ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7602| Title: | Дослідження впливу якості води на технологічні процеси у виробництві етилового спирту з крохмалевмісної сировини |
| Authors: | Осипенкова, Ірина Іванівна Маслош, Михайло Іванович |
| Keywords: | ОЦУКРЮВАННЯ;ЕТИЛОВИЙ СПИРТ;БРОДІННЯ;РЕКТИФІКАЦІЯ |
| Issue Date: | 30-Dec-2021 |
| Abstract: | Кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю 181– Харчові технології, освітньої програми «Технології продуктів бродіння і виноробства»– Черкаський державний технологічниї університет, Черкаси 2021р. Магістерська робота присвячена питанню дослідженню впливу якості води на технологічні процеси у виробництві етилового спирту з крохмалевмісної сировини. За останні роки виробництво ректифікованого спирту в Україні характеризується значним підвищенням вимог до його фізико-хімічних та органолептичних показників. Запроваджено державний стандарт України ДСТУ 4221:2002 з більш жорсткими вимогами до якості спирту. Якість товарного спирту в значній мірі залежить від виду та якості сировини, технологічної води і формується на всіх стадіях технологічного процесу [31]. Вода, що використовується для технологічних цілей, входить до складу напівпродуктів спиртового виробництва, і хімічний склад її має суттєвий вплив на протікання технологічних процесів та якість продукції. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7602 |
| Appears in Collections: | 181 Харчові технології (Харчові технології) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| КРМ Маслош.pdf Restricted Access | Кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю 181– Харчові технології, освітньої програми «Технології продуктів бродіння і виноробства»– Черкаський державний технологічниї університет, Черкаси 2021р. Магістерська робота присвячена питанню дослідженню впливу якості води на технологічні процеси у виробництві етилового спирту з крохмалевмісної сировини. За останні роки виробництво ректифікованого спирту в Україні характеризується значним підвищенням вимог до його фізико-хімічних та органолептичних показників. Запроваджено державний стандарт України ДСТУ 4221:2002 з більш жорсткими вимогами до якості спирту. Якість товарного спирту в значній мірі залежить від виду та якості сировини, технологічної води і формується на всіх стадіях технологічного процесу [31]. Вода, що використовується для технологічних цілей, входить до складу напівпродуктів спиртового виробництва, і хімічний склад її має суттєвий вплив на протікання технологічних процесів та якість продукції. | 2.49 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
АНОТАЦІЯ Маслош М.І. Дослідження впливу якості води на технологічні процеси у виробництві етилового спирту з крохмалевмісної сировини Кваліфікаційна робота магістра за спеціальністю 181 – Харчові технології, освітньої програми «Технології продуктів бродіння і виноробства» – Черкаський державний технологічниї університет, Черкаси – 2021р. Магістерська робота присвячена питанню дослідженню впливу якості води на технологічні процеси у виробництві етилового спирту з крохмалевмісної сировини. За останні роки виробництво ректифікованого спирту в Україні характеризується значним підвищенням вимог до його фізико-хімічних та органолептичних показників. Запроваджено державний стандарт України ДСТУ 4221:2002 з більш жорсткими вимогами до якості спирту. Якість товарного спирту в значній мірі залежить від виду та якості сировини, технологічної води і формується на всіх стадіях технологічного процесу [31]. Вода, що використовується для технологічних цілей, входить до складу напівпродуктів спиртового виробництва, і хімічний склад її має суттєвий вплив на протікання технологічних процесів та якість продукції. Ключові слова: ОЦУКРЮВАННЯ, ЕТИЛОВИЙ СПИРТ, БРОДІННЯ, РЕКТИФІКАЦІЯ, АКТИВОВАНЕ ВУГІЛЛЯ, ПІДГОТОВКА ВОДИ 2 SUMMARY Maslosh M.I. Influence of water quality on technological processes while producing ethyl alcohol from starch-containing raw products. Qualification work of the master on a specialty 181 - Food technologies, the educational program "Technologies of products of fermentation and winemaking" - Cherkasy state technological university, Cherkasy - 2021. The master's thesis is devoted to the study of the impact of water quality on technological processes in the production of ethyl alcohol from starchy raw materials. In recent years, the production of rectified alcohol in Ukraine is characterized by a significant increase in requirements for its physico-chemical and organoleptic characteristics. The state standard of Ukraine DSTU 4221: 2002 with stricter requirements to alcohol quality is introduced. The quality of commercial alcohol largely depends on the type and quality of raw materials, process water and is formed at all stages of the technological process. Water used for technological purposes is part of the intermediate products of alcohol production, and its chemical composition has a significant impact on the course of technological processes and product quality. Key words: SUGARIZATION, ETHYL ALCOHOL, FERMENTATION, RECTIFICATION, ACTIVATED COAL, WATER TREATMENT 3 ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 8 1.1 Вимоги до якості води у виробництві етилового 8 1.2.Особливості використання концентрованих ферментних препаратів 13 у залежності від технологічної схеми водно-теплової обробки сировини 1.3. Біохімія бродіння і дихання 23 РОЗДІЛ 2. ОБ΄ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ 26 2.1. Об΄єкти дослідження 26 2.2.Методи дослідження 35 РОЗДІЛ 3. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 49 3.1 Математико-статистична обробка результатів досліджень 59 РОЗДІЛ 4. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 66 4.1 Принципова технологічна схема 66 4.2 Опис апаратурно-технологічної схеми 67 РОЗДІЛ 5. ОХОРОНА ПРАЦІ 75 5.1. Загальні вимоги з охорони праці в приміщеннях спиртзаводу 77 5.2. Охорона праці при прийманні, збереженні і підготовці сировини до 78 переробки 5.3. Основні вимоги техніки безпеки при водно-тепловій обробці 98 сировини 5.4. Типова інструкція для апаратника процесу бродіння 81 5.5. Охорона праці для оператора вирощування чистої культури 82 дріжджів РОЗДІЛ 6. ЦИВІЛЬНА ОБОРОНА 84 6.1.Оцінка інженерного захисту виробничого персоналу об'єкту харчової промисловості 84 6.2. Алгоритм оцінки захисних споруд за місткістю 85 6.3. Алгоритм оцінки системи постачання повітря у захисні споруди 86 6.4. Оцінка санітарно-технічної системи сховища (санітарних вузлів і каналізації) 87 ВИСНОВКИ 89 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 91 4 ВСТУП Актуальність теми. Програмою розвитку спиртової галузі України передбачено науково-технічне оновлення виробництва, впровадження інноваційних ресурсо- і енергозберігаючих, екологічно безпечних технологій, зниження собівартості і підвищення якості кінцевого продукту, освоєння нових конкурентоспроможних видів продукції. На виконання поставлених завдань без залучення бюджетного фінансування було розроблено інноваційні енергозаощаджуючі технології, які передбачають заміну солоду на концентровані термостабільні ферментні препарати селективної дії; низькотемпературну водно-теплову обробку зернової сировини; рекуперацію вторинної теплоти за схемами «заміс — сусло» та «барда — заміс»; використання високоефективних спіральних теплообмінників, пластинчастих та повітряних дефлегматорів; підвищення концентрації сухих речовин зернового сусла до 26...29% та концентрації спирту в бражці до 13... 15% об.; повернення частини фільтрату барди на приготування замісу; застосування нових селекціонованих термотолерантних та осмофільних рас спиртових дріжджів; оцукрення вуглеводів сусла в бродильному апараті; безперервне бродіння зернового сусла, рекуперативне використання вторинних теплових потоків у брагоректифікапійних установках із ступеневим перепадом тиску в колонах та вакуумних брагоректифікаційних установках (БРУ). Досліджено вплив складу технологічної води на якість етилового спирту. Отримала широке впровадження технологія утилізації спиртовмісних відходів ректифікації та максимальне вилучення з них етилового спирту, впроваджено комплексне перероблення сировини з виробництвом додаткової товарної продукції. Мета і завдання дослідження. Метою роботи було дослідження впливу якості води на технологічні процеси у виробництві етилового спирту з крохмалевмісної сировини. 5 Для реалізації поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання: - обґрунтувати вибір активованого вугілля для підготовки технологічної води; - дослідити вплив якості води на зброджування сула із крохмалевмісної сировини; - проаналізувати вплив якості води на фізико-хімічний склад бражного дистиляту; - розробити математичну модель. Об'єкт дослідження: технологія підготовки води з використанням нетрадиційних сорбентів для виробництва етилового спирту. Методи дослідження: органолептичні, фізико-хімічні та біохімічні методи визначення якості вихідної сировини, напівпродуктів і готової продукції; методи планування експерименту і математичної обробки експериментальних результатів. Наукова новизна Наукова новизна отриманих результатів полягає в розробці технології підготовки води для виробництва етилового спирту. Ознаками наукової новизни відповідають наступні результати магістерської роботи: • Обґрунтовано доцільність підготовки води для виробництва етилового спирту. Теоретична і практична значущість. Теоретична значимість роботи полягає в обґрунтуванні застосування активованого вугілля для підготовки води. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментальних та аналітичних робіт в лабораторних умовах, обробці та узагальненні результатів, їх теоретичному обґрунтуванні, підготовці результатів до публікації. Публікації. . За матеріалами магістерської роботи опубліковано 1 тезу, 6 у збірнику V Міжнародної науково-практичної конференції «Інтеграційні та інноваційні напрями розвитку харчової індустрії» 2021 року, м. Черкаси. Структура та обсяг роботи. Робота складається зі вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел. Робота викладена на 94 сторінках машинописного тексту, містить 17 таблиць, 17 рисунків. Список використаних джерел літератури складається з 42 робіт. 7 РОЗДІЛ 1. ЛІТЕРАТУРНИЙ ОГЛЯД 1.1. Вимоги до якості води у виробництві етилового Воду, яку використовують при виробництві продуктів бродіння, за призначенням поділяють на технологічну і технічну. До води технологічного призначення відноситься вода, котра є незамінною сировиною і входить до складу багатьох харчових продуктів і напоїв, а також вода, яка безпосередньо контактує з харчовою сировиною і напівпродуктами в технологічному процесі. До води технічного призначення відноситься вода, що використовується для забезпечення технологічного процесу на всіх стадіях виробництва харчових продуктів і функціонування підприємства в цілому. Така вода не має безпосереднього контакту з сировиною, напівпродуктами і готовою продукцією, а використовується головним чином для охолоджування напівфабрикатів та продуктів, миття виробничих й інших приміщень тощо [16]. Для технологічних потреб використовують артезіанську воду, для технічних цілей - воду з відкритих джерел водопостачання (річок, ставків). Вода для технологічних цілей повинна відповідати таким самим вимогам, що і до питної води. Із солей у воді містяться бікарбонати і сульфати кальцію і магнію, що надають воді жорсткості, яка не повинна перевищувати 7 мг-екв/л, бути прозорою, без кольору і неприємних запахів. Не допускається присутність важких металів - ртуті, барію та ін. Окислюваність не повина перевищувати 2 мл 0,01 н розчину перманганату калію. Густий осад не повинен бути більше 1000 мг/л. Природну воду, яка не відповідає цим вимогам, піддають виправленню: фільтруванню крізь кварцевий пісок, інколи з коагуляцією колоїдних домішок, обеззараженню хлором, а при необхідності і пом’якшенню содово-вапняним або іонітним способом. Дуже небажана для виробництва вода з великою жорсткістю. Для 8 проведення усіх технологічних процесів потрібна слабокисла реакція середовища (pH 4,5... 5,5). Так, крохмалевмісна сировина розварюється тим швидше і повніше, чим нижче pH. При pH 4,5... 5,5 крохмаль швидше оцукрюється, pH 5...5,5 найбільш сприятливе для спиртового бродіння. Нейтральна та слаболужна реакція сприяють розвитку кислотоутворюючих бактерій. У лужному середовищі при бродінні утворюється більше гліцерину. Надлишок гідрокарбонатів кальцію та магнію шкідливий, бо зміщує pH розвареної маси в бік підвищення, аж до нейтральної реакції. Окрім того, гідрокарбонат кальцію, вступаючи у реакцію обмінного розкладу з фосфатами сировини, перетворює їх у нерозчинні сполуки, які не можуть засвоюватися дріжджами[16] . У воді з кальцієвими і магнієвими солями сірчаної, соляної, азотної кислот підвищується кислотнісь розвареної маси, і з цієї точки зору такі солі корисні. Вони сприяють також стабілізації амілази у процесі оцукрювання . У зв’язку з цим при розварюванні зернового замісу дуже жорстку воду підкислюють сірчаною кислотою або фільтратом барди, а воду, яка йде на замочування зерна і приготування солодового молока, підкислюють сірчаною кислотою вже при жорсткості 8 мг-екв/л. Показниками бактеріальної чистоти води є колі-титр і колі-індекс . Колі-титр дорівнює найменшій кількості води в мл, у якій виявляється одна шлункова паличка, а колі-індекс - кількість шлункових паличок, які виявляються у 1 л води. Колі-титр повинен бути не меншим 300, а колі- індекс не більшим 3. Загальна кількість мікроорганізмів у 1 мл води не повинна перевищувати 70, а під час повені – 100 [16]. Води відкритих водоймищ (річок і ставків) містять відносно невелику кількість солей - 40..500 мг/л. Концентрація органічних домішок становить від 2 до 100 мг/л. У артезіанській воді більше мінеральних солей - 500...3000 мг/л, вміст органічних речовин не перевищує 4 мг/л, бездоганна з точки зору бактеріальної чистоти. [27] Вода є не тільки основною складовою частиною цільового 9 продукту виробництва, але і середовищем, де відбуваються надзвичайно різноманітні хімічні реакції, які зумовлюють потрібний перебіг технологічних процесів[16] . Таблиця 1.1 – Основні вимоги до якості води технологічного призначення Сухий зали Ступінь Загальна окислен Виробни- жорсткість, шок, ня, мг цтво ммоль/дм3, рН мг/ 3 Особливі вимоги 3 не більше дм , О2/ дм , не бі не біль льше ше Етиловий Вміст гіпсу не більше 0,5 спирт 7,8 5,5- 600- 800 1,0-2 ,0 г/дм3. 