Способи водопідготовки для виробництва алкогольних та безалкогольних напоїв

КУРСОВА РОБОТА 

Способи водопідготовки для виробництва алкогольних  та безалкогольних напоїв 
 
 
 
 

Виконала: 

студент технологічного факультету 

V курсу групи Б 

Гордієнко О. Н. 

Науковий керівник  

доцент кафедри  Варейко М. В. 
 
 
 
 

Київ – 2004 

Вступ 
 

Традиційно на підприємствах лікеро-горілчаної та безалкогольної промисловості України використовують пом¢якшену водопровідну чи артезіанську воду, вміст домішок у якій не завжди відповідає необхідним вимогам. Необхідно відмітити, що вода, яку використовують підприємства, дуже різноманітна за складом, який залежить від географічного розташування заводу, геологічного складу ґрунтів, забрудненості стічними водами, а також способів водоочистки, які функціонують на заводі.  
 

1. Природна вода  та її домішки 

Джерела промислового водокористування розділяють на води підземних родовищ та відкритих водойм. До перших відносяться артезіанські та ґрунтові води, до других – води річок, озер та штучних водоймищ. 

Артезіанські води в надрах землі знаходяться на значній глибині. Як правило, такі води не зазнають безпосередньої дії зовнішнього середовища, атмосферних опадів і різних промислових стоків. Тому вони мають більш стабільний склад солей і газів, та майже не містять органічних речовин. Такі води збагачені мінеральними солями головним чином за рахунок вилужування з порід: вапняків, доломітів, гіпсу, кам¢яної солі і т.д. Ці води майже завжди безбарвні, прозорі, мають приємний стійкий смак та не мають запаху. Загальна мінералізація артезіанських вод, тобто вміст в них мінеральних солей, достатньо значна, у середньому вона коливається від 50 до 1500 мг/дм3 і більше; вміст органічних домішок в артезіанських водах не перевищує 4 мг О2/дм3. 

Ґрунтові води залягають  неглибоко, над першим від поверхні землі водонепроникним шаром  землі. Вони утворюються головним чином від інфільтраційних вод: атмосферних осадів, паводкових вод і вод відкритих водойм. Сольовий і газовий склад таких вод у порівнянні з артезіанськими водами менш постійний та стійкий. Мінералізація ґрунтових вод коливається в межах 100 - 200 мг/дм3, а вміст органічних домішок досягає 8 мг О2/дм3. 

Води відкритих  водойм – найбільш поширені джерела  промислового водопостачання. Сольовий склад цих вод і характер домішок, як правило, не постійний і протягом року змінюється в залежності від атмосферних осадів, паводкових води і змішування їх з поверхневими стоками. Ці води менш мінералізовані, ніж підземні. Вміст солей в більшості річкових вод коливається в межах 40 – 500 мг/дм3. Окремі річки та озера характеризуються високою мінералізацією води. 

Вміст органічних домішок  у водах відкритих водойм значний  і коливається в межах 2-100 мг/дм3. Близько промислових центрів  і в паводкові періоди року вміст органічних речовин в річкових водах значно збільшується. 
 

1.1 Характеристика  органолептичних показників якості води 

Якість води при  використанні її на приготування напоїв визначається органолептичними показниками, хімічним складом та ступенем бактеріальної  чистоти. 

1.1.1 Забарвленість  води 

Чиста вода, яку взято  в малому об¢ємі, безбарвна. В товстому шарі вона має блакисно-зелений відтінок. Інші відтінки свідчать про наявність в ній різних розчинних та зважених домішок.  

Зміну забарвлення  води в основному обумовлюють  органічні сполуки. Які в природних  водах дуже різноманітні. Деякі з них входять в склад мікроорганізмів, або є продуктами їх життєдіяльності або розкладу. В природній воді встановлена присутність гумусових та дубильних речовин, білково- та вуглеводоподібних сполук, жирів, органічних кислот. Іноді джерелом забарвлених органічних сполук в водоймах слугують промислові та побутові стічні води. Колоїдні залізисті сполуки надають воді відтінки від жовтуватих до зелених. 

При цвітінні водойм в залежності від виду мікроорганізмів  вода набуває світло-зеленого, зеленувато-бурого забарвлення. Забарвленість природних вод відкритих водойм обумовлений гумусовими речовинами, які забарвлюють воду в різні відтінки жовтого та бурого забарвлення. Гумусові речовини утворюються в результаті розкладу нестійких органічних речовин до більш простих хімічних сполук та наступного синтезу нових, стійких сполук. В природних водах гумусові сполуки представлені фульво- та гуміновими кислотами, а також їх солями.  

