Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ќбратный осмос




ќбратный осмос - это осмос наоборот. ќбъ€снить суть осмоса можно с помощью следующего примера: разделим сосуд на две половинки стенкой. ¬ нижней части оставим отверстие, которое закроем мембраной. Ёта мембрана имеет настолько мелкие поры, что может пропускать только чистую воду. “акие мелкопористые мембраны, которые пропускают только молекулы определенного размера, называютс€ полупроницаемыми.

Ќаполним сосуд до половины водой. ¬ысота воды по обе стороны мембраны будет одинакова (рис. 4.101).

“еперь добавим в левую часть сосуда соль и размешаем ее. ћолекулы соли стрем€тс€ растворитьс€ в как можно большем количестве воды. “ак как молекулы соли слишком велики, чтобы проникнуть сквозь мембрану, то чиста€ вода будет вт€гиватьс€ через мембрану на их сторону так долго, пока концентраци€ растворенного вещества не выровн€етс€ по обе стороны мембраны. √идростатическое давление более высокого столба жидкости, наступающее в состо€нии равновеси€, называетс€ осмотическим давлением (то есть давлением равновеси€). ќсмотическое давление - это давление, необходимое дл€ поддержани€ равновеси€ между молекулами воды, которые проникают сквозь полупроницаемую мембрану в солевой раствор, и молекулами воды, которые покидают солевой раствор из-за избыточного гидростатического давлени€.

ќсмос - это известное физическое €вление. ¬се процессы в живой природе, в том числе и в дрожжевых клетках, регулируютс€ осмотически.

“еперь приложим давление к левой стороне нашего сосуда, и будем передавливать чистую воду сквозь мембрану на правую сторону, против осмотического давлени€ (с). Ётот процесс называетс€ осмосом наоборот или обратным осмосом.

 

ѕринцип понижени€ концентрации спирта с помощью обратного осмоса

ѕри удалении спирта с помощью обратного осмоса пиво (рис. 4.102, 1) порци€ми или непрерывно прокачиваетс€ сквозь разделительный модуль.

¬ода и спирт проход€т сквозь мембрану, против естественного осмотического давлени€ (2). Ќапротив, все крупные молекулы - молекулы вкусовых и ароматических веществ - остаютс€ в пиве. ѕоскольку вода непрерывно уходит, необходимо посто€нно добавл€ть новую воду (3), котора€ должна быть обессоленной и деаэрированной. Ѕлагодар€ добавлению воды содержание спирта неизменно уменьшаетс€. ѕоскольку создание избыточного давлени€ посредством насоса приводит к увеличению температуры жидкости, установка должна иметь охлаждение, чтобы температура пива не превысила 15∞—.

¬ этом способе мембрана расположена тангенциально к направлению потока. ћембранна€ поверхность посто€нно промываетс€ благодар€ возникающим касательным усили€м. “акое фильтрование называетс€ таигенциально-поточным фильтрованием (Cross-Flow-Filtration).

”шедша€ сквозь мембрану водно-спиртова€ смесь называетс€ пермеатом (5).  онцентраци€ спирта в ней достигает 1,5-1,8%. Ќизкое содержание спирта не оправдывает его концентрирование, поэтому пермеат примен€ют, например, дл€ выщелачивани€ пивной дробины.

”становка обратного осмоса

”становка обратного осмоса (рис. 4.103) состоит из напорного танка (1), в котором хранитс€ подлежащее обработке пиво.

— помощью насоса (2) давление увеличивают до 40 бар, а с помощью циркул€ционного насоса (3) добиваютс€ высокой скорости омывани€, что преп€тствует забиванию мембран.  лапан (7) гарантирует посто€нное давление.

ћодули (4) - это наиболее крупногабаритна€, сама€ важна€ и вместе с тем наиболее дорогосто€ща€ часть установки. „аще всего мембраны изготавливаютс€ из ацетилцеллюлозы. ”дельна€ производительность мембран достигает 50-80 л на м2 в час, и соответственно этому мембранна€ поверхность должна быть достаточно большой, что, к сожалению, заметно отражаетс€ на увеличении стоимости установки. јгрегат из 18 разделительных модулей может производить безалкогольного пива около 25 гл в час.

