Водоподготовка для производства соков

Получение высококачественных соков из концентратов требует использования воды определенного и стабильного состава.

Содержание солей жесткости, хлоридов, сульфатов, суммарное количество растворенных солей и щелочность воды в первую очередь влияют на качество безалкогольных напитков.

Щелочность воды снижает кислотность напитка, поэтому требуется увеличение количества добавляемой лимонной кислоты. Расход лимонной кислоты также увеличивается при превышении допустимых пределов концентрации солей жесткости, поскольку гидрокарбонаты кальция и магния взаимодействуют с пектиновыми и дубильными веществами соков, образуя комплексные соединения, вызывающие помутнение напитка. Сульфаты и хлориды участвуют в формировании вкуса напитка. Общее количество растворенных солей не только влияет на вкус, но и может обусловливать химическую нестабильность, выпадение осадка, изменение внешнего вида напитка.

Сок, полностью идентичный натуральному, может быт получен только при разбавлении концентрата обессоленной водой. Поскольку ее производство достаточно дорого, допускается применение умягченной воды. Качество такой воды оговорено в ТИ 10-5031536-73-10 «Требования к химическому составу воды в производстве безалкогольных напитков».

Производство соков на ООО «Амтел»

Производство ООО «Амтел Софт Дринкс» изначально ориентировалось на выпуск качественной продукции. Поэтому с самого начала предусматривалось создание установки водоподготовки большой производительности, обеспечивающей производство водой необходимого качества.

Для сокращения производственных площадей и предотвращения возможности промежуточного бактериологического загрязнения воды из схемы исключены промежуточные емкости для ее хранения. Поэтому установка водоподготовки должна иметь высокую пиковую производительность, такую, чтобы иметь возможность за 30–40 минут заполнить рабочие емкости приготовления сока.

На первом этапе в качестве исходной предусматривалось использование воды как из собственной скважины, так и из городского водопровода.

Анализ воды из скважины свидетельствует о превышении концентраций по следующим показателям (табл. 4.2).

По всем другим нормативным документам (СанПиН 2.1.4.10749-01, нормативы ВОЗ для питьевой воды) качество воды из скважины следует признать удовлетворительным. Водопроводная вода г. Королева отличается наличием большого количества взвеси и повышенным содержанием железа в воде.

4.2. Характеристики воды, использовавшейся на для приготовления соков

Показатель	Ед. изм.	Значение
		вода из скважины «Амтел»	вода из скважины «Мултон»
				требования ТИ
Жесткость общая	мг-экв/л	5,6–7,8	7,6–8,1	0,7
Щелочность	мг-экв/л	4,8–3,1	1,8–3,1	<1,0
Водородный показатель	pH	7,3	7,7	3–6
Железо общее	мг/л	0,5–0,8	0,8–3,1	0,2
Марганец	мг/л	0,2–0,3	0,32–0,76	<0,1
Сухой остаток	мг/л	300–450	300–400	<500

Была поставлена задача по определению состава оборудования и минимизации стоимости установки водоподготовки производительностью
160 м³/сутки при пиковой производительности 30 м³/ч для приготовления соков.

Очистку воды указанного выше состава для обеспечения заданного качества необходимо производить последовательно методами обезжелезивания, фильтрации и умягчения (натрий-катионирования). При использовании водопроводной воды требуется ее дехлорирование. Для минимизации количества, размеров и стоимости оборудования водоподготовки разработана аппаратурно-технологическая схема установки, в которой ряд операций совмещен в одном корпусе фильтра. Извлечение механических загрязнений, взвеси окислов железа и дехлорирование воды осуществляется на смешанной загрузке со специально подобранным гранулометрическим составом из активированного угля АГ-3, сульфоугля и каталитического материала типа Birm .

Умягчение воды производится на сильнокислотном катионите Purolite C -100Е.

По требованию заказчиков в установках применялись блоки управления с выводом на регенерацию по времени.

Площадь, занимаемая установкой водоподготовки – 2,5 x 5,0 м².

а

б

Рис. 4.4. Установка водоподготовки ООО «Амтел Софт Дринк»: схема ( а ), внешний вид ( б)

Работа установки водоподготовки

Вода из скважины насосом поступает в деаэрационную колонну ( D 1), где из нее выделяется растворенный воздух, который собирается в ее верхней части и выводится через автоматический воздухоотделитель. Из колонны вода через коллектор и краны поступает в блок управления фильтрами А1, А2, А3 и АВ1, АВ2.

При работе фильтра на очистке, вода фильтруется сверху вниз через слой активированного угля, антрацита и Birm , очищается при этом от активного хлора, железа и взвешенных частиц. Затем вода поступает в блоки управления фильтров В1, В2, В3 установки умягчения.

После фильтров установлены пробоотборники для отбора проб воды.

