Принцип диализа

При диализе все растворенные вещества, находящиеся по обе стороны мембраны, пытаются достигнуть равновесного состо­яния по отношению друг к другу. Это озна­чает, что спирт из пива будет переходить в диализат до тех пор, пока с обеих сторон не будет достигнута одинаковая концентра­ция спирта [133]. Если этанол из диализа­та удаляют, спирт будет диффундировать с одной стороны мембраны на другую до бесконечности, пытаясь восстановить рав­новесие. При проведении процесса в про­тивотоке (рис. 4.105) спирт исчезает из пива очень быстро.

Рис. 4.104. Стадии удаления спирта в методе обратного осмоса

Рассмотрим рисунок 4.105. Обрабатывае­мое пиво течет справа налево. В этой точке в диализате содержится мало спирта, поэтому спирт перемещается сквозь мембрану из пива в диализат, чтобы выровнять концентрацию. Чем дальше пиво течет «налево», тем меньше в нем остается спирта, поскольку движущий­ся навстречу диализат содержит еще меньше спирта — при входе «слева» его в нем вообще нет. К концу пути почти все молекулы спирта из пива перейдут в диализат, который в про­тивотоке омывает мембрану.

498

Рис. 4.105. Принцип диализа:

1 — направление потока обрабатываемого пива в полом волокне; 2 — направление потока диализата на внеш­ней стороне

Теперь пиво почти не содержит спирта, который перешел в диализат и из которого эта­нол должен удаляться для дальнейшего ис­пользования. Спирт выделяется из диализа­та путем непрерывной дистилляции под ва­куумом (вакуумная дистилляция = низкие температуры дистилляции).

По сравнению с обратным осмосом дан­ный способ требует значительно больших зат­рат, однако пиво подвергается более щадящей обработке, поскольку удаление спирта проис­ходит при низкой температуре. При диализе пиво нагревается всего лишь с 1 до 6 °С. Пиво подается в систему под низким избыточным давлением — около 0,5 бар, которого, однако, достаточно, чтобы произошел массообмен.

Проведение диализа

«Сердцем» установки для проведения диали­за (рис 4.106) являются мембранные модули (1,2).

Мембранные модули чаще всего представ­ляют из себя модули в виде полых волокон,

сквозь микропористые мембраны которых в противотоке происходит массообмен (диффу­зия). Пиво после выхода из модуля охлажда­ется на пластинчатом теплообменнике (6) до 1 °С и возвращается в напорный танк.

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

Высказывание о том, что сквозь мембра­ны диффундирует только спирт, конечно, очень условно. В действительности пиво те­ряет при диализе большое количество легко­летучих побочных продуктов брожения и СО₂. Это связано с тем, что при обработке диали­зата отгоняется спирт, а с ним и значитель­ная часть других летучих веществ, в особен­ности эфиров и высших спиртов. Эти веще­ства перемещаются при диализе из пива в диализат и навсегда теряются из пива. Сни­жение содержания некоторых эфиров может достигать 65%. С другой стороны, конечно, и из диализата вещества могут переносится в пиво; это относится, например, к солям воды, которые при ректификации концентрируются в диализате и при диализе обогащают собой пиво (натрий, кальций, нитраты).

Все это свидетельствует о том, какое боль­шое значение имеет непрерывное регулирова­ние состава диализата и как сложно протека­ют процессы обмена. И во всех других спосо­бах удаления спирта никогда не происходит исчезновение одного лишь этанола, посколь­ку другие летучие вещества могут вести себя подобно спирту. Несмотря на это, диализ ос­тается сегодня наиболее распространенным способом снижения содержания спирта.

Рис. 4.106. Проведение диализа:

1, 2 — мембранные модули для диализа; 3 — ректифика­ционная колонна; 4 — насос; 5 — регулирование темпера­туры; 6 — пластинчатый теп­лообменник

499 ©

4.8.3.2. Термические способы удаления спирта/ дистилляция

При использовании термических способов спирт удаляется из пива при нагреве. При дав­лении 1 бар вода имеет температуру кипения 100 °С, а спирт — 78,3 °С. Конечно, испарение воды медленно начинается не при 100 °С, а уже при более низких температурах, но и спирт начинает испаряться при температурах ниже 78,3 °С, поэтому таким способом мож­но осуществить разделение воды и этанола. Однако испарение при атмосферном дав­лении приводит к ухудшению вкуса пива, по­скольку в данном случае температуры все же велики.

Известно, что температура испарения (= температура кипения) зависит от дав­ления: если мы понижаем давление, спирт может испаряться при значительно более низких температурах. Поэтому все терми­ческие способы удаления спирта осуще­ствляются в щадящем режиме, под вакуу­мом, в разряженном пространстве при аб­солютном давлении от 0,04 до 0,2 бар, благодаря чему достигаются температуры испарения между 30 °С и 55 °С. Снижение качества пива из-за влияния температур при этом зависит:

■ от температуры испарения;

■ от времени воздействия повышенных
температур на пиво.

Во всех методах термического удаления спирта используются вакуумно-перегонные аппараты с различными конструктивными особенностями теплопередачи. Для вакуумной перегонки используются:

■ выпарные аппараты с нисходящим пото­
ком жидкости (рис. 4.107);

■ многоступенчатые перегонные колонны
(рис. 4.108);

■ трехступенчатые пластинчатые испарите­
ли (рис. 4.109);

■ центробежные испарители (рис. 4.110).

Выпарной аппарат с нисходящим потоком жидкости (рис. 4.107)

Выпарной аппарат с нисходящим потоком жидкости состоит из колонны (1), высотой

Рис. 4.107. Выпарной аппарат с нисходящим потоком жидкости:

1 — испарительная колонна; 2 — обогревающие трубки; 3 — сепаратор; 4 — подача пара; 5 — выход конденсата; 6 — подача пива; 7 — конденсация частично деалкоголизиро-ванного пива; 8 — соединительная труба; 9 — отвод спир­тосодержащих паров; 10 — выход безалкогольного пива

4-5м, с расположенными в ней теплообмен-ными трубами (2), в которых пиво благодаря вакууму нагревается не выше 45 °С. По пути вниз спирт испаряется из пива, отделяется в сепараторе (3), а затем конденсируется в кон-

© 500____________________________________

денсаторе. Частично деалкоголизированное пиво снова подвергается щадящей термичес­кой нагрузке во втором выпарном аппарате, где концентрация этанола падает до 0,03%об.

Вакуумная перегонная установка (рис. 4.108)

В этой установке подлежащее деалкоголиза­ции пиво нагревается в пластинчатом тепло­обменнике до 45 ˚С и направляется в эпюра-ционную колонну (3), при входе в которую давление пива падает. При этом из пива ис­паряются легколетучие ароматические компо­ненты, которые позднее вновь добавляются к пиву в рекомбинационной емкости (5). В ва­куумной спиртовой колонне (4) при 40 °С пиво освобождается от спирта, который осаж­дается в оросительном конденсаторе (6). Бе­залкогольное пиво охлаждается сначала до 4-5 °С (2), а затем до 0-1 °С, и поступает в ре-комбинациоиную емкость (5), где вновь смешивается с легколетучими ароматически­ми веществами.

Дата добавления: 2015-07-10