Способи водопідготовки для виробництва алкогольних та безалкогольних напоїв

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

КУРСОВА РОБОТА

Способи водопідготовки для виробництва алкогольних та безалкогольних напоїв

Виконала:

студент технологічного факультету

V курсу групи Б

Гордієнко О. Н.

Науковий керівник

доцент кафедри Варейко М. В.

Київ – 2004

Вступ

Традиційно на підприємствах лікеро-горілчаної та безалкогольної промисловості України використовують пом¢якшену водопровідну чи артезіанську воду, вміст домішок у якій не завжди відповідає необхідним вимогам. Необхідно відмітити, що вода, яку використовують підприємства, дуже різноманітна за складом, який залежить від географічного розташування заводу, геологічного складу ґрунтів, забрудненості стічними водами, а також способів водоочистки, які функціонують на заводі.

1. Природна вода та її домішки

Джерела промислового водокористування розділяють на води підземних родовищ та відкритих водойм. До перших відносяться артезіанські та ґрунтові води, до других – води річок, озер та штучних водоймищ.

Артезіанські води в надрах землі знаходяться на значній глибині. Як правило, такі води не зазнають безпосередньої дії зовнішнього середовища, атмосферних опадів і різних промислових стоків. Тому вони мають більш стабільний склад солей і газів, та майже не містять органічних речовин. Такі води збагачені мінеральними солями головним чином за рахунок вилужування з порід: вапняків, доломітів, гіпсу, кам¢яної солі і т.д. Ці води майже завжди безбарвні, прозорі, мають приємний стійкий смак та не мають запаху. Загальна мінералізація артезіанських вод, тобто вміст в них мінеральних солей, достатньо значна, у середньому вона коливається від 50 до 1500 мг/дм³ і більше; вміст органічних домішок в артезіанських водах не перевищує 4 мг О₂/дм³.

Ґрунтові води залягають неглибоко, над першим від поверхні землі водонепроникним шаром землі. Вони утворюються головним чином від інфільтраційних вод: атмосферних осадів, паводкових вод і вод відкритих водойм. Сольовий і газовий склад таких вод у порівнянні з артезіанськими водами менш постійний та стійкий. Мінералізація ґрунтових вод коливається в межах 100 - 200 мг/дм³, а вміст органічних домішок досягає 8 мг О₂/дм³.

Води відкритих водойм – найбільш поширені джерела промислового водопостачання. Сольовий склад цих вод і характер домішок, як правило, не постійний і протягом року змінюється в залежності від атмосферних осадів, паводкових води і змішування їх з поверхневими стоками. Ці води менш мінералізовані, ніж підземні. Вміст солей в більшості річкових вод коливається в межах 40 – 500 мг/дм³. Окремі річки та озера характеризуються високою мінералізацією води.

Вміст органічних домішок у водах відкритих водойм значний і коливається в межах 2-100 мг/дм³. Близько промислових центрів і в паводкові періоди року вміст органічних речовин в річкових водах значно збільшується.

Характеристика органолептичних показників якості води

Якість води при використанні її на приготування напоїв визначається органолептичними показниками, хімічним складом та ступенем бактеріальної чистоти.

Забарвленість води

Чиста вода, яку взято в малому об¢ємі, безбарвна. В товстому шарі вона має блакисно-зелений відтінок. Інші відтінки свідчать про наявність в ній різних розчинних та зважених домішок.

Зміну забарвлення води в основному обумовлюють органічні сполуки. Які в природних водах дуже різноманітні. Деякі з них входять в склад мікроорганізмів, або є продуктами їх життєдіяльності або розкладу. В природній воді встановлена присутність гумусових та дубильних речовин, білково- та вуглеводоподібних сполук, жирів, органічних кислот. Іноді джерелом забарвлених органічних сполук в водоймах слугують промислові та побутові стічні води. Колоїдні залізисті сполуки надають воді відтінки від жовтуватих до зелених.

При цвітінні водойм в залежності від виду мікроорганізмів вода набуває світло-зеленого, зеленувато-бурого забарвлення. Забарвленість природних вод відкритих водойм обумовлений гумусовими речовинами, які забарвлюють воду в різні відтінки жовтого та бурого забарвлення. Гумусові речовини утворюються в результаті розкладу нестійких органічних речовин до більш простих хімічних сполук та наступного синтезу нових, стійких сполук. В природних водах гумусові сполуки представлені фульво- та гуміновими кислотами, а також їх солями.

