Основные способы водоподготовки в технологии водки и ликероводочных изделий

Естественные воды с жесткостью менее 1,0 мг экв/л (очень мягкие) и сухим остатком менее 250 мг/л могут использоваться без дополнительной обработки, остальную воду подвергают т.н. кондиционированию.

В зависимости от состава исходной воды процесс водоподготовки на ликероводочных заводах может включать одну или несколько технологических операций: коагуляцию, содо-известкование, умягчение на Na -катионитовых фильтрах, деминерализацию с использованием катионообменной и анионообменной смол, обессоливание методом обратного осмоса (рекомендуемые типовым регламентом способы водоподготовки представлены в таблице 1.4).

Современные способы водоподготовки могут быть разделены на два класса:

1) ионообменные - с применением большого количества реагентов;

2) мембранные - с минимальным использованием реагентов.

Предварительная фильтрация. Предварительная фильтрация на одно- или двухпоточных песочных фильтрах применяется для удаления попадания в обрабатываемую воду случайных частиц ржавчины, песка и пр. из источника водоснабжения.

Nа-катионитовый способ умягчения воды. Умягчение жесткой воды осуществляется в процессе ее фильтрации через слой катионита (сульфоугля), частицы которого содержат ион натрия, способный к обмену на другие ионы металла.

При фильтрации вода через слой катионита в Na-форме происходит обмен ионов кальция и магния на ионы натрия. В результате этого в профильтрованной умягченной воде содержатся, в основном, натриевые соли, обладающие большей растворимостью и не образующие в силу этого осадка в водках и других изделиях при определенных пределах щелочности и содержания микроэлементов.

Катионитовый фильтр представляет собой вертикальный цилиндрический резервуар со сферическим днищем и крышкой. Днище фильтра выложено бетоном. В нижней части расположено дренажное устройство из материала, не подвергающегося коррозии, предназначенное для равномерного распределения воды при ее умягчении и при промывке катионита.

Для предотвращения уноса зерен катионита умягченной водой над дренажным устройством засыпается кварцевый песок трех фракций в следующей последовательности:

Фракции	I	II	III
высота слоя, мм
размер зерен песка, гальки, мм	5-10	2,5-5,0	1-2,5

На слой из кварцевого песка насылается катионит слоем не менее 1,5 м. Над поверхностью катионита оставляют свободное пространство высотой не менее половины высоты его слоя. Фильтр загружают через боковой люк.

Для регенерации катионита (отмывки от поглощенных солей жесткости) применяют обработку катионита поваренной солью (NaCl). Солерастворитель представляет собой закрытый цилиндрический резервуар с приваренным сферическим днищем и съемной крышкой.

Соль загружают через воронку со съемным стаканом. Воздух удаляется через воздушную трубку. На дренажное устройство солерастворителя засыпается такой же поддерживающий слой песка, как и при загрузке катионитового фильтра.

Большое сопротивление солерастворителя при пропуске через него воды указывает на засорение песчаной загрузки различными примесями, содержащимися в соли. Для удаления этих примесей песчаную загрузку промывают в восходящем потоке воды.

Солерастворитель промывают после каждой регенерации катионитового фильтра, т.е. после вымывания из него каждой загрузки соли. Длительность промывки составляет около 10 мин.

Полный цикл работы катионитовой установки складывается из нескольких операций.

1. Умягчение воды. Сырая вода поступает в фильтр из напорного бака и фильтруется сверху вниз. Умягченная вода отводится из дренажной системы в сборник умягченной воды.

2. Промывка и взрыхление катионита. Взрыхление слоя катионита перед регенерацией производится для устранения слеживания катионита и удаления из него мелких частиц, вносимых с водой и поваренной солью, а также образующихся в результате истирания катионита в процессе работы.

3. Регенерация катионита. Проводят 8-10 % раствором поваренной соли.

3.1. Из фильтра спускают воду в канализацию с таким расчетом, чтобы уровень воды оставался на 10 см выше слоя катионита. Уровень воды контролируется при помощи сигнальной трубки и спуск воды прекращают, когда из этой трубки перестает вытекать вода.

3.2. В солерастворитель, загруженный соответствующим количеством хлористого натрия, пускают воду с таким расчетом, чтобы концентрация солевого раствора составляла в среднем 10%. Растворение соли в зависимости от ее качества и крупности продолжается 10-12 мин и проверяется по вкусу раствора, вытекающего из солерастворителя.

3.3. Отмывка катионита после регенерации производится для удаления продуктов регенерации и остатка поваренной соли. Для отмывки пользуются сырой водой из напорного бака.

Снижение щелочности технологической воды. Щелочность технологической воды, используемой для приготовления водка, не должна быть выше 4 мл 0,14 моль/дм³ раствора соляной кислоты на 100 см³ воды.