7,0 Не допускається вміст сірководню, аміаку і фенолу Водопідготовка. Підготовка води полягає у зміні її фізикохімічних властивостей залежно від призначення та вимог, що висуваються до якості води, що використовується для технологічних цілей та господарсько-питних потреб [18,30]. На спиртових заводах вода витрачається на технологічні та виробничі цілі, а також для живлення парових котлів [30]. У технологічних процесах вода споживається під час приготування замісів, розварювання сировини, приготування водних розчинів для рідких поживних середовищ. Крім того, вода використовується як холодоагент, теплоносій, для миття апаратури та інших виробничих цілей. Вода, що використовується в технологічних процесах, не повинна містити шкідливих речовини, що погіршують якість готової продукції, у ній не допускається наявність стороннього смаку та запаху. Жорсткість є одним з найбільш важливих показників якості води, що характеризує її застосування[30]. Якість води визначається вмістом у ній органічних та неорганічних речовин, і навіть мікроорганізмів. За даними Н.М. Абрамова присутність азотовмісних сполук: нітратів (NO3-), нітритів (NO2-) та амонійних солей 10 (NH4+) у воді поверхневих джерел або у підземних водах може свідчити про забруднення цих вод стічними водами. Наявність амонійних сполук вказує на свіже забруднення, присутність нітритів - на недавнє забруднення, а вміст нітратів вказує на давнє, вже ліквідоване забруднення [18,30]. Відомо, що у природній воді присутні переважно наступні іони: H+ , Na+ , K+ , NH4 + , Ca2+ , Mg2+ , Mn2+, Fe2_ , Fe3+ , Al3+ , OH- , Cl- , HCO3 - , NO3 - , SO4 2- , NO2 - , SiO3 2-, HPO4 2- [18,30]. Слід зазначити, що наведені дані про іонний склад води були отримано понад двадцять років тому, можливо, із застосуванням методів «мокрої хімії», які передбачають визначення індивідуальних компонентів. Ці методи тривалі, багатостадійні, трудомісткі, що ускладнює їх використання як рутинних аналізів на підприємствах галузі. Крім того, в природній воді можуть бути присутні аніони та катіони органічних речовин, які потрапляють до неї під час розкладання рослин (аніони органічних кислот, аміни), однак, вони не наведені в цьому переліку. Підземні води зазвичай досить прозорі та безбарвні, тому що не містять завислих речовин. Артезіанські води захищені від надходження проникають із поверхні землі забруднених стоків водонепроникними породами, тому мають високі санітарні якості, подібні якостями мають і джерельні води [18,21,30]. Відомо, що хімічний склад води істотно впливає на хід усіх технологічних процесів, так як мінеральні речовини, що містяться у виробничій воді, вступаючи у хімічну взаємодію з фосфатами, органічними солями напівпродуктів спиртового виробництва (сусло, бражка), можуть призвести до зміни рН середовища від оптимальних значень. Це може спричинити зниження активності ферментів, зміна проникності цитоплазматичної мембрани дріжджових клітин для окремих іонів та порушення обмінних процесів, і як наслідок, впливати на вихід та якість готового продукту [15,30]. 11 Важливо наголосити, що недостатня розробленість сучасних методів визначення хімічного складу багатокомпонентних сумішей значно ускладнює проведення наукових досліджень. Питання впливу якості води, що використовується у спиртовому виробництві на технологічні процеси виробництва етилового спирту, приділено велике увагу на роботах учених [15,17,19,23,25,30]. Враховуючи, що вода безпосередньо бере участь у технологічних та біохімічних процесів виробництва спирту, що входить до складу напівпродуктів та готової продукції, до неї, залежно від технологічного процесу, пред'являють різні вимоги: - для замочування зерна та приготування солодового молока потрібно питна вода, яку при твердості вище 8 мг-екв/л пом'якшують; - для приготування замісу використовується технічна вода з рН не менше 5,0 та жорсткістю не вищою 12 мг-екв./л. Не допускається присутності в ній солей важких металів, ртуті, свинцю, барію та ін., а також солей азотної кислоти, аміаку не більше 200 мг/л, сульфідів, хлоридів, двовуглекислих солей – не більше 300-400 мг/л, нітритів, нітратів, фосфатів, силікатів – трохи більше 200 мг/л. [30] Приготування сусла на воді, що має підвищений соляно-лужний баланс і жорсткість, знижує дію ферментів, що входять до комплексу. Підвищувалося значення рН середовища (з 5,74 до 7,76), особливо при використанні високомінералізованої води (до 7,76-8,12). Стадія найповнішої ферментативної деструкції полімерів зерна є однією з основних при підготовці сировини для виробництва спирту, тому особливе значення мають фактори, що надають впливом геть цей процес. Важливим регуляторним фактором є ферментний комплекс, що використовується для приготування сусла, субстратна специфічність та механізм дії, що входять до складу комплексу ензимів [26]. Проте досліджень щодо впливу якості води, на якій здійснюється заміс зернової сировини, на синтез етанолу та утворення вторинних та побічних продуктів бродіння, 12 проводилося недостатньо. Вивчення механізмів обміну речовин дріжджів актуально і в даний час час, оскільки склад та концентрація продуктів обміну вирішальним чином впливають на якість цільового продукту бродіння. Тому визначення впливу іонного складу води та її жорсткості на якість пшеничного сусла високої концентрації та життєдіяльність осмофільних рас спиртових дріжджів лягло в основу роботи [26]. В результаті проведених дослідів вивчені катіонний та аніонний склад води різної жорсткості, використовується в зернових замісах, його вплив на каталітична дія ферментів при приготуванні концентрованого пшеничного сусла, процеси генерації дріжджів при різному іонному склад води. Встановлено, що на живильних середовищах з підвищеним соляно-лужним балансом уповільнюються процеси генерації дріжджів та спиртового бродіння, що призводить до неповного зброджування зернової сировини та зниження виходу спирту[26]. Таким чином, для приготування концентрованого пшеничного сусла слід використовувати воду зі зниженим соляно-лужним балансом при мінералізації не більше 3,5 г/дм3 та жорсткості не понад 3,1°Ж. Це сприяє ефективній дії ферментних систем при біокаталізі рослинних полімерів зерна, нормальному розвитку дріжджів Saccharomyces cerevisiae, підвищенню синтезу етанолу. [26] 1.2. Особливості використання концентрованих ферментних препаратів у залежності від технологічної схеми водно-теплової обробки сировини Найбільш розповсюдженими схемами водно-спиртової обробки крохмалевмісної сировини є Мічурінська та Чемерська схеми та їх модифікації. Використання КФП селективної дії дозволяє спрямувати технологічний процес у бік енерго- та ресурсозбереження. Завдяки попередньому розрідженню крохмалю термостабільною α- 13 амілазою на стадії приготування замісу створюються умови повного використання вторинної пари для нагріву замісу до температури 80...90° С без можливої клейстеризації крохмалю. Попереднє розрідження замісу дозволяє зменшити температуру розварювання із 140... 150° С до 120... 125° С та уповільнити реакцію карамелеутворення. Переваги використання термостабільної α-амілази є і в значному зменшенні в’язкості замісу, що полегшує подальші технологічні операції. У зв’язку з тим, шо під час варки при температурі 120... 125° С фермент повністю інактивується, в оцукрювач потрібно задавати відповідну дозу а- амілази з оптимумом дії при температурі оцукрення. На рис. 1.1. наведена схема механіко-ферментативної обробки (МФО) сирови- ни, яка розроблена в ВНДІ харчової біотехнології. Розробники пропонують приготування замісу разом з додаванням ферментного препарату амілосубтиліну, після чого маса поступає в апарат гідродинамічної і ферментативної обробки (ГДФО) першого ступеня, де витримується при температурі, оптимальній для дії а-амілази - 70° С протягом 120...150 хв при постійному перемішуванні. У ГДФО другого ступеня заміс підігрівають вторинною та гострою парою до 95° С і витримують при інтенсивному перемішуванні протягом 30...40 хв. З ГДФО другого ступеня маса подається в паросепаратор. При переробці дефектної сировини або сировини, яка важко розварюється, застосовують більш жорсткий тепловий режим, при цьому масу нагрівають у гостропаровій голівці до температури 120° С і витримують у стерилізаторі, після чого видувають у паросепаратор. 14 Рисунок 1.1 - Схема механіко-ферментативної обробки (МФО) сировини ВИДІ харчової біотехнології: 1 - змішувач; 2 - гостропарова головка; 3 , 4 - апарати гідродинамічної ферментативної обробки першого і другого ступеня; 5 - стерилізатор; 6 - паросепаратор; 7 - вакуумоцукрювач За даними розробників така схема зменшує витрати пари на розварювання на 40 %, та втрати зброджуваних речовин на 0,5%. Слід відзначити, що під час механіко-ферментативної обробки відбувається поступова інактивація амілосубтиліну, особливо в ГДФО другого ступеня, що зменшує ефективність процесу в цілому. Використання термостабільної α-амілази значно інтенсифікує механіко-ферментативну обробку [27]. Селективна дія концентрованих ферментних препаратів дає змогу здійснювати фракційне введення ферментів в ті зони технологічного процесу, де їх дія найбільш ефективна, а саме — на стадіях приготування замісу, водно-теплової обробки, оцукрення та бродіння[31].. Концентровані ферментні препарати характеризуються: - високою концентрацією та активністю основного ферменту; - випускаються у рідкому стані, що забезпечує зручність їх дозування; - високою мікробіологічною чистотою; - тривалим терміном зберігання без втрати активності в широкому інтервалі температур; 15 - незначними питомими витратами на одиницю крохмалю та невеликими транспортними витратами; - термотолерантністю та спрямованого дією на визначену групу біонолімерів, що дозволяє використовувати їх в зонах максимальної активності [31]. Такі властивості КФП роблять використання солоду як оцукрюючого матеріалу недоцільним ні з економічної, ні з експлуатаційної точки зору. Концентровані ферментні препарати відрізняються від солоду оптимумом дії ферментів, які входять до їх складу. Тому використання КФП потребує корегування технологічного режиму в кожному конкретному випадку залежно від особливостей технології та обладнання підприємства. Ферментні препарати (ФП) для спиртової промисловості поділяються на три основні групи за специфічністю їх дії на різні високомолекулярні полімери зернової сировини: - ферментні препарати амілолітичної дії для гідролізу крохмалю; - ферментні препарати протеолітичної дії, що гідролізують бічкові полімери зерна; - ферментні препарати иелюлолітичної дії, що гідролізують некрохмальні полісахариди зерна. Ферменти прискорюють хімічні реакції, при цьому вони не витрачаються і не входять до складу кінцевих продуктів реакцій. Вони надзвичайно ефективні і проявляють високу каталітичну активність в умовах помірних температур, нормального тиску, невисокої кислотності середовища. Ферменти мають високу специфічність дії по відношенню до природи субстрату і типу хімічної реакції [31]. Оптимальні умови дії ферментів досягаються за параметрів, які гарантують найбільш високу їх активність, тобто максимальну швидкість реакції і високу стабільність ферменту. Стабільність — це здатність підтримання певної активності протягом визначеного часу. Оптимальні умови застосування ферменту не обов’язково повинні відповідати 16 максимуму його активності — якщо стабільність у цих умовах більш низька, фермент більш швидко інактивується. Найбільш важливі параметри, що зумовлюють активність і стабільність ферментів — температура й активна кислотність. Велике значення має концентрація сухих речовин (СР), вид і якість сировини, концентрація стабілізатора (іонів кальцію для амілаз) і використовувана апаратура, що зумовлює дотримання відповідних параметрів процесу. Крім раніше перерахованих факторів, які впливають на активність і стабільність у безпосередньому контакті з субстратом, потрібно враховувати зовнішні умови, що діють на ферменти, тобто їх транспортування і спосіб використання. Швидкість ферментативної реакції в значній мірі залежить від хімічної природи і походження субстрату. Наприклад, різні за природою складові крохмалю — амілоза і амілопектин з різною швидкістю гідролізуються амілазами і потребують неоднакового набору амілолітичних ферментів. Швидкість більшості ферментативних реакцій пропорційна концентрації ферменту, особливо на ранніх стадіях процесу [31]. Температура і рН також впливають на швидкість реакцій перетворення субстрату. Однак при значному підвищенні температури проходить теплова денатурація ферментного білка, поступова втрата ферментом каталітичних властивостей — інактивація. Температурний оптимум дії для різних ФП неоднаковий, він в значній мірі залежить від тривалості реакції. Зміна рН середовища значно впливає на активність ФП. Оптимальне значення рН залежить від природи ферменту і субстрату, стабільності ферменту та температури процесу, концентрації сухих речовин у середовищі. Збільшення концентрації сухих речовин впливає на підвищення стабільності ферменту. Наприклад, для препарату грибкової глюкоамілази при концентрації сухих речовин 35% оптимальною температурою є 60°С, а при концентрації 15...20% — 55°С. Термостабільна а-амілаза ефективно 17 розріджує заміс з вмістом сухих речовин 35% при температурах 95... 105°С, а при концентрації сухих речовин до 20% ця температура зменшується до 80...90°С. Активність ферментів може бути посилена або послаблена. До числа активаторів ферментів належать іони багатьох металів і деякі аніони. На активність а-амілаз особливо вливають іони кальцію. Дію а-амілаз інгібують спирти, іони ртуті, срібла, хлору та аніони хлору, брому, фтору та йоду. Це треба враховувати при виборі води для приготування зернових замісів. Встановлено, що на грибні а-амілази стабілізуюче діють іони алюмінію. Іони Са стабілізують активність а-амілаз, особливо бактеріального походження. Для забезпечення ефективної активності при підвищених температурах необхідна концентрація вільних іонів кальцію 50...150 мг/дм3, джерелом якого можуть бути Са(ОН), СаСІ,. Про кількісний вміст іонів кальцію у воді можна судити за її жорсткістю. Якщо вода для приготування замісу має жорсткість нижче, ніж 4.