Расчет и проектирование фильтр-пресса для тонкой очистки воды (стр. 3 из 8)
Из общего количества потребной воды та часть ее, которая используется в производстве и для питания паровых котлов подвергается очистке. Для очистки воды, используемой для производственных и энергетических нужд желательно применять одинаковые методы, чтобы иметь для этой цели одну общую водоподготовительную установку. В ряде случаев, однако, не исключена возможность и целесообразность применения двухфазной очистки воды. При этом первой фазе обработки, т.е. коагуляции, известкованию и фильтрованию, подвергается вся обрабатываемая вода, а второй фазе - более глубокому умягчению - подвергается лишь питательная вода паровых котлов. Например, применяют катионитовое доумягчение воды после известкования и фильтрования. Глубокоумягченная этим методом вода непригодна для технологии пивоварения. Поэтому на тех установках где всю воду подвергают катионированию, для варки сусла используют смесь умягченной воды с сырой в такой пропорции, чтобы получить конечную жесткость воды около 2 ммоль/дм3.
Бикарбонатную щелочность нейтрализуют также кислотами. Однако органами Санитарного надзора запрещено использование для этих целей минеральных кислот; допускается нейтрализация только молочной кислотой. Воду, содержащую соду, можно "исправлять" также хлористым кальцием:
Na2CO3+CaCl2=CaCO3+2NaCl.
Образующаяся при этом поваренная соль не создает осложнений.
Кондиции на воду, применяемую для пивоварения в США практически те же, что на воду, используемую предприятиях СССР и Чехословакии; при подготовке воды на некоторых установках США применяют электролитическое получение коагулятора. Известкованную воду пропускают, как обычно, через песчаные фильтры. Перед поступлением воды на эти фильтры к ней добавляют гидроокись алюминия, получаемую путем электролиза в специальной батарее. После обработки известью вода разделяется на два потока: основной поток поступает на песчаный фильтр, а часть направляется в батарею, где через воду пропускается электрический ток. При этом алюминиевый анод батареи образует тонкую суспензию гидроокиси алюминия, которая рециркулирует через батарею, поддерживаясь во взвешенном состоянии, для этого имеется специальный насос. На катоде батареи выделяется водород. Из рециркуляционной линии батареи особым насосом суспензия подается в основной поток воды, поступающей на фильтры, При этом на поверхности песка образуется пленка с высокой абсорбирующей способностью. Через определенные периоды работы фильтр промывается обычным способом обратным током воды.
Применение электролитического коагулятора обеспечивает (по литературным данным) высокую степень осветления воды; при испытаниях таких установок было достигнуто удаление из воды до 93% взвешенных веществ. Расход электроэнергии - около 0,005 кВт-ч на 1 т воды; расход алюминия - около 1,1 г/т. Высказываются предположения, что при увеличении количества коагулятора можно достигнуть 100%-ного удаления из воды взвесей. Описанный метод предполагается использовать для осветления пивного сусла и сброженного пива.
На пивоваренных предприятиях Канады для удаления из воды бактерий и органических веществ применяют хлорирование. Для освобождения воды от неприятного запаха, вкуса цвета ее фильтруют через активированный уголь. Железо и марганец удаляют аэрацией с последующим фильтрованием волы. Если в исходной воде мала концентрация сульфата кальция, то его вводят до содержания 4-5 ммоль/дм3. Щелочность воды не должна превышать, по нормам канадских пивоваров, 0,5 ммоль/дм3. Для снижения щелочности применяют известкование. В некоторых случаях признано экономически целесообразным полностью удалять из воды все соли, т.е. деионизировать ее, а затем добавлять в необходимом количестве требуемые вещества. Воду для мытья бутылок и бочек умягчают, так как жесткая вода оставляет на стенках сосудов во время их сушки и пастеризации белую пленку углекислого кальция.
Основным сырьем для приготовления пива является ячменный солод (ячмень, проросший, а затем высушенный в специально создаваемых и регулируемых условиях).
Содержание минеральных веществ в ячмене колеблется в пределах 2,4-3,3% и зависит от ряда факторов, среди которых особенно важное значение имеют химический состав почвы, ее кислотность и влажность.
