автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Кондиционирование воды в производстве напитков

харьковский кнстет общественного питания

Í Г 3 00 На nFaîm рукописи

" 1 MAR Í993

лкЗАЗГпА Lephí! Алексанлройн.'!

КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОДЫ В ПРОИЗВОДСТВЕ HAIIHTHDB

Специальность 35.18.12 - процессы, малины y агрегате пищевой промышленности

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технически* нэук

Хврьиоа 1992

ряЛзтя выполнена на кафедре охраны труда и экологии предприятий питания Харьковского института общественного питания и с Харьковском филиале института напитков и минеральных вод.

, Научный руководитель ■- доктор технических наук, профессор КОВАЛЕНКО В.К. Официальные оппоненты -- доктор химических наук, профессор ТОРЯШК А.й. кандидат технических наук БЕРЕЗОВСКИЙ A.A. Ведущая организация - Харьковское конструкторское бюро

напитков и минеральных вод Защита диссертации состоится " ,2 " 1993г. в

J_[_4ас., на заседании специализированного Совета К. 131.07.01 в Харьковском институте общественного питания по адресу: 3I905I, г.Харьков, ул.Клочковская, 333.

G диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Харьковского института общественного питания.

Автореферат разослан " tjiicßüp^ 1992г.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук,

академик / А.И.ЧЕРЕВКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОГа

Развитие промышленности и сельского хозяйства в последнее десятилетие наряду с отсутствием технических средств. обеспечивающих очистку сточных воя, воздушной среды и переработку твердых отходов, оказало отрицательное влияние на состав природной воды. Во многих промышленных районах вода загрязнена минеральными и органическими веществами, в связи с чем очистка ее на городских очистных станциях затруднена. В то пе время к качеству г.: ль: для производства продуктов питания предъявляются более высокие требования.

Известно, что доля воды в составе безалкогольных напитков достигает 85-93 При этом вода определяет физическое состояние напитка, образуя с составными частями истинные или коллоидные растворы, в установленном количественном соотношении с другими . составными частями принимает прямое участие в образовании вкуса *и цвета. Большое внимание ка технологический процесс пивоварения оказывают содержащиеся в воде соли жесткости и щелочности. Однако, закономерности распределения минерального состава воды и солода в процессе затирания недостаточно изучены. Между тем массовая доля минеральных веществ в производственных водах составляет 0,1 — 0,15.^, а в солоде 2,4-3,3 %. Таким образом, при определении требований к воде необходимо учитывать то, что солевой состав воды и солода (в пивоварении) является прямым источником влияния на вкус и стойкость напитков.

В настоящее время в странах СНГ в производстве напитков часто используется-вода питьевого качества, которая, в основном, не отвечает требованиям данного производства. Лишь на некоторых пред-йриятиях работают установки вэдоподготовки импортного производства -я отдельные экспериментальные образин отечественного изгетовлг-нйз*. <3дезествуицие экспериментальные установки водоподготевки укг.м::-лектоааны серийно-выпуекаемым оборудованием, часто не предназначенным для подготовки воды в пищевой промышленности, что затрудняет внедрение их в производство. Универсальные схемы и комплексные установки для обработки воды в пищевой промышленности отсутствуют. Таким образом, изучение влияния солевого состава сырья на отчеств-напитков и разработка конструкции блочной универсальной установки водоподгоговки является весьма актуальшм.

Цель и задачи меепшашя

Целью настоящей работы явилось создание универсальной блочной установки подготовки воды различного минерального состава.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать влияние минерального состава воды на стойкость безалкогольных напитков и определить требования к составу воды для производства безалкогольных напитков;

- исследовать равновесное распределение минерального состава в процессе затирания в системе вода-солод и определить требования к составу воды для производства пива;

- исследовать процессы кондиционирования воды: удаление взвешенных веществ, хлорирование, дехлорирование, озонирование, ионообменное обесссливание;

- исследовать и испытать в производственных условиях ионообменные схемы подготовки воды для приготовления пива;

- исследовать и испытать в производственных условиях экспеУ риментальную установку подготовки среднежесткйх вод для производства безалкогольных налитков;

- разработать и испытать универсальную блочную установку подготовки воды различного минерального состава.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

На основании проведенных исследований:

- получены закономерности распределения минерального состава в процессе затирания в системе солод-вода и разработана методика расчета равновесных кривых распределения минерального сосшава;

- определены закономерности удаления солей АТ, Мп, Ре в процессе хлорирования;

- разработаны и проверены в производственных условиях технологические схемы водоподготовки.для производства пива. Превлоэке-. но 2 способа водоподготовки (а. с. № 101346') и а. с. № П92348);

- определены основные стадии обработки воды различного минерального состава. Технологическая схема водоподготовки разработана с учетом самостоятельной работа каждой стадии обработки;

- определены технологические режимы и параметры работы блоч ной универсальной установки водоподготовки. Разработана программа расчета на ЭВМ ионообменных фильтров для вод различного минерального состава.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЪГ

Предложено два способа подготовки воды по методу Н-Са-кати-онированиг дл? производства пива. Разработана технологическая .