„5 мг-екв/дм3, для збільшення термостабільності та активності а-амілаз слід додавати іони кальцію на стадії приготування замісу. Це також дозволяє зменшити в’язкість замісу . [27] Дози і умови використання КФП відрізняються залежно від сировини та її якості. Для розріджування картопляного крохмалю використовується в два рази більша кількість а-амілази, ніж для зернового крохмалю. Деякі компоненти сировини, фільтрату барди, який частково повертається на приготування замісу, можуть зв’язувати кальцій, що викликає необхідність збільшення його кількості, або збільшення дози КФП. Перероблення дефектної сировини також потребує збільшення доз ферментів. КФП зберігають активність протягом тривалого терміну в широкому діапазоні температур. При температурі 50°С — один рік, при 25°С — 3 18 місяці. Температура вище 30°С може в значній мірі впливати на зниження активності препарату. Заморо- ження КФП не впливає на їх активність. Слід запобігати надто великих розведень КФП водою, а також додавання до їх розчинів дезінфікуючих речовин, що може бути причиною часткової інактивації ферментів. [27] Розчини КФП повинні бути використані протягом 8...12 год. Змішування двох ферментних препаратів не передбачається, оскільки відбувається інактивація глюкоамілази. Ферментні препарати повинні дозуватися одночасно, але з різних ємкостей. Одним з основних амілолітичних ферментів для спиртового виробництва, особливо для «м’яких» схем підготовки сировини, є термостабільна а-амілаза, продуцент — Bacillus licheniformis. Оптимальна температура її дії 85...90°С, оптимум pH 6,0...7,0. Максимальна ефективність дії ферментних препаратів термостабільної а-амілази знаходиться у межах 80...95°С та pH 5,0...8,0. Висока термостабільність та оптимум дії цих ФП дозволяє застосовувати схему м’якого розварювання, коли основна гідродинамічна та ферментативна обробка проводиться за температурою 80,..95°С — оптимальною для дії термостабільної а-амілази. У цій зоні температур фактична аміло- літична активність термостабільних амілаз при розріджуванні крохмалю зернового замісу зростає у 4...9 разів та складає від 1,2 до 2,9 од АС на 1 г крохмалю, у той час як у мезофільних амілаз (у зв’язку з їх термолабільністю) цей показник падає та складає тільки 0,4 од АС/г крохмалю при 80°С, а при 90...95°С — фермент повністю інактивується. Важливий вплив на активність ФП має не тільки температурний режим гідродинамічної та ферментативної обробки сировини, але й pH замісу, при якому відбувається клейстеризація та розріджування крохмалю. Звичайно він знаходиться в інтервалі 5,5...6,5 та також відповідає оптимальним межам дії цих ферментів. В результаті крохмаль добре гідролізується до декстринів, в’язкість замісу знижується, він розріджується та має добру рухливість. Але на спиртових заводах величина pH замісів та зернового сусла змінюється у 19 широкому діапазоні: від 4,5 до 11,0. В цьому випадку необхідне корегування pH з метою створення оптимальних умов для дії ферментів або використання КФП з відповідним для даних умов оптимумом pH. Нові кислотостійкі КФП термостабільної а-амілази витримують значення pH менше 5,0 (продуцент кислотостійких амілаз — В. Stearothermophilus). Висока термотолерантність а-амілази дозволяє об’єднати два технологічних процеси — водно-теплову обробку (розварювання) зернової сировини та ферментативний гідроліз розрідженого крохмалю до декстринів. Об’єднання водно-теплової обробки з розріджуванням крохмалю дозволяє знизити температуру розварювання з 135...160°С до 67...95°С. При цьому виключаються небажані зміни хімічного складу сировини, карамелізація цукрів, утворення мела- ноїдінів, розклад пектинових речовин з утворенням метилового спирту, збільшується вихід спирту з одиниці сировини [27]. До ферментів амілолітичної дії також належить глюкоамілаза, яка здійснює гідроліз декстринів з утворенням глюкози. Продуценти: Aspergillus ашатогі, Asp. Niger, Endomycopsis sp., Rhizopus delemar. Глюкоамілаза — фермент з екзогенним механізмом дії на субстрат, каталізує послідовне відщеплення кінцевих залишків глюкози з нередукуючого кінця полімеру. Глюкоамілаза відрізняється здатністю до більш швидкого гідролізу високомолекулярних декстринів, ніж олігосахаридів, а також здатністю виявляти невелику трансферазну активність. Трансферазна дія ферменту починається при концентрації глюкози у реакційному середовищі вище 60...70%. Мікробні глюкоамілази залежно від походження відрізняються ефективністю дії на крохмаль. В основному, це пояснюється наявністю у ферментативному комплексі супутніх ферментів, таких як глікозилтрансфераза. Дія глікозилтрансферази відбувається при високих концентраціях субстрату та глюкози. В результаті реакції трансглікозиліру- 20 вання та переносу глюкозидних залишків на глюкозу, ди- та олігосахариди накопичуються ізомальтоза, паноза, нігероза, ізомальтотріоза та інші цукри, що мають гіркий смак. Присутність трансфераз у ферментативному комплексі не дозволяє повністю гідролізувати крохмаль, особливо у замкнених системах. Тому використання подібних комплексів на стадії оцукрения перешкоджає проведенню глибокої деструкції крохмалю. Із-за процесів трансглікозилірування при збільшенні тривалості оцук- рення або дозувань глкжоамілазп не відбувається збільшення накопичення глюкози. Перспективний фермент для спиртового виробництва — пуллуланаза, яка гідро- лізує внутрішні а-1,6-глікозидні зв’язки в амілопектині та насичених декстринах з утворенням мальтоолігосахаридів. Проведені дослідження показали, що сумісна дія а-амілази, глюкоамілази та пуллуланази підвищує ступінь та швидкість гідролізу крохмалю [27]. Ферментативний комплекс з пуллуланазою каталізує більш глибоке розщеплення крохмалю до зброджуваних вуглеводів. Комплекс сприяє інтенсифікації процесу зброджування зернового сусла, підвищенню виходу спирту. Суттєву роль в процесі дріжджогенерування та спиртового бродіння відіграють протеолітичні ФП. Найбільшу ефективність виявили грибні протеази, що містять комплекс протеїназ й пептидаз та гідролізують білки до коротких пептидів і вільних амінокислот. Саме ці форми азоту легко асимілюються дріжджовими клітинами [27]. Встановлена стимулююча дія протеаз на фізіологічну активність спиртових дріжджів: збільшується швидкість розмноження і накопичення біомаси в середньому на 85%, підвищується бродильна активність і продуктивність клітини (на 20...25%). Відбувається інтенсифікація швидкості зброджування сусла до 40% і збільшується вихід спирту на 1,5...2,0%. З метою підвищення ефективності перероблення важкозброджуваних видів сировини досліджені різні ферментні препарати целюлолітнчної дії, які застосовують для гідролізу некрохмальних полісахаридів при приготуванні 21 житнього та ячмінного сусла. Ці види сировини характеризуються підвищеним вмістом целюлози, геміцелюлози та гумі-речовнн, що обумовлює високу в’язкість розвареної маси, перешкоджає розщепленню крохмалю амілолітичними ферментами. Тому для деструкції важко- гідролізуємих високомолекулярних полімерів рослинної сировини необхідно застосовувати ферментні комплекси, що містять такі ферменти як [3- глюканаза, кснланаза та целюлаза. Для ефективної біоконверсії некрохмальних полімерів необхідне оптимальне співвідношення цих ферментів. Комплексні ферментні препарати, до складу яких входять ферменти целюлолі- тичної дії знижують в’язкість сусла, підвищують доступність крохмалю до дії амілаз, сприяють покращенню технологічних показників бродіння, підвищенню концентрації етанолу в бражці [27]. Таким чином, як показують результати експериментальних досліджень, для підвищення ефективності спиртового виробництва необхідно застосовувати ферментні комплекси цільового призначення, склад яких корегується залежно від виду сировини. Застосування комплексних препаратів дозволяє більш раціонально використовувати високомолекулярні полімери зернової сировини, забезпечує високу ступінь біоконверсії вуглеводів. Використання концентрованих ферментних препаратів селективної дії дозволяє спрямувати технологічний процес у напрямку енерго- та ресурсозбереження. Широке застосування КФП потребує суттєвих змін технологічних режимів підготовки сировини до зброджування, заміни його теплової обробки під тиском постадійним гідролізом за температур, що не перевищують 95°С. В останні роки проводиться системна послідовна робота по розробленню та удосконаленню енерго- та ресурсозберігаючих технологій водно-теплової та термоферментативної обробки зернової сировини. В НВ 22 ТОВ «Інтермаш» розроблена та введена в дію відповідна нормативно- технічна документація, що створює умови широкомасштабного впровадження цієї технології у виробництво [27]. 1.3. Біохімія бродіння і дихання Анаеробний розпад вуглеводів Ферментативна дисиміляція вуглеводів в аназробних умовах, що відбувається з розподілом енергії і призводить до утворення продуктів неповного окислення, називається бродінням. У цьому процесі акцептором водню служать органічні сполуки, що одержуються в реакціях окислення (наприклад, оцтовий альдегвд при спиртовому бродінні); кисень у цих реакціях не бере участі [29]. Схема хімічних перетворень при спиртовому бродінні глюкози. 1. Утворюються фосфорні сировини цукрів. Під дією ферменту гексокінази та аденілових кислот, які є донорами та акцепторами фосфорної кислоти, глюкоза перетворюється на глюкопіранозо-6-фосфат. Аденілові кислоти в дріжджах містяться у вигляді аденозинмонофосфату (АМФ), аденозиндифосфату (АДФ) та аденозинтрифосфату (АТФ). Гексокіназа каталізує перенесення однієї фосфорної групи з АТФ на глюкозу. При цьому АТФ перетворюється на АДФ, а залишок фосфорної кислоти приєднується за місцем шостого вуглецевого атома. Дія ферменту активується нонами магнію. Подібним чином відбувається перетворення П-фруктозі і П-маннозі. Глюкокінназна реакція визначає швидкість процесу бродіння. 2. Глюкозо-6-фосфат під дією ферменту глюкозофосфатизомеразьї піддається ізомеризації — перетворенню на фруктозо-6-фосфат. Реакція оборотна та зсунута у бік фрукто-зо-6-фосфату. 3. Фруктозо-6-фосфат під дією ферменту фосфофрукто-кіназії приєднує за місцем першого вуглецевого атома другий залишок фосфорної кислотні за рахунок АТФ та перетворюється на фруктозо-1,6-дифосфат. Ця реакція практично незворотня. Молекула цукру переходить в оксоформу і 23 стає лабільною, здатною до подальшого перетворення, оскільки послаблюється зв'язок між третім та четвертим вуглецевими атомами. 4. Під дією ферменту альдолази (активованої іонами Со2+ та Са2+) фруктозо-1,6-дифосфат розпадається на дві фосфотриози 3- фосфогліцериновий альдегід і фосфодіоксіацетон. 5. Між фосфотріозами відбувається реакція ізомеризації, що каталізується ферментом тріозофосфатизомеразою. Рівновага встановлюється при 95% 3-фосфогліцеринового альдегіду та 5% фосфодіоксіацетону. 6. В індукційний період, поки в якості проміжного продукту не утворився оцтовий альдегід, між двома молекулами 3-фосфогліцеринового альдегіду під дією ферменту аладегідмутази за участю молекули води відбувається реакція дисмутації. При цьому одна молекула фосфогліцеринового альдегіду відновлюється, утворюючи фосфогліцерин, інша окислюється в 3-фосфогліцеринову кислоту. Фосфогліцерин у подальших реакціях не бере участі і після відщеплення фосфорної кислоти є побічним продуктом спиртового бродіння . При процесі окислення 3-фосфогліцеринового альдегіду в 3- фосфогліцеринову кислоту відбувається складним шляхом. Спочатку він перетворюється на 1,3-дифосфогліцериновий альдегід, приєднуючи залишок неорганічної фосфорної кислоти, потім під дією ферменту тріозофосфат- дегідрогеназ у присутності НАД (нікотинамідаденіндинуклеотида) окислюється в 1,3- дифосфоргліцеринову кислоту. НАД, вступаючи в сполуку зі специфічним білком, утворює аназробну дегідрогеназу, що має здатність віднімати водень безпосередньо від фосфогліцеринового альдегіду та інших органічних сполук. 7. За участю ферменту фосфотрансферази залишок фосфорної кислоти, що містить макроенергетичний зв'язок, передається з 1,3- дифосфогліцеринової кислоти на АДФ з утворенням АТФ та 3- фосфогліцеринової кислоти. Енергія, що звільняється при окисленні 24 фосфогліцеринового альдегіду, резервується в АТФ. 8. Під дією ферменту фосфогліцеромутази 3-фосфогліцеринова кислота ізомеризується в 2-фосфогліцеринову кислоту. 9. В результаті віддачі води, що зв'язується перерозподілом внутрішньомолекулярної енергії, 2-фосфогліцеринову кислоту перетворюється на фосфоенолпіровіноградну кислоту, що містить макроенергічний зв'язок. Реакцію каталізує енолаза, яка активується іонами Мg2+,Мп2+, Zп2+. Максимальна дія енолази виявляє в інтервалі рН 5,2...5,5. При рН 4,2 молекули енолази агрегують, при рН 3 ... 4 необоротно денатурують. 10. Під дією ферменту фосфотрансферази в присутності іонів К+ залишок фосфорної кислоти передається від фосфоенолпіровиноградної кислоти на АДФ, резервуючи енергію в АТФ. 11. Енолпіровіноградна кислота, що утворилася, перетворюється на більш стабільну кетоформу. 12. Під дією ферменту карбоксилази від піровиноградної кислоти відщеплюється діоксид вуглецю і утворюється оцтовий альдегід. 13. Фермент алкогольдегідрогеназу переносить водень із відновленого НАД [29]. 25 2 ОБЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ 2.1. Обєкти дослідженя Об'єкт досліджень – Дослідження впливу якості води на технологічні процеси у виробництві етилового спирту з крохмалевмісної сировини. Предмет досліджень – технологія очистки води активованим вугіллям. Дослідження проводили в лабораторних умовах. Вода Природна вода завжди містить домішки. В одній краплі питної води міститься приблизно 1012 молекул домішок, які надходять у воду на різних етапах її природного кругообігу. У волозі у процесі конденсації вологи в атмосфері та випаданні у вигляді дощу та снігу розчиняються кисень, азот, а також складові повітря. Проникаючи крізь ґрунт, вода зустрічається зі складовими порід (СаСО3, МgSO4, Na2SО4, NаСІ тощо) та органічними речовинами, розчиняє або механічно захоплює їх. У присутності кисню неметали перетворюються в мінеральні кислоти (вугільну, азотну, сірчану, фосфорну). Кислоти, взаємодіючи з дуже поширеними у природі вапняками та іншими породами, утворюють бікарбонати кальцію, магнію, заліза, що добре розчиняються у воді. Утворюються також силікати, які через їх малу розчинність, переходять у воду в меншій кількості. У процесі фільтрування води крізь ґрунт відбувається іонообмінна адсорбція. Ґрунтові комплекси добре затримують фосфати, відбувається обмін іонів Nа+, адсорбованих ґрунтом з іонами К+. У воді поверхневих джерел концентрація іонів Na+ у середньому в 10 разів перевищує концентрацію іонів К+. [39] Характеристика води наведена в таблиці 2.1. 