Обратный осмос

Обратный осмос — это осмос наоборот. Объяс­нить суть осмоса можно с помощью следую-

_______________________________ 495 ©

щего примера: разделим сосуд на две половин­ки стенкой. В нижней части оставим отверстие, которое закроем мембраной. Эта мембрана име­ет настолько мелкие поры, что может пропус­кать только чистую воду. Такие мелкопорис-тыс мембраны, которые пропускают только молекулы определенного размера, называются полупроницаемыми.

Наполним сосуд до половины водой. Вы­сота воды по обе стороны мембраны будет оди­накова (рис. 4.101).

Теперь добавим в левую часть сосуда соль и размешаем ее. Молекулы соли стремятся раствориться в как можно большем количе­стве воды. Так как молекулы соли слишком велики, чтобы проникнуть сквозь мембрану, то чистая вода будет втягиваться через мемб­рану на их сторону так долго, пока концент­рация растворенного вещества не выровня­ется по обе стороны мембраны. Гидростати­ческое давление более высокого столба жидкости, наступающее в состоянии равно­весия, называется осмотическим давлением (то есть давлением равновесия). Осмотиче­ское давление — это давление, необходимое для поддержания равновесия между молеку­лами воды, которые проникают сквозь полу­проницаемую мембрану в солевой раствор, и молекулами воды, которые покидают солевой раствор из-за избыточного гидростатическо­го давления.

Осмос - это известное физическое явле­ние. Все процессы в живой природе, в том чис­ле и в дрожжевых клетках, регулируются ос­мотически.

Рис. 4.101.Осмос/обратный осмос: а — равновесие, b — осмос, с — обратный осмос

Теперь приложим давление к левой сторо­не нашего сосуда, и будем передавливать чис­тую воду сквозь мембрану на правую сторону, против осмотического давления (с). Этот про­цесс называется осмосом наоборот или обрат­ным осмосом.

@ 496____________________________________

Принцип понижения концентрации спирта с помощью обратного осмоса

При удалении спирта с помощью обратного осмоса пиво (рис. 4.102; 1) порциями или не­прерывно прокачивается сквозь разделитель­ный модуль.

Вода и спирт проходят сквозь мембрану, против естественного осмотического давления (2). Напротив, все крупные молекулы — мо­лекулы вкусовых и ароматических веществ — остаются в пиве. Поскольку вода непрерывно уходит, необходимо постоянно добавлять но­вую воду (3), которая должна быть обессолен­ной и деаэрированной. Благодаря добавлению воды содержание спирта неизменно уменьша­ется. Поскольку создание избыточного давле­ния посредством насоса приводит к увеличе­нию температуры жидкости, установка долж­на иметь охлаждение, чтобы температура пива не превысила 15 °С.

В этом способе мембрана расположена тангенциально к направлению потока. Мемб­ранная поверхность постоянно промывается благодаря возникающим касательным усили­ям. Такое фильтрование называется танген­циально-поточным фильтрованием (Cross-Flow-Filtration).

Ушедшая сквозь мембрану водно-спиртовая смесь называется пермеатом (5). Концентрация спирта в ней достигает 1,5-1,8%. Низкое содер­жание спирта не оправдывает его концентри­рование, поэтому пермеат применяют, напри­мер, для выщелачивания пивной дробины.

Установка обратного осмоса

Рис. 4.102. Принцип обратного осмоса: 1 — подача нефильтрата; 2 — мембрана; 3 — подача воды; 4 — безалкогольное пиво; 5 — разбавленный спир- товый раствор

Установка обратного осмоса (рис. 4.103) со­стоит из напорного танка (1), в котором хра­нится подлежащее обработке пиво.

С помощью насоса (2) давление увеличи­вают до 40 бар, а с помощью циркуляционно­го насоса (3) добиваются высокой скорости омывания, что препятствует забиванию мем­бран. Клапан (7) гарантирует постоянное дав­ление.

Модули (4) — это наиболее крупногабарит­ная, самая важная и вместе с тем наиболее до­рогостоящая часть установки. Чаще всего мем­браны изготавливаются из ацетилцеллюлозы. Удельная производительность мембран дости­гает 50-80 л на м² в час, и соответственно это­му мембранная поверхность должна быть дос­таточно большой, что, к сожалению, заметно отражается на увеличении стоимости установ­ки. Агрегат из 18 разделительных модулей мо­жет производить безалкогольного пива около 25 гл в час.

Масса, потерянная с водно-спиртовым ра­створом (пермеат), заменяется на специально подготовленную воду (5), так как иначе в пиве повысилось бы содержание экстрактивных ве­ществ. Циркуляция продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желаемая степень сни­жения содержания спирта.

Специальная подготовка воды включает в себя ее обессоливание и полную деаэрацию на дополнительной установке. Деаэрация необхо­дима, чтобы не привнести в пиво столь неже­лательный кислород. В качестве рабочего газа для заполнения и опорожнения танка хране­ния обессоленной и деаэрированной водой должен применяться только диоксид углеро­да, так как иначе кислород будет диффунди­ровать в воду, а с ней и в пиво.

Рис. 4.103. Установка обратного осмоса (периоди­ческого действия):

1 — танк для исходного пива; 2 — насос высокого давле­ния; 3 — циркуляционный насос; 4 — фильтрующие моду­ли; 5 — добавление специально подготовленной воды; 6 — пермеат; 7 — клапан постоянного давления

Важнейшей операцией для нормального функционирования модуля является чистка мембран. Для сохранения заданной производи­тельности с поверхности мембран должны быть удалены все отложения. Способ мойки и моющие средства зависят от типа мембран. Не­правильная обработка приводит к изменению размера пор и тем самым к разрушению дорого­стоящих мембран.

Проведение процесса обратного осмоса [37]

Пиво прокачивается через систему модулей, которые, как правило, объединены в группы по шесть единиц. На выходе пиво, содержа­ние спирта в котором несколько повысилось, проходит через редуцирующий клапан и воз­вращается в исходный танк. Редуцирующий клапан понижает давление с 40 бар до исход­ного. Вода на этой стадии еще не добавляется. В процессе удаления спирта различают три стадии:

■ стадия концентрирования;

■ стадия диафильтрации;

■ стадия восполнения.

Дата добавления: 2015-07-10