Присутність органічних речовин в воді обумовлює не тільки прозорість, але впливає на її прозорість, запах и смак, показник заломлення світла, поверхневий натяг, біохімічну потребу в кисні та його розчинність. Іноді домішки, які знаходяться у воді і складені з органічних і неорганічних речовин. Хімічно або адсорбційно пов¢язані між собою. Так, відомі стійкі сполуки гумусу з глиною, комплексні органо-мінеральні сполуки з алюмінієм, фосфором, кремнієм, залізом и т.д.

Стійкість гумусових речовин до дії окислювачів та адсорбентів зростає в ряду: гумінові кислоти - колоїдно-розчинні фульвокислоти - істинно розчинні фульвокислоти. Тому при очистці води поряд з забарвленістю обов¢язково повинен бути врахований фракційний склад, обумовлюючих її гумусових речовин. Забарвленість води виражається в градусах та визначається фотометрично - шляхом порівняння проб досліджуваної рідини з розчинами, які імітують забарвленість природної води.

Смак та запах води

Присмаки та запахи, характерні для води природних джерел, з¢являються внаслідок природного або зовнішнього забруднення. Розрізняють чотири види смаку природної води: солоний, гіркий, солодкий та кислий. Найбільш розповсюджений солоний смак води, який обумовлений розчиненим хлоридом натрію, гіркий – сульфатом магнію, кислий смак мають води, що містять надлишкову кількість розчиненої вуглекислоти.

Всі інші види смакових відчуттів називають присмаками. Так, солі заліза (ІІ) та марганцю надають воді чорнильного або залізистого присмаку, лужний присмак – сода, поташ і луги; сульфат кальцію - в¢яжучий. Інтенсивність смаку та присмаку визначається органолептично за температури 20^оС і оцінюється за п¢яти бальною шкалою.

Запахи води бувають натурального або штучного походження. Причиною виникнення запахів натурального походження може бути хімічний склад води, специфічні сполуки, що виділяються мікроорганізмами, рослинними залишками. До цих запахів відносять: ароматичний, гнильний, деревний, землистий, запах плісняви, рибний, трав¢яний, невизначений, а також запах сірководню, часто обумовлений присутністю останнього у воді.

Сполуки, які обумовлюють запахи натурального походження, є складними сумішами ароматичних вуглеводнів та кисневмісних сполук (спирти, альдегіди, кетони, складні ефіри). Вони леткі, руйнуються сильними окислювачами та добре поглинаються активованим вугіллям. Запахи штучного походження, викликаються домішками промислових стічних вод називають по відповідним речовинам: фенольний, хлорфенольний, нафтовий і т.д.

Характер та інтенсивність запаху води визначають органолептично при температурі 20 та 60 ^оС (при дегустації холодної та підігрітої води запах підсилюється) та оцінюється за п¢ятибальною системою.

Таблиця 2 - Класифікація природних вод за твердістю

Вода	Твердість, ммоль/дм³
Дуже м¢яка	Менше 1,5
М¢яка	1,5 – 4,0
Середньої твердості	4-8
Тверда	8-12
Дуже тверда	Більше 12

Класифікація вод запропонована О.А. Альокіним сполучає принцип розподілу за переважаючим аніоном та катіоном з підрозділом за кількісним відношенням поміж ними. За переважаючим аніоном природні води підрозділяються на три групи: гідрокарбонатні та карбонатні, а також сульфатні та хлоридні. Кожна група в залежності від переважаючого катіона ділиться на три групи: кальцієву, магнієву і натрієву. Кожна група має чотири типи вод в залежності від еквівалентного співвідношення іонів:

- НСО₃^- > Са²⁺ + Мg²⁺;

- НСО₃^- < Са²⁺ + Мg²⁺< НСО₃^- + SO₄^2-;

- НСО₃^- + SO₄^2- < Са²⁺ + Мg²⁺або СІ^- > Na⁺;

- НСО₃^- = 0 (для кислих вод).

Класифікація домішок води Л.А.Кульського основана на фізико-хімічних характеристиках: фазовому стані і дисперсності. За цією класифікацією домішки води за їх відношенню до дисперсного середовища розділені на 4 групи. Домішки перших двох груп (крім високомолекулярних сполук) утворюють термодинамічно нестійкі гетерогенні системи, а двох інших - термодинамічно рівноважні і зворотні гомогенні системи. Перша група речовин являє собою нерозчинні домішки, які утворюють з водою суспензії, емульсії та піни. Ці домішки обумовлюють мутність води та в деяких випадках можуть надавати їй забарвленості. Друга група речовин об¢єднує гідрофільні і гідрофобні колоїдні домішки, а також високомолекулярні сполуки, які здатні утворювати з водою стійкі колоїдні системи. Третя група речовин включає розчинні у воді гази та органічні сполуки як біологічного, так і антропогенного походження. Четверта група об¢єднує речовини, які утворюють з водою розчини електролітів.