Присутність органічних речовин в воді обумовлює не тільки прозорість, але впливає на її прозорість, запах и смак, показник заломлення світла, поверхневий натяг, біохімічну потребу в кисні та його розчинність. Іноді домішки, які знаходяться у воді і складені з органічних і неорганічних речовин. Хімічно або адсорбційно пов¢язані між собою. Так, відомі стійкі сполуки гумусу з глиною, комплексні органо-мінеральні сполуки з алюмінієм, фосфором, кремнієм, залізом и т.д. 

Стійкість гумусових  речовин до дії окислювачів та адсорбентів зростає в ряду: гумінові кислоти - колоїдно-розчинні фульвокислоти - істинно розчинні фульвокислоти. Тому при очистці води поряд з забарвленістю обов¢язково повинен бути врахований фракційний склад, обумовлюючих її гумусових речовин. Забарвленість води виражається в градусах та визначається фотометрично - шляхом порівняння проб досліджуваної рідини з розчинами, які імітують забарвленість природної води. 
 

1.1.2 Смак та запах  води 

Присмаки та запахи, характерні для води природних джерел, з¢являються внаслідок природного або зовнішнього забруднення. Розрізняють  чотири види смаку природної води: солоний, гіркий, солодкий та кислий. Найбільш розповсюджений солоний смак води, який обумовлений розчиненим хлоридом натрію, гіркий – сульфатом магнію, кислий смак мають води, що містять надлишкову кількість розчиненої вуглекислоти.  

Всі інші види смакових відчуттів називають присмаками. Так, солі заліза (ІІ) та марганцю надають  воді чорнильного або залізистого  присмаку, лужний присмак – сода, поташ і луги; сульфат кальцію - в¢яжучий. Інтенсивність смаку  та присмаку визначається органолептично за температури 20оС і оцінюється за п¢яти бальною шкалою.  

Запахи води бувають  натурального або штучного походження. Причиною виникнення запахів натурального походження може бути хімічний склад  води, специфічні сполуки, що виділяються  мікроорганізмами, рослинними залишками. До цих запахів відносять: ароматичний, гнильний, деревний, землистий, запах плісняви, рибний, трав¢яний, невизначений, а також запах сірководню, часто обумовлений присутністю останнього у воді.  

Сполуки, які обумовлюють  запахи натурального походження, є складними сумішами ароматичних вуглеводнів та кисневмісних сполук (спирти, альдегіди, кетони, складні ефіри). Вони леткі, руйнуються сильними окислювачами та добре поглинаються активованим вугіллям. Запахи штучного походження, викликаються домішками промислових стічних вод називають по відповідним речовинам: фенольний, хлорфенольний, нафтовий і т.д. 

Характер та інтенсивність  запаху води визначають органолептично при температурі 20 та 60 оС (при дегустації холодної та підігрітої води запах підсилюється) та оцінюється за п¢ятибальною системою. 
 

1.2 Характеристика  хімічних показників якості води 
 

Хімічний аналіз природної води має велике значення в практиці водопідготовки. На основі порівняння результатів аналізу  природної води з вимогами, які пред¢являються споживачем, можна судити про те, яким процесам очистки необхідно піддати цю воду для покращення тих або інших показників її якості. 

Активна реакція  води - ступінь її кислотності або  лужності. Визначається концентрацією  водневих іонів, їх активністю. Визначення величини рН в практиці водопідготовки дозволяє встановити форму присутності солей вугільної та кремнієвої кислот. А також сполук сірководню, слугує для контролю деяких аналітичних визначень, відіграє велику роль при проведенні ряду процесів обробки води, наприклад при реагентному пом¢якшенні, знезалізненні, видаленні марганцю і т.д. Для більшості природних вод величина рН коливається в межах 6,5 - 8,5. Ця реакція більш або менш постійна завдяки впливу буферних сумішей; вона найбільш сприятлива для хімічних та біохімічних процесів виробництва напоїв. Відхилення значення рН від цих меж свідчить про збільшення у воді різних домішок, крім того на значення рН води впливає підвищена концентрація гумусових кислот та забруднення стічними водами. 