схема кондиционирования среднежестких вол для производства напг.т-ков. Исследованные и предложенные процессы подготовки воды проверены и отработаны на экспериментальных установках в г.Мелитополе и г.Мытищах. Установки укомплектованы отечественными материалами и серийно выпускаемым оборудованием. Разработаны типовые исходные требования на проектирование таких установок водспод-готовки и переданы в Гипропищепром 2.

Разработана универсальна* блочная установка подготовки води различного солевого состава. Совместно с ЦНИИ "Буревестник" разработаны рабочие чертежи оборудования и проектно-сметная докумеь-тация на установку содоподготовки. Установка выполнена в неркя-вещзм исполнении с учетом опыта работы экспериментальных установок. Установка сдана ведомственной комиссии и рекомендована к серийному производству. В настоящее время вода, подготовленная на установке,, используется для производства безалкогольных напитков и водки (Сормовский винзавод, г.Нижний Новгород).

РСНОБНЫЕ ПОДОЖШЯ. ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

- Требования к минеральному составу производственной воды.

- .Экспериментально подтвержденные закономерности равновесного распределения минеральных солей в системе солод-вода.

- Новые способы кондиционирования воды.

- Конструкция блочной универсальной установки подготовки воин для производства напитков.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на конференциях "Пути совершенствования пиво-безалкогольной к винодельческой продукции" (Москва, 1983г., 1985г.), на заседании технического совета ЦНИИ "Буревестник" (г.Нижний Новгород, 1991г.'; технология и установка экспонировались на ВДНХ СССР, 1991г. -толучена серебряная медаль. Материалы диссертации заслушивались на Днях науки на предприятиях отрасли (1987-1991 г.г.). Б полном объеме диссертация доложена на научно-техническом Совете Харьков-гкого института безалкогольных напитков и минеральных вел (01,91г.) я ля расширенном заседании кафедры оборудования кнети-гута общественного питания (03.92г.).

ТУ БД',КАШ '

' По теме'диссертации опубликовано 8 стлтей, полученс 2 а^-

торских свидетельства ( № 1013460 и № 1192348}.

ОБЪЕМ РА.ЮТН

Диссертация изложена на 214 стр. машинописного текста. Состоит ич введения, обзора литературы, 5 глав, выводов, списка литературы, 5 приложений, содержит 27 таблиц и 22 рисунка..

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ■

Во введении обоснованы актуальность работы,-практический интерес, который она представляет для предприятий пищевых производств. ■

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ изложены состояние вопроса и задачи исследования. Приведен обзор литературы по вопросам влияния солевого состава воды на технологию приготовления и вкусовые достоинства напитков. Анализ способов водоподготовки показал, что наыировом рынке представлены установки, работающие по способу быстрой декарбонизации, ионного обмена, с использованием селективных мембран. Отмечены главные достоинства и недостатки известных способов. Сделан вывод о предпочтительном использовании сочетания несколь. ких способов водоподготовки, что делает такие установки универсальными в подготовке производственных вод различного солевого состава.

ВТОРАЯ ГЛАВА диссертации посвящена разработке и уточнению требований к воде для производства напитков.

В качестве объектов исследования использовались производста-венные воды, применяемые на предприятиях отрасли для приготовления пива и безалкогольных напитков. Исследования солевого состава воды проводили по общепринятым методикам ГОСТ 2874-82 "Вода питье-вар"-

Для исследования равновесного распределения минерального сос-. тава в процессе затирания между твердой фазой-- солод и жидкой -воды использовали 5 образцов солода. Затирание проводили по на-стойному способу на модельной воде с различным содержанием минеральных компонентов.

Минеральный состав сусла анализировали, используя методики для анализа сточных вод .Дурье Ю.Ю. (1980г.).

Анализ сусла и пива проводили по общепринятым методикам согласно "Инструкция по технохкмическому контролю пивоваренного производства" (1975г.).

В качестве фильтрующих материалов использовали катиониты: сульфоуголь, КУ-1, КУ-2, КУ-2-8сч, леватит, КБ-4; аниониты -ЗДЗ-ЮП, АВ-178; активированные угли - ЕАУ, АГ-5, АГ-3. Ш\ АР-З.

Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики (П.М.Мальцев, К.А.Емельянова, 1980г.;.

