посторонних ионов уменьшаются вследствие возрастания ионной силы раствора, поэтому произведение [Cа2+].[СО32-] и содержание растворимого кальция увеличиваются. Изменить содержание катиона Са2+  можно варьированием рН и температуры растворов в процессе очистки диффузионного сока.

  7 8  9  10 11

рН среды

Установлено, что источником ионов Са2+ на преддефекации служит не только вводимый гидроксид кальция, но и возвращаемая суспензия соков I и II  сатурации. Эффективность осаждения ВМС и некоторых кислот связана с прочностью образующихся комплексных соединений, в том числе  комплексов сахарозы с кальцием (сахаратов кальция). Ион Са2+ как связывается в сахараты, так и осаждается в виде малорастворимых солей кальция. Ион ОН- будет вытесняться из комплексного соединения СаОН+ анионами винной, лимонной, щавелевой, фосфорной и серной кислот, что  имеет место в производственных растворах. Неполное осаждение данных кислот в условиях ИУО обусловлено их многоосновностью.

Определение концентрации ионов кальция в зависимости от параметров процесса и комплекса присутствующих несахаров использовали для обоснования оптимальных условий введения на преддефекацию кристаллического карбоната кальция, режима проведения преддефекосатурации с последующим отделением осадка несахаров и снижения непроизводительных затрат оксида кальция на очистку диффузионного сока, следовательно, расхода известняка и топлива на его обжиг.

Рис. 7. - Влияние несахаров на моляльную концентрацию солей кальция

Изучены фильтрационно-седиментационные свойства модельных известково-карбонатно-сахарозных и производственных суспензий. Результаты эксперимента показали, что чем выше рН и содержание солей кальция, тем ниже фильтрационные свойства: осадок  сильно гидратирован, его объем и сопротивление увеличены. Установлено, что лучшие фильтрационные свойства производственных суспензий достигаются при карбонизации до рН  9,0-10,0, что обеспечивает достаточно полное осаждение коллоидов за счет образования с карбонатом кальция пространственных структур и формирование однородных сатурационных осадков. 

Различные группы несахаров по-разному влияют на фильтрационно-седиментационные свойства суспензий: глюкоза и хлорид калия улучшают, а молочная и глютаминовая кислоты снижают показатели, причем в большей степени молочная кислота. Присутствие молочной и глютаминовой кислот повышает растворимость кальция, вязкость и плотность растворов, затрудняет образование и рост кристаллов карбоната кальция, ухудшает процесс отделения частиц.

Оценку дисперсности суспензий проводили с помощью специальной программы, использующей результаты седиментационного анализа. В известково-карбонатно-сахарозной суспензии частицы наибольшего диаметра образуются при температуре 80 °С и рН 9. При рН ниже 9 формируются мелкие частицы, обладающие худшими фильтрационными показателями, но лучшими адсорбционными свойствами, что  наблюдается при пересатурировании. В производственных сатурационных суспензиях однородный осадок образуется при рН 10,0: он имеет компактную структуру и высокие фильтрационные и седиментационные свойства.

В пятой главе приведены экспериментальные исследования по активации суспензий осадка сока I и II сатурации, возвращаемых на предварительную дефекацию. Показано, что рациональной является активация возвращаемой на преддефекацию суспензии сока II сатурации карбонизацией до рН 8,0. Такая активация позволяет снизить содержание солей кальция в очищенном соке на 27 %, цветность на 29 %, чистоту очищенного сока увеличить на 0,5 %, что повышает общий эффект очистки на 4 %.

Установлено, что диффузионный сок чистотой 85,0-87,0 % целесообразно до преддефекации в течение 5-7 минут смешивать с активированной суспензией.  Это повышает эффект осаждения белков за счет образования веществ с большой удельной адсорбционной поверхностью и позволяет увеличить чистоту очищенного сока в сравнении с классической схемой очистки на 1,2 %, снизить его цветность на 25 %.

Проведены исследования по использованию фосфатидов растительного масла (ФРМ) для активации суспензии сока II сатурации, возвращаемой на прогрессивную преддефекацию. Установлено, что введение ФРМ повышает седиментационно-фильтрационные свойства сока I сатурации и качественные показатели очищенного сока: фильтрационный коэффициент снижается на 55-60 %, скорость седиментации частиц осадка преддефекованного сока увеличивается на 32 %, чистота очищенного сока повышается на 1,3 %, цветность снижается на 43-48 % (рис. 8-9).

Выбраны оптимальные параметры прогрессивной преддефекации с возвратом активированной суспензии сока II сатурации: расход оксида кальция на дефекацию перед II сатурацией - 0,35 % к массе сока, добавление ФРМ - 0,015 % к массе сока,  карбонизация суспензии до рН 8,0, введение суспензии в зону преддефекатора при  рН 8,5.  Эти значения параметров обеспечивают высокую эффективность очистки диффузионного сока при минимизации затрат на ее проведение.