26 Таблиця 2.1 – Показники якості водопровідної води № Найменування Одиниці Нормативи Методика виміру для визначення, водопровідної гідно ДСН води та П, додатка 5 Органолептичні показники 1 Запах Бали <=2 пп. 2, 31 При 20°С При 60 °С <=2 2 Каламутність Одиниця <=1,0 (3,5) пп. 2, 38 каламутності 3 Забарвленість Градуси <=20 (35) пп. 2, 20 4 Смак та присмак бали <=2 пп. 2, 31 Фізико-хімічні показники 5 Водневий показник одиниці pH 6,5 - 8,5 пп. 2, 28 6 Залізо загальне мг/куб.дм <= 0,2 (1,0) пп. 2, 33 7 Загальна жорсткість ммоль/куб.дм <= 7,0 пп. 2, 31 8 Загальна лужність ммоль/куб.дм Не пп. 2, 41 визначається 9 Йод мкг/куб.дм Не пп. 2, 43 визначається 10 Кальцій мг/куб.дм Не пп. 2, 45 визначається 11 Магній мг/куб.дм Не пп. 2, 45 визначається 12 Марганець мг/куб.дм <=0,05 (0,5) пп. 11, 64 13 Мідь мг/куб.дм <= 1,0 пп. 9 14 Сульфати мг/куб.дм <= 500 пп. 10 15 Сухий залишок мг/куб.дм <= 1000 п. 12 16 Хлор залишковий мг/куб.дм <= 0,5 п. 14 17 Хлориди мг/куб.дм <= 250 (350) пп. 7, 44 18 Цинк мг/куб.дм <= 1,0 пп. 15, 64 Санітарно-токсикологічні показники 19 Алюміній мг/куб.дм <= 0,20 п. 13 20 Натрій мг/куб.дм <= 200 п. 45 21 Нітрати мг/куб.дм <= 50,0 пп. 6, 20 22 Нітрити мг/куб.дм <= 0,5 (0,1) пп. 6, 36 27 Активоване вугілля Пориста вуглецева речовина з високими адсорбційними властивостями та гідрофобністю. Активоване вугілля отримують карбонізацією з органічних матеріалів (деревини, кістки, горіхової шкаралупи, торфу, бурого вугілля, відходів паперового виробництва тощо) і подальшим активуванням. У результаті очищення води на активованому вугіллі змінюється не лише її хімічний склад, а й покращуються органолептичні показники. Це, в свою чергу, впливає і на показники якості напою, виготовленого з використанням такої води. Оскільки хімічний склад води залежить від джерела водозабору, пори року, технології попередньої водопідготовки, а вимоги до якості функціональних напоїв визначаються наявністю в них тих чи інших цінних компонентів, то й умови обробки води на активованому вугіллі слід визначати в кожному випадку окремо[37]. Вуголь Aquacarb 207С виготовляється із шкаралупи кокосового горіха, характеризується вузьким гранулометричним розподілом та великою адсорбційною ємністю. Застосовується для очищення питної та технологічної води, а також під час виробництва горілки. Вугілля Aquacarb 207С добре піддається регенерації, тобто. відновлення своїх властивостей шляхом видалення домішок із пор при обробці у спеціальних печах при температурі 800оС. Термічна регенерація активованого вугілля задовольняє вимогам захисту довкілля, зводить до мінімуму відходи виробництва, зменшує викиди двоокису вуглецю в довкілля та сприяє раціональному використанню природних ресурсів. Регенерація знижує експлуатаційні витрати технології адсорбції. Властивості [37] - Висока міцність - Низьке пилоутворення - Можливість неодноразової регенерації - Висока опірність до стирання - Можливість імпрегнування. 28 Аналіз адсорбентів Найбільш поширеним сорбентом в бродильній промисловості є деревне активоване вугілля. Поглинальна і знебарвлююча здатність вугілля вперше була відмічена російським хіміком Т.Е. Ловіцем наприкінці XVIII ст. Майер- Оберплан М. вважає, що сорбційна здатність вугілля проявляється миттєво, тому частого перемішування обробляємих рідин не потребує[37]. Застосування активованого вугілля залежить від його типу та марки. Розрізняють три типи активованого вугілля: - Порошкове (порошкоподібне) активоване вугілля. - Гранульоване (дроблене) активоване вугілля. - Формоване активоване вугілля. Порошкове (порошкоподібне) активоване вугілля. Порошкове активоване вугілля визначається як активоване вугілля, з частинками дрібніше 0,18 мм. Порошкове вугілля використовується для очищення води, освітлення, знебарвлення і т.д. Порошкоподібне вугілля застосовують шляхом дозування активованого вугілля в рідину, що очищається. Після адсорбції порошкове вугілля має бути відокремлене від рідини за допомогою фільтрації. Гранульоване (дроблене) активоване вугілля. Гранульоване активоване вугілля - це активоване вугілля з частинками неправильної форми більше 0,18 мм. У масі гранульоване вугілля містить частинки різного розміру. Марка активованого вугілля серед іншого визначається гранулярним складом частинок. Допускаються відхилення від заявлених значень, що не перевищують ± 5 %. Гранульоване активоване вугілля знаходить застосування переважно для очищення води та рідин. З цією метою сорбент поміщають у фільтри (адсорбери). Забруднена вода при очищенні проходить через фільтр із нерухомим шаром вугілля. Гранульовані активовані вугілля з найбільшими гранулами (2 - 5 мм) можуть бути використані для очищення повітря та очищення газів. 29 Брикетоване (спресоване) активоване вугілля. Картридж із вугільного блоку. Виготовлений з активованого вугілля підвищеної щільності, що забезпечує чудову фільтрацію 5 мікрон. Особливо рекомендований для видалення складних сполук, що містять хлор. Покращує смак та запах води, також видаляє органічні сполуки, пестициди та інші хімікати. Площа фільтрації вугільного блоку практично вдвічі більша за звичайний гранульований вугілля, крім того, він має велику адсорбуючу здатність і більш тривалий термін служби. Картриджі мають поліпропіленову оболонку для запобігання виходу частинок вугілля. Особливо рекомендовані для використання у системах зворотного осмосу. Процес сорбційного очищення води активованим вугіллям служить поліпшення органолептичних показників води, тобто видалення неприємного присмаку, запаху, каламутності і кольоровості. Завдяки своїй високій сорбційній здатності активоване вугілля ефективно поглинає з води залишковий хлор, розчинені гази, органічні сполуки. Пориста структура активованого вугілля і, як наслідок, велика площа поверхні забезпечує ефективність його використання в хімічній водопідготовці для систем автономного водопостачання. Розрізняють подрібнене (БАУ, ДАК, КАД, CWZ, S-835, КАУ-2, С 207, К 3060 і т. ін.) та гранульоване (АГ-3, АГ-5, СКТ і т. ін.). В бродильній промисловості широко використовують деревинне та кісточкове активне вугілля. Для отримання деревинного вугілля – тверді породи деревини (береза, бук, дуб та ін.), а для кісточкового – шкаралупа та кісточки плодів (кокосу, персику, абрикос, вишні та ін.). Завдяки пористій структурі і особливостям хімічної природи активованого вугілля, процеси, що протікають на їх поверхні, відрізняються великою складністю. Активоване вугілля являє собою пористу структуру із сильно розвиненою питомою поверхньою. Це зерна неправильної форми чорного кольору розміром 1-3,6 мм із деревинного вугля-сирця, який отримують із деревини методом парогазової активації при температурі 850-900 оС і витраті 30 водяної пари 15-20 кг/пічь з наступним подрібненням. Відповідно до сучасної технології виробництва вуглецеві адсорбенти виробляють у дві стадії: піроліз і карбонізація сировини з утворенням пористого матеріалу (вугілля-сирець); активування окиснювачем при високій температурі. Як окиснювач найчастіше використовують водяну пару. Карбонізація (піроліз) – термічна обробка матеріалу без доступу кисню повітря для видалення летких сполук. На стадії карбонізації формується каркас майбутнього активного вугілля – первинна пористість, міцність та ін. Активація водяною парою являє собою окиснення карбонізованих продуктів до газоподібних за реакцією С + Н2О→ СО + Н2 , а при надлишку водяної пари С + 2Н2О→ СО2 + 2Н2. Під час активації розвивається потрібна пористість і питома поверхня, трохи зменшується маса твердої речовини. Активацію здійснюють в камерних пічках за наявності водяної пари. Якісне активне вугілля при кип’ятінні з ректифікованим спиртом, при настоюванні водно-спиртової суміші і розчину їдкого натру не повинно їх забарвлювати та надавати стороннього смаку та запаху. Подрібнене активне вугілля має вищу механічну міцність, ніж гранульоване, але не завжди рівномірно активується. Порошкоподібне активне вугілля отримують тонким помелом активного вугілля з некондиційних фракцій. До найпоширеніших видів активного вугілля відносяться такі. Активне вугілля марки БАУ-А виготовляють переважно з березової або букової деревної сировини карбонізацією, паровою активацією, подрібненням та розсіванням. Вугілля — це великопористий сорбент з малим об’ємом сорбційних пор. Зерна БАУ-А погано змочуються водою, крім того 31 сорбент має невелику міцність до стирання. Silcarbon K48 — виготовляють зі шкаралупи кокосового горіха карбонізацією, паровою активацією, подрібненням та розсіванням. Silcarbon S 835 — активне вугілля, отримане активацією спеціального бітумінозного вугілля. Silcarbon К 3060 — виготовляють із бітумінозного вугілля карбонізацією, паровою активацією, подрібненням та розсіванням. AquaSorb — це серія вугілля, спеціально призначеного для видалення з води і водно-спиртових розчинів розчинених органічних забрудників. Пориста структура і великий загальний об’єм пор роблять вугілля придатним для адсорбування з води широкого ряду органічних сполук як специфічних мікрозабруднювальних, так і природних органічних речовин (пестициди, гербіциди). Структура частинок вугілля має велику поверхневу площу, що забезпечує адсорбування органічних речовин, а однорідність складу вугілля поряд з адсорбуванням уможливлює і фільтрування завислих твердих частинок, які можуть бути вилучені під час регулярних зворотних промивань. AquaSorb ефективний для видалення з води вільного хлору, неприємного присмаку і запаху. Вугілля AquaSorb має високу щільність, що свідчить про високу ємність на одиницю об’єму, а його тверда основа забезпечує добру механічну міцність. Тому операційні втрати в цілому незначні. Висока адсорбційна ємність, фізико-хімічні та структурні властивості дають можливість рекомендувати активне вугілля AquaSorb для глибокого очищення вод з поверхневих джерел, а також артезіанської і водопровідної води [37]. 32 Спирт ректифікований Спирт етиловий ректифікований повинен відповідати вимогам ДСТУ 4221:2003.[7] Таблиця 2.2 - Органолептичні показники Назва показника Характеристика Метод контролю Зовнішній вигляд Прозора рідина без сторонніх частинок Згідно з ДСТУ 4181 Колір Безбарвна рідина Згідно з ДСТУ 4181 Характерний для кожного сорту Смак і запах етилового спирту, виробленого із відповідної сировини, без присмаку та Згідно з ДСТУ 4181 запаху сторонніх речовин За фізико-хімічними показниками спирт етиловий ректифікований повинен відповідати вимогам, зазначеним в таблиці 2.3. Таблиця 2.3 - Фізико-хімічні показники Норма для спирту Метод Назва показника контролю Об’ємна частка етилового спирту, Згідно з за температури 20 0С, не менше 96,3 96,3 96,3 96,0 ДСТУ 4181 Проба на чистоту з сірчаною Витримує Згідно з кислотою ДСТУ 4181 Проба на окислюваність за Згідно з температури 20 0С, хв, не менше 23 22 20 15 ДСТУ 4181 Масова концентрація альдегідів у Згідно з перерахунку на оцтовий альдегід в безводному спирті, мг/дм3, не 2,0 2,0 2,0 4,0 ДСТУ 4181 та більше ДСТУ 4222 33 «Пшени чна сльоза» «Люкс» «Екстра» «Вищої очистки» Продовження таблиці 2.3 Масова концентрація сивушного масла; пропіловий, ізопропіловий, бутило вий, ізобутиловий і ізоаміловий спирти в перерахунку Згідно з ДСТУ на суміш пропілового, 3,0 4,0 7,0 10,0 4181 та ДСТУ 4222 ізобутілового та ізоамілового спиртів (3:1:1) в безводному спирті, мг/дм3, не більше Масова концентрація сивушного масла в перерахунку на суміш ізоамілового та ізобутилового 2,0 2,0 3,0 4,0 Згідно з ДСТУ спиртів (1:1) в безводному спирті, 4181 та ДСТУ 4222 мг/дм3, не більше Масова концентрація естерів, у перерахунку на оцтовоетиловий естер в безводному спирті, мг/дм3, 1,5 2,0 3,0 4,0 Згідно з ДСТУ 4181 та ДСТУ 4222 не більше Об’ємна частка метилового спирту в перерахунку на 0,005 0,01 0,02 0,03 Згідно з ДСТУ безводний спирт, %, не більше 4181 та ДСТУ 4222 Масова концентрація вільних кислот (без СО2) в перерахунку на 8,0 8,0 12,0 15,0 Згідно з ДСТУ оцтову кислоту в безводному 4181 спирті, мг/дм3, не більше Масова концентрація органічних речовин, що окислюються в перерахунку на оцтово етиловий 12 18 25 30 Згідно з ДСТУ естер, в безводному спирті, 4181 мг/дм3, не більше Проба на форфурол Згідно з ДСТУ Витримує 4181 Масова концентрація сухого Згідно з ДСТУ залишку, мг/дм3, не більше 5,0 5,0 5,0 10,0 4181 34 2.2. Методи дослідження Визначення масової концентрації катіонів кальцію [40] Метод оснований на утворенні комплексу іона Са2+ з аніоном етилендіамінтетраоцтової кислоти (трилон Б), який стійкий в сильнолужному середовищі при рН 12-13. Комплекс іонів магнію в цьому середовищі руйнується, і магній виділяється у вигляді гідроокису. Проби води для аналізу не консервують. Хід визначення В конічну колбу місткістю 200-250 см3 вносять 100 см3 води або менший об'єм розбавленої до 100 см3дистильованою водою. Додають 2 см32 н розчину гідроксиду натрію, 10-15 мг сухої суміші індикатора і повільно титрують розчином трилону Б при перемішуванні до переходу забарвлення від ярко рожевого до лілового при використанні мурексиду і від грязно- зеленого до чисто-синього - при змішаному індикаторі. Для кращого визначення кінця титрування порівнюють забарвлення із злегка перетитрованою пробою. Концентрацію іонів кальцію (X), мг/дм3, розраховують за формулою: X = 20,04∗��∗��∗��∗1000 ��1 , де 20,04 - молярна маса еквівалента кальцію, мг/ммоль; N - нормальність розчину трилону Б; К - поправочний коефіцієнт до титру розчину трилону Б; V - об'єм розчину трилону Б, витрачений на титрування, см3; V1 - об'єм проби води, який взято на аналіз, см3. 