Одна из задач исследований - изучение влияния солевого состава воды и компонентов купажных сиропов на коллоидно-химическую стойкость безалкогольных напитков. Экспериментальные исследования показали, что напитки, приготовленные на натуральных ссках и настоях, мутнеют сразу же при добавлении воды с жесткостью более 3 мг-экв/дм3. Кроме того, гидрокарбонатная жесткость приводит к изменению цвета напитков. Стойкими к солям жесткости воды были напитки, приготовленные на основе цитрусовых настоек и эссенций. Наиболее отрицательное влияние на качество напитков оказывают соли железа, марганца, алюминия. Так, при содержании в воде ионов железа более 0,2 мг/дм3, марганца более 0,1 мг/дм3, а алюминия более 0,2 мг/дм3 в напитках появляются осадки. Особенно низкая концентрация катионов, вызывающих помутнение, наблюдалась для напитков, приготовленных с использованием натуральных соков и экстрактов. Анализ отечественной и зарубежной литературы, а также исследования, проведенные нами, позволили определить требования к воде для производства напитков (табл. I).

Таблица I

Требования к воде для безалкогольных напитков

Показатели Единица "Оптимальные Предельно

-измерения значения допустимое значение

рН _ ' 3-5 5

Общая жесткость мг-экв/дм3 до 0,50 1,0

"Общая щелоГ1ность то же до 0,50 1,0

Сухой остаток 'мг/дм3 до 250 500

Железо »» о,о 0,1

Марганец К 0,0 0,1

Алюминий . и 0,0. 0,1

Окисляемость мг-02/да3 2,0 3,0

- б -

По всем остальным показателям вода должна отв.ечать требовани-fm ГОСТ 2874-82.

Для уточнения рекомендаций к воде, используемой'ддя-приготок— ленир пива, нами было исследовано равновесное распределение-мииеч— ральных компонентов солода и воды в процессе затирания. Как извес?^ но, при контакте частиц солода и воды происходит перераспределение-минеральных веществ, которые входят- в их состав, в результате чего устанавливается в системе равновесие. Оичала происходит проникновение воды во внутренние области частиц солода. Процесс протекает не мгновенно, а зависит от целого ряда факторов. Скорость.движения экстрагента (воды) характеризуется константой скорости проникновения воды во внутренние области частиц. В процессе движения зкстра-гент растворяет минеральные вещества и во внутренних областях частиц солода образуется раствор минеральных солей. За счет разности концентраций (движущая сила процесса) происходит диффузия минеральных компонентов из внутренних областей частиц на их поверхность и с поверхности в окружающую их воду. Это происходит, в тех случаях, когда концентрация минеральных компонентов во внутренних областях частиц солода выше, чем в воде. Если же концентрация минеральных компонентов в экстрагенте (воде) выпе, чем во внутренних областях частиц солода, происходит перераспределение компонентов в пользу солода. В ходе эксперимента было показано, что в процессе затирания, при принятом настойном режиме, равновесие минеральных компонентов достигается через 70 мин. По разработанной нами методике расчета были построены равновесные кривые распределения минеральных компонентов..Исследования равновесного распределения минерального состава проводились с использованием солодов различного качества и модельных вод с различным.содержанием исследуемого минерального компонента. Прежде всего определяли вымываемое количество исследуемого компонента из I кг. солода. После отделения первого сусла (экстракта) промывали дробину дистиллированной водой или модельной водой, строго соблюдая соотношение твердой и жидкой фазы 1:4. Ксследуя распределение солей кальция в системе солод-вода, было отмечено, что при затирании с водой, не содержащей ионы Са^+, мы получали в сусле 2 -г 4 мг-экв/дм3 кальция. Такое колебание содержания кальция в сусле объясняется исходным содержанием его в солоде. 1'спольэуя воду для затирания с концентрацией кальция до 4 мг-экв/дм* з сусле получали его содержание 2-4 мг-экв/дм3, в зависимости от ¡•»сходного содержания его в солодах. В толе время повышение концен-•гряции кальция в воде более о мг-экв/дм3 приводило к стремительно-

му нарастанию его в сусле. На рис. I представлена равновесная кривая распределения ионов кальция. По оси абсцисс откладывали равновесное содержание кальция, отнесенное к весу твердой фазы. По оси ординат отклыдвали концентрацию кальция в жидкой фазе. Кривая распределения состоит из отдельных участков X, СВ, ВД. Отрезок ОС характеризует равновесное распределение, при котором происходит экстракция кальция из солода в воду. Отрезок СВ характеризует распределение солей кальция, при'котором происходит удаление солей Са из системы в виде нерастворимого фосфата. Отрезок ЦЦ определяет такое состояние системы, при котором дальнейшее увеличение концентрации кальция в исходной воде приводит к эквивалентному увеличении 'количества кальция в сусле. Рабочей частью кривой является отрезок ОВ и уравнение будет иметь вид:

сусло Л Са 1

солод ССа

30484,6

сусло.

где С^ - равновесная концентрация солей кальция в сусле,г/г;

@солод_ равн0весцая концентрация солей кальция в солоде, г/г.