 

Исследовали возможность отделения осадка несахаров после предварительной дефекации. Установили, что проведение преддефекации с возвратом активированной суспензии, противоточным введением оксида кальция до рН 11,2-11,6 и последующей карбонизацией сока до рН 10,0-10,5 обеспечивает удовлетворительные фильтрационно-седиментационные показатели сока и возможность отделения осадка. При этом создаются лучшие условия для адсорбционной очистки в процессе  сатурации:  чистота очищенного сока повышается на 1,0-1,4 %, цветность снижается на 30-32 %, содержание солей кальция на 14 %, эффект очистки увеличивается на 7-10 %, сокращается длительность процесса на 46-52 % (табл. 6).

Для эффективного разделения суспензий предложена конструкция модернизированного отстойника (рис. 10), особенности которой заключаются в следующем: более равномерное распределение подаваемой суспензии уменьшает взмучивание; исключено пересечение потоков осадка и сока, поступающих на осветление; по мере движения осадка не происходит увеличения толщины его слоя  вследствие увеличения поверхности, по которой он движется; в слое осадка возникают касательные напряжения, способствующие снижению прочности сцепления частиц и их большей подвижности.

Таблица 6. - Выбор расхода оксида кальция на основную дефекацию в схеме с отделением преддефекосатурационного осадка

Показатели

Расход оксида кальция на основную дефекацию, % к массе сока

Типовая

С отделением осадка

1,6

1,3

1,0

0,8

Скорость седиментации сока I сатурации, см/мин

2,56

3,72

3,90

3,36

Фильтрационный коэффициент сока I сатурации, с/см2

5,40

1,50

1,25

1,05

Чистота очищенного сока, %

89,3

90,7

90,4

89,4

Массовая доля редуцирующих веществ в очищенном соке, %

0,008

0,008

0,009

0,010

Массовая доля солей кальция в очищенном соке, % СаО на 100 г СВ

0,022

0,019

0,018

0,026

Цветность очищенного сока, усл.ед.

16,5

11,2

12,4

15,7

мешалки  11, труба отвода осадка  12, труба отвода осветленного сока  13, узел отвода осветленного сока  14, отверстие для отвода воздуха и газов  15, патрубок для отвода воздуха и газов  16, газовый вентиль  17.

Установлена возможность проведения очистки сока с одной ступенью карбонизации при переработке свеклы стандартного качества и работа без дефекации перед II сатурацией и возврата активированной суспензии сока II сатурации, что позволит дополнительно снизить расход оксида кальция и сатурационного газа на ИУО  на 0,4-0,6 % к массе свеклы.

В шестой главе с использованием регрессионного анализа проведена оценка динамики потерь сахарозы на отдельных стадиях сахарного производства, выявлена взаимосвязь между качеством сырья, полупродуктов и основными источниками потерь сахарозы (табл. 7, рис. 11). Установлено, что основной причиной потерь сахарозы является низкий уровень организации и контроля производства, не обеспечивающий своевременной диагностики и коррекции технологического процесса в соответствии с изменяющимся качеством перерабатываемого сырья.

Таблица 7. – Потери сахарозы в сокоочистительном отделении

Декады

Чистота диффузионного сока, % (фактическая)

Расход оксида кальция на очистку, % к массе свеклы

Потери сахарозы в фильтрационном осадке

Чистота

очищенного

сока, %

% к массе осадка

% к массе свеклы

факти-ческая

расчет-

ная

1

87,24

2,35

0,785

0,074

91,75

92,91

2

86,24

2,59

0,818

0,085

88,87

91,94

3

81,83

3,48

0,827

0,115

86,57

87,62

4

82,54

3,41

0,867

0,118

85,94

88,31

5

80,51

3,95

0,869

0,137

84,45

86,33

6

80,80

3,96

0,850

0,135

85,79

86,61

7

80,37

4,12

0,751

0,124

86,33

86,19

8

80,42

4,18

0,812

0,136

84,85

86,25

9

77,63

4,90

0,807

0,158

80,40

83,51

На основе фактических показателей работы сахарных заводов рассчитана величина неучтенных сверхнормативных потерь сахарозы в производстве и оценен размер недополученной прибыли (табл.8).

Рис. 10. – Потери сахарозы в свеклоперерабатывающем отделении

Таблица 8. - Динамика потерь сахарозы

Показатель

Год

2007

2008

2009

Масса переработанной свеклы, т

259065

306008

137357

Сахаристость свеклы, %

17,16

17,55

19,27

Потери сахарозы в производстве, % к массе свеклы

0,41

0,36

0,35

Потери сахарозы в мелассе, % к массе свеклы

1,72

1,79

1,63

Выход сахарозы, % к массе свеклы

14,78

14,97

17,19

Неучтенные сверхнормативные потери, % к массе свеклы;

тонны

0,25

648

0,43

1316

0,10

137

Недополученная прибыль в ценах соответствующего года, тыс. руб.

10183,3

22058,8

3286,6

Для повышения точности результатов лабораторных анализов предложена усовершенствованная методика определения массовой доли сухих веществ в полупродуктах сахарного производства центрифугированием образцов перед рефрактометрическим определением. Для каждого полупродукта установлено оптимальное время центрифугирования. 