Очищенная вода из фильтров В1–В3 и АВ1, АВ2 через запорные шаровые краны поступает в коллектор и, пройдя через кран и счетчик, подается в цеховые сборники воды.

Приготовление насыщенного раствора соли производится автоматически в солерастворителях.

Установка водоподготовки была разработана, смонтирована и запущена в эксплуатацию в 1997 г . Работа была выполнена менее чем за месяц. С тех пор она, работая в автоматическом режиме, обеспечивает высокое и стабильное качество очищенной воды при минимальном обслуживании.

Модернизация системы водоподготовки

По мере развития производства росло потребление воды и потребовалась модернизация установки водоочистки. Отсутствие свободных площадей потребовало нетривиального подхода к созданию новой схемы водоподготовки. Поскольку в то время было принято решение о работе установки водоподготовки только на воде из скважины, потребность в дехлорировании воды отпала. Было решено совместить обезжелезивание и умягчение воды (натрий- катиони­рование) в одном аппарате. Обезжелезивание, совмещенное с умягчением воды, может осуществляться на специальном синтетическом цеолите типа c rystal - r ight 100 производства США. Однако по некоторым параметрам качество очистки воды на нем не полностью удовлетворяло производство. Поэтому при реконструкции установки водоподготовки для увеличения ее производительности были установлены два дополнительных фильтра (АВ1 и АВ2), позволяющие проводить обезжелезивание и умягчение воды в одном корпусе на послойно загруженных сильнокислотном катионите Purolite C -100Е и синтетическом цеолите типа c rystal - r ight . Размеры, производительность и работа этих фильтров полностью идентичны фильтрам умягчения воды.

Модернизация проведена в 1999 г . Установка водоподготовки обеспечивает пиковую производительность 50 м³/ч, высокое и стабильное качество очищенной воды, как по содержанию лимитированных компонентов, так и по микробиологическим показателям.

Производство соков на ООО «Мултон»

ООО «Мултон» является одним из крупнейших производителей соков и имеет фирменную марку «Добрый сок». Естественно, потребность в воде у этого производства большая. Было выполнено три этапа развития системы водоподготовки . Первоначально было необходимо создать установку водоподготовки производительностью 45–50 м³/ч при суточной про изводительности 500 м³. Так же, как в «Амтеле», для сокращения производственных площадей и предотвращения возможности промежуточного бактериологического загрязнения воды из схемы исключены буферные емкости для ее хранения. Поэтому установка водоподготовки и должна иметь столь высокую пиковую производительность, чтобы иметь возможность за 30–40 минут заполнить рабочие емкости приготовления сока.

Анализ воды из скважины свидетельствует о существенном превышении концентраций по содержанию железа, марганца и жесткости.

В связи с присутствием в воде железа и марганца в высоких концентраци ях, режим работы фильтров обезжелезивания должен полностью соответствовать расчетным нормам. Поэтому применены крупногабаритные стальные оцинкованные корпуса с выносными блоками управления типа Fl е ck 3150. Для умягчения воды использована батарея из стандартных фильтров SF -75Т, аналогичных описанным выше.

Площадь, занимаемая установкой, – 6,0 x 6,5 м².

Рис. 4.5. Установка водоподготовки ООО «Мултон»

С 1999 г . установка водоподготовки обеспечивала все потребности завода в высококачественной воде. В 2000 г . потребовалось увеличить ее производительность при наличии минимальных рабочих площадей. Был добавлен 1 дополнительный фильтр BF -125Т и 3 умягчителя SF -75, включенных по схеме «триплекс» с одним общим счетчиком и блоком управления типа НВР-001. Данный блок управления обеспечивает последовательную регенерацию фильтров так, чтобы в работе всегда находилось не менее 2 фильтров.

Дальнейший рост производства завода потребовал дополнительного расширения водоподготовки.

Была создана установка водоподготовки по схеме (рис. 4.6), близкой к предыдущей, но с применением корпусов большего размера, как для обезжелезивания, так и для умягчения воды, выносных гидроуправляемых клапанов большого сечения типа Siata , электронно-гидравлических блоков управления типа Siata , предварительных механических фильтров типа ФС-600, а также, впервые в России, системы автоматического приготовления солевого раствора из пищевой соли. Все это резко упростило обслуживание установки и сократило занимаемую площадь.

а

б

Рис. 4.6. Установка водоподготовки ООО «Мултон»: схема ( а ), внешний вид ( б )

Модернизация существующего оборудования водоподготовки

На многих производствах существуют установки водоподготовки, основанные на традиционных фильтрах отечественного производства с ручным управлением. Механическая фильтрация и частичное обезжелезивание воды в них осуществляется на песке, а для умягчения воды в них часто применяется сульфоуголь. Иногда при работе на водопроводной воде для упрощения установок водоподготовки все эти операции совмещают с умягчением воды. Обычно такие установки с трудом обеспечивают необходимое качество воды, потребляют большое количество соли на регенерацию, требуют больших затрат ручного труда.