Анализ данного уравнения гооворит о том, что на рабочем участке, равновесной кривой ОВ. распределение солей кальция всегда в пользу твердой фазы. Использование для затирания вод с содержанием солей кальция соответствующим, точкам на графике, лежащим ниже точки С-, ведет к-экстракции кальция из солода, что может*привести к нарушению стабильности ферментных систем. Воды, в которых содержание солей кальция соответствует на графике точке С, не способствуют экстракции солей кальция из солода. Для большинства солодов это справедливо в интервале концентраций кальция в исходной воде 2-4 мг-экв/дмэ.

Магний, в отличие от кальция, в значительной степени экстрагируется из солода. Солей магния.в солоде содержится примерно в 5 раз больше,.чем кальция, поэтилу при затирании.в первом сусле получаем 6-14 мг-экв/дм3 Мд2+.,В отличие от кальция графическая зависимость равновесного распределения;магния (рис.2) позволяет говорить о пропорционально« изменении концентрации солей.магния ^ ~ зависимости от содержания его ^ 'исходном сырье. > :

р " '.'■'• Сс**' *ю'\и >г

>

р

л _ _____

■ е^

2 V -6. 8 Ю ^

Рис Л. Равновеснее распределение селей кшгьцц я-

Вертикальные прямые МК и 1К характеризуют вымываемое количество солей магния из солода. Для полной экстракции солей магния 13 солода практически требуется 4 ступени экстракции, вменение концентраций по ступеням характеризуется точками и7, {/.«•;■,!'т.д. •'спользуя воду с известным содержанием солей маги;«" (течка СТЧ процесс распределения от точки Р ¡исходное состояние твердой £-■>-зы)'По прямой РА стремится к равновесному состоянию в тгг-ке А. Аналитически равновесное распределение магния мекнз прелстчвчть:

сусло солод

сусло вода сусло

' сусло , .

чде Со- концентрация солей магния в сусле при использовании воды, не содержащей ионов магния Рак как используемые солода обычно содержат много солей магния, »держание его в воде (в виду его отрицательного влияния на вкус шва) нежелательно.

Исследуя равновесное распределение солей натрия и калия было (тмечено, что сусло обогащается солями натрия, поступающими из во-и, а ка1лий поступает в сусло иэ солода. -

В производственных водах, используемых в пивоварении, еодержа-ме хлоридов колеблется в пределах 10-350 мг/дм3,.'а сульфатов -10-530 мг/дм3. Исследуя равновесное распределение хлоридов и суль-я.тов. отмечалось их пропорциональное изменение в сусле е сос-тзет-:твии с содержанием в исходном сырье. Источниками хлоридов и суль-¡атов в сусле является вода и используемый солод. Однако большей игляа - волы.

Известно, что использование воды для затирания с высокой ше-очностью приводит к пониженному выходу экстрактивных веяеетв. Колоду? равновесное распределение солей щелочности в процессе зати-«ниг с дистиллированной водой, определял;; концентртшг. ов (щелочность'- - I£—21- мг-экв/дм4.

Таким образом..исследовав закономерности распределения мине--яльного состава солодя и вода в процессе затирания, пр-нимая словия более полноте- использования минерального еостаоч солода, формулированы следующие требования к воде для пивоварения, (табл.2'

- 1.0 -

' Таблица 2 Требования к воде длл пивоварения

Показатели

■ Единица Оптимальное Предельно . измерения значение допустимое

значение

рН

Содержание Са

2+ ,2+

Мд'

Содержание солей щелочности

Содержание сульфатов Содержание хлоридов Содержание железа Содержание нитратов

мг-экв/дм3 то же

мг/дмэ

_ и_

п

мг-02/дмэ

6-7 2,0-4,0 0,0

0,0

100 100 0,0 10,0

7,5 6,0 2,0

2,0' 200200 0,3 10,0

3 ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследования процессов оиистки воды.

Как показали исследования, обработка воды песком дает во'змож ность задержать взвеиенные вецестэа на 95-98 % . Наряду с удалени ем взвезенных веществ целесообразно для безалкогольного произволе ва умягчать воду методом Н-катионирования с использованием сильно кислотных катионитов. В лабораторных условиях был изучен процесс Н-кчтизнировання с использованием следующих катионитов: леватит, сульфоуголь, КУ-1, КУ-23, КУ-2, КУ-2-8сч, КБ-4, К&-4П-2. Наибольшей динамической емкостью из вышеперечисленных ионообменников обл дает КУ-2~8сч. • •

Для вод с высокой минерализацией кроме .обработки Н-катиониро ванием необходимо снять избыток анионов сильных кислот ОН-анионир вянием. Как показано на рис.3, рН води после обработки в Н-катио-нитовом фильтре стабилен, тогда как после обработки ОН-анионирова нием изменяется. Для стабилизации состава воды по кислотности дополнительно необходимо обрабатывать воду в нерегенерируемом (буферном* фильтре. Изменение анионного состава (С1~, 5 в процессе обработки] в ионитовых фильтрах (Н-Ш-буферный), происх лит в определенных пропорциях, как показано на рис.4.