Аналіз інформації про хімічний склад природних вод з різних джерел показує, що ступінь мінералізації природних вод може суттєво відрізнятися в залежності від географічного положення, кліматичної зони, геологічного походження джерела т ін. Існуючі типи класифікацій природних вод не відображають всієї різноманітності хімічного складу вод, що визначаються колом завдань, що вирішуються на основі введеної класифікації.

Необхідно відмітити, що запропоновані вище класифікації іонного складу природних вод малопридатні для характеристики промислових вод, що використовуються для приготування напоїв.

На підприємствах лікеро-горілчаної промисловості України в основному використовують пом'якшену водопровідну або артезіанську воду, вміст домішок в якій не завжди відповідає наведеним нижче критеріям оцінки якості. Технологічна підготовлена вода дуже різноманітна за складом, який залежить від географічного розташування підприємства, геологічного складу ґрунту, забруднення стічними водами, а також від застосовуваних способів водоочистки.

УкрНДІспиртбіопрод розроблено моніторингову систему якості води, що використовується для приготування горілки підприємствами-виробниками лікеро-горілчаної продукції, яка складається зі:

- спостереження за станом джерел водопостачання заводів-виробників, аналізу якості проб вихідної та води після установок водопідготовки;

- обліку та систематизації інформації про стан якості води;

- розробка рішень за класифікацією у відповідності з якістю води, що використовується для приготування алкогольних напоїв.

Питна вода

Термотолерантні та інші коліформи Не повинні виявлятися в кожний пробі об¢ємом 100 см³ -

ОРГАНОЛЕПТИЧНІ ПОКАЗНИКИ

Запах при 20^оС і при нагріванні води до 60^оС, бал

0 Смак та присмак при 20^оС, бал

0 Забарвленість, градуси

не регламент-тується

не регла-мент.

не регла-мент. Мутність, D(l-400 нм, S-50,0 мм)

не регламент.

не регла-мент

£0,02

не регла-мент

£0,005

ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ПОКАЗНИКИ

Твердість, мг.екв/дм³

£0,2

£0,1

£0,05

£0,1

Лужність, мг.екв/дм³

· загальна

£4,0

£2,0

· вільна

не регламент.

не регла-мент.

не регла-мент

*не допус-кається

Окислюваність, мгО₂/дм³

£6,0

£4,0

£2,0

£6,0

£2,0

Сухий залишок, мг/дм³

£500

£250

Водневий показник, рН

£7,8

6,5-7,5

6,0-8,0

ВМІСТ ІОНІВ, мг/дм³:

· кальцію

£1,3

£1,0

· магнію

£1,3

£1,0

· заліза

£0,15

£0,10

£0,05

· натрію+калію

не більше 100

не регла-мент.

не регла-мент

· марганцю

£0,1

£0,05

· сульфатів

£100,0

£25,0

£50,0

£25,0

· хлоридів

£80,0

£30,0

10-80

10-50

· карбонатів

не регламент.

не регла-мент.

*не допус-кається

· гідрокарбонатів

£244,0

£122,0

· силікатів

£7,0

£5,0

£2,5

· ортофосфатів

не регламент

не регла-мент

£0,05

· поліфосфатів

£0,1

£0,05

· нітратів

£45,0

не регла-мент

£5,0

· нітритів

не регламент.

не регла-мент.

не регла-мент

£0,5

· азоту аміаку

не регламент

не регла-мент.

не регла-мент

*не допус-кається

*)Результат випробувань в межах чутливості даного методу

**) Вимоги за результатами лабораторних досліджень

Видалення заліза і марганцю

Установки знезалізнення досить різноманітні. Видалення заліза з води проводять безреагентними способами (аеруванням і фільтруванням на каркасних фільтрах) і реагентными (аэруванням-окисненням-фільтруванням як з наступним коагулюванням-флокулюванням-відстоюванням-фільтруванням, так і без них, а також вапнуванням-відстоюванням-фільтруванням). Використання в напірних фільтрах знезалізнення каталізаторів дозволяє досягти більш високих швидкостей обробки води. Як фільтруючі матеріали використовуються Manganese Greensand, Birm, Aqua Mandix).