Щелочность воды, используемой для приготовления ликероводочных изделий, особенно на плодово-ягодных полуфабрикатах, должна быть доведена до 0,1 см³ 0,1 моль/дм³ HCI на 100 мл воды или лучше до нейтральной реакции во избежание нейтрализации естественных органических кислот, содержащихся в полуфабрикате.

Если используемый метод водоподготовки не позволяет получить технологическую воду с нужной щелочностью, то ее следует снизить добавлением соляной или уксусной кислоты (квалификации хч).

Расчет необходимого количества кислот или их растворов производится лабораторией.

Коагуляция. Коагуляции подвергается вода, имеющая стабильную муть или опалесценцию, не удаленные предварительной фильтрацией на песочных фильтрах. В качестве коагулянтов используют глинозем Al₂(SO₄)₃∙18H₂O или железный купорос FeSO₄∙7H₂O. Оптимальные дозировки коагулянтов определяются лабораторией путем пробной коагуляции.

Ориентировочно на 1 м³ воды расходуется 80 г глинозема или около 50 г железного купороса.

Рис. 1.1 Технологическая схема деминерализации воды: 1 - подогреватель, 2 –сборник раствора HCL; 3 - сборник умягченной воды; 4 - сборник раствора NaОН; 5 – катионитовая колонна; 6 - анионитовая колонна; 7 - угольная колонна, 8,11,16 - насосы; 9 - промежуточный сборник воды; 10 - сборник-нейтрализатор сточных вод; 12,15 -мерники концентрированных растворов НСL и NaOH, 13, 14 -резервуары HCL и NaOH

Процесс коагуляции протекает только в слабощелочной среде (оптимальное значение рН раствора для глинозема 7,5 - 7,8, для железного купороса - 8,2), для чего следует добавлять кальцинированную соду или известь.

Обычно коагуляцию и отстаивание совмещают в одном резервуаре, оборудованном мешалкой. Коагуляция примесей и осаждение продолжается 2 - 3 ч. Вода после коагуляция обязательно должна фильтроваться через песочные фильтры.

Снижение окисляемости воды проводится по следующим стадиям:

1. Обеззоливание активного угля промывкой 0,5-1% раствором HCL.

2. Приготовление 0,03 - 0,05% раствора КМnО₄

3. Обработка исходной воды раствором КМnО₄.

4. Умягчение обработанной КМnО₄ воды на Na-катионитовой установке

5. Доочистка умягченной воды активным углем

6. Фильтрация очищенной воды через песочный фильтр

7. Регенерация активного угля.

Обезжелезивание воды. При содержании железа в технологической воде для производства водок более 0,15 мг/дм³ и использовании Na-катионитового способа исправления воды рекомендуется обезжелезенная вода (трехвалентное железо «ослепляет» смолу, снижая её активность).

Рис. 1.2 Схема коагуляции примесей: 1- фильтр; 2 - сборники с мешалками; 3 - насос; 4 -напорный бак; 5-дозатор; 6 - воронка; 7 - сборник воды; 8 - регулирующий кран; 9 – сливное устройство; 10, 11 - коллекторы

Метод заключается в фильтровании воды через фильтр с кварцевой загрузкой без или с добавлением реагентов.

Безреагентный способ основан на способности воды, содержащей соединения железа и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен с образованием каталитической пленки ив окислов 2-х и 3-х валентного железа.

Эта пленка активно интенсифицирует процесс окисления и выделения из воды 3-х валентного железа, задерживаемого фильтром в виде гидрата окиси.

Если пробным обезжелезиванием определено, что безреагентный способ не дает необходимых результатов, то применяют дополнительную обработку кварцевого песка модифицирующими реагентами, сущность которой заключается в нанесении на поверхность кварцевого песка пленки из гидроокиси железа и двуокиси железа и двуокиси марганца, катализирующей процесс обезжелезивания воды.

Обесцвечивание воды. Окраска воды вызывается соединениями железа или гуминовыми веществами. Железо в виде карбоната закиси Fe(HCO₃)₂ под действием воздуха окисляется по уравнению:

4Fe(HCO₃)₂+O₂+2H₂O→4Fe(OH)₃↓+8CO₂↑

Аэрацию проводят в открытых градирнях с последующей фильтрацией через слой песка.

Железо, содержащееся в виде гуматов, полностью удаляется при коагуляции.

Дезодорирование. Удаление неприятных запахов и привкусов, вызываемых малыми концентрациями примесей, достигается окислением или их адсорбцией.

Окисление проводят хлором, двуокисью хлора, перманганатом калия, озоном.

Способы окисления могут давать дополнительные привкусы, нежелательные для ликероводочных изделий, поэтому обычно используют адсорбцию в угольных фильтрах.