ћасса, потер€нна€ с водно-спиртовым раствором (пермеат), замен€етс€ на специально подготовленную воду (5), так как иначе в пиве повысилось бы содержание экстрактивных веществ. ÷иркул€ци€ продолжаетс€ до тех пор, пока не будет достигнута желаема€ степень снижени€ содержани€ спирта.

—пециальна€ подготовка воды включает в себ€ ее обессоливание и полную деаэрацию на дополнительной установке. ƒеаэраци€ необходима, чтобы не привнести в пиво столь нежелательный кислород. ¬ качестве рабочего газа дл€ заполнени€ и опорожнени€ танка хранени€ обессоленной и деаэрированной водой должен примен€тьс€ только диоксид углерода, так как иначе кислород будет диффундировать в воду, а с ней и в пиво.

¬ажнейшей операцией дл€ нормального функционировани€ модул€ €вл€етс€ чистка мембран. ƒл€ сохранени€ заданной производительности с поверхности мембран должны быть удалены все отложени€. —пособ мойки и моющие средства завис€т от типа мембран. Ќеправильна€ обработка приводит к изменению размера пор и тем самым к разрушению дорогосто€щих мембран.

ѕроведение процесса обратного осмоса

ѕиво прокачиваетс€ через систему модулей, которые, как правило, объединены в группы по шесть единиц. Ќа выходе пиво, содержание спирта в котором несколько повысилось, проходит через редуцирующий клапан и возвращаетс€ в исходный танк. –едуцирующий клапан понижает давление с 40 бар до исходного. ¬ода на этой стадии еще не добавл€етс€. ¬ процессе удалени€ спирта различают три стадии:

Ј стади€ концентрировани€;

Ј стади€ диафильтрации;

Ј стади€ восполнени€.

—тади€ концентрировани€

ѕри прохождении пива через модули образуетс€ около 2,2 л пермеата на гл пива. ѕри этом содержание спирта и экстрактивных веществ возрастает (рис. 4.104).

ѕри содержании в определенной концентрации некоторые экстрактивные вещества пива, прежде всего ß-глюканы, уменьшают проницаемость мембран, что ограничивает производительность установки на стадии концентрировани€ пива.

—тади€ диафильтрации

Ќа данной стадии в концентрированное пиво взамен ушедшего пермеата добавл€етс€ полностью обессоленна€ вода до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое содержание спирта.

—тади€ восполнени€

 онцентрированное пиво разбавл€етс€ водой ƒо первоначального объема, при этом содержание спирта падает ниже 0,5%. ќдновременно пиво насыщают —ќ2, поскольку из-за обратного осмоса и добавлени€ воды в пиве почти не остаетс€ диоксида углерода.

ƒиализ

ѕри диализе используютс€ мембраны в виде полых волокон с очень малой толщиной стенок. ѕолые волокна имеют диаметр, равный дол€м миллиметра (50-200 мкм), и обладают микропорами. ¬ одном модуле расположено много тыс€ч таких св€занных друг с другом в пучок и уплотненных с двух сторон тончайших мембран. ѕиво равномерно продавливаетс€ сквозь них, в то врем€ как диализат (или вода) обтекает полые волокна в обратном направлении. „ерез микропоры мембран происходит массообменн (толщина стенок от 10 до 25 мкм).

ѕринцип диализа

ѕри диализе все растворенные вещества, наход€щиес€ по обе стороны мембраны, пытаютс€ достигнуть равновесного состо€ни€ по отношению друг к другу. Ёто означает, что спирт из пива будет переходить в диализат до тех пор, пока с обеих сторон не будет достигнута одинакова€ концентраци€ спирта. ≈сли этанол из диализата удал€ют, спирт будет диффундировать с одной стороны мембраны на другую до бесконечности, пыта€сь восстановить равновесие. ѕри проведении процесса в противотоке (рис. 4.105) спирт исчезает из пива очень быстро.

–ассмотрим рисунок 4.105. ќбрабатываемое пиво течет справа налево. ¬ этой точке в диализате содержитс€ мало спирта, поэтому спирт перемещаетс€ сквозь мембрану из пива в диализат, чтобы выровн€ть концентрацию. „ем дальше пиво течет Ђналевої, тем меньше в нем остаетс€ спирта, поскольку движущийс€ навстречу диализат содержит еще меньше спирта - при входе Ђслеваї его в нем вообще нет.   концу пути почти все молекулы спирта из пива перейдут в диализат, который в противотоке омывает мембрану.