35 Визначення рН[40] Хід визначення. Перед початком вимірювань скляний індикаторний електрод та хлоросрібний електрод порівняння промивають дистильованою водою, потім досліджуваною водою і лише після цього занурюють у пробу. Разом з електродами у пробу занурюють термокомпенсатор або термометр для ручної компенсації температури. Через 3 і 5 хв відмічають покази приладу, які мають бути однаковими, оскільки час встановлення потенціалу чистого скляного електрода дорівнює 2-3 хв. Визначення загальної твердості води[8,40] Хід визначення Визначенню загальної твердості води заважають: мідь, цинк, марганець та високий вміст вуглекислих та двовуглекислих солей. Вплив їх усувають по ходу аналізу. Точність визначення при титруванні 100 см3 проби становить 0,05 мг·екв/дм3. В конічну колбу вносять 100 см3 відфільтрованої досліджуваної води, або менший об'єм, розбавлений до 100 см3 дистильованою водою. При цьому сумарний вміст іонів кальцію та магнію не повинен перевищувати 0,5 мг·екв. Додають 5 см3 буферного розчину, 5-7 крапель індикатора або приблизно 0,1г сухої суміші індикатора хромогена чорного з сухим хлористим натрієм і одразу титрують при сильному взбовтуванні 0,05 н розчином трилону Б до зміни забарвлення в еквівалентній точці. Якщо на титрування було витрачено більше 10 см3 0,05 н розчину трилону Б, це вказує на вміст іонів Са2+ і Mg2+ більше 0,5 мг·екв. В таких випадках беруть менший об'єм води і розбавляють його до 100 см3 дистильованою водою. 36 Нечітка зміна забарвлення в еквівалентній точці вказує на присутність міді та цинку. Для усунення впливу речовин, які заважають проведенню аналізу, до відміреної для титрування проби додають 1-2 см3 розчину сульфіду Na, після чого проводять випробування, як вказано вище. Якщо після додавання до води буферного розчину і індикатора розчин поступово знебарвлюється і набуває сірого кольору, це вказує на присутність марганцю, тоді до проби води для титрування до внесення реактивів необхідно додати 5 крапель 1%-ного розчину солянокислого гідроксил аміну і далі визначити твердість, як вказано вище. Якщо титрування набуває затяжний характер з нестійким і нечітким забарвленням в еквівалентній точці, що спостерігається при високій лужності води, її вплив усувають додаванням до проби води перед внесенням реактивів 0,1н розчину соляної кислоти в кількості, необхідній для нейтралізації лужності води, з наступним кип'ятінням або продуванням розчину повітрям протягом 5 хвилин. Після цього додають буферний розчин, індикатор і далі визначають твердість води. Загальну твердість води (X), мг·екв/дм3, розраховують за формулою: X= ��∗0,05∗��∗1000 ��1 , деV - об' єм розчину трилону Б, витрачений на титрування, см3; К - поправочний коефіцієнт до нормальності трилону Б; V1 - об'єм проби, який взято на аналіз, см3; 0,05 - нормальність трилону Б. Розбіжність між повторними визначеннями не повинна перевищувати 2%відн. Метод визначення масової концентрації загального заліза з сульфосаліциловою кислотою[9,40] 37 Хід визначення При масовій концентрації загального заліза не більше 2,00 мг/дм3 відбирають 50 см3 води (при більшій концентрації заліза пробу розбавляють дистильованою водою) і вносять в конічну колбу місткістю 100 см3. До 50 см3 додають 0,20 см3 соляної кислоти густиною 1,19 г/см3. Пробу води нагрівають і випаровують до об'єму 35-40 см3. Розчин охолоджують до кімнатної температури, переносять в мірну колбу місткістю 50 см3, ополіскують 2-3 рази по 1 см3 дистильованою водою, лри цьому ополоски зливають в ту ж мірну колбу. Потім до отриманого розчину додають 1,00 см3 хлористого амонію, 1,00 см3 сульфосаліцилової кислоти, 1,00 см3 розчину аміаку (1+1), ретельно перемішують після додавання кожного реактиву. По індикаторному паперу визначають рН розчину, який повинен бути більше 9. Якщо рН менше 9, то тоді додають ще 1-2 краплі розчину аміаку(1+1). Об'єм розчину в мірній колбі доводять до мітки дистильованою водою і залишають на 5 хвилин для появи забарвлення. Вимірюють оптичну густину забарвлених розчинів при фіолетовому світлофільтрі (λ=400-430 нм ) в кюветі товщиною 20, 30 або 50 мм по відношенню до 50 см3 дистильованої води, в яку додані ті ж реактиви. Масову концентрацію загального заліза знаходять за калібровочним графіком. Для побудови калібровочного графіка в мірні колби місткістю 50 см3 наливають 0,0; 1,0; 2,0; 5,0 10,0; 15,0; 20,0 см3 робочого стандартного розчину, доводять до мітки дистильованою водою, перемішують і аналізують, як досліджувану воду. Отримують шкалу розчинів з відповідним вмістом заліза 0,0; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 мг/дм3. Будують калібровочний графік, відкладаючи по осі абсцис масову концентрацію заліза, а по осі ординат - відповідне значення оптичної густини (рис.2.1). 38 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.5 1 1.5 2 Вміст заліза, мг/дм Рисунок 2.1 – Залежність оптичної густини розчинів від вмісту заліза Побудову калібровочного графіка повторюють для кожної партії реактивів і не рідше одного разу в квартал. Масову концентрацію заліза (Х) в пробі, мг/дм3, з урахуванням розбавлення, розраховують за формулою: X= ��∗50 �� , де С – концентрація заліза, знайдена за калібровочним графіком, мг\дм3; 50 – об’єм, до якого розбавлена проба, см3; V-об’єм води, який взято на аналіз, см3. Розрахунковий метод визначення масової концентрації катіонів магнію[40] Для визначення вмісту катіонів магнію в чистих підземних, більшості річкових та підготовлених технологічних водах можна застосовувати розрахунковий метод за результатами визначення твердості та вмісту іонів кальцію. Масову концентрацію магнію, мг/дм3, розраховують за формулою: 39 Оптична густина, D Х= 12,16 · (А-В), де 12,16 - молярна маса еквівалента магнію, мг/ммоль; А - загальна твердість води, мг·екв/дм3; В - вміст кальцію, мг·екв/дм3, (мг (Са2+)/дм3) 20,04 Метод визначення вмісту хлоридів[4,40] Хід визначення Якісне визначення В колориметричну пробірку наливають 5 см3 води і додають 3 краплі 10%-ного розчину азотнокислого срібла. Приблизний вміст хлор- іонів визначають за осадом чи муттю ввідповідності з даними табл. 2.2. Таблиця 2.2 - Приблизний вміст хлор-іонів Характеристика осаду чи муті Приблизний вміст СІ-, мг/дм3 Опалесценція або слабка муть 1 -10 Сильна муть 10-50 Утворюються пластівці, що осідають не 50 -100 зразу Білий об'ємний осад >100 Кількісне визначення В залежності від результатів якісного визначеннігвідбирають 100 см3 води, або менший її об'єм і доводять до 100 см3 дистильованою водою. Без розбавлення визначають хлориди в концентраціях до 100 мг/дм3. рН проби повинен бути в межах 6-10. Якщо вода мутна, її фільтрують через беззольний фільтр, який попередньо промито гарячою водою. Якщо вода має забарвленість вище 30 градусів, то пробу знебарвлюють додаванням гідроксиду алюмінію. Для цього до 200 см3 проби додають 6 см3 суспензії 40 гідроокису алюмінію, а суміш взбовтують до знебарвлення рідини. Потім пробу фільтрують через беззольний фільтр. Перші порції фільтрату відкидають. Відмірений об'єм води вносять в дві конічні колби і додають по 1 см3 розчину хромовокислого калію. Одну пробу титрують розчином азотнокислого срібла до слабо-оранжевого кольору, іншу пробу використовують як контрольну. При значній кількості хлоридів утворюється осад AgCI, який заважає визначенню. У цьому випадку до відтитрованої проби додають 2-3 краплі титрованого розчину NaCI до зникнення оранжевого відтінка, потім титрують іншу пробу, при цьому перша проба є контрольною. Вміст хлор-іонів (X), мг/дм3, розраховують за формулою: X = ��∗��∗��∗1000 ��1 де V - об'єм розчину азотнокислого срібла, витрачений на титрування, см3; К - поправочний коефіцієнт дотитру розчину азотнокислого срібла; g - кількість хлор-іонів, що відповідає 1 см3 розчину азотнокислого срібла, мг; V1 - об'єм проби, який взято на аналіз, см3. Допустимі відхилення між результатами повторних визначень: - при вмісті СІ- від 20 до 200 мг/дм3 - 2 мг/дм3; - при вмісті >200 мг/дм3 - 2% відносних. Визначення кислотності[40]. Загальну кислотність дріжджів і зрілої бражки визначають таким же чином, як і затору. рН встановлюють рН-метром або іонометром. Визначення вмісту спирту у бражці. [40]. У круглодонну колбу наливають 100 см3 фільтрату бражки. Мірну колбу ополіскують 25-30 см3 дистильованою водою, яку виливають у 41 круглодонну колбу. Бражку в колбі нейтралізують розчином гідроксиду натрію концентрацією 1 моль/дм3 до нейтральної реакції. Перегонну колбу закривають пробкою з краплеуловлювачем та з'єднують із холодильником. У приймальну колбу наливають 10 см3 дистильованої води. Перегонку ведуть поки в приймальну колбу не відгониться приблизно 80 см3 дистиляту. Після чого його доводять до мітки 100см3 дистильованою водою при температурі 20°С. Дистилят перемішують та визначають у ньому відносну густину пікнометром. Визначання об'ємної частки спирту етилового [40]. Принцип методу полягає у визначанні об'ємної частки спирту за густиною скляним ареометром для спирту типу АСП-1 або АСП-2 (БС1 і БС2). Проведення вимірювання Для визначання об'ємної частки спирту ареометр беруть за верхній кінець стрижня, вільного від шкали, та опускають в досліджуваний спирт, занурюючи його до тих пір,поки до передбачуваної відмітки ареометричної шкали не залишиться (3—4) мм, потім дають змогу ареометру вільно коливатись. Через 3 хв знімають відлік показів ареометра. Якщо ареометр занурився в досліджуваний спирт більше ніж на 5 мм по відношенню до передбаченої відмітки шкали, то його виймають, протирають лляним рушником і вимірювання повторюють. Якщо ареометр під час занурювання в досліджуваний спирт не коливається то необхідно підняти його на (3 — 4) мм і знову опустити. Ареометр має бути розташований у досліджуваному спирті таким чином, щоб він не торкався стінок циліндра. Відлік показів ареометра проводять по нижньому рівню меніска з точністю до 0,2 найменшої поділки. Потім знову вимірюють температуруt2 досліджуваного спирту. За температуру tдосліджуваного спирту приймають середнє арифметичне значення температур t1 і t2. 42 Ареометр виймають із досліджуваного спирту, витирають лляним рушником та повторюють вимірювання . Під час підготовки ареометра до повторного вимірювання циліндр з досліджуваним спиртом повинен бути накритий покривним склом. Об'ємну частку спирту, який призначено для тривалого зберігання органами Держкомрезерву визначають у діапазоні температур від мінус 25 до 40 °С. Визначання вмісту незброджених розчинних цукрів в зерновій зрілій бражці. [40] Хід визначання Зважують 25 г фільтрату бражки, в хімічній склянці і переносять в мірну колбу на 200 см3. Склянку ополіскують дистильованою водою і промивні води зливають в ту ж колбу; потім в колбу для освітлення додають 2 см3 розчину сульфату цинку, перемішують, витримують 2-3 хв., додають 2 см3 розчину гексацианоферату (ІІ) калію і знову перемішують.Об'єм розчину доводять дистильованою водою до мітки, перемішують і фільтрують в суху колбу. Перші 20-30 см3 фільтрату відкидають, а наступні порції використовують для аналізу. Фільтрат вторитнно розбавляють з таким розрахунком, щоб в 100 см3 розчину містилось від 5 до 12 мг вуглеводів. В залежності від припустимого вмісту цукру беруть 5-10 см3 фільтрату баражки і розводять його до об'єму 100 см3. Розведення бражок складає приблизно 1:50, 1:100. Для Визначання в пробірку на 20 см3 з притертим корком наливають 10 см3 розчину антрону і обережно додають 5 см3 розбавленого дослідженого розчину з таким розрахунком, щоб рідини не змішувались, а утворилось два шари, і закривають пробірку притертою пробкою. Паралельно готують нульовий розчин, додаючи 10 см3 розчину 5 см3 дистильованої води. Щоб пробірки не відкривались при нагріванні, на них і на пробках роблять спеціальні відливи, на які надягають пружні резинки. 43 Вміст пробірок енергійно перемішують протягом 10 хв. І занурюють пробірку в бурно киплячу водяну баню. Кипіння повинно поновитися протягом 0,5 хв. з моменту занурення пробірок в баню. Замічають початок кипіння води в бані і витримують 5,5 хв. Для проведення реакції, після чого охолоджують в бані з проточною водою до 20ºС. Визначають оптичну густину отриманого розчину із застосуванням двох світлофільтрів: оранжевого з довжиною хвилі λ= 610 нм і синьо- фіолетового із λ=413 нм в кюветі з довжиною грані 5мм. Кювету ополіскують 2-3 рази досліджуваним розчином, потім заповнюють її так, щоб рідина не доходила до країв на 5 мм. Зовнішні стінки кювети обмивають струменем води і витирають сухим фільтрувальним папером. Таким же чином наливають нульовий розчин у дві інші кювети такого ж розміру і визначають оптичну густину. Коефіцієнти погашення розчинів глюкози і арабінози знайдені експериментально. Значення їх підставлені у формули і складені наступні рівняння для розрахунку вмісту розчинних незброджених вуглеводів. Визначення вмісту сухих речовин[40] Визначення проводять в розчині меляси, розбавленої водою в відношенні 1:1. На технічних вагах тарирують стакан із скляною паличкою та зважують в ньому 10г меляси. Додають 6-7 см3 гарячої дистильованої води та ретельно перемішують, охолоджують до 20°С доводять дистильованою водою до 20 см3, перемішують та визначають вміст сухих речовин рефрактометром. Вміст сухих речовин в мелясі, (в%), дорівнює подвоєному показнику рефрактометра. Визначення масової концентрації альдегідів[40] При виробництві спирту альдегіди утворюється на стадіях бродіння і брагоректифікації, концентрація оцтового альдегіду в ректифікованому 44 спирті і побічних продуктах брагоректифікації на порядок вище концентрації інших альдегідів, тому при аналізі визначають їх сумарна кількістю в перерахунку на оцтовий. Вміст альдегідів в спирті визначають по оптичної щільності аналізованого розчину, пропорційної масової концентрації альдегідів [33]. Методика проведення аналізу Перед проведенням аналізу проводиться побудова градуювального графіка залежності оптичної щільності від масової концентрації альдегідів з використанням стандартних зразків. У три пробірки з пришліфованими пробками наливають по 10 см3 концентрованої сірчаної кислоти, додають по 5 см3 стандартного розчину з вмістом альдегідів 2, 4 і 10 мг / дм3 