Способи зниження вмісту органічних речовин у воді. Усунення неприємних запахів і присмаків, органічних забруднень, активного хлору досягається окислюванням і сорбцією. Органічні домішки води добре сорбуються активним вугіллям і руйнуються сильними окислювачами. Окислювання проводять хлором, діоксидом хлору, перманганатом калію, озоном. Застосування хлору і його сполук небажано, тому що вони додають воді властиві їм неприємні запах і присмак. Озонування коштує дорого. Діоксид хлору практично не реагує з органічними речовинами у воді і не утворює шкідливі для здоров'я людини хлорорганические сполуки, а також виявляє сильно виявлений дезинфікуючий ефект у широкому діапазоні рН.

Дезодорація адсорбентами, зокрема активним вугіллям, є дешевим способом і знаходить широке застосування. Використовують як порошкоподібне, так і гранульоване активне вугілля. Враховують, що пропускна здатність вугільних фільтрів для видалення органічних сполук з води в 2 рази нижче, ніж їх пропускна здатність при видаленні хлору.

При обробці води активним вугіллям підвищується дегустаційна оцінка напоїв, приготовлених на такій воді, що є наслідком зниження вмісту домішок органічних речовин і підвищення ефективності дії активного вугілля при обробці сортировок у горілчаному виробництві.

Показано можливість використання відновленого активного вугілля марки БАУ-А і БАУ-МФ. Якщо ефективність очищення води новим активним вугіллям цих марок досягає 95-97%, то відновленим 85-88%. Можливість використання відновленого вугілля після очищення сортування для обробки води порозумівається тим, що адсорбційна активність вугілля стосовно домішок знижується у водно-спиртовому розчині в порівнянні з водою. Для збільшення ступеня очищення води від органічних домішок її пропускають через вугільне завантаження марки АГ-3 (АГ-5) чи ДАК.

Для очищення води з неприємним запахом, підвищеним вмістом хлору і кольоровістю використовують установки з гранульованим активним вугіллям КАС.

Для забезпечення зниження концентрації вільного хлору в підготовленій воді до рівня не більш 0,02 мг/дм³ і видалення більшої частини розчинених органічних сполук застосовується вугілля активний марки GAC-A 8009 зі шкарлупи кокосових горіхів, спеціальних твердих порід. Вугілля має високу пористість і низький коефіцієнт стирання.

Адсорбційне очищення води є однієї з найбільш ефективних для видалення органічних і деяких неорганічних з'єднань. До переваг адсорбційного методу відносяться: можливість видалення забруднень практично до мінімальної залишкової концентрації незалежно від їхньої хімічної стійкості, відсутність вторинних забруднень.

Зараз на підприємствах використовують як адсорбенти активне вугілля марок БАУ-А, АГ-3, АГ-5, КАД. Однак, активне вугілля даних марок має низьку механічну міцність, невеликий обсяг сорбційного простору, вимагає частої заміни, після регенерації не цілком відновлює свою адсорбційну активність. Після обробки води активним вугіллям даних марок поліпшуються її органолептичні властивості, але майже не зменшується масова концентрація заліза, марганцю, нітратів, нітритів, сірководню, аміаку.

Для очищення води також застосовують активне вугілля марок Filtrasorb F-300, Filtrasorb F-500, Filtrasorb F-600 виробництва фірми “Chemviron Carbon”.

Пом'якшення води.

Установка пом'якшення води слугує для видалення солей твердості (в основному кальцію і магнію). Сучасні установки пом'якшення гарантують зниження змісту солей фактично до 0,05 моль/м³. У вітчизняній практиці в якості ионообменных матеріалів застосовують сульфовугілля та іонообмінні смоли. Закордонні установки пом'якшення води обладнані механізмами автоматичної регенерації іонообмінної смоли.

Зменшення лужності води

Для зменшення лужності води використовують три методи, засновані на вапнуванні, використанні іонообмінних смол і установок зворотного осмосу. Застосування того чи іншого методу залежить від показників вихідної води і конкретних вимог до вихідної води. При виборі конкретного методу зменшення лужності керуються: показниками вихідної води, ПДК і рН води, а також наявною технологією водопідготовки на підприємстві.

Висока лужність води, тобто зміст у ній бікарбонатів, може бути скоректована шляхом введення соляної або оцтової кислот. Після установки пом¢якшення води додатково встановлюють блок дозування кислоти. Кількість соляної кислоти, що додається, не повинна перевищувати 80 мг/дм³, крім того, рН води не повинний бути менш 6,0 (при приготуванні горілок і лікеро-горілчаних напоїв). Відповідно знизити лужність таким способом можна не більше ніж на 2 одиниці.