В седьмой главе обоснованы способы управления технологическим процессом и новые приемы, обеспечивающие стабильность качества продукции, ресурсосбережение и улучшение технико-экономических показателей при переработке свеклы.

Предложен механизм, позволяющий отслеживать причины выхода производственного процесса из стационарного состояния и обеспечивающий поддержку принятия управляющих решений по его стабилизации.

На основе методологии системного подхода провели декомпозицию технологической системы для выявления структуры причинно-следственных связей, количественной их оценки и создания основы для построения системы поддержки принятия решений по управлению технологическими процессами, которую ре­ализовали в виде математического, информационного и программного обеспечения.

В основные функции разработанной систе­мы управления входит контроль стационарности технологических процессов свеклоса­харного производства, прогноз и ди­агностика выхода системы из стационарного режима, обеспечение поддер­жки принятия управленческих решений.

Обобщенная модель разработанной системы управления представляется в виде соотношения:

М = < Мпр, Мкп, Мпс, Мппр >,

элементы ко­торого последовательно формируют этапы ее функционирования:

  • Мпр – модель предварительной об­работки исходных данных;
  • Мкп – модель построения корреля­ционных групп;
  • Мпс – модель причинно-следствен­ного анализа;
  • Мппр – модель поддержки принятия решений.

По результатам проведенного системного анализа определили перечень параметров X = {X1, X2, …, Xm}, по которым осуществлялся контроль функционирования технологической системы свеклосахарного производства. Для систематизации исходных данных предложили метод их предварительной об­работки.

Разработанный метод позволяет прогнозировать конечное состояние технологической системы путем имитации отклонения текущих значений параметров от их нормативных величин с последующим определением значений зависимых параметров.

Для обеспечения поддержки принятия решений найденные при проведении причинно-следственного анализа вероятные причины выхода технологического процесса из стационарного режима ранжировали путем присвоения им количественных характеристик в зависимости от их вклада в возникновение анализируемого состояния системы с помощью разработанного метода вычисления весов параметров технологических процессов с использованием теории графов.

По результатам проведенного анализа технологу предоставляется некоторое множество ранжированных по значимости параметров технологических процессов Xm = {Xj, Xj+1, …, Xm}, XmXn, изменения значений которых стали наибо­лее вероятными причинами воз­никновения нестационарного состо­яния технологической системы. На основании этой информации технолог принимает управлен­ческое решение по воздей­ствию на процесс с использованием известных технологических при­емов.

Предложенный подход к построе­нию системы поддержки принятия решений в задачах контроля и диаг­ностики технологических процессов свеклосахарного производства реализо­ван в виде программы "Причинно-следственный анализ многомерных стохастических процессов"  и ап­робирован на Садовском сахарном заводе Воронежской области.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе статистического анализа основных показателей работы свеклосахарных заводов предложен алгоритм диагностики их функционирования как совокупности сложных технологических процессов, позволяющий выявлять факторы, влияющие на эффективность отдельных стадий,  и определять основные направления совершенствования технологических процессов.

2. Разработана и экспериментально обоснована технология подготовки экстрагента для извлечения сахарозы из свекловичной стружки с использованием ЭХА. Предложена конструкция устройства для проведения ЭХА (пат. РФ № 2183676).

С использованием методов математического моделирования определены оптимальные параметры процесса ЭХА при введении различных химических реагентов, позволяющие повысить чистоту диффузионного  и очищенного сока на 1,3-1,5 %, снизить содержание ВКД в диффузионном соке на 78 %, в очищенном - на 50 %, цветность очищенного сока - на 16 % (пат. РФ №  2260622, 2254470, 2314350).

3. Разработана технология электрообработки диффузионного сока перед ИУО, позволяющая за счет комплексного воздействия на различные группы несахаров увеличить чистоту очищенного сока и сиропа на 0,9-1,2 %, что повышает выход сахара на  0,18-0,24 % к массе свеклы. Обоснована возможность сокращения расхода оксида кальция на очистку на 0,5-0,7 % по сравнению с типовой схемой. Предложены устройства для проведения электрообработки сахарсодержащих растворов (а.с. № 1717637, пат. РФ № 2235132).

4. Обоснована возможность получения и очистки концентрированных сахарсодержащих растворов с использованием постоянного электрического поля (пат. РФ № 2260623). При этом чистота очищенной клеровки повышается  на 0,8-1,0 %, массовая доля редуцирующих веществ и цветность снижаются  на 10-34 и 15-23 % соответственно.

5. Изучена суммарная растворимость гидроксида и карбоната кальция в известково-карбонатных и известково-карбонатно-сахарозных суспензиях. Выявлены параметры, позволяющие получить максимальную концентрацию осаждающего агента в условиях сахарного производства: температура процесса 60-80 оС, рН раствора 8,0; 10-11. Проведение производственных процессов в обоснованном интервале параметров позволит сократить расход реагентов для проведения ИУО, снизить содержание солей кальция в полупродуктах  сахарного производства.