безводного спирту таким чином, щоб утворювалися два змішувальних шари. Потім в кожну пробірку доливають по 5 см3 водного розчину резорцину масової концентрації 2 г/см3. Пробірки закривають пробками, поміщають в киплячу водяну баню на 5 хв, потім реакційну суміш охолоджують до температури 20 ± 5 ° С. Інтенсивність утворилася жовтого забарвлення вмісту кожної пробірки вимірюють на фотоелектроколориметрі при світофільтрі з довжиною світлової хвилі 400 нм в кюветах з товщиною шару, що поглинає світло, 30 мм в порівнянні з дистильованою водою (можливо порівняти той на білому тлі інтенсивності забарвлення аналізованого і типового розчинів: забарвлення ректифікованого спирту повинна бути такою ж або менш інтенсивною, ніж забарвлення відповідного типового розчину). Аналіз кожного стандартного зразка типового реактиву проводять не менше трьох разів і з отриманих значень оптичної щільності обчислюють середньо- арифметичне значення. За отриманими після колориметрування результатами будують градуйова-ровочной графік залежності оптичної щільності аналізованого розчину від вмісту альдегідів, відкладаючи на осі абсцис масову концентрацію альдегідів, а на осі ординат - відповідне значення оптичної 45 щільності D. Залежність між оптичною щільністю і масовою концентрацією альдегідів в аналізованих розчинах на градуювальному графіку повинна бути лінійною. Визначення змісту альдегідів в ректифікованому спирті проводять в двох паралельних пробах так само, як при побудові градуювального графіка, замінюючи стандартні розчини аналізованих розчином. Визначення масової концентрації складних ефірів[40] Складні ефіри, утворюються на різних стадіях виробництва спирту в результаті окислення етанолу і вищих спиртів органічними кислотами. Найбільше в ректифікованому спирті і полупродуктах брагоректифікації оцтовоетилового ефіру, тому масовий вміст ефірів перераховують на оцтовоетиловий [33]. Методика проведення аналізу Перед проведенням аналізу готують вихідний розчин реакційної суміші, змішуючи рівні об'єми розчину гідроксиламіну гідрохлориду концентрацією 2 моль / дм3 і розчину гідрооксиду натрію концентрацією 3,5 моль / дм3. Отриману реакційну суміш перемішують і використовують для аналізу не пізніше 6 год з моменту приготування. Для проведення аналізу потрібно приготування випробовуваних розчинів А та Б: в дві конічні колби місткістю 50 см3 вносять по 6 см3 реакційні суміші, потім в одну з колб доливають 3 см3 розчину соляної кислоти концентрацією 4 моль / дм3 і перемішують протягом 1 хв (вміст цієї колби - розчин Б; вміст другої колби - розчин А). В обидві колби додають по 18 см3 аналізованого етанолу і одночасно обережно перемішують круговими рухами протягом 2 хв. У колбу з розчином А доливають 3 см3 розчину соляної кислоти концентрацією 4 моль / дм3 і також перемішують протягом 1 хв. Аналіз проводять в двох паралельних пробах. В обидві колби додають 46 по 3 см3 розчину хлориду заліза (III) і одночасно перемішують їх вміст вищеописаним способом протягом 1 хв. Інтенсивність забарвлення аналізованого розчину А вимірюють в порівнянні з розчином Б на фотоелектроколориметрі при світофільтрі з довжиною світлової хвилі 540 нм в кюветі з товщиною поглинаючого світло шару 50 мм. Визначення об'ємної частки метилового спирту[40] Метанол, що утворюється в процесі розварювання сировини за рахунок відщеплення метоксільних груп від пектинових речовин, є однією з найбільш токсичних домішок етанолу. Методика проведення аналізу У пробірки з пришліфованою пробками наливають по 2 см3 розчину марганцевокислого калію, потім в кожну пробірку додають по 0,2 см3 од- ного з типових розчинів з об'ємною часткою 0,01%; 0,03% і 0,05%, відразу ж вміст пробірок перемішують і витримують при кімнатній температурі 3 хв [40]. Після закінчення витримки вносять по 0,4 см3 розчину сірчистої- кислого натрію для знебарвлення реакційного середовища і перемішують. Потім додають по 4 см3 концентрованої сірчаної кислоти, негайно ж перемішують і пробірки з вмістом поміщають в баню з холодною водою на 2 хв для охолодження до кімнатної температури. Після цього в кожну пробірку доливають по 0,1 см3 розчину динатрієвої солі хромотроповой кислоти, перемішують і поміщають в киплячу водяну баню на 5 хв. за тим вміст пробірок охолоджують до кімнатної температури і вимірюють оптичну щільність розчинів на фотоелектроколориметри в кюветах з товщиною шару 10 мм при світлофільтрах з довжиною світлової хвилі 540 нм в порівнянні з дистильованою водою. Аналіз кожного стандартного зразка проводять не менше трьох разів і з отриманих значень обчислюють середньоарифметичне значення. 47 Визначення масової концентрації вільних кислот Метод заснований на визначенні масової концентрації вільних кислот, що містяться в аналізованому спирті, що обчислюються за кількістю розчину гідроксиду натрію, витраченого на титрування [40]. У етиловому спирті містяться оцтова, масляна, ізомасляна, пропіонова, валерианова і ін. кислоти. Концентрацію вільних кислот перераховують на оцтову, оскільки її зміст на порядок більше за інших. Методика проведення аналізу Аналіз проводять в двох паралельних пробах. 100 см3 аналізованого спирту поміщають в плоскодонну або круглодону колбу місткістю 500 см3 з пришліфованою кульковим холодильником, доливають 100 см3 дис- тильовану воду і кип'ятять 10 - 15 хв. Потім вміст колби охолоджують до кімнатної температури, закриваючи верхню частину холодильника трубкою з періодично оновлюваним вапном. До вмісту колби додають 10 крапель розчину бромтимолового синього і титрують розчином гідроокісі натрію (концентрація 0,05 моль / дм3) до появи блакитного забарвлення, яке не зникає при збовтуванні протягом 1 - 2 хв. 48 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА Якість води є одним з основних факторів, що визначають якість спирту. Важливу роль в процесі затирання грають мінеральні речовини, що містяться у воді. Вони впливають, як на якість етилового спирту, так і на дію різних ферментів в ході розварювання та оцукрювання крохмалевмісного сусла. Із солей у воді містяться бікарбонати і сульфати кальцію і магнію, що надають воді жорсткості, яка не повинна перевищувати 7 мг-екв/л, бути прозорою, без кольору і неприємних запахів. Не допускається присутність важких металів - ртуті, барію та ін. Окислюваність не повина перевищувати 2 мл 0,01 н розчину перманганату калію. Густий осад не повинен бути більше 1000 мг/л. Природну воду, яка не відповідає цим вимогам, піддають виправленню: фільтруванню крізь кварцевий пісок, інколи з коагуляцією колоїдних домішок, обеззараженню хлором, а при необхідності і пом’якшенню содово-вапняним або іонітним способом. Дуже небажана для виробництва вода з великою жорсткістю. Для проведення усіх технологічних процесів потрібна слабокисла реакція середовища (pH 4,5... 5,5). Так, крохмалевмісна сировина розварюється тим швидше і повніше, чим нижче pH. При pH 4,5... 5,5 крохмаль швидше оцукрюється, pH 5...5,5 найбільш сприятливе для спиртового бродіння. Нейтральна та слаболужна реакція сприяють розвитку кислотоутворюючих бактерій. У лужному середовищі при бродінні утворюється більше гліцерину. Надлишок гідрокарбонатів кальцію та магнію шкідливий, бо зміщує pH розвареної маси в бік підвищення, аж до нейтральної реакції. Окрім того, гідрокарбонат кальцію, вступаючи у реакцію обмінного розкладу з фосфатами сировини, перетворює їх у нерозчинні сполуки, які не можуть засвоюватися дріжджами. В процесі очищення видаляються органічні сполуки, усувається кольоровість і каламутність. Промислове очищення води на виробництві 49 спирту дозволяє значно підвищити якість кінцевого продукту і позитивно впливає на подальшу якість лікеро-горілчаної продукції. Поліпшується прозорість, смак і запах, збільшується термін зберігання напоїв без втрати органолептичних характеристик. Якщо не проводиться водопідготовка при виробництві спирту, то присутні у воді мінеральні елементи значно погіршують зовнішній вигляд і знижують органолептичні характеристики кінцевої продукції: хлорид натрію надає напоям солоний смак; через високу концентрацію заліза і міді алкогольна продукція має металевий присмак; сульфати натрію і магнію надають напоям гіркоти; через присутність у воді сульфату кальцію алкогольні напої виходять терпкими. [38] Основним показником якості води наведені в таблиці 3.1. Таблиця 3.1 - Показники фізіологічної повноцінності мінерального складу питної води № Найменування Одиниці Нормативи показників виміру визначення 1 Загальна жорсткість ммоль/куб.дм 1,5-7,0 2 Загальна лужність ммоль/куб.дм 0,5-6,5 3 Кальцій мг/куб.дм 25 - 75 4 Магній мг/куб.дм 10 - 50 5 Натрій мг/куб.дм 2 - 20 6 Сухий залишок мг/куб.дм 200 - 500 7 Залізо мг/куб.дм 0,2-1,0 8 Мідь мг/куб.дм 0,1-1,0 9 Хлориди мг/куб.дм 250-350 В ході експериментів було досліджено 2 типи води: водопровідна, водопровідна оброблена активованим вугіллям. В ході експерименту було проведено фільтрацію водопровідної води через активоване вугілля зі швидкостями 0,10 м/с, 0,15 м/с, 0,20 м/с. 50 В таблиці 3.1 наведені показники вихідної води перед фільтрацією. Таблиця 3.1 - Показники вихідної води перед фільтрацією Наймену- Са+2 Cl- Fe2+; pH Нітр Mg2+ Загальна Сu, Na- вання , мг/ мг Fe3+ іти, мг/ жорсткіс мг/ мг/ дм3 /дм3 (загаль мг/ дм3 ть, дм3 дм3 н.) дм3 мг·екв/д мг/ дм3 м3 Водопро- 85 550 1,5 8,0 0,7 40 8 1,0 18 відна Показники водопровідної води відрізняються від нормативних тому потребують доочистки. Таблиця 3.2 - Показники обробки водопровідної води через активоване вугілля Швидкість Висота Са+2, Cl- Fe2+; pH Нітріти, Mg Загальна Сu, Na- фільтрації, шару мг/ мг Fe3+ мг/ дм3 2+ жорст- мг/ мг/ м/с вугілля, дм3 /дм3 мг/ дм3 мг/ кість, дм3 дм3 мм дм3 мг·екв/дм3 0,10 50 78 380 0,9 7,4 0,5 32 6,0 0,9 16 100 71 340 0,6 6,7 0,42 28 5,7 0,7 14,3 150 64 220 0,4 6,2 0,30 22 5,5 0,4 14,0 0,15 50 78,4 400 1,0 7,8 0,6 38 6,8 1,0 16,2 100 72 350 0,7 7,0 0,44 29 5,5 0,7 14,0 150 64,6 220 0,6 6,8 0,30 24 5,5 0,5 14,1 0,20 50 79 480 1,3 8,0 0,56 36 7,3 1,0 17,5 100 78,8 390 1,0 8,0 0,52 36 7,0 0,8 17,1 150 77,3 280 0,7 7,9 0,42 34 6,4 0,7 16,9 9870 0 605040 0,1 м/с 30200 0,15 м/с 100 0,20 м/с 0 50 100 150 h,мм Рисунок 3.1 – Залежність очистки водопровідної води від кальцію. 51 Са2+ , мг/дм3 600 500 400 300 0,1 м/с 200 0,15 м/с 100 0,20 м/с 0 0 50 100 150 h,мм Рисунок 3.2 – Залежність очистки водопровідної води від хлору. 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0,1 м/с 0.6 0.4 0,15 м/с 0.2 0,20 м/с 0 0 50 100 150 h,мм Рисунок 3.3 – Залежність очистки водопровідної води від загального заліза. 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0,1 м/с 0.3 0.2 0,15 м/с 0.1 0,20 м/с 0 0 50 100 150 h,мм Рисунок 3.4 – Залежність очистки водопровідної води від нітритів. 52 нітрити, мг/дм3 Fe2+ + Fe3+ (загальн.), мг/дм3 СІ- , мг/дм3 4430 5 35 22 05 0,1 м/с 10 0,15 м/с 1055 0,20 м/с 0 0 50 100 150 h,мм Рисунок 3.5 – Залежність очистки водопровідної води від магнію 9 78654 0,1 м/с 3 0,15 м/с 21 0,20 м/с 0 0 50 100 150 h,мм Рисунок 3.6 – Залежність очистки водопровідної води від загальної жорсткості. 1.2 1 0.8 0.6 0,1 м/с 0.4 0,15 м/с 0.2 0,20 м/с 0 0 50 100 150 h,мм Рисунок 3.7 – Залежність очистки водопровідної води від міді. 53 Сu, мг/дм3 загальна жорсткість, мг/дм3 Мg, мг/дм3 1201816124108 0,1 м/с 6 0,15 м/с 4 02 0,20 м/с 0 50 100 150 h,мм Рисунок 3.8 – Залежність очистки водопровідної води від натрію. Найкращі результати були отриманні при швидкості 0,1 м/с та 0,15 м/с, але враховуючи, що при швидкості 0,1 м/с знижується продуктивність установки, визначили, що доцільним буде застосовувати швидкість 0,15 м/с. Висота шару активованого вугілля - 100 мм. Вміст кальцію зменьшився на 15,3%, хлоридів на 36,4%, заліза на 53,3%, магнію на 27,5%, загальна твердість на 31,3%, міді на 30%, натрію на 28,6%, рН на 12,5 %. Ефект очистки зображений на рисунку 3.9 9 8 7 6 5 4 ввооддооппррооввіідднна3 а впиісхліядноачистки 2 1 0 залізо нітрити мідь тзваегралдьіснтаь рН 54 Ефект очистки, % Na, мг/дм3 Рисунок 3.9 – Ефект очистки водопровідної води через активоване вугілля 600 500 400 300 ввооддооппррооввііддннаа впиісхлідяноачистки 200 100 0 кальцій хлориди магній натрій Рисунок 3.10 – Ефект очистки водопровідної води через активоване вугілля З графіка який зображений на рисунку 3.9 та 3.10 можна зробити висновок, що на активоване вугілля доцільно проводити фільтрацію водопровідної води. Наступною частиною роботи було в лабораторних роботах відпрацювати слідуючі режими воно-теплової обробки замісів. Заміси готували шляхом подрібнення пшениці до борошна проходом крізь сито з отвірами 0,5 мм. Вихід борошна складає 95%, лузги 5%. Готували 2 дослідних зразка. Дослід 1. На водопровідній воді з додаванням ферментних препаратів Термаміл і Сан-Супер. Дослід 2. На очищенній водопровідній воді з додаванням ферментних препаратів Термаміл і Сан-Супер. Режими для приговування замісів наступні: Розварювання (температура -105 °С, тривалість 45хв) 55 Ефект очистки, % Розрідження (Термаміл) (температура - 75°С, тривалість 30хв.) Оцукрювання(Сан-Супер) (температура – 60 °С, тривалість 45хв). Оцукрене сусло охолоджували до температури 30 °С, вносили спиртові дріжджі раси ХІІ, які задавали з розрахунк 5 г на 1 л середовища і зброджували протягом 3 діб. Отриманні результати в таблиці 3.3 Таблиця 3.3 – Динаміка бродіння дослідних зразків Зразок Час бродіння, год 12 24 36 48 60 72 Дослід 1 1,2 3,2 6,4 8,6 9,4 9,6 Дослід 2 1,4 3,8 7,0 9,7 10,8 10,5 12 10 8 6 ддослід 14 ослід 2 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Час бродіння, год Рисунок 3.11 – Динаміка бродіння Таблиця 3.4 – Зменьшення сухих речовин під час бродіння Зразок Початкова Час бродіння, год концентрація, 12 24 36 48 60 72 % Дослід 1 18 17,5 16,4 14,3 11,2 10,8 10,5 Дослід 2 18 17,1 16,0 13,8 10,9 10,4 10,4 56 Виділення СО2, г/100 мл бражки 20 18 16 14 12 10 8 ддоосслліідд 12 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Час бродіння, год Рисунок 3.12 – Залежність сухих речовин від часу бродіння Таблиця 3.5 –Накопичення етилового спирту час бродіння Зразок Час бродіння, год 12 24 36 48 60 72 Дослід 1 1,2 2,7 4,5 5,8 6,5 6,7 Дослід 2 1,5 2,8 5,0 6,2 6,8 6,8 8 7 6 5 4 ддоосслліідд 13 2 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Час бродіння, год Рисунок 3.13 – Накопичення етилового спирту 57 Етиловий спирт, % об. Сухі речовини, % При зброджуванні сусла, приготовленого на основі підготовленої водопровідної води, отримали результати які свідчать, що бродіння проходило більш інтенсивно ніж на водопровідній воді без підготовки. Зменьшується тривалість бродіння на 12 годин. Технологічні показники готової бражки наведені в таблиці 3.6. Таблиця 3.6 – Технологічні показники зрілої бражки Зразок Концент рН Кис- Дійсні Загаль- Нерозчин Вміст рація лотні- СР, % ний ний спирт сусла, % сть, ° незброд крохмаль, у в жений % зрілій цукор, браж % ці, % об. Дослід 1 18 4,72 0,42 4,8 0,587 0,031 6,7 Дослід 2 18 4,65 0,4 4,6 0,586 0,023 6,9 Технологічні показники свідчать про те, що зріла бражка приготовлена на підготовленій воді має більшу концентрацію етилового спирту. Наступний етап роботи - це аналіз бражного дистиляту на вміст сивушних масел, ефірів, метанолу та органічних кислот. Таблиця 3.7 – Аналіз бражного дистиляту Зразок Міцні Альде Складні Мета Органіч сть Гіди, ефіри нол, ні мг/дм3 мг/дм3 мг/дм кислоти, 3 мг/дм3 Дослід 1 82,3 88 698 0,13 92 Дослід 2 85,4 68 425 0,09 74 58 100 89070605004 дослід 300 дослід 12 12000 Альдегіди, % Органічні кислоти, % Міцність, % Рисунок 3.14. – Аналіз бражного дистиляту 78060 0 500 00 4003000 ддоосслліід 1200 д 2 1000 складні ефіри, мг/дм3 Рисунок 3.15. – Вміст складних ефірів у бражному дистиляті Висновок. Вода оброблена активованим вугіллям дає можливість скоротити час бродіння бражки, проводити розварювання при значно нижчих температурах, а також покращити якість бражного дистиляту на 3,4% збільшилась концентрація бражного дистиляту, на 23% зменьшився вміст альдегідів, на 39% складних ефірів, на 31% метанолу та на 20% органічних кислот. Що значно покращує якість готового продукту. 