Окислюваність води і органічні речовини 

Наявність в природних  водах органічних (у вигляді гумінових  речовин, продуктів розкладу білків) і деяких легкоокислюючих неорганічних домішок (сірководню, сульфідів, нітратів, заліза (ІІ) та інш.) обумовлює окислюваність води. Ступінь окислюваності визначається кількістю кисню в міліграмах, що витрачається на окиснення органічних домішок в 1 дм3 води. 

Азотовмісні речовини.Сполуки  азоту в природних водах представлені крім аміаку, присутнього у вигляді іону NH4+, нітритами і нітратами, які є продуктами його окислення під впливом фізико-хімічних і біохімічних факторів. Азотовмісні речовини (іони NH4+, NO2-, NO3-) утворюються у воді головним чином в результаті розкладу сечовини та білків, які в воду попадають з стічними водами. Білкові речовини під дією мікроорганізмів зазнають розпаду, кінцевий продукт якого - аміак. Наявність останнього свідчить про забруднення води стічними водами 

Сухий залишок Про  кількість солей, які містяться  у воді, судять по величині сухого залишку і втраті маси при прожарюванні. Сухий залишок, який утворюється при випарюванні означеного об¢єму води, попередньо профільтрованої крізь паперовий фільтр, складається з мінеральних солей і нелетких сполук. Органічна частина сухого залишку води визначається втратою його при прожарюванні. 

Визначення втрати при прожарюванні використовується для контролю вмісту органічних сполук, хоча достовірні результати отримують  для води з малим вмістом солей. Для вод з підвищеною кількістю  солей отримані дані звичайно перевищують істинний вміст органічних речовин в наслідок часткового розкладу та звітрювання при прожарюванні мінеральних солей деяких азотовмісних сполук, карбонатів, а також кристалізаційної води. 

Хлориди і сульфати володіють високою розчинністю і присутні у водах більшості джерел водопостачання. Розчинність у воді хлориду натрію складає 360 г/дм3, хлориду магнію - 545 г/дм3. Значна кількість хлоридів може попадати в воду в наслідок вимивання хлористих сполук з ґрунту, а також при попаданні в воду промислових та побутових стічних вод 

Крім хлорид-іонів  СІ- в природних водах часто  зустрічаються іони SO42-. Звичайно в  мало- та помірномінералізованих водах  сульфатні іони домінують над  хлорид-іонами. У морській воді та воді солоних озер концентрація хлорид-іонів значно вище концентрації сульфат-іонів. У воді річок та прісних озер вміст сульфат-іонів, як правило не перевищує 100 мг/дм3; в підземних водах концентрації може бути дещо вище, але на великій глибині із-за протікання там відновлювальних процесів вони часто зовсім відсутні. В місцях, де породи збагачені гіпсами, вміст сульфатних іонів в поверхневих і підземних водах може досягати(і іноді і перевищувати) 1000 мг/дм3. Сульфат-іони попадають в воду в основному при розчиненні осадових порід, в склад яких входить гіпс. Іноді іони SO42- утворюються у воді в результаті окислення сульфідів та самородної сірки, а також внаслідок забруднення води промисловими та побутовими стічними водами. При відсутності кисню іони SO42- під дією сульфатредукуючих бактерій відновлюються до Н2S. 

Наявність у воді сульфатів кальцію та магнію підвищують некарбонатну твердість води. 

Сульфати та хлориди  в певних концентраціях є причиною корозійної активності води. Сульфатна  корозійна активність виникає при  наявності у воді іонів сульфату в кількості більше 300 мг/дм3. 

Лужність води.Під  загальною лужністю води розуміють  суму гідроксильних іонів (ОН-) та аніонів  слабких кислот, наприклад вугільної (іонів НСО3-, СО32-), які містяться  у воді. Так як у більшості природних  вод переважають вуглекислі сполуки, розрізняють гідрокарбонатну та карбонатну лужність. При деяких прийомах обробки води та при рН її вище 8,5 виникає гідратна лужність. 

Лужні метали.З іонів  лужних металів в природних, особливо у морських, водах розповсюджені такі метали як натрій Na+ та калій К+. За розповсюдженістю в природних водах натрій займає перше місце, складаючи більш половини усіх катіонів, які містяться в ній. Кількість калію звичайно складає 4-10% числа присутніх у воді іонів натрію (в маломінералізованих водах – більший процент). В прісних водах концентрація натрію і калію звичайно не перевищує декількох міліграмів на літр; зі збільшенням мінералізації вміст натрію різко збільшується.