Одним ия важных показателей качества воды, используемой для приготовления безалкогольных напитков, является бактериальная чис

тота. Хлорирование и озонирование являются однимим из наиболее распространенных-и эффективных способов обеззараживания золы. Для хлорирования наиболее перспективно использование гипохлоритов. Хлор кроме'обеззараживающего действия,-кал сильный окислитель расходуется на окисление органических веществ и удаление ионов Ре+ , А1 , Мп+2. Необходимые дозы хяора для удаления солей алюминия, железа, марганца аогут бить рассчитаны, с. поиощью уравнений:

0^=9,7(^2* % . 7,6 Сц.3,

% = 1,6 °Ге3+ ,

Остаточный активный хлор, придающий воде неприятный привкус, необходимо удалять. Для этого использовали активированные угли БАУ АГ-5. СИТ, АГ-3, АР-3. Наилучшей дехлорирующей способностью) обладают угли АГ-5 я БАУ. Также было показано, что использование этих марок углей не приносит примесей в обрабатываемую воду. Что касается механизма дехлорирования, то активированный уголь является "катализатором" перевода свободного хлора в хлор-ион.

Однако, как показали исследования, при хлорировании вод поверхностных источников водоснабжения, содержащих органические вещества; образуется целый ряд хорорганических соединений я, 2 частности, хлороформ (до 110 мкг/дм3), превышающие ЙДК в несколько раз. Поэтому для таких вод' более предпочтителен метод обеззараживания -озонирование. Для определения оптимальной концентрации озона при обработке воды проводились исследования на специальном стенде. Качество обрабатываемой воды оценивалось по следующим показатели: остаточный озон, цветность, содержание железа, хлоридов, сульфатов,. общее»чиста- микроорганизмов и окисляемость. 3 ходе эксперимента исследовали 5 лоз озона и отбирали для анализа 10 проб оэоно-воздуеной смеси и воды. Оптимальной считалась доза озона при получении воды с-! следующими показателями: цветность - 20 град; соли железа - 0,1 мг/дм3; количество микроорганизмов в I мм3 воды - до 10; окисляемость - 2 игС^/дм3; коли-иидекс < 3; остаточный озон -0,15 мг/дм3. Результаты исследований приведены в табл.3

Рис.З.:.. Изменение рН вода $ ТГрОцессе обрбВоТ-ки на ионмах

1 - Н-катиониговый фильтр

2 - буферный филыр

3 - 'ОБ-аяиониговык фильтр

С

мх[<¡¿4 . 3

20 V,

К

Рис.Л :. Изменение концентрации адионов в процессе обработки воды в иониювих фильтрах (Н-01!-буферний)

. I - сг , 2 - 3 - £0/-

2

Таблица 3

Обработка воды озоном

Показатели Исходная Концентрация задаваемо! озона, мг/дм3 'О в воду

вода 1,8 3,6 5,4 7,2 9,0

Цветность, град. Соли железа,мг./дм3 20 0,3 5 ■ 0,2 4 0,2 2 0,1 0,1 0 \ I

Хлориды, мг/дм3 29,2 29,0 29,1 29,1 29,2 29,1

Сульфаты,иг/дм® 340 340 340 340 . 340 340

Количество микроорганизмов в I ми 43 - 12 5 2 2 Т

Окисляемость, мг02/да3 ' 5 2' 0,0 0,0 0,0 0,0

Ко ли-индекс 3 3 3 <3 ■ 3 < 3

Остаточная- концентрация озона, мг/дм3 0,0 0,0 0,0 0,15 О О 0,35

Оптимальной'принимали дозу озона - 5,4 мг/дм3. Следовательно, для1:кондиционирования производственной воды можно использовать следующие процессы: ионообменную корректировку растворимых примесей, удаление взвесей фильтрацией-, устранение привкусов и запахов адсорбцией активированными углями; обеззараживание озонированием и хлорированием,

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приведены результаты исследования ионообменных процессов подготовки воды на экспериментальной установке в заводских условиях.

На экспериментальной установке производительностью I м3/час,

• смонтированной на Мелитопольском пивзаводе были исследованы ионообменные процессы обработки воды: последовательное Н-Са-катиошро-вание, параллельное Н-Са-катионирование, последовательное аниониро-вание - Са-катионирование. Определены соотношения объемов катионита в фильтрах !Н:Са, 1:8), для стабильной работы по методу последовательного Н-Са-катионирования. Усовершенствован процесс регенерации катионитовых фильтров. На подготовленной воде была пронззедена продукция, которая получила высокую дегустационную оценку.