6. На основе экспериментальных исследований определены рациональные технологические режимы активации известково-карбонатных суспензий, возвращаемых на преддефекацию, позволяющие достичь оптимального соотношения материальных затрат и качества очищенного сока (а. с. № 1602871, пат. № 2244011). С использованием методов математического моделирования установлены оптимальные параметры активации суспензий: масса добавляемых ФРМ – 0,015 % к массе сока; рН возвращаемой суспензии – 8,0; рН зоны преддефекатора, в которую возвращается активированная суспензия, – 8,5; расход оксида кальция на дефекацию перед II сатурацией - 0,35 % к массе сока.

7. Показана возможность снижения расхода оксида кальция на очистку диффузионного сока на 0,5-0,6 % к массе свеклы за счет отделения осадка несахаров преддефекованного сока до основной дефекации.  Определены фильтрационно-седимента-ционные показатели преддефекосатурационных соков, качественные показатели и термоустойчивость очищенного сока. Усовершенствована конструкция отстойника для отделения  преддефекосатурационного осадка (пат. РФ № 2293119).

8. Исследовано влияние комплекса несахаров на точность лабораторных анализов полупродуктов свеклосахарного производства. Предложена усовершенствованная методика определения массовой доли сухих веществ в продуктах сахарного производства (а.с. № 1784911).

9. Предложена методика выявления сверхнормативных потерь сахарозы на отдельных стадиях технологического процесса и в производстве в целом, позволяющая оценить эффективность применяемой технологии и размер недополученной прибыли вследствие нерациональной организации производственного процесса. Методика апробирована на ряде сахарных заводов Воронежской области.

10. С использованием методов многомерного статистического анализа разработан алгоритм оценки функционирования сложной технологической системы свеклосахарного производства и выявления факторов, послуживших причиной выхода системы из стационарного состояния (Программа «Причинно-следственный анализ многомерных стохастических процессов» № 50201001625). Метод апробирован в условиях Садовского сахарного завода.

11. Разработана многовариантная технологическая схема получения и очистки сахарсодержащих растворов, позволяющая с учетом качества перерабатываемого сырья использовать оптимальные технологические приемы, обеспечивающие высокий эффект очистки диффузионного сока при минимальном потреблении материальных ресурсов. Элементы схемы прошли производственные испытания на Эртильском, Ливенском, Рамонском и Золотухинском сахарных заводах.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения данной схемы достигается за счет повышения чистоты сахарсодержащих растворов и сокращения расхода реагентов  в процессе их получения и очистки. Он  оценивается на уровне 40 млн. рублей для сахарного завода производственной мощностью 3000 т переработки свеклы в сутки за производственный сезон.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

Монографии

  1. Кульнева, Н. Г. Модели управления технологическими процессами свеклосахарного производства [Текст] : монография / Н. Г. Кульнева,  Ю. С. Сербулов, А. В. Кульнев; Воронеж. гос. технол. акад.- Воро­неж, 2006. – 155 с.
  2. Голыбин, В. А. Электротехнологии в производстве сахара [Текст] : монография /  В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева,  В. А.Федорук; Воронеж. гос. технол. акад. -  Воро­неж, 2007- 236 с.

Учебные пособия

  1. Громковский, А. И. Основы метрологии, стандартизации, сертификации: учеб. пособие [Текст] / А. И. Громковский,  Ю. Н. Париева, Н. Г. Кульнева; Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2003.- 84 с. (гриф УМО ТПП и ПИ).
  2. Голыбин, В.А. Водное хозяйство сахарных заводов: учеб. пособие [Текст] / В. А. Голыбин, В. М. Фурсов, Ю. И. Зелепукин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук; Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2009. – 124 с. (гриф УМО ТПП и ПИ).
  3. Кульнева, Н. Г. Общие принципы переработки сырья и введение в технологии продуктов питания: учеб. пособие [Текст] / Н. Г. Кульнева, А. И. Громковский, Ю. И. Последова, Ю. Н. Париева, В. А. Федорук; Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2010. – 82 с. (гриф УМО ТПП и ПИ).

