Производство кваса и безалкогольных напитков (стр. 25 )

Озонирование относительно дорогостоящий способ обработки, в воде могут образовываться вредные продукты окисления, повышается содержание кислорода, что отрицательно влияет на вкус напитков, вызывает коррозию металлов оборудования и трубопроводов, поэтому необходимо контролировать остаточное содержание озона в воде, которое не должно превышать 0,3 мг/дм3.

Достоинствами этого способа является улучшение вкуса и запаха воды за счет окисления примесей воды (например, нитратов), удаление аммиака, фенола, железа, гуминовых веществ. При озонировании необходимо дополнительное хлорирование, так как озон действует непродолжительно.

Наиболее перспективна обеспложивающая фильтрация через керамические фильтры или мембраны.

Умягчение воды проводят для снижения жесткости, при этом частично удаляются ряд других ионов (железо, марганец и др.). Удаление карбонатной жесткости возможно с помощью декарбонизации: нагреванием; с использованием гашеной извести; методом ионообмена, электродиализом и обратным способом.

Ионообменный способ умягчения воды - основан на применении ионитов (катионитов и анионитов). Этот способ до настоящего времени наиболее применим на пивобезалкогольных предприятиях. Катиониты используют для удаления катионов из воды, а аниониты – для удаления анионов. При умягчении воды с помощью катионитов (например, ионообменных смол КУ-1, КУ-2, КУ2-8, КУ-2-8чс) в воде накапливаются сульфаты, хлориды, которые повышают сухой остаток, гидрокарбонаты натрия – повышают также щелочность воды. При жесткости воды до 7 0 и щелочности 6 см3 раствора НС1 концентрацией 0,1 моль/дм3 на 100 см3 воды наиболее подходит Na-катионитовый способ умягчения. Главный показатель качества катионитов – обменная емкость, которая выражается числом г-экв. катионов, поглощенных 1 м3 набухшего катионита. Различают полную и рабочую обменную емкость. Полная емкость – максимально возможное насыщение катионита солями жесткости, рабочая – практическое насыщение, после которого резко падает степень умягчения воды. Рабочая емкость составляет 75-85 % полной емкости. Установка для Na-катионирования (рисунок 15) состоит из катионитового фильтра (3), солераствории сборников исходной (1) и умягченной (2) воды.

Катионитовый фильтр представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд со сферической крышкой и сферическим днищем. На днище имеется дренажное устройство, уложенное на бетонную подушку, в виде горизонтальной трубы, с находящимися на ней штуцерами, на которые навинчены щелевые колпачки. Предназначено оно для равномерного сбора проходящей умягченной воды, воды, подводимой под слой катионита при его взрыхлении, а также для отвода раствора поваренной соли при регенерации. Сверху дренажного устройства насыпают 3 слоя кварцевого песка с разной величиной зерен (нижний слой 5-10 мм, средний – 2,5-5 мм, верхний – 1-2,5 мм) высотой 400 мм для предотвращения уноса катионита в дренажную систему. На кварцевый песок насыпают слой катионита высотой 1,5-2 м. Фильтр заполняют не полностью, только на 70 %.

В верхней части фильтра имеется распределительное устройство для подачи в фильтр неумягченной воды и регенерационного раствора соли, отвода промывных вод.

Солерастворитель необходим для приготовления регенерационного раствора поваренной соли. В нижней части его имеется также дренажное устройство в виде коробки со щелями. Сверху дренажа засыпаются 3 слоя кварцевого песка с разной величиной зерен (нижний слой 5-7 мм, средний – 2-3 мм, верхний – 1,5-2 мм) высотой 300 - 400 мм. Соль насыпают сверху кварцевого песка, выравнивают и подают воду температурой 50-60 0С. Соль растворяется, раствор ее концентрацией 10 % фильтруется через слой кварцевого песка и выводится через дренажное устройство.

Установка работает следующим образом. Вода поступает из напорного бака (1), фильтруется сверху вниз со скоростью 3-20 м3/ч. В процессе прохождения воды через слой катионита происходят обменные реакции, в частности, обмен катионов натрия ионообменной смолы на катионы кальция и магния, содержащиеся в воде Умягченная вода отводится из дренажной системы в емкость умягченной воды (2).

По достижению степени насыщения катионита ионами кальция и магния, которая соответствует рабочей емкости катионита, проводят его регенерацию. Регенерация проводится 10 %-ным раствором поваренной соли, который подается из солерастворителя в фильтр со скоростью 3-4 м3/ч. После регенерации проводят отмывку катионита. Для этого пропускают умягченную воду со скоростью 4-5 м3/ч до тех пор, пока вода не будет прозрачной, а ее жесткость не будет превышать 0,05-0,07 0Ж.