. Также был испытан в заводских условиях: способ последовательного анионирования-Са-катионирования. Использовали аниенкт в С1-форме. При С1-анионированиц происходит удаление карбонатной и гидрокарбонатной щелочности, понижение рН, увеличение еодерэт.н;'я хлоридов. Процесс последовательного атонировашя-Самс.тг.юннроэчк:'!--

позволял получать стабильвде показатели солесодержания вода вслед-ствии независимости этих процессов друг от друга. Однако применение данной схемы ограничено невозможностью использования ее для вод с высоким сслесодержанием.

На Мелитопольском пивзаводе бия отработан режим работы установки по схеме параллельного Н-Оа-катионирования (рис.5). Изменение состава воды при параллельном В-Сй-катионировании показано на рис.6. Полученная на установке вода имеет-стабильные "показатели, процессы Н и Са-катионирования не зависят друг вт -:друга и '-могут быть применены для подработки вод питьевого-качества. Жтпршзвод-ственных условиях проведены опытные варки пива с исшзшзованивм "ввд, подработанных по различным схемам и как контроль-неподготовленная вода с добавлением гипса. Заторы, приготовленные на подготовленной воде, фильтровались быстрее. Конечная степень сбраживания русла опытных варок была выше и выход экстракта больше. На закрытой дегустации пиво опытных варон получило хорошую оценку и дегустатора-, ми единогласно было признано лучшим. Установка и технология подготовки воды методом ионообмена (последовательного Н-Са-катиониро-вания, анионирования-Са-катионирования) были приняты ведомственной комиссией и рекомендованы для применения в отрасли. ПЯТАЯ ГЛАВА посвящена разработке технологических схем и установок подготовки воды.

Для производства безалкогольных напитков была разработана технологическая схема и смонтирована установка подготовки воды на Мытищинском винзаводе. Технологическая схема включает следующие процессы, осветление в песочном фильтре, частичное обессоливание в Н-катионитовом фильтре, Обеззараживание хлорированием в проточном электролизере (или задача товарного Тйпоягорита -натрия)выдержка с хлором в контактной * емкости, удаление'хлора в.фяльтре,''загруженном активированным углем, окончательная очистка -в-керамических оильтрах. Режим работы установки. - периодический, как-и "Технологический процесс приготовления напитков. Работа установки 'предусматривает ¿следующие операции .-"рабочий режим, регенерация загрузки фильтров,'взрыхление и промывка фильтров. В ионообменных фильтрах используется катионит КУ-2-8чс. Концентрация активного хлора¡задается из расчета 8-10 мг/дм3; время контакта с верой - 10-30 мин. Регенерация Н-катйонитового фильтра осуществляется раствордм.^З концентрацией 15-20 г/дм3.$ Раствор серной ?ислоты ;готсвят ¿озируя концентрированную,-серную"кислоту; из сборнику, с поЦощью эжектора

Рис. Принципиальная схема подготовки вода для

пивоварения - параллельное Н-Са-катионирование

1. Механический фильтр

2. Н-кагионитовый Фильтр

3. Са-катйонитовый фильтр

4. Смеситель

рН, г - ье-4-, з - сядочлосп»

в поток исходной воды. Приготовленные напитки на подготовленной воде обладали более гармоничным вкусом и стойкость их превышала контрольные образцы в 2 раза. Предложенная установка по подготовке воды для безалкогольных напитков была принята ведомственной комиссией и рекомендована для использования в отрасли.

По результатам исследования ионообменных процессов, а также экспериментальных проверок-¿различных схем подготовки воды были разработаны типовые исходныегладаые на проектирование установок подготовки воды. Типовые иехддные требования предусматривают комплектацию установок из серийно^выпускаеыого предприятиями оборудования, часто требующего специального антикоррозионного покрытия. Обязанности по комплектации установок возлагались на заказчика. Попытка создания централизованной организации по комплектации установок для предприятий пищевой-промышленности оказалась невозможной. Поэтому предложенные и одобгренные решения не нашли широкого распространения. Вследствие вышеуказанного была разработана универсальная блочная установка подготовки воды для напитков. Работа проводилась совместно с ЦНИИ "Буревестник". В качестве материалов и реагентов использовали:- ионоо.бменные.смолы КУ-2-?6чс, АВ-17-8чс, активированный уголь ЕАУ-А, -озоцс-воадуиную смесь, серную кислоту, гидроокись натрия. Произведен расчет материалов и реагентов в зависимости от солевого соотава обрабатываемой воды с использованием ЭЕМ. Программа расчета написана на языке Тм ъ 6О РаЛсо,С ЭЛ9 ПИРС

Для ввода данных использованы программные средства Ти^Ьо Рго^еЦепаЬ , позволяющие обеспечить удобный пользователю быстры ввод данных. Программа обеспечивает форматированный вывод на экран дисплея выходной информации в виде таблиц.

