ДЕАЭРАЦИЯ ВОДЫ В ИНДУСТРИИ НАПИТКОВ
Автор: Павел Гюнтер, инженер проекта GEA Diessel GmbH в Хильдесхайм
Перевод: Демьяненко Е.В.
Источник:
Материалы
фирмы GEA
Diessel
GmbH
Все
напитки чутко реагируют на присутствие кислорода в продукте.
Кислород имеет долгосрочное воздействие на
вкус, цвет и срок годности. Кроме того, кислород, растворенный в
продукте оказывает отрицательное воздействие на процесс разлива и
упаковки, так как напиток имеет тенденцию пениться. Деаэрация
(в данном случае удаление растворенного кислорода), в сочетании с
большим акцентом на стабильность вкуса и нежелание добавить
антиоксиданты (аскорбиновую кислоту или диоксид серы) все более
становится актуальной.
Ранее, достаточными показателями
деаэрации являлось значение прибл. 0,1 мг/л , в настоящее время
требуется остаточное содержание кислорода 0,0,2 мг/л и выше.
Теоретической основой для деаэрации воды является закон
Дальтона, который гласит, что общее давление газовой смеси равно
сумме парциальных давлений составляющих газов (р = рА + рB
+ pC).
Это
означает, что кислород может растворяться в воде только до точки, в
которой существует баланс между общим давлением и парциальными
давлениями. Для деаэрации воды, отношение парциальных давлений должно
быть смещено таким образом, что парциальное давление кислорода должно
быть как можно меньше. Это может быть достигнуто путем снижения
общего давления, повышения давления пара воды или увеличения
парциального давления другого компонента.
Деаэрация
процессов
По сути, процесс деаэрации можно разделить на
следующие категории:
Вакуумная деаэрация
В процессе
вакуумной деаэрации, вода попадает в сосуд через мелкие сопла. Это
тонкое распределение увеличивает площадь вода / газ передачи
поверхности. Вакуум выпускает кислород, и затем система экстрагирует
из системы отсоса. Этот эффект оказывает помощь полосе газа. При
этом, однако, размер передающей поверхности и времени контакта
ограничены конструкцией оборудования. Как правило, содержание
остаточного кислорода будут достигнуты прибл. От 0,07 до 0,1 мг/л.
Использование насоса гидравлического затвора, которые создает вакуум,
делает деаэрационную установку дорогостоящей.
Термическая
деаэрация
В этом процессе, воду, которая должно быть
деаэрированной, нагревают до температуры чуть ниже температуры
кипения. Так как эта процедура в основном используется для удаления
воздуха котловой воды, упоминается здесь только ради полноты, и не
будет рассматриваться дальше.
Деаэрация в колонке
Деаэрация
достигается за счет большой поверхности передачи и длительном времени
контакта. Полосу газа вводят против потока воды, тем самым, повышают
выделение кислорода и удаление его из колонки. Колонка заполнена
насадкой, которая увеличивает поверхность контакта. Очень хорошее
остаточное содержание кислорода ок. 0,01 мг / л может быть достигнуто
с этим процессом. Колонка систем деаэрации просты по конструкции и,
следовательно, в значительной степени не требуют сложного
технического обслуживания. Их недостатком является их большая высота,
до 8 м и более.
Мембранные деаэрации
Мембранная
деаэрация использует физический эффект полупроницаемой мембраны,
которые проницаемы только для определенных веществ. Используемые
мембраны состоят из полых волокон, которые обеспечивают очень большую
поверхность переноса. Дополнительный вакуум на стороне газа создает
большую разность парциальных давлений. Использование нескольких
мембран последовательно позволяет достичь хорошую производительность
деаэрации с остаточным содержанием кислорода прибл. 0,02 мг/л. Тем не
менее, сами мембраны являются относительно дорогими . Кроме того,
ввиду их структуры с множеством отверстий, мембраны кажутся
гигиенически сомнительными, и их пригодность для CIP ограничено.
Всем
этим процессам способствует подача газа. Подача газ имеет задачи
сдвига соотношения парциальных давлений и удаления кислорода из
системы. Используются такие газы как азот и диоксид углерода. На
практике, обычно используется диоксид углерода.
Системы
деаэрации воды
Системы GEA Diessel были разработаны специально
для требований пивоваренной промышленности и производства напитков.
Они полностью CIP-совместимы и просты в эксплуатации и при их
использовании достигается малое содержание кислорода 0,01 мг /
л.
DIOX-2
На первом этапе, вакуумную деаэрацию
используют, чтобы удалить большую часть кислорода. Затем, частично
деаэрированная вода передается на вторую стадию, когда она
обогащается диоксидом углерода. Двуокись углерода приводит к
выделению дополнительного кислорода. Диоксид углерод / кислород смесь
всасывается из сосуда с помощью вакуумного насоса в направлении,
противоположном направлению струи распыления, повышая тем самым
эффект деаэрации на первом этапе. Деаэрированная вода
транспортируется к месту потребления с помощью насоса.