3.1 Математико-статистична обробка результатів досліджень Математико-статистична обробка результатів досліджень здійснена методом регресійно-кореляційного аналізу. 59 Було визначено вхідні параметри, що регулюють накопичення етилового спирту під час бродіння крохмалевмісного сула приготовленого на очищенній водопровідній воді в залежності від вмісту сухих речовин і часу. Вхідні параметри процесу: - СР–сухі речовини, %; - τ – час, хв. Вихідна функція: - Сетил.спирт – етиловий спирт, % об. У загальному вигляді функцію можна представити так: Е= f (w,τ ) Загальна схема математичної моделі зображено на рис. 3.16. x1 (СР) ОХТ у (С) х2 (τ) Рисунок 3.16 – Загальна схема математично-статистичної моделі Побудова плану повного факторного експерименту Для проведення дослідів складають план з відповідними матрицями планування експерименту із вказуванням кількості дослідів та межі зміни факторів. Матриця являє собою перелік варіантів, взятих в даній серії дослідів. В матриці повного факторного експерименту (ПФЕ) досліджувані фактори змінюються лише на двох рівнях: верхньому та нижньому. Кількість дослідів повного факторного експерименту: , де n=2 - кількість вхідних факторів. Кількість дублюючих дослідів m=2. Нормалізація вихідного рівняння регресії, тобто перетворення змінних хі в безрозмірні нормалізовані zi: 60 , де хі - значення фактора на «+»-рівні; х0 - значення фактора на 0-рівні; Δхі - крок варіювання. Рівняння регресії матиме наступний вигляд: . Визначивши, які фактори впливають на процес, визначаються їх рівні варіювання та крок варіювання: Таблиця 3.8 – Вихідні дані Одиниці Крок Верхній Нижній Фактор 0-рівень вимірювання варіювання рівень «+» рівень «-» х1 (СР) %. 18 0,5 17,5 10,5 х2 (τ) хв 0 12 72 12 Матриця повного двофакторного експерименту наведена у табл. 3.8 : Таблиця 3.8 – Матриця повного двофакторного експерименту № z0 z1 z2 z досліду. 1·z2 1 + + + + 2 + + - - 3 + - + - 4 + - - + Результати експериментів і розрахунків наведено в табл.3.9. 61 Таблиця 3.9– Результати досліджень Розрахунки № досліду у1 у2 Відхилення,% 1 1,2 1,5 1,35 0,045 0,045 0 2 2,7 2,8 2,75 0,005 0,005 0 3 4,5 5,0 4,75 0,125 0,125 0 4 6,7 6,8 6,75 0,005 0,004 0,001 Перевірка однорідності дисперсій Дисперсія паралельних дослідів кожного рядка матриці плану розраховується за рівнянням: , де m=2 – кількість паралельних дослідів. ; ; ; ; Найбільше значення max з усіх розрахованих складає: ; Сума дисперсій розраховуємо за формулою: Розраховуємо критерій Кохрена: 62 Примітка: табличне значення критерію Кохрена Gкр, для значень ступеня свободи f1=N=4 та f2=m-1=2-1=1, рівня значущості α=5% становить 0,9065. Отже, дисперсії вихідного параметру в паралельних дослідах є однорідними, тобто отримане рівняння регресії є відтворюваним. Загальна похибка дослідів становить: Розрахунок коефіцієнтів рівняння регресії ; Перевірка значущості коефіцієнтів регресії Дисперсія коефіцієнтів регресії складає: , 63 Відхилення будь-якого коефіцієнту розраховуємо за формулою: , де tT=2,78—табличне значення критерія Стьюдента для ступеню свободи f1= N(m-1) = 4(2-1) = 4 та рівня значущості α=5% . Розрахунок значення критерію Стьюдента для кожного коефіцієнту регресії: ; ; ; . Примітка: tbi > tT, виконання цієї умови дає підставу констатувати значущість відповідного і-го коефіцієнту. В нашому випадку значущими є коефіцієнти b0, b1, b2, b12. Підставляючи значення кожного фактора в отримане рівняння регресії, отримаємо розрахункові значення функції та порівнюємо їх із дослідними значеннями: 64 Перевірка рівняння регресії на адекватність Підставляючи значення кожного фактора в отримане рівняння регресії, отримано розрахункові значення функції, які порівнюються з дослідними значеннями. Перевірка отриманого рівняння регресії на адекватність дійсному процесу: S2зал = 0,000001. Розрахунок значення критерію Фішера: Примітка: за таблицями для ступеня свободи f1 = N - l = 4-3 = 1 та f2 = N (m -1) = 4 , рівня значущості α=5%; де l=2—кількість коефіцієнтів в рівнянні регресії, які стоять перед основними факторами, табличне значення критерію Фішера: FT=224,6. Перевірка умови адекватності: Fp < FT= 0,00002 < 224,6. Отже, отримане рівняння регресії є адекватним дослідженому процесу, що також доводиться порівнянням дисперсій. 65 РОЗДІЛ 4. ТЕХНОЛОГІЧНА ЧАСТИНА 4.1 Принципово-технологічна схема Вода Зерно Активоване вугілля Фільтрація Подрібнення Кварцевий пісок Фільтрація Підігрів Приготування замісу ФП Т-62-65°С Розварювання замісу Пара Т-85-95°С Охолодження Вода Т-23-35°С Кислоти, Живлення Виробничи дріжджі Оцукрювання Засівні дріжджі Бродіння Перегонка бражки Барда Епюрація Ефіро-альдегідна фракція Ректифікація Лютерна вода Сивушні масла Спирт ректифікат Рисунок 4.1 – Принципова технологічна схема виробництва спирту із 66 крохмалевмісної сировини 4.2 Опис апаратурно-технологічної схеми Апаратурно-технологічна схема енерго- та ресурсозберігаючої технології спиртової бражки з рекуперацією вторинних теплових потоків та переробки вологої кукурудзи починається з приймання сировини. Сировина на підприємство доставляється автомобільним та залізничним транспортом. Кукурудза з вологістю 14-16% норією 1 подається в силос 2 для зберігання. З силоса зерно норією 1 направляється на очистку від металічних домішок в магнітний сепаратор 3. Далі зерно подається в зерноочистну машину 4. Сміттєва та зернова домішка, що відділились при очистці направляються для приготування кормів. Очищене зерно зважується на електронних вагах 5 для обліку виробництва і далі з допомогою дозатора 6 подається на подрібнення в молоткову дробарку 7. Подрібнене зерно з дисперсністю 100% проходу через сито з діаметром отворів 1мм направляється в гомогенізатор 8. Сюди ж подається термостабільна α- амілаза 1,0 од АА/г у вигляді препарату Термаміл (Termamil) 120L в якості розріджу вального ферменту, а також відпрацьована вода від спірального холодильника 14 і рекуперативного теплообмінника 15 та 30% фільтрату барди. Гомогенізована суміш, гідромодуль 1:2,5; 1:3,0, направляється в апарат змішувач 9, де перемішується до досягнення однорідного вигляду. Одночасно в апарат подається пара, яка нагріває суміш до температури 80- 950С, яка забезпечує максимальне проникнення води в клітини крохмалю, його набухання та клейстеризацію. Кукурудза з вологістю 25-45% з допомогою норії 1 подається на очистку спочатку у магнітний сепаратор 3, а потім в зерноочистну машину 4. Очищене зерно надходить в розподільчий бункер 10 з якого дозується на дробарки вологого помелу 11. Також в дробарку подається суміш 10% фільтрату барди, дефлегматорної води та термостабільна α -амілаза 1,0 од АА/г у вигляді препарату Термаміл (Termamil) 120L в якості 67 розріджу вального ферменту. З дробарки вологий помел потрапляє в змішувач 12 з якого відцентровим насосом перекачується у варочний апарат 13. Також в апарат подається з допомогою насосу заміс із змішувача 9 та підводиться пара, яка забезпечує підтримання оптимальної температури розварювання 80-950С. Мета ферментативного гідролізу крохмалю – отримання сусла. Розварену масу зерна оцукорюють ферментними препаратами. Отримуваний в результаті цього продукт (сусло) називають «оцукрова маса». Хімізм гідролізу. Незалежно від природи каталізатора при розриві кожного а-1,4- і а-1,6- глюкозидного зв'язку в крохмалі за місцем розриву приєднується молекула води. Рисунок 4.2 – Гідроліз крохмалю Дослідження з гідролізу крохмалю амілазами Н2О18 показали, що вони каталізують розрив глюкозидних зв'язків між С1 і О. В амілозі при розриві α- 1,4-глюкозидного зв'язку гідроксил води приєднується до першого утворюючи альдегіддну групу в скрітій (напівацетальній) формі, водень води приєднується до кисню глюкозидного зв'язку при четвертому вуглецевому атомі правого залишку глюкози. Гідроліз амілопектину в точці розгалуження (α-1,6-глюкозидного зв'язку) супроводжується приєднанням гідроксилу води також до першого вуглецевого атома, а водню води — до шостого вуглецевого атома. У межі - при розриві всіх глюкозидних зв'язків - приєднується п-1 молекул води (де п - число глюкозних залишків в макромолекулах амілозі та 68 амілопектину, або СП) і утворюється п молекул глюкози. Так як п дуже велике, то числове значення п-1 практично нехтує мало відрізнятися від п і реакція гідролізу може бути виражена рівнянням: (С6Н10О5)п + пН2О = пС6Н12О6. Варочний апарат обладнаний перемішуючим пристроєм, мета якого полягає в рівномірному розподілені сусла по всій висоті апарату,забезпеченні максимальної взаємодії ферментного препарату з вуглеводами. Після досягнення необхідного ступеня розрідження сусло з варочного апарату 13 відцентровим насосом направляється в рекуперативний спіральний холодильник сусла 14, де охолоджується до температури 50-550С за рахунок подачі холодної води, і далі направляється в бродильний апарат 17. Оцукрювання ведуть у наступному порядку. У заторний апарат набирають 5 % загальної кількості солодового молока і стільки холодної води, щоб покрилися лопаті мішалки. Потім при працюючій мішалці бістро видують масу з розварників. Коли температура маси, що вищується, досягне 75...80 'С, пускають у змійовики воду, продовжуючи видування і охолодження. Після закінчення видування масу охолоджують до 62...63 'С, додають решту солодового молока або грибний культурні, перемішують 5 хв і протягом 15...20 хв оцукрюють масу без перемішування. Сусло охолоджують до З0 °С, пропускай через змійовики воду, при мішалці, що працює. При тій температурі в сусло, яке першим подається в бродильний бак, вводять усі дріжджі (6...8 % за об'ємом бродильного бака, що заливається) і сусло з дріжджами охолоджують до температури складки. З такою температурою сусло зливають у бродильний бак і в тому випадку, коли дріжджі не додають у заторний апарат. Конценіфація сусла, як і при безперервному оцукрювання, повинна перебувати в межах 16... 18 % за сахарометром. Відпрацьована вода із спірального холодильника направляється частково на приготування замісу в гомогенізатор 8 та в дробарки вологого 69 помелу 11, а частково направляється в рекуперативний теплообмінник 15 де відбувається охолодження фільтрату барди. З теплообмінника 15 фільтрат барди та нагріта вода різними комунікаціями направляється на приготування замісу. В бродильному апараті 17 під дією гідролітичного ферментного препарату Сан-Супер (Sun-Super) 240L, який подається в кількості 5,0од. ГлА/г, відбувається оцукрення розрідженого сусла до проби на йод (забарвлення має бути світло-жовте), а далі в цей же апарат направляються виробничі дріжджі з дріжджанок і починається процес бродіння. Тривалість даного процесу складає 57-62 години. Температура бродіння складає 32-350С. Охолодження сусла в бродильному апараті відбувається за рахунок циркуляції сусла через рекупераційний охолоджувач бражки 16, в який підводиться холодна вода. Відпрацьована вода може використовуватись для охолодження сусла після варочного апарату 13. Бродіння сусла Сутність цього способу полягає в безперервному припливі оцукреного сусла і введенні дріжджів у головний апарат бродильної батареї, що складається з декількох послідовно з'єднаних між собою судин, у безперервному зброджуванні цього сусла і відтоку зрілої бражки з останнього. Концентрація дріжджів у батареї підтримується на певному рівні швидкістю притоку сусла, а відтік йде за принципом сполучених судин. Після закінчення процесу бродіння бражка з концентрацією етанолу 9- 10% об. Направляється на наступні стадії технологічного процесу отримання спирту, тобто в брагоректифікаційне відділення. Брагоректифікаційні установки напівпрямої дії БРУ напіврямої дії менш ефективні з енергетичної точки зору, але в них відсутній прямий контакт водно-спиртової пари бражної колони із спиртовою колоною, що полегшує виробництво високоякісного спирту. В брагоректифікаційній установці фірми «Розенлев» (Фінляндія), рис. 70 4.3, гріюча пара вводиться тільки до бражної та спиртової колон. Обігрів колон брагоепюраційної та епюраційної (частково) та колони остаточного очищення проводиться за рахунок теплоти конденсації пари, що виходить з бражної та спиртової колон. Для забезпечення двократного використання теплоти у бражній та спиртовій колонах підтримується надлишковий тиск 50 кПа. За даними фірми витрата пари складає 43 кг/дал. Обігрів всіх колон здійснюють через кип’ятильники-випаровувачі. В бражній колоні для інтенсифікації теплопередачі