Представленная на рис.7 принципиальная технологическая схема состоит из следующих блоков: катионирование, анионирование, обеззараживание, удаление привкусов, тонкая фильтрация. Каждый из названных блоков может работать самостоятельно, а также в любых сочетаниях. Также отдельные блоки возможно использовать в качестве предподготовки или доочистки в мембранной технологии подготовки воды. Процесс очистки осуществляется следующим образом: после механического фильтра I вода подаётся для умягчения в водород-катионитовый фильтр 2, затем в анионктовнй фильтр 3 и буферный фильтр 4. Далее вода йбрабатывается в 5логсе обеззараживания, со с-

тоящем из: озонатора 8, контактной колоны 10 и сборника II. Озон оказывает бактерицидное действие при концентрации его в воде-' 5-15 чг/дм3 в зависимости от состава воды. Доза озона в каждом конкретном случае подбирается экспериментально. Из сборника II вода подается в фильтр 12, загруженный активированным углем БАУ. Далее, вода подвергается тонкой механической очистке в керамичес-. ко« фильтре 13. Фильтры с загрузкой периодически подвергаются ре-, генерации и взрыхляющей промывке. Режим регенерации - противоточ-.. ный. Регенерация катионитового фильтра осуществляется раствором Н^О^ концентрацией 15 г/дм3, анионита - раствором гидроокиси натрия с концентрацией - 40 г/дм3. Фильтрущее оборудование отличается друг от друга высотой корпуса, соответственно объемом и маркой фильтрующей загрузки. Площадь фильтрации - 0,785 Фильтры состоят из следующих основных частей: корпуса, основания, крывки, верхнего и нижнего распределительного устройства, распылителя, фильтрущей загрузки. Озонатор состоят из следующих основных частей: двух генераторов озона, двух высоковольтных трансформаторов, осуштеля воздуха, контрольно-измерительных приборов, управляющей и регулирующей аппаратуры, смонтированной на общей раме и закрытых снаружи съемными панелями. Подача сжатого воздуха осуществляется из заводской магистрали. Электрическая схема предусматривает автоматическое управление установкой при достижении технологическими параметрами необходимых значений. Схемой предусмотрена световая и звуковая сигнализация. Источником питания установки является. заводская электрическая сеть 3 У 50 Гц 220/380 В. Контроль. за работой оборудования и режимом водоподгоговки осуществляется с по-мощыэ приборов: манометры типа 0ЕМ1-100-16 и ЭКМ-19-16С-5, рН-метр автоматический типа рН-220-2, анализатор типа АКК-М-01, регулятор сигнализатор уровня типа ЭРСУ-4, счетчик крыльчатки холодной воды ВСКМ-30/50. В систему подготовки воды входят трубопроводы для воды, растворов, реагентов, воздуха и озоно-воздушной смеси, а также арматура, включающая вентили; краны, электромагнитный клапан, счетчик холодной воды, Все трубопроводы и соединительны^ .части к ним изготовлены из нержавеющей стали. Трубы и арматура соединяются между собой посредством фланцевых или резьбовых, соединений.

Установка иодоподготовки была смонтирована в цехэ. безалкогольных напитков на Сормовском заводе виноградных..вин (г.Нижний Новгород). Отработку технологических режимов и эксплуатационные испы-

УаОН

I

ее

1 - механический фильтр

2 - Н-кетионитовый Фильтр

3 - ОН-анионитовый фильтр

4 - буферный фильгр'

5 - сборник для.регенереционных растворов

6 - мерник для Н.,50^

7 - мерник для ¿ЪОК

8 - озонатор

9 - эжекгор

.10 - контактная колойНВ'

11 - сборник накопите л£-

12 - угольный фильтр

13 - керамический фильтр

Рис..7. Принципиально-технологическая схема подготовки водй для производства напитков (универсальная)

тания проводили согласна разработанной инструкции по эксплуатации, , программе и методике испытаний. Качество подго'говле1шой" воды з ■'■'•■ течение всей работы установки соответствовало требованиям технического задания (общая жесткость 0,05-0,3 мг-энв/дм3', рН 4,5-5;5; щелочность 0,05-0,15 мг-экв/дм3). Напитхд, "ЙЫработайные на под— • готовленной воде, по мнению дегустационной; комиссии? 'быйи" хорошего качества. Установка сдана ведомственной )£0чЧиес6:Тй ' рэкомёндов'ана к серийному производству. Серийное производство^ блочных установок осуществляется на одном из предприятий оборонного ^о'мплёкса' ЦНКИ "Буревестник". " :< •

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что соли кесткости (более 0,5 мг-экв/дм3) железа, алюминия, марганца (более 0,1 мг/дм3) способствуют обр'азова-' нию небиологического помутнения напитков в процессе их хранения, на основании чего определены требования к воде ядя производства" безалкогольных напитков. ' ~''' 1

2. Установлено, что в процессе затирания минеральный состав сусла определяется не только солевым составом воды, но и равновесным распределением минерального состава солода между жидкой''а "твёрдой фазами. '

3. Установлено, что хлорированием достаточно полно удаляются соли железа, марганца, алюминия. Определена закономерность выбора'1 дозы хлора для полного удаления вышеперечисленных солей. Для удавления привкуса хлора наилучшей дехлорирующей способностью обладаю* угли БАУ, АГ-5.