Главная часть золы состоит из калия, фосфатов и кремневой кислоты, остальные элементы находятся в значительно меньших количествах.
По литературным данным, зола ячменя имеет следующий состав (в %):
Таблица № 2
| Соединение | Содержание в золе ячменя (в %) |
 | 35,10 |
 | 1,80 |
 | 25,91 |
 | 1,02 |
 | 20,92 |
 | 2,89 |
 | 2,64 |
 | 8,83 |
 | 1,19 |
1.1 Химический состав золы ячменя
Отдельные ионы (70-90%) находятся в связанном состоянии с органическими соединениями.
Фосфорная кислота входит в состав фитина, фосфатидов, нуклеиновых кислот и др.
Дезоксирибонуклеотид
Аммониевые фосфатиды представляют собой смесь аммониевых солей различных фосфатидных кислот, являющихся продуктами взаимодействия ортофосфорной кислоты с одним, двумя или тремя остатками ацетилглицеринов. Общая формула аммониевых фосфатидов представлена ниже.
Из органических соединений освобождение фосфорной кислоты происходит путем ферментативного гидролиза. Соединения фосфорной кислоты имеют большое значение в создании буферности сусла и пива, причем в зоне рН 7,07-5,67 действуют буферные системы, образованные неорганическими фосфатами, а в зоне рН 5,67-4,27-фосфорные соединения, входящие в состав фитина.
Кремневая кислота находится главным образом в оболочке ячменя в связанном состоянии с крахмалом (амилозой).
Кремниевая кислота построена из тетраэдрических структурных звеньев (в каждом таком звене атом кремния находится в центре тетраэдра, а по вершинам расположены атомы кислорода).
Структурные звенья, объединяясь в цепи, образуют более устойчивые поликремниевые кислоты:
Состав такого соединения можно выразить формулой (H2SiO3) n Однако обычно кремниевую кислоту изображают формулой H2SiO3. H2SiO3-кислота очень слабая, в воде мало растворима.
При нагревании легко распадается аналогично угольной кислоте:
H2SiO3-метакремниевая кислота; H4SiO4-ортокремниевая кислота; H2Si2O5-двуметакремниевая кислота.
А.В. Андрющенко установила, что из микроэлементов в ячмене в значительном количестве (более 11 мг в 100 г) содержатся Fe, Zn, Сг, Са, Mn, Sn, Pb, Ni, Li, А1, Ag, Со, которые, несомненно, имеют большое значение в технологии пивоварения.
Фосфаты являются не только основными составляющими минеральных веществ и их соединений; их присутствие в ячменном зерне играет существенную роль в образовании важнейших органических соединений (например, фитина, нуклеиновых кислот, ко-энзимов, белковых веществ и т.д.). Из этих соединений фосфаты высвобождаются при солодоращении и пивоварении.
Фосфат
2-Дезоксирибозо-5-дифосфат
Присутствие фосфатов играет большую роль во многих технологических процессах. Так, без фосфатов не может проходить спиртовое брожение, поскольку протекающие при этом процессы химически "завязаны" на фосфорную кислоту. Особо много силикатов находится в оболочке ячменного зерна, а также в крахмале. Они коллоидно-растворимы и обнаруживаются в каждом помутнении пива. Для приготовления пива имеют значения соли в качестве микроэлементов, например, соли цинка для брожения. Большинство солей попадает в пиво из ячменя. Среднее пиво (12% -ное) содержит около 1600 мг минеральных веществ и их окислов на литр. Из них около 400 мг поступает из воды, а около 1200 мг - из солода (причем все карбонаты поступают в пиво из воды).
2. Технологическая сущность фильтрования воды [3]
При движении воды через сетки, ткани, пористые материалы достигается извлечение из нее взвешенных веществ. Процесс осуществляется либо на поверхности, либо в глубине фильтрующего материала. Поверхностное фильтрование происходит при движении воды через объемные элементы из пористых материалов значительной толщины (патронные фильтры и фильтры из пористой керамики); сетчатые или тканевые перегородки (фильтрование под давлением или под вакуумом, микрофильтрование); жесткие проницаемые каркасы с предварительно нанесенным фильтрующим слоем (намывные фильтры трубчатой, рамной или барабанной конструкции).