Использование
гидрозатвора сводится к минимуму благодаря интегрированным контролем
температуры. Оборудование управляется и контролируется с помощью
датчиков давления, уровня, и, если требуется
кислородомеров.
Производственная линия также используется
устройства для очистки оборудования деаэрации
воды.
Особенности:
Остаточное
содержание кислорода 0,1 (0,07) мг О2 / л
Низкие
эксплуатационные расходы
Низкий расход
CO2
Компактный дизайн
На
заводе-изготовителе блока
Может
поставляться для скоростей потока от 5000 до 65000 л / ч
Опция:
вакуумный насос без уплотнения воды
Опция:
мониторинг измерения O2
VARIDOX-C
Эта система
деаэрации воды работает по принципу капельной деаэрации. Деаэрируемую
воды подают в верхнюю часть колонки деаэратора. Полосы газа, низкой
реактивности (углекислый газ, азот) вводят у подножия колонны. Вода
стекает в направлении, противоположном направлению потока газа
полосы, на упаковке колонны, который имеет большую площадь
поверхности для того, чтобы произвести ускорение переноса веществ.
Колонка состоит из структурированной высокопроизводительной
нержавеющей стальной упаковки, которая полностью CIP-совместима.
Подача газа приводит к снижению парциального давления кислорода,
растворенного в воде, так что кислород будет выведен. Подача газ
также имеет другую задачу - продувки кислорода из системы.
Воды
обогащенны диоксидом углерода или азота, когда они выходят из
системы. Это легко и недорого повысить степень карбонизации воды на
выходе из оборудования для конкретного заданного значения. Для
правильного функционирования система контролируется датчиками
расхода, уровня и кислородомерами. Производственная линия
используется также для очистки системы.
Этот процесс позволяет
достичь остаточного содержания кислорода прибл. 0,03 мг О2
/л.
Особенности:
Остаточное содержание
кислорода. 0,03 мг О2 / л
Низкие
эксплуатационные расходы
Низкий
износ
Простота в эксплуатации
На
заводе-изготовителе блока
Может
поставляться для скоростей потока от 5000 до 80000 л / ч
Может
быть установлена версия Twin-колонки, если недостаточно высоты в
месте установки
Опция: предварительно
карбонизации
Опция: мониторинг Измерения
O2
VARIDOX-H
Эта система деаэрации воды работает по
тому же принципу, что и VARIDOX-C, за исключением того, что в этом
случае вода нагревается в теплообменнике до прибл. 72 ° С перед
подачей в деаэрационную колонку.
Повышенная температура резко
снижает растворимость кислорода в воде. Таким образом, достигается
повышенная производительность деаэрационной колонки, в то время
подача газа не требуется. Другое преимущество состоит в одновременной
пастеризации воды. На стадии регенерации в теплообменнике, около 90
процентов энергии восстановили при охлаждении. В дополнительном
этапе, вода охлаждается до нужной температуры. Холодильный контур
снабжен защитой от замерзания. Для правильного функционирования,
система контролируется датчиками расхода, уровня и кислородомерами.
Производственная линия используется также для очистки системы.
Этот
процесс позволяет остаточное содержание кислорода прибл. 0,01 мг О2 /
л должны быть достигнуты.
Особенности:
Остаточная
содержанием кислорода. 0,01 мг О2 / л
Низкие
эксплуатационные расходы
Низкий
износ
Простота в эксплуатации
На
заводе-изготовителе блока
Может
поставляться для скоростей потока от 5000 до 80000 л / ч
Может
быть установлена версия Twin-колонки, если недостаточно высоты в
месте установки
Опция: предварительно
карбонизации
Опция: мониторинг измерения
O2.
Устройство колонки
Наиболее важным компонентом
системы деаэрации – колонны, является упаковка внутри колонны.
Упаковка используемых GEA Diessel имеет очень высокую удельную
площадь поверхности, которая непосредственно влияет на
производительность деаэрации. Структурное проектирование приводит к
оптимальной модели потока.
Прогноз
На
сегодняшнее время, существуют технологии, которые позволяют достичь
малого остаточного содержания кислорода и которые являются полностью
удовлетворяющими требованиям пищевой промышленности. В некоторых
случаях, значения достигают, настолько низких показателей, что
технология анализа показывает только пределы показаний, 0,001 мг/л. С
этой точки зрения, вряд ли имеет смысл для дальнейшей оптимизации
оборудования в отношении остаточного содержания кислорода. Было бы
более полезно дальнейшее совершенствование оборудования в области его
эксплуатационных расходов.