Вапнування води – процес одночасного зменшення лужності і пом'якшення води заснований на хімічній реакції вапна Са(ОН)₂ з бікарбонатами й осадженні СаСО₃. Для покрашання процесу осідання у воду додають коагулянт і видержують у відстійних освітлювачах, а потім пропускають через пісочний фільтр. Рівень лужності обробленої води складає від 0,04 до 0,08 ммоль/дм³. Цей метод відносно дешевий, але не допускає високих робочих швидкостей потоку і тому вимагає устаткування великих габаритів.

Застосування іонообмінних смол передбачає декілька методів зменшення лужності води. Перед застосуванням цих методів необхідно попередньо видалити з вихідної води вільний хлор.

Зменшення лужності катіонітом у водневій формі. Метод включає пом'якшення води в катіонітовому фільтрі і видалення вуглекислого газу в дегазаторі. Віддаляється карбонатна твердість і знижується лужність на 80-90% (залишкова лужність складає 0,5-1,0 ммоль/дм³). Вихідна вода має знижене значення рН, тому в разі потреби підвищення рН за допомогою дозування в неї лугу. Недолік методу полягає в тім, що для регенерації фільтра використовується розчин сірчаної або соляної кислоти, що вимагає корозійностійкого устаткування. Для видалення вуглекислоти, що утворилася, у буферних ємкостях бажано встановлювати розпушувачі або голівки ежектори-декарбонізатори.

Зменшення лужності катіонітом у натрієвій формі. Метод включає пом¢якшення води в катіонітовому фільтрі, дозуванням у пом'якшену воду кислот (соляний чи оцтовий) і видалення вуглекислого газу в дегазаторі. Недолік методу полягає в тому, що підготовлена вода має підвищений зміст хлоридів на величину, еквівалентну зменшенню лужності.

Зменшення лужності аніонітом у ОН-формі. Метод полягає у видаленні аніонів кислот, у тому числі і вуглекислоти за допомогою фільтра, що містить аніонітну смолу в ОН-формі. Видаляється лужність до рівня 0,05 ммоль/дм³.

Зменшення лужності за схемою паралельного Н-Nа-катіонування. Схема включає паралельно працюючі фільтри з катіонітом у водневій або натрієвій формі і дегазатор. Вихідну воду подають на катіонітові фільтри, де розділяють на два потоки. В обох фільтрах вода пом¢якшується, але на виході фільтра з катіонітом у водневій формі вода має кислу реакцію. Потім після обробки катіонітами пом'якшену воду змішують і подають на дегазатор, де віддаляють вуглекислий газ. Технологія поділу води по катіонітам у відповідній пропорції з наступному їх змішуванням дозволяє одержувати пом'якшену воду з різним рівнем лужності. Ця схема зменшення лужності застосовується при великому вмісті у вихідній воді бікарбонату натрію. Недолік цього методу полягає в тому, що потрібно три види установок (два види фільтрів і дегазатор), а також обмеження по складу вихідної води.

Зменшення лужності води за схемою послідовного Na-CI-іонування. Схема включає послідовно працюючі фільтри з катіонітом у натрієвій формі та аніонітом у CI-формі. Така схема дозволяє одержати пом'якшену воду зі зменшеним рівнем лужності, і при цьому в обох фільтрах для регенерації витрачається один реагент – хлорид натрію, що не вимагає антикорозійного захисту устаткування. Недолік схеми в тому, що підготовлена вода має підвищений вміст хлоридів на величину, еквівалентну зниженню лужності.

Описані технологічні прийоми дозволяють одержати воду заданої і високої якості з вихідної, що має різний склад і солевміст не більш 500 мг/дм³. У випадках, коли солевміст більш 500 мг/дм³ застосовують метод демінералізації на установках зворотного осмосу і значно рідше – іонного обміну. В перших схемах відсутня необхідність використовувати великі кількості кислоти і лугу, а других є менші вимоги до попередньої підготовки води, менша вартість, а також краща якість води підготовленої.

КУРСОВА РОБОТА

Способи водопідготовки для виробництва алкогольних та безалкогольних напоїв

Виконала:

студент технологічного факультету

V курсу групи Б

Гордієнко О. Н.

Науковий керівник

доцент кафедри Варейко М. В.

Київ – 2004

Вступ

1. Природна вода та її домішки

Дата: 2019-05-29, просмотров: 210.

12 3 4 Следующая ⇒