4. Показано, что загрязненную органическими веществами воцу, предпочтительнее обрабатывать озоном,7' так как при хлорировании образуется ряд хлорорганических соединений, превышающих уровни

т.

5. На основании производственной проверки различных ионообменных схем подготовки воды для пивоварения рекомендовано два способа водоподготовки по методу В-Са-катионирования.

6. Проведенные исследования ионообменных процессов, обеззараживание хлором, дехлорирования, механической очистки позволили предложить и реализовать схему водоподготовки для безалкогольных напитков среднежестох вод с минерализацией не более 600 мг/дм3.

г; ч. --7-- Основываясь на опыте работы экспериментальных установок предложена универсальная блочная установка пойготобки воды различного солевого состава. Предложенное инженерное решение определяем автономность блоков водоочистки и позволяет .'в зависимости от .состава воды подключать лЪбой набор блоков в различной последователь

HOCTI1. ,

■ --,-.;:>Выполнен койплёкс мероприятий по внедрению универсальной блочной установки на Сормовском винзаводе. Установка садана ведомственной .комиссии рекомендована к серийному производству. Разработан лая и скорр'е5:т1фойаннан цроектно-сметная документация на установку ,водоподг.<5грвки: лёр'ейайа на одно из предприятий оборонного комплекса г.Нижний Новгород Она 'серийного производства.

г - , ^ 'СПИСОК

работ, опубликованных по теме диссертационной работы

1. Беленькая С.Л., Тихомирова Г.II.B&jfeehKq..Л^^.^б^рина к-.А\> %раева Л.К.. К-вопросу под^авдвки .ао^^сс^е^жадей- соли желеэа\ марганца и алюминий в производстве безалкогольных напитков// ЦЮТШПишепром,. БТРС.' - 1977. r,jf -З,-

2. Коваленко ВЛ*., Любав.ина. Е.А. Исследование равновесного распределения солей кальВДя, магния, а также щелочности в системе солод-сусло.: Сборник.:"Пути' совершенствования пиво-безалкогольной и вкнодельческой-продукции" //ВНКИПЕП, Московский филиал ВШИ

; ви-ноделмя и виноградарства "Магйрач" -Москва, 1976

3. -Любавина Е.А., Фертмен-Г Л'.,, Коваленко ВЛ'.., Елисеев М.Н. Распределение кальция в процессе приготовления пивного сусла// Ферментная и спиртовая промышленность. - 1981. )? 2

4. Лвбавина Е.А., Беленькая С.Л., Чернова Л.А. Методика определения фосфора; в питьевой и сточных волях.// Информационный листок. Харьковский ЩИ'. 1982 - ff-, 85-042

5. A.c. 1013460 СССР, ММ< С 12 С 7/02, Способ подготовки воды для производства пива. •

6. Любавина Е.А., Коваленко ВЛ1-, Ромодянов Г.. С. Способ подготовки воды для производства пквя:# Сборник "Пути совершенствования пиво-безалкогольной к винодельческой продукции"// .ЗКТ'ПБП. Московский филиал ВН№ винодолия и виноградярствя "Мягарач"

- Москва, 1983

7. Лкбавина Е.А., Коваленко В.И., Ромсдансв И.С. Cnocoö подготовки воды для производства пива: Сборник "Пути совершенствован.'.,н ливо-безалкоголыюй и винодельческой продукции ]/ ВНИГЛБП, Московский филиал ВЖИ виноделия и виноградарства "Магарач" - Москва, IQ83

8. А.с, 1192348 СССР, ММ/. CI2 С 7/02. Способ подготовки воды для производства пива.

9. Любавина Е А., Коваленко В.М. К вопросу о распределении минеральных компонентов в системе солод-вода при затирании: Сборник "Пути повышения эффективности пиво-безалкогольной, винодельческой и ликеро-водочной промышленности" // Тез.докл.-Москва, 1985

10.Любавина Е.А., Рогов А.П., Сонина С.Д. Установка водоподгстовки для производства напитков // Информационный листок. Харьковский ЦНТИ 1991. - № 050-91

Подписано к печати 22.01.93 г. формат 60x84 1/16, оумага ¡¡ля множительных аппаратов, почать осЪсетная ротапринт .ОПКОУС, зак. 165, тлр! 100 эк 3.^10002 г. ларьков, ул.Маршала Бажанова, № 28.