При высокой жесткости исходной воды, в умягченной воде может значительно увеличиваться щелочность и сухой остаток. Поэтому для безалкогольного производства наряду с Na - катионированием проводят Н-катионирование, при котором ионы кальция и магния воды заменяются на Н+, или последовательное или параллельное Na - и Н-катионирование. Н-катионит регенерируют 1-1,5 %-ным растворами серной или 5-6 %-ными растворами соляной кислоты.

Электродиализный способ – обессоливание воды за счет разделения положительных и отрицательных ионов с помощью ионитовых мембран. Схема обработки воды с использованием электродиализа приведена на рисунке 16.

Вода очищается на фильтре предварительной очистки (1). При помощи манометра (2) регулируется подача воды через ротаметры (3) в электродиализный аппарат (4). Аппарат имеет 2 электрода, между ними размещены электродные камеры для промывки электродов, камеры опреснения и концентрирования. Химический состав очищенной воды зависит от напряжения между электродами и давления исходной воды. Очищенная вода (дилюат) и техническая (концентрат) через вентили (5) собирается в соответствующих сборниках (6 и 7).

Схема процесса электродиализа приведена на рисунке 17.

Электродиализный аппарат разделен последовательно чередующимися анионитовыми и катионитовыми мембранами (3). При прохождении через систему постоянного тока соли воды диссоциируют на катионы и анионы. Катионы, двигаясь к катоду (1), проникают через катионитовые мембраны, но задерживаются анионитовыми. Анионы, двигаясь в направлении анода (2), проходят через анионитовые мембраны, но задерживаются катионитовыми. В результате образуются чередующиеся камеры: дилюат и концентрат.

Вода от промывки электродов из электродных камер может использоваться повторно для очистки или для технических целей.

Применение способа позволяет снизить щелочность воды в 2-3 раза, жесткость в 2,5-3 раза, рН – на 0,5-1,5 единицы. В качестве недостатка можно отметить высокий расход электроэнергии и низкую механическую прочность мембран.

Для повышения прочности мембран измельченный ионит смешивают с пленкообразующим инертным материалом (полиэтиленом, полистиролом, полипропиленом, поливинилхлоридом). Внутрь мембраны вводят армирующий сетчатый материал (капрон, лавсан), который обладает эластичностью и растягивается при набухании мембраны. Такие мембраны имеют меньшую селективность, но более высокую механическую прочность. При использовании способа необходима предварительная очистка воды, т. к. из-за осаждения слаборастворимых солей [СаСО3, СаSО4, Са(ОН)2, Мg(ОН)2 и др.] и засорения мембран коллоидными частицами снижается эффективность работы установок.

Обратноосмотический способ - наиболее перспективный, он позволяет удалять из воды растворенные вещества на 85-95 %, а также микроорганизмы, высокомолекулярные соединения.

При использовании этого способа происходит фильтрование воды через полупроницаемые мембраны под давлением, превышающим осмотическое. Мембраны пропускают молекулы растворителя (воды), но задерживают молекулы или ионы растворенных веществ.

Мембраны изготавливают из полимеров: пористого стекла, ацетатлцеллюлозы, полиамида, полиакрилонитрила, металлокерамики и др. Наиболее ранние по применению мембраны из ацетата целлюлозы имеют высокую селективность, хорошо разделяют растворы, но работают при температуре до 50 0С, рН от 3 до 8, имеют низкую механическую прочность, эксплуатируются и хранятся только во влажном состоянии, при высыхании необратимо теряют свои свойства. Полимерные мембраны поздних поколений более термо - и химически стойки, работают в широком диапазоне температур и рН.

Рабочими элементами мембранных установок являются мембранные элементы. Для обратного осмоса, как правило, применяют мембранные элементы рулонного типа. Эти аппараты выполнены в виде труб диаметром от 70 до 200 мм, длиной от 1 до 9 м, в которые последовательно вставляются несколько рулонных фильтрующих элементов (РФЭ) (рисунок 18).

Каждый элемент представляет собой прикрепленный к фильтротводящей трубке 1 и накрученный на нее пакет, состоящий из 2-х мембран 2, между ними расположен дренажный слой 3 и сетка-сепаратор 4. Мембраны по кромкам соединяются путем склеивания. При работе исходный раствор движется по мембранным каналам РФЭ продольно, а фильтрат (пермеат) проходит по спирально расположенному дренажному слою, поступает в фильтротводящую трубку и выводится из аппарата. Концентрат, обогащенный солями обрабатываемой воды, поступает в следующий РФЭ либо также выводится из аппарата.

Долю пермеата в зависимости от качества обрабатываемой воды и производительности установки варьируют от 60 до 80 % от исходной воды.

Отечественной промышленностью выпускаются мембранные установки производительностью 0,6-41,7 м3/ч. Наиболее распространены установки МРР-5-21К-01; МРР-20-21К-01; МРР-120-21К-01.

Из зарубежных фирм, производящих мембранные установки, на нашем рынке представлены DDS (Дания), Cuno, Amicon, Millipor (США), Sartorius (Германия).