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

  1. Анализ потерь сахарозы в свеклосахарном производстве и пути их снижения [Текст] / Н. Г. Кульнева,  В. А. Голыбин, А. И. Мещерякова, В. А. Федорук, А. М. Мантулин // Сахар. - 2011.- № 2. – С. 42 - 46.
  2. Возврат на прогрессивную предварительную дефекацию суспензии сатурационного сока  [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук, В. В. Смольянинов // Хранение и перераб. с.-х. сырья. – 2003. - № 1. - С. 12-13.
  3. Голыбин, В. А. Влияние электрообработки на качественные показатели очищенного сока [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Сахар. - 2003.- № 2. – С. 43 - 44.
  4. Голыбин, В. А. Повышение эффективности преддефекации [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Сахар. - 2006. - № 1. – С. 39-40.
  5. Голыбин, В. А. Влияние пересатурации преддефекованного сока на показатели очищенного сока [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Сахар. – 2004. - № 1. – С. 43-44.
  6. Голыбин, В. А. Возможности повышения эффективности очистки диффузионного сока [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Пиво и напитки. - 2005. - № 4. – С.28-29.
  7. Голыбин, В. А. Использование электрического поля для очистки производственных сахарсодержащих растворов [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Изв. вузов. Пищ. технология. - 2003. - № 5-6. – С. 94-96.
  8. Голыбин, В. А. Исследование оптимальных условий электрообработки диффузионного сока [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Хранение и перераб. с.-х. сырья. – 2003. - № 10. – С. 62-64. 
  9. Крыльский, Д. В. Дисперсность суспензий сахарного производства [Текст] / Д. В. Крыльский, Н. Г. Кульнева // Сах. пром-сть. - 1994. – № 3. - С. 14-16.
  10. Крыльский, Д.В. Растворимость карбоната кальция в водных и водно-сахарных растворах [Текст] / Д. В. Крыльский, Н. Г. Кульнева // Сах. пром-сть. – 1997. - № 6. - С. 24-25.
  11. Кульнева, Н. Г. Моделирование процесса растворения карбоната кальция в известково-сахарных растворах [Текст] / Н. Г. Кульнева, А. В. Кульнев, Ю. С. Сербулов // Сахар. – 2002. – № 6. – С. 39-41.
  12. Кульнева, Н. Г. Модель принятия решений по управлению технологическими процессами [Текст] / Н. Г. Кульнева, В. А. Голыбин, А. В. Кульнев // Сахар. – 2006. - № 8. – С. 25-28.
  13. Кульнева, Н.Г. Некоторые подходы к оптимизации процессов свеклосахарного производства [Текст] / Н. Г. Кульнева // Финансы, экономика, стратегия. – 2010. - № 5. – С. 32-36.
  14. Кульнева, Н. Г. Один подход к построению автоматизированной системы поддержки принятия решений по управлению технологическими процессами производства сахара [Текст] / Н. Г. Кульнева, Ю. С. Сербулов, А. В. Кульнев // Системы управления и информационные технологии. – 2005. - № 5. - С. 46-49.
  15. Кульнева, Н.Г. Оценка эффективности свеклосахарного производства [Текст] / Н. Г. Кульнева, И. П. Богомолова, А. М. Мантулин // Финансы, экономика, стратегия. – 2011. - № 2. – С. 35-38.
  16. Кульнева, Н.Г. Применение методов адаптивного управления, основанных на нечеткой логике, для контроля и диагностики сложных технологических систем сахарного производства [Текст] / Н. Г. Кульнева // Системы управления и информационные технологии. - 2011. - № 1(43). - С. 86-90
  17. Кульнева, Н. Г. Разработка методов контроля и диагностики параметров технологических процессов свеклосахарного производства [Текст] / Н. Г. Кульнева // Сибирский вестник с.-х.  науки. - 2009. - № 12. – С. 101-109.
  18. Лосева, В. А.  Полупромышленные испытания  электрообработки диффузионного сока [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева // Сах. пром-сть. - 1996. - № 2. – С. 7-9.
  19. Лосева, В. А. Использование активированного полиакриламида при очистке диффузионного сока [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева // Изв. вузов. Пищ. технология, 1991.- № 1-3. – С. 96-98.
  20. Лосева, В. А. Структура дефекосатурационных осадков при очистке клеровки тростникового сахара-сырца различными реагентами [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева // Изв. вузов. Пищ. технология. - 1989. -№ 5. - С. 57-59.
  21. Прогнозирование выхода сахара на основе статистического анализа [Текст] / Н. Г. Кульнева, Л. И. Назина, Н. Л. Клейменова, Е. В. Бровкина // Сахар. – 2010. - № 6.- С. 50-53.
  22. Способ преддефекации с активированным полиакриламидом / [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева, В. С. Воронин, О. Н. Беденко // Сах. пром-сть. - 1994. - № 1. – С. 7-9.
  23. Удаление несахаров диффузионного сока в схеме с предварительной электрообработкой [Текст] / А. В. Корниенко, А. С. Корольков, В. В. Остробородов, А. И. Громковский, Н. Г. Кульнева, В. Е. Апасов // Сах. пром-сть. - 1998. - № 5-6. – С. 8-9.