“еперь пиво почти не содержит спирта, который перешел в диализат и из которого этанол должен удал€тьс€ дл€ дальнейшего использовани€. —пирт выдел€етс€ из диализата путем непрерывной дистилл€ции под вакуумом (вакуумна€ дистилл€ци€ = низкие температуры дистилл€ции).

ѕо сравнению с обратным осмосом данный способ требует значительно больших затрат, однако пиво подвергаетс€ более щад€щей обработке, поскольку удаление спирта происходит при низкой температуре. ѕри диализе пиво нагреваетс€ всего лишь с 1 до 6∞ —. ѕиво подаетс€ в систему под низким избыточным давлением - около 0,5 бар, которого, однако, достаточно, чтобы произошел массообмен.

ѕроведение диализа

Ђ—ердцемї установки дл€ проведени€ диализа (рис 4.106) €вл€ютс€ мембранные модули (12).

ћембранные модули чаще всего представл€ют из себ€ модули в виде полых волокон, сквозь микропористые мембраны которых в противотоке происходит массообмен (диффузи€). ѕиво после выхода из модул€ охлаждаетс€ на пластинчатом теплообменнике (6) до 1∞— и возвращаетс€ в напорный танк.

ƒиализат освобождаетс€ от спирта на ректификационной колонне (3), и через теплообменник (5) с помощью насоса (4) вновь поступает в модуль.

¬ысказывание о том, что сквозь мембраны диффундирует только спирт, конечно, очень условно. ¬ действительности пиво тер€ет при диализе большое количество легколетучих побочных продуктов брожени€ и —ќ2. Ёто св€зано с тем, что при обработке диализата отгон€етс€ спирт, а с ним и значительна€ часть других летучих веществ, в особенности эфиров и высших спиртов. Ёти вещества перемещаютс€ при диализе из пива в диализат и навсегда тер€ютс€ из пива. —нижение содержани€ некоторых эфиров может достигать 65%. — другой стороны, конечно, и из диализата вещества могут переноситс€ в пиво, это относитс€, например, к сол€м воды, которые при ректификации концентрируютс€ в диализате и при диализе обогащают собой пиво (натрий, кальций, нитраты).

¬се это свидетельствует о том, какое большое значение имеет непрерывное регулирование состава диализата и как сложно протекают процессы обмена. » во всех других способах удалени€ спирта никогда не происходит исчезновение одного лишь этанола, поскольку другие летучие вещества могут вести себ€ подобно спирту. Ќесмотр€ на это, диализ остаетс€ сегодн€ наиболее распространенным способом снижени€ содержани€ спирта.

4.8.3.2. “ермические способы удалени€ спирта/ дистилл€ци€

ѕри использовании термических способов спирт удал€етс€ из пива при нагреве. ѕри давлении 1 бар вода имеет температуру кипени€ 100∞—, а спирт - 78,3∞—.  онечно, испарение воды медленно начинаетс€ не при 100∞—, а уже при более низких температурах, но и спирт начинает испар€тьс€ при температурах ниже 78,3∞—, поэтому таким способом можно осуществить разделение воды и этанола. ќднако испарение при атмосферном давлении приводит к ухудшению вкуса пива, поскольку в данном случае температуры все же велики.

»звестно, что температура испарени€ (= температура кипени€) зависит от давлени€ если мы понижаем давление, спирт может испар€тьс€ при значительно более низких температурах. ѕоэтому все термические способы удалени€ спирта осуществл€ютс€ в щад€щем режиме, под вакуумом, в разр€женном пространстве при абсолютном давлении от 0,04 до 0,2 бар, благодар€ чему достигаютс€ температуры испарени€ между 30∞— и 55∞—. —нижение качества пива из-за вли€ни€ температур при этом зависит:

Ј от температуры испарени€;

Ј от времени воздействи€ повышенных температур на пиво.

¬о всех методах термического удалени€ спирта используютс€ вакуумно-перегонные аппараты с различными конструктивными особенност€ми теплопередачи. ƒл€ вакуумной перегонки используютс€:

Ј выпарные аппараты с нисход€щим потоком жидкости (рис. 4.107);

Ј многоступенчатые перегонные колонны (рис. 4.108);

Ј трехступенчатые пластинчатые испарители (рис. 4.109);

Ј центробежные испарители (рис. 4.110).