в кип’ятильнику- випаровувачі передбачено примусову циркуляцію. Спиртова колона, яка має велику кількість тарілок, розділена на дві частини, що дає можливість її розташування в приміщеннях з невеликою (12-15 м) висотою. Недоліком цієї установки є потреба у великій кількості спеціальних насосів для перекачування гарячих спиртовмісних рідин та пов’язані з цим додаткові витрати електроенергії. Співробітниками НУХТ та Вузлівського спиртового заводу під керівництвом проф. Маринченка розроблена БРУ напівпрямої дії, рис. 4.3. Рисунок 4.3- БРУ напівнрямої дії системи НУХТ та Вузівського спиртового заводу: Колони: 1, 2, 3, 26, 27 — бражна, енюраційна, спиртова, кінцевої очистки, розгінна; 4 — сепаратор бражки: 5 — конденсатор сепаратору бражки: 6, 7, 8 — бражний підігрівай; 9, 10, 11, 28, 29 — дефлегматори; 12,13, 14, 30, 31 — конденсатори; 15, 16', 32 — спиртоуловлювачі, 1 7 — конденсатор сивушного спирту; 19, 21, 22, 34, 35 — кип’ятильники-випаровувачі; 20 рекуперативний кип’ятильник; 23 емульгатор; 24 - екстракційна колона; 25 — колектор головних домішок спирту; 33 - деканатор 71 Спиртова бражка (СБ) послідовно проходить через підігрівані бражки 8, 7, 6, де нагрівається водно-спиртовою парою, яка відводиться з ректифікаційної 3, епюра- ційної 2, та бражної 1 колон. Нагріта бражка поступає в бражну колону 1 через сепаратор бражки 4, в якому від бражки відділяється вуглекислий газ та частина летких домішок спирту (ГДС). Ці домішки конденсуються в конденсаторі 5 і відводяться у колектор 25. Водно-спиртова пара з бражної колони поступає в верхню частину міжтрубного простору рекуперативного кип’ятильника 20, де частково конденсується і обігріває епюраційну колону 2. Основна частина конденсату разом з несконденсованою парою поступає по паро-рідинній комунікації в підігрівач бражки 6, де відбувається їх подальша конденсація; остаточна конденсації водно-спиртової пари бражної колони здійснюється в дефлегматорі 9, конденсаторі 12, та спиртоуловлювачі 15. Залишки конденсату із міжтрубного простору кип’ятильника 20 подаються в бражну 1, або епюраційну 2 колони для виділення летких домішок. Конденсат з підігрівала бражки 6 поступає в середню частину епюраційної колони 2. Конденсат з дефлегматора 9 та конденсатора 12 розділяється на два потоки. Один — в якості флегми подається на верхню тарілку бражної колони 1 для підвищення концентрації спирту в парі, яка відводиться з цієї колони. Другий — поступає в епюраційну колону 2. В епюраційній колоні 2 вилучається і концентрується основна маса головних та частково кінцевих домішок спирту, які у вигляді головної фракції відводяться через підігрівай бражки 7, дефлегматор 10 та конденсатор 13 в колектор летких домішок спирту (ЛДС) — 25. Для забезпечення необхідної інтенсивності кипіння рідини в епюраційній колоні в період пуску установки та при переробці спиртових бражок з підвищеним вмістом летких домішок епюраційна колона додатково обігрівається гріючою парою (П) через додатковий кип’ятильник 21. Звільнена від основної маси головних домішок кубова рідина епюраційної колони 2 — епюрат, прямує на тарілку живлення спиртової 72 колони 3, в якій здійснюється концентрування спирту та вилучення нижніх проміжних домішок, які у вигляді сивушної фракції подаються через конденсатор 18 в емульгатор 23, де змішується з водою. Після розшарування в екстракційній колонці 24 верхній шар — сивушне масло, відводиться з установки, а нижній — водний шар, повертається в ректифікаційну колону 3. Верхні проміжні домішки — сивушний спирт відбирається з середньої частини ректифікаційної колони 3 у вигляді пари і після конденсації в конденсаторі 17 відводиться до колектору 25. У верхній пастеризаційній частині колони 3 здійснюється концентрування головних і кінцевих домішок, які не повністю вилучились в епюраційній колоні 2. Ці домішки у вигляді непастеризованого спирту відводяться до колектору 25. В спиртоуловлювачах 15 та 16 остаточно конденсуються залишки летких домішок, які поступають в колектор 25. Леткі домішки через колектор 25 йдуть на повторну ректифікацію. Леткі домішки спирту відбираються в кількості, яка забезпечує потрібну якість ректифікованого спирту. Ректифікований спирт відбирається з верхньої частини колони 3 нижче зони пастеризації. Бражна 1 і спиртова 3 колони обігріваються гріючою парою через відповідні ки- п’ятильники-випаровувачі 19 та 22. Конденсат гріючої пари відводиться з установки і використовується як живлення парових котлів. Кубова рідина спиртової колони 3 — лютерна вода подається в трубний простір кип’ятильника — випаровувача19, де вона частково випаровується. Вторинна пара лютерної води подається в куб бражної колони для її обігріву. Для отримання ректифікованого спирту підвищеної якості та збільшення його виходу з одиниці сировини установка оснащується додатковими колонами — колоною кінцевої очистки 26 та розгінною колоною 27. 73 Робота колони кінцевої очистки передбачена в двох режимах. В режимі повторної епюрації, коли ключовими домішками спирту є головні та кінцеві домішки та в режимі повторної ректифікації, коли ключовими є проміжні домішки. При роботі колони кінцевої очистки в режимі повторної епюрації ректифікований спирт подається в верхню половину колони 26, а головні і кінцеві домішки у вигляді метанольної фракції відводяться з установки через конденсатор 30. При цьому спирт ректифікований високоякісний (СРВ) відбирається з нижньої частини колони 26. При роботі колони остаточного очищення в режимі повторної ректифікації ректифікований спирт подається в нижню половину колони 26, проміжні домішки відводяться з її кубової частини, а спирт ректифікований високоякісний відбирається з верхніх тарілок. В розгінній колоні 27 здійснюється відокремлення летких домішок від спирту та їх концентрування. Ефективне вилучення та концентрування домішок в колоні 27 здійснюється за допомогою гідроселекції, тобто введенням гарячої води (ГВ) на верхню тарілку колони 27. Кількість води, яка подається на гідроселекцію залежить від характеру ключових домішок спирту, які потрапляють до колони разом з її живленням. Концентрат летких домішок спирту, так званий концентрат естеро-сивуш- ний (КЕС), відводиться з установки через дефлегматор 29, конденсатор 31, спирто- уловлювач 32 та декантатор 33. З куба колони 27 відводиться водно-спиртова рідина (ВСР), звільнена від летких домішок спирту, яка повертається в бражну колону. Колона 27 обігрівається гріючою парою через кип’ятильник- випаровувач 35. 74 5. ОХОРОНА ПРАЦІ Технологічні процеси повинні виконуватися відповідно до вимог ГОСТ ССБТ: 12.3.002-75, 12.3.009-76, 12.3.010-82, 12.3.020-80, а також галузевих правил і норм. Держнаглядохоронпраці затвердив своїм наказом від 30.11.1993р. № 123 Перелік робіт з підвищеною небезпекою. До виконання їх пред'являються особливі вимоги. [24] Характерні для підприємств харчових виробництв роботи, зв'язані з оглядом, очищенням, ремонтом, розгерметизацією технологічного устаткування, комунікацій, у тому числі всередині ємкостей (силосів, бункерів, цистерн, резервуарів та іншого аналогічного устаткування, а також колекторів, тунелів, колодязів, приямків та ін.), при проведенні яких існує або не виключена можливість виділення в робочу зону, визначену відповідно до ГОСТ12.1.005-88, вибухопожежонебезпечних або шкідливих пар, газів та інших речовин, здатних викликати вибух, загоряння, зробити шкідливий вплив на організм людини, а також роботи при недостатньому вмісті в повітрі кисню (нижче 20 % обсягу) і на висоті повинні проводитися за наряд- допуском відповідно до вимог інструкцій, розроблених на основі діючих правил з урахуванням місцевих умов. [24] На підприємстві за кожним цехом (виробництвом) повинен бути розроблений перелік робіт з підвищеною небезпекою. У переліку повинні бути роздільно зазначені роботи, що проводяться з оформленням наряду- допуску за встановленою формою і без оформлення такого документа, але з обов'язковою реєстрацією виконуваних робіт перед їх початком у відповідному журналі. [24] Перелік робіт з підвищеною небезпекою розробляється начальниками цехів (відділень, дільниць - при безцеховій структурі), узгоджується з виробничим (технічним) відділом, службою охорони праці і затверджується роботодавцем. Перелік робіт з підвищеною небезпекою повинний періодично, не рідше одного разу на рік, переглядатися і 75 перезатверджуватися. У переліку повинні бути зазначені: цех (установка, відділення - при безцеховій структурі), місце і характер роботи, можливі шкідливі і небезпечні виробничі фактори при її проведенні, виконавці, основні заходи, що забезпечують безпеку виконуваних робіт. Список осіб, що можуть призначатися керівниками робіт за нарядами- допусками, встановлюється роботодавцем[24]. Наряд-допуск визначає обсяг і зміст запланованих робіт, послідовність їх виконання, міри безпеки, періодичність аналізів повітряного середовища та засоби захисту працюючих. Не дозволяється змінювати обсяги робіт, передбачені нарядом-допуском, вбік їхнього збільшення. Наряд-допуск видається тільки на одну бригаду, на один вид робіт, на одну зміну. Якщо ці роботи не закінчені в зазначений термін, а умови їхнього виконання і склад бригади не змінилися, наряд-допуск може бути продовжений на чергову зміну. [24] Наряд-допуск підписується начальником цеху, де проводиться робота, узгоджується зі службою охорони праці (з реєстрацією в спеціальному журналі і присвоєнням чергового номера), а при необхідності - із суміжними цехами і затверджується роботодавцем. Наряд-допуск оформлюється в двох екземплярах, які після затвердження передаються начальнику зміни. Начальник зміни передає один його екземпляр особі, відповідальній за підготовчі роботи. Після відповідної підготовки об'єкта обидва екземпляри зазначеного документа підписують посадові особи, відповідальні за підготовку і проведення робіт з підвищеною небезпекою, підтверджуючи безпеку умов їхнього проведення. Один екземпляр наряду-допуску після закінчення робіт передається службі охорони праці і зберігається в її справах не менше трьох місяців. Другий екземпляр його знаходиться у посадовій особі, відповідальної за проведення цих робіт, і після їхнього закінчення зберігається в справах цеху не менше трьох місяців. 76 Записи в обох екземплярах наряду-допуску повинні бути чіткими, без виправлень; не допускаються підписи відповідальних осіб під копірку. При відсутності на підприємстві технічної можливості кваліфікованно та у повному обсязі виконати зазначені вище ремонтні роботи до виконання їх можуть залучатися атестовані фахівці інших організацій, що пройшли інструктаж з охорони праці [24]. 5.1. Загальні вимоги з охорони праці в приміщеннях спиртзаводу Щоб забезпечити нормальні та безпечні умови праці в кожному виробничому приміщенні спиртового заводу, необхідно проводити контроль повітряного середовища на вміст у ньому шкідливих газів та пари. Вони можуть проникати в повітряне середовище деяких виробничих приміщень підприємства з других загазованих приміщень, де порушуються технологічні процеси: це аміак, фреон або діоксид вуглецю із компресорних станцій чи бродильних відділень, пари спиртів, ефір із брагоректифікаційних установок та ін. [27] Потрапляючи на шкіру або у дихальні шляхи, шкідливі речовини негативно впливають на здоров’я людини, якщо в повітрі робочої зони вони перевищують гранично допустиму концентрацію (ГДК). А тому контроль за вмістом шкідливих речовин у повітрі робочої зони повинен встановлюватись як безперервний (для речовин 1 класу небезпеки) та періодичний - 2, 3 і 4-го класів небезпеки. Основні напрями роботи на заводі з боротьби з професійними захворюваннями, що спричиняються дією отруйних шкідливих газів та пари, повинні характеризуватися удосконаленням технологічних процесів та обладнання з метою зменшення викидів у повітряний простір шкідливих газів та організацією системи вентиляції виробничих приміщень. Контроль за станом повітряного простору в приміщеннях спиртзаводу та вмістом шкідливих речовин у ньому здійснюється газоаналізаторами та хімічними індикаторами, газосигналізаторами. Різні сполуки потребують різних методів аналізу, тому прилади вибираються для конкретних умов виробництва. Вміст шкідливих сполук у повітрі визначається безпосередньо вимірюванням їх концентрації або посередньо за вмістом кисню в досліджуваному середовищі. 77 Найбільш простими і оперативними є експресні методи, які ґрунтуються на зміні забарвлення пористих індикаторних мас, індикаторного паперу тощо. [27] Для визначення вмісту шкідливих сполук у повітрі виробничих приміщень найширше застосовуються автоматичні методи, оскільки дозволяють досить швидко та точно отримати результати аналізу. Вони здійснюються переносними та стаціонарними газоаналізаторами і газосигналізаторами. Так, для визначення загазованості повітря двооксидом вуглецю застосовують лабораторний інтерферометр ЛИ-4 або шахтний інтерферометр ШП-3 та ШП-5. Для визначень діоксиду вуглецю, хлору, оксиду азоту, оксиду сірки, метану застосовується газоаналізатор “Атмосфера” та ГХП-75. [27] У всіх цехах і відділеннях до роботи допускаються особи, які досягли 18 річного віку, пройшли медичне обстеження, вступний інструктаж, спеціальне навчання, перевірку теоретичних і практичних знань у кваліфікаційній комісії з питань охорони праці, первинний інструктаж на робочому місці, стажування для придбання навичок безпечного ведення виробничих процесів. 5.2. Охорона праці при прийманні, збереженні і підготовці сировини до переробки При прийманні зерна, його підготовці до переробки виділяється багато пилу, як несприятливого фактора виробничого середовища. Пил може чинити різноманітну негативну дію на організм працівників та студентів, які проходять на заводі практику - фіброгенну, алергенну, канцерогенну. Виробничий пил завдає шкоди організму людини внаслідок механічного, хімічного та бактеріологічного впливу Він шкідливо впливає на органи травлення, дихання, зору та шкіру. [27] Крім шкідливої дії на людину, пил спричиняє передчасне зношування обладнання та може бути причиною пожеж та вибухів. [27] Пил - це подрібнені частинки твердої органічної і неорганічної речовини, які можуть міститись як у повітрі (аерозоль), так і осідати на різні