Патенты на изобретения и свидетельства РОСПАТЕНТА

  1. А.с. № 1602871 СССР, МКИ3 С 13 D 3/00. Способ прогрессивной преддефекации диффузионного сока [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева, Н. В. Говорунов (СССР).- № 4371982/31-13; заявл. 12.01.88; опубл. 30.10.90, Бюл. № 40.
  2. А.с. № 1717637 СССР, МКИ3 С 13 В 3/18, С 02 А 1/46. Устройство для электрохимической очистки жидкости [Текст] / В. А. Лосева, Н.Г. Кульнева, Н. В. Говорунов, В. В. Лакиза, Ю. Н. Казаков (СССР).- № 4774141/13; заявл. 25.12.89; опубл. 07.03.92, Бюл. № 8.
  3. А.с. № 1784911 СССР, МКИ3 С 01 N 33/02. Способ определения содержания сухих веществ в межкристальных растворах при производстве сахара [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева (СССР). - № 4952258/13; заявл. 28.06.91; опубл. 30.12.92, Бюл. № 48.
  4. Патент RU 2183676 Российская Федерация, MПК7 C13D 3/18 С02F 1/46 Устройство для электрохимической очистки жидкости [Текст] / Кульнева Н.Г.; заявитель и патентообладатель  ГОУВПО «ВГТА». - № 2000127951; заявл. 08.11.2000; опубл. 20.06.2002, Бюл. № 17.
  5. Патент RU 2244011 Российская Федерация, MПК7 C13D 3/02 Способ очистки диффузионного сока [Текст] / Голыбин В. А.,  Кульнева Н.Г., Федорук В. А.; заявитель и патентообладатель  ГОУВПО «ВГТА». - № 2003128685; заявл. 25.09.2003; опубл. 10.01.2005, Бюл. № 1.
  6. Патент RU 2235132 Российская Федерация, MПК7 C13D 3/18 С02F 1/463 Устройство для электрохимической очистки жидкости [Текст] / Голыбин В. А.,  Кульнева Н. Г., Федорук В. А.; заявитель и патентообладатель  ГОУВПО «ВГТА». - № 2003111598; заявл. 21.04.2003; опубл. 27.08.2004, Бюл. № 24.
  7. Патент RU 2260622 Российская Федерация, MПК7 С13D 1/08. Способ получения диффузионного сока [Текст] / Голыбин В. А.,  Кульнева Н. Г., Федорук В. А.; заявитель и патентообладатель  ГОУВПО «ВГТА». - № 2003135698/13; заявл. 08.12.2003; опубл.20.09.2005, Бюл. № 26.
  8. Патент RU 2260623 Российская Федерация, MПК7 C13F 1/00 С13D 3/02. Способ получения клеровки сахара [Текст] / Голыбин В. А.,  Кульнева Н. Г., Федорук В. А.; заявитель и патентообладатель  ГОУВПО «ВГТА». - № 2003132580/13; заявл. 06.11.2003; опубл. 20.09.2005, Бюл. № 26.
  9. Патент RU 2264470 Российская Федерация, MПК7 С13D 1/08. Способ получения диффузионного сока [Текст] / Голыбин В. А.,  Кульнева Н. Г., Федорук В. А.; заявитель и патентообладатель  ГОУВПО «ВГТА». - № 2004106392/13; заявл. 04.03.2004; опубл. 20.11.2005, Бюл. № 32.
  10. Патент RU 2293119 Российская Федерация, МПК7 С13D 3/00 В01В 21/02. Отстойник [Текст] / Гавриленков А. М., Кульнева Н. Г., Голыбин В. А., Матющенко И. Н., Федорук В. А., Иванова Е. М.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «ВГТА». - № 2005121764; заявл. 11.07.2005; опубл. 10.02.2007, Бюл. № 4.
  11. Патент RU 2314350 Российская Федерация, MПК7 С13D 1/08, С13D 1/10. Способ подготовки жомопрессовой воды для диффузионного процесса [Текст] / Голыбин В. А.,  Кульнева Н. Г., Федорук В. А.; заявитель и патентообладатель  ГОУВПО «ВГТА». - № 2006100227/13; заявл. 10.01.2006; опубл. 10.01.2008, Бюл. № 1.
  12. Кульнева, Н.Г., Кульнев А.В. Программа "Причинно-следственный анализ многомерных стохастических процессов" [Текст] / Н. Г. Кульнева,  А. В. Кульнев. - М.: ФГНУ "ЦИТИС", 2010. Инв.  50201001625 от 03.11.2010.