¬ыпарной аппарат с нисход€щим потоком жидкости (рис. 4.107)

¬ыпарной аппарат с нисход€щим потоком жидкости состоит из колонны (7), высотой

4-5м, с расположенными в ней теплообменными трубами (2), в которых пиво благодар€ вакууму нагреваетс€ не выше 45∞—. ѕо пути вниз спирт испар€етс€ из пива, отдел€етс€ в сепараторе (3), а затем конденсируетс€ в конденсаторе. „астично деалкоголизированное пиво снова подвергаетс€ шад€шей термической нагрузке во втором выпарном аппарате, где концентраци€ этанола падает до 0,03%об.

¬акуумна€ перегонна€ установка (рис. 4.108)

¬ этой установке подлежащее деалкоголизации пиво нагреваетс€ в пластинчатом теплообменнике до 45∞— и направл€етс€ в эпюрационную колонну (3), при входе в которую давление пива падает. ѕри этом из пива испар€ютс€ легколетучие ароматические компоненты, которые позднее вновь добавл€ютс€ к пиву в рекомбинационной емкости (5). ¬ вакуумной спиртовой колонне (4) при 40∞— пиво освобождаетс€ от спирта, который осаждаетс€ в оросительном конденсаторе (6). Ѕезалкогольное пиво охлаждаетс€ сначала до 4-5∞— (2), а затем до 0-1∞—, и поступает в рекомбинационную емкость (5), где вновь смешиваетс€ с легколетучими ароматическими веществами.

“рехступенчата€ вакуум-выпарна€ установка

¬ такой установке (рис 4.109) пиво нагреваетс€ и подвергаетс€ выпариванию в три стадии. ѕреимущества такого способа заключаютс€ в следующем:

Ј разность температур очень незначительна;

Ј пластинчатые испарители обладают очень высокими коэффициентами теплопередачи;

Ј врем€ контакта с поверхностью теплообмена минимально.

 онструкци€ и принцип действи€

“рехступенчата€ установка состоит из трех пластинчатых испарителей с нисход€щим потоком жидкости (2, 5, 6).

¬ пластинчатом теплообменнике (1) подлежащее обработке пиво нагреваетс€ уход€щим деалкоголизированным пивом и гор€чей водой до 30∞—. Ќагретое пиво осторожно подогреваетс€ в первом испарителе (2), выделившиес€ спиртовые пары собираютс€ в ресивере (3), осаждаютс€ охлажденным конденсатом (-1∞—) в оросительном конденсаторе (4) и отвод€тс€.

¬о втором испарителе (5) пиво с еще достаточно вые эким содержанием спирта нагреваетс€ до температуры максимум 38-40∞—. ¬озникающие спиртовые пары поступают в третий испаритель (6) и там конденсируютс€. »спар€ющиес€ при этом спирты используютс€ дл€ нагревани€ пива в первом испарителе (2).

Ѕезалкогольное пиво второй ступени до конца деалкоголизируетс€ (0,3-0,4% спирта) в третьем испарителе и отводитс€ после двухступенчатого охлаждени€ (1).

ѕроизводительность таких широко примен€емых установок может достигать до 200 гл/ час.

¬ысокопроизводительный центробежный испаритель

—ледующа€ интересна€ возможность удалени€ спирта из пива состоит в том, чтобы пропускать пиво через центробежный испаритель, внутренние поверхности тарелок которого нагреваютс€.

ѕод вли€нием центробежных сил пиво тонким слоем протекает между тарелками центробежного сепаратора, и нагреваетс€ насыщенным паром, который подаетс€ в двойную стенку центробежного испарител€ (рис. 4.110). —пирт испар€етс€ и улетучиваетс€, в то врем€ как частично деалкоголизированное пиво выдавливаетс€ наружу и отводитс€ через разделительную шайбу.

¬ данной системе также работают под вакуумом при температуре 30-34∞—, чтобы оказывать на продукт как можно более щад€щее воздействие. ¬есь процесс занимает менее 10 с, но должен быть повторен несколько раз, так как мгновенное снижение содержани€ спирта до уровн€ ниже 0,5% св€зано с определенными техническими проблемами.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-01-29; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1127 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ѕольшинство людей упускают по€вившуюс€ возможность, потому что она бывает одета в комбинезон и с виду напоминает работу © “омас Ёдисон
==> читать все изречени€...

541 - | 423 -


© 2015-2023 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.024 с.