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水力空化:原糖溶液表面张力测定测定方法

来源:食品与机械 浏览 451 次 发布时间:2023-07-25

原糖溶液的物理化学性质,如表面张力、黏度和电导率等,对原糖的制炼过程,如澄清、蒸发和结晶等有着重要的影响。目前制糖工艺过程通常通过添加表面活性剂来改变糖液的表面张力。


水力空化是空化的一种方式,近年来水力空化强化化工过程的研究日益受到重视。水力空化与超声空化对过程的强化原理是相同的,区别在于形成空泡的手段上。水力空化是液体通过限流区域时,液体内局部压强降至饱和蒸汽压以下,液体内会产生大量的气泡,这些气泡在随着液体流动过程中,遇到压力增大时会急剧溃灭,瞬间产生高温、高压及高时速的微射流,从而产生多种极其复杂的物理、化学效应。研究表明,水力空化对过程的强化效果不比超声空化差,而水力空化的能量利用率明显高于超声空化,更具工业化的优势。


为进一步了解水力空化对原糖溶液物理化学性质的影响,本试验基于涡流的水力空化对原糖溶液表面张力的影响及其规律,为水力空化在制糖工业中的应用提供基础和参考依据。


原糖溶液表面张力测定:


采用全自动表面张力仪测定。根据表面张力下降率,判断水力空化对原糖溶液的空化效果。


式中:


fr——表面张力下降率,%;


f0——空化前溶液表面张力,mN/m;


ft——空化后溶液表面张力,mN/m。


试验方法


初始浓度对原糖溶液表面张力的影响配置不同浓度(0.10,0.15,0.20,0.25,0.35,0.45g/mL)的原糖溶液3.5L,水浴加热溶液到60℃,在0.2 MPa压力下通过空化装置循环2min,测定空化前后原糖溶液表面张力的变化。


涡轮出口压力对原糖溶液表面张力的影响配置浓度为0.15g/mL的原糖溶液3.5L,水浴加热溶液到60℃,在不同的压力(0.1,0.2,0.3,0.4 MPa)下通过空化装置循环2min,测定空化前后原糖溶液表面张力的变化。


溶液温度对原糖溶液表面张力的影响配置浓度为0.15g/mL的原糖溶液3.5L,水浴加热溶液到不同温度(30,40,50,60,70℃),在0.2 MPa压力下通过空化装置循环2min,测定空化前后原糖溶液表面张力的变化。


空化时间对原糖溶液表面张力的影响配置浓度为0.15g/mL的原糖溶液3.5L,水浴加热溶液到60℃,在0.2 MPa压力下通过空化装置循环不同的时间(1,2,5,10,20min),测定空化前后原糖溶液的表面张力的变化。

结论:


本试验表明水力空化的作用能够明显降低原糖溶液的表面张力,表面张力的下降程度受到原糖溶液浓度以及空化条件,即涡轮出口压力、溶液温度、空化作用时间等因素影响。在其它参数不变的情况下:①随着浓度的升高,表面张力下降率逐渐升高;②随着出口压力的增大,表面张力下降率逐渐升高;③随着溶液温度的升高表面张力下降率逐渐降低;④随着空化作用时间的延长,表面张力逐渐降低,并且在空化作用初期,其减小速度较快。


与声空化相比,水力空化具有装置设备简单、能耗相对较低、操作方便、维护费用低廉、易实现规模化等优点,其强化化工过程强方面的研究日趋活跃。