Статьи и материалы конференций

  1. Loseva, V.A.  Poloprovozni zkousky Zpracovani  surove Stavu pomoci elekt-Rickeho proudu [Text] / V. А. Loseva, N. G. Kulneva // Listy Cukrovanicke a Reparske 113. – 1997. - S. 55 – 56.
  2. Выбор параметров предварительной электрообработки диффузионного сока [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук, А. В. Кульнев // Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности: сб. науч. тр. / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2002. – Вып. 12. - С. 86-90.
  3. Голыбин, В. А. Влияние электрического поля на эффективность очистки диффузионного сока [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Ресурсосберегающие технологии – основное направление развития сахарной промышленности. - Курск, 2002. – С. 67-69.
  4. Голыбин, В. А. Влияние физико-химической очистки диффузионного сока на качество сахара-песка [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Пища. Экология. Качество: Сб. материалов II междунар. науч.-практ. конф., Краснообск, 10-11 июня 2002 г. – Новосибирск, 2002.- С. 67-68.
  5. Голыбин, В. А. Возможный путь разрешения конфликта в сахарном производстве [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Материалы III–й Всерос. науч.-техн. конф. «Теория конфликта и ее приложение». - Воронеж, 2004. – С. 399-404.
  6. Голыбин, В. А.  Использование электрического поля в сахарном производстве [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева,  В. А.Федорук // Материалы междунар. науч.-практич. конф. «Стратегия развития свеклосахарного комплекса России», Курск, 6-7 июня 2007 года. - Курск , 2007. – С. 53-55.
  7. Голыбин, В. А. К вопросу об электрообработке диффузионного сока [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Вестник  ВГТА / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2003. - № 8. - С. 58-61.
  8. Голыбин, В. А. Модель управления технологическим процессом свеклосахарного производства [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева // САХАР-2006. Повышение эффективности работы сахарной промышленности: сб. науч. тр. VI ежегод. междунар. науч.-прак. конф. – М., 2006. - С. 53-56.
  9. Голыбин, В. А.  Моделирование процесса электрохимической активации экстрагента в свеклосахарном производстве [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева,  В. А.Федорук // Материалы IV Междунар. конф. «Экстракция органических соединений». – Воронеж, 2010. – С. 359-360.
  10. Голыбин, В. А. Математическое моделирование подготовки питательной воды для экстрагирования сахарозы из свеклы [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева,  В. А.Федорук // Материалы междунар. науч.-техн. сем. «Актуальные проблемы сушки и термовлажностной обработки материалов» - Воронеж, 2010. – С. 206-209.
  11. Голыбин, В. А. Оптимизация комбинированной обработки диффузионного сока [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева,  В. А.Федорук // 22 Междунар. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях», ММТТ-22.: сб. тр. – Псков, 2009. - Т. 10. –  С. 61-62. 
  12. Голыбин, В. А. Применение электротехнологий для повышения эффективности процесса диффузии [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // САХАР-2006. Повышение эффективности работы сахарной промышленности: сб. науч. тр. VI ежегод. междунар. науч.-прак. конф. – М., 2006. - С. 33-36. 
  13. Голыбин, В. А. Применение электрофизических методов в сахарном производстве [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Сб. докл. юбил. междунар. науч.-практ. конф. «Пищевые продукты XXI века». – М., 2001. – Т. 1. - С. 219 – 220.
  14. Голыбин, В. А. Пути повышения эффективности преддефекационной обработки диффузионного сока [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Сб. докл. V ежегод. науч.-практ. конф. «Сахар-2005». – М.,  2005. – С.67-69
  15. Голыбин, В. А. Разработка автоматизиро­ванной системы управле­ния технологическими процессами сахарного производства [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, А. В. Кульнев // Вестник ВГТА / Воронеж. гос. технол. акад. - Воронеж, 2005. - №10. - С. 25 – 28.
  16. Голыбин, В. А. Изучение технологических характеристик суспензий сахарного производства [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева,  В. А. Федорук // Сб. докл. юбил. междунар. науч.-практ. конф. «Пищевые продукты XXI века». – М., 2001 . – Т. 1. - С. 221 – 222.
  17. Голыбин, В. А. Оптимизация электрообработки диффузионного сока [Текст] / В. А. Голыбин,  Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Прикладные задачи моделирования и оптимизации: межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж, 2003. – С. 156-160 
  18. Голыбин, В. А. Растворимость карбоната кальция [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева,  В. А. Федорук // Сб. материалов Междунар. на­уч.-практ. конф. «Раз­работка новых и со­вершенствование существующих тех­нологий,  оборудова­ния  и  методов  кон­троля  сахарного производства» /  Во­ронеж.  гос. технол. акад. - Воронеж, 2005. - С. 37 - 40.
  19. Голыбин, В. А. Рациональные условия возврата суспензии сока II сатурации на прогрессивную предварительную дефекацию  [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, В. А. Федорук // Вестник ВГТА / Воронеж. гос. технол. Акад. – Воронеж, 2002. – С. 73-76. 
  20. Голыбин, В.А. Пересатурация преддефекованного сока [Текст] / В.А. Голыбин, Н.Г. Кульнева, В.А.Федорук – Сборник материалов Международной на­учно-практической конференции «Раз­работка новых и совершенствование существующих тех­нологий, оборудова­ния и методов кон­троля сахарного производства» / Во­ронеж, гос. технол. акад. - Воронеж, 2005. - С. 34 - 37.