Мембранные схемы водоподготовки для ликероводочного производства. Мембранное разделение - процесс преимущественного отделения определенного компонента (компонентов) смеси при помощи полупроницаемой мембраны, в результате, которого исходная смесь разделяется на концентрат и пермеат. Концентрат образуют компоненты, задерживаемые мембраной, а пермеат - компоненты, проходящие через нее. Пермеат часто называют фильтратом (ультрафильтратом).

В ликероводочном производстве нашли широкое распространение т.н. б аромембранные процессы. Эти процессы (обратный осмос, ультрафильтрация, микрофильтрация) заключаются в фильтровании растворов под давлением через полупроницаемые мембраны, пропускающие растворитель и полностью или частично задерживающие растворенные вещества в виде ионов, молекул или коллоидных частиц.

Различие между обратным осмосом, ультрафильтрацией и микрофильтрацией в значительной мере условно. Считают, что обратный осмос происходит в случае, если диаметр пор мембраны составляет 0,5...5 нм, ультрафильтрация - 5...50, микро-фильтрация - 50... 10 000 нм (0,05... 10 мкм). Соответственно при обратном осмосе отделяются ионы и недиссоциированные молекулы, при ультрафильтрации - высокомолекулярные вещества и коллоиды, а при микрофильтрации - коллоидные частицы и микроорганизмы. Если микрофильтрация характеризуется в основном ситовым механизмом разделения, то при обратном осмосе вступают в действие механизмы физико-химического характера (гидратация, адсорбция и пр.). В последнем случае существенно влияет осмотическое давление разделяемой смеси.

В основе обратного осмоса лежит явление осмоса - самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую мембрану, не пропускающую растворенное вещество минеральной природы в раствор. Давление, при котором наступает равновесие, называют осмотическим. Если со стороны раствора приложить давление, превышающее осмотическое, то перенос растворителя будет осуществляться в обратном направлении - «обратный осмос».

Суть способа заключается в том, что исходная вода нагнетается в межмембранный канал обратноосмотического аппарата под давлением превышающим осмотическое. При этом часть потока, освобожденная от растворенных компонентов, проходит через мембрану и отводится в коллектор пермиата (фильтрата), а другая его часть, обогащенная растворенными компонентами, сбрасывается по коллектору концентрата. Соотношение потоков пермиата и концентрата (конверата) - величина регулируемая. Обычно поддерживается в диапазоне 70 - 80 %.

Этот способ позволяет не только провести обессоливание воды до заданного солесодержания, но и удалить из нее коллоиды, растворенные органические примеси и микрофлору при высоких органолептических показателя.

Установки обратного осмоса, работающие на воде с солесодержанием до 0,5 г/дм³, не требуют предварительной подготовки исходной воды. При солесодержании от 0,5 до 3 г/дм³ и выше необходимо вводить стадию предподготовки исходной воды. Способ предподготовки определяется в каждом конкретном случае в зависимости от солесодержания исходной воды и существующей заводской схемы водоподготовки. В качестве стадии предподготовки может использоваться подкисление исходной воды, Na-катионирование, ультрафильтрация и другие методы.

Для предотвращения выпадения на мембранах осадков, содержащих 3-х валентное железо, карбонаты кальция и магния (что приводит к снижению селективности мембран и ухудшению процесса очистки воды) рекомендуется подкислять исходную воду.

Рис. 1.3 Принципиальная технологическая схема очистки воды методом обратного осмоса: 1- фильтр песчаный для воды; 3 – колонка угольная для воды; 4 - солерастворитель; 5 – фильтр Na-катионитовый; 6 – установка обратно-осмотическая; 7 – сборник умягченной воды; 8 – насос;   1х-вода; 1и-вода исправленная; 2 – пар; 32 - соль для регенерации ионообменной смолы

Вопросы для самоконтроля

1) Каков порядок водоподготовки в ликероводочных производствах?

2) Основные технологические подготовленной воды?

3) Принцип работы установки для обезжелезивания воды?

4) Порядок очистки воды на установках обратного осмоса?

5) Методы регенерации угольных колонок?

Тесты по разделу 1

1) Водоподготовка не проводится при общей жесткости воды, мг экв/л: 1- менее 1; 2 – менее 7; 3 – менее 5; 4 – менее 3.

2) Жесткость воды определяется солями: 1 – магния; 2 – магния и кальция; 3 – кальция; 4 – натрия.

3) Основная цель обработки воды в Na-катионитовых установках: 1 – снижение временной жесткости; 2 – удаление солей железа; 3 – удаление посторонних запахов и вкусов; 4 – снижение общей жесткости.

4) Временная жесткость определяется наличием в воде следующих солей: 1 – гидрокарбонатов кальция и магния; 2 – сульфатов кальция и магния; 3 – солями двух- и трехвалентного железа; 4 – солями калия и натрия.

Раздел 2 Технология водок

Дата добавления: 2014-11-25