Наш опыт показал возможность использования узлов такого оборудования для создания высокоэффективных автоматизированных установок с минимальными затратами.

На водочном производстве ООО «Раунд-М» в г. Железнодорожный Московской области используется вода из городского водопровода низкого качества. Водоподготовка ранее осуществлялась путем умягчения воды на сульфоугле в фильтре диаметром 1000, высотой 2450 мм и объемом загрузки сульфоугля 1,2 м³. Солерастворитель имел размеры 700 x 2500 x 1500 мм. Управление производилось вручную путем переключения вентилей. Растворение соли велось с применением ручного перемешивания. Качество воды было нестабильным и не соответствовало заданному ТИ 10-04-03-09-88 по лимитирующим компонентам (жесткость, железо). Это было связано с неверным выбором производительности насосов и режима регенерации сульфоугля.

Для обеспечения производства водой высокого качества была разработана установка, снабженная узлами обезжелезивания и умягчения с высокоэффективными современными загрузками и автоматической регенерацией. Низкое качество питательной воды и нестабильность давления на входе в установку потребовало тщательного расчета ее узлов и использования стабилизатора давления.

При выборе оптимального варианта реконструкции по стоимости и эффективности было принято решение об использовании существующего фильтра в качестве корпуса для узла обезжелезивания воды при соответствующей его переобвязке и установке блока автоматического управления регенерацией. Часть старого сульфоугля также применялась в качестве фильтрующей загрузки. Узлы ионообменного умягчения и корректировки щелочности монтировались заново.

Схема установки водоподготовки (рис. 4.7) включила в себя:

• узел обезжелезивания воды 1,2;
• узел умягчения воды 3 – 5 ;
• расходную емкость с кислотой 7 ;
• дозирующий насос 6 ;
• компрессор 10 с ресивером и с системой автоматики;
• реле протока 8 ;
• блок управления насосом, компрессором и подачей воздуха в трубопровод исходной воды 9 ;
• стабилизатор давления воды в водопроводе 11 ;
• контрольные манометры 12 ;
• шаровые краны для отключения отдельных аппаратов;
• пробоотборники 13.

а

б	Рис. 4.7. Схема установки водоподготовки ООО «Раунд-М» ( а ) и модернизированный стандартный фильтр ( б )

От существовавшей схемы водоподготовки использовался только корпус фильтра диаметром 1000 мм . Все старые стальные трубопроводы были демонтированы. Рядом с фильтром смонтирован блок управления типа Fleck -3150, соединенный стальными нержавеющими и пластиковыми трубами Ду = 50 с корпусом фильтра и остальными узлами установки (рис. 4.7). Для улучшения очистки воды от железа часть сульфоугля была заменена на каталитический материал Birm и введена предварительная аэрация исходной воды в потоке.

Работа установки водоподготовки

Вода из водопровода через стабилизатор давления 11 поступает в блок управления 2 . В трубопровод от компрессора 10 под давлением вводится сжатый воздух. При реакции содержащегося в воздухе кислорода с находящимся в воде двухвалентным железом оно окисляется до нерастворимого трехвалентного состояния. Ввод воздуха от компрессора производится через электромагнитный клапан, который управляется от реле протока 8 в тот момент, когда начинается разбор воды из установки.

Не растворившийся в воде воздух собирается в верхней части фильтра и удаляется из него через автоматический воздухоотделитель.

Из блока управления 2 вода через запорные краны подается в блок управления 4 фильтра умягчения 3 .

Для корректировки щелочности очищенной воды используется подача соляной кислоты насосом-дозатором 6 , который также включается от реле протока. Расход кислоты устанавливается при наладке.

Компрессор 10 снабжен ресивером и автоматикой поддержания давления воздуха на уровне 4–6 атм.

Длительная эксплуатация установки водоподготовки показала ее высокую надежность и правильность принятых технических решений. Качество воды всегда полностью удовлетворяло требованиям ТИ. Жесткость воды не превышала 0,1 мг-экв/л, содержание железа 0,1 мг/л. Высокая надежность работы установки водоподготовки и запас по производительности позволил установить после нее установку обратного осмоса, которая позволила снизить солесодержание воды, скорректировать щелочность и тем самым обеспечить выпуск высококачественной продукции.

Данный опыт модернизации водоподготовки показал возможность использования корпусов устаревшего технологического оборудования для создания высокоэффективных автоматизированных установок, обеспечивающих высокое качество технологической воды. Монтаж и запуск установки водоподготовки был проведен без остановки действующего производства.