  21. Громковский, А. И. Мероприятия по снижению потерь сахарозы в мелассе [Текст] / А. И. Громковский, Н. Г. Кульнева, Ю. Н. Дубинкина // Экология и безопасность жизнедеятельности: межвуз. сб. науч. тр. – Воронеж, 1999. – Вып. 4. - С. 61-62.
  22. Громковский, А. И. Утилизация сточных вод  свеклосахарного производства [Текст] / А. И. Громковский, Н. Г. Кульнева, Ю. Н. Дубинкина // Тез. Докл. 4-й регион. конф. «Проблемы химии и химической технологии». - Тамбов, 1996. – С. 133.
  23. Кульнева, Н. Г. Автоматизированная система управления процессом  экстрагирования сахарозы [Текст] / Н. Г. Кульнева, И. А. Авцинов / Материалы IV Междунар. конф. «Экстракция органических соединений». – Воронеж, 2010. – С.375-376.
  24. Кульнева, Н. Г. Информационная система контроля и диагностики технологических процессов [Текст] / Н. Г. Кульнева // 22 Междунар. науч. конф. «Математические методы в технике и технологиях», ММТТ-22: Сб. тр. – Псков, 2009. - Т. 10.  – С. 18-20.
  25. Кульнева, Н. Г. Модель системы поддержки принятия решений в процессе функционирования свеклосахарного производства [Текст] / Н. Г. Кульнева, А. В. Кульнев // Интеллектуальные информационные системы: материалы Всерос. науч.-технич. конф. / сост. И. Я. Львович, Ю. С. Сербулов, В. И. Новосельцев. – Воронеж; Изд-во «Научная книга», 2004. – С. 97-98.
  26. Кульнева, Н. Г. О разработке модели управления технологическими процессами свеклосахарного производства [Текст] / Н. Г. Кульнева // Финансы, экономика, стратегия. – 2008. - № 9. – С. 29-33. 
  27. Кульнева, Н. Г. О рациональном использовании реагентов для очистки диффузионного сока [Текст] / Н. Г. Кульнева // Инновации в технологии сахара как основа снижения ресурсозатрат в производстве: материалы междунар. науч.-практ. конф. – Курск: РНИИСП, 2009. – С. 72-78.
  28. Кульнева, Н. Г. Управление сложными технологическими системами [Текст] / Н. Г. Кульнева // Материалы Междунар. науч.-практ. конф. «Наука и производство – 2009». – Брянск, 2009. – Ч. II. – С. 159-160.
  29. Кульнева, Н. Г. Электроповерхностные характеристики карбоната кальция в свеклосахарном производстве [Текст] / Н. Г. Кульнева, Д. В. Крыльский // Тез. докл. Всерос. науч.-практ. конф. «Физико-химические основы пищевых и химических производств». - Воронеж, 1996. – С.  66.
  30. Кульнева, Н.Г. Влияние органических кислот на дисперсность осадка карбоната кальция в свеклосахарном производстве [Текст] / Н. Г. Кульнева, О. В. Бочкарева. - Материалы Рос. молодеж. науч. симп. «Молодежь и проблемы информационного и экологического мониторинга». - Воронеж, 1996. – С. 18-20. 
  31. Лосева, В. А. Испытания способа очистки диффузионного сока с использованием на преддефекации активированного полиакриламида на Рамонском опытно-экспериментальном сахарном заводе [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева, Н. В. Говорунов. – М.: АГРОНИИТЭИПП, 1990. - Вып. 3.- С.1-5. – (Сер. Передовой производств. и науч. опыт, рекомендуемый для внедрения в сахарной, крахмало-паточной и кондитерской пром-сти: информ. сб.).
  32. Лосева, В. А. Оптимизация электрохимической обработки диффузионного сока в свеклосахарном производстве [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева // Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности: сб. науч. тр. / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж,  1992.  - Вып. 2. – С. 48.
  33. Лосева, В. А. Производственные испытания способа очистки диффузионного сока с введением активированного полиакриламида на преддефекации [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева // Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности: сб. науч. тр. / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 1993. - Вып. 3. - С. 35.
  34. Лосева, В. А. Устройство для электрохимической обработки сахаросодержащих растворов [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева // Модернизация существующего и разработка новых видов оборудования для пищевой промышленности: сб. науч. тр. / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж,  1992. - Вып. 2. - С. 46-47.
  35. Лосева, В.А. Совершенствование способа прогрессивной преддефекации сока с использованием флокулянта полиакриламида [Текст] / В. А. Лосева, Н.Г. Кульнева, Е. И. Позднякова. – Тез. докл. науч.-техн. конф. «Вопросы повышения эффективности сахарного производства». - Яготин, 1989. – С. 38-39.
  36. Новые возможности использования сульфата алюминия при подготовке питательной воды [Текст] / В. А. Голыбин, Ю. И. Зелепукин, Н. Г. Кульнева, В. А.Федорук // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Производство сахара, энерго- и ресурсосбережение», Курск, 4-5 июня 2008 года. – Курск, 2008. – С. 64-67.
  37. Совершенствование очистки в сахарном производстве [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева, В. А.Федорук В. В. Агеев // Материалы докл. III Междунар. науч.-технич. конф. «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности»: в 3 т. / Воронеж. гос. технол. акад. – Воронеж, 2009. – Т. 1. – С. 228-230.
  38. Технологические свойства суспензий сахарного производства [Текст] / В. А. Голыбин, Н. Г. Кульнева,  В. А. Федорук, Е. В. Шардыкина // Материалы науч.-практ. конф. «Пути повышения эффективности сахарного производства». - Курск, 2003. - С. 93-96.
  39. Электрохимическая очистка и анализ воды для экстрагирования в сахарном производстве [Текст] / В. А. Лосева, Н. Г. Кульнева, В. С. Попов, Н. В. Говорунов // Тез. докл. V эколог. симп. "Анализ вод". - Воронеж, 1990 - С. 32.

Автор выражает глубокую и искреннюю признательность профессору Лосевой В.А., под руководством которой состоялось становление как исследователя, и коллективу кафедры технологии сахаристых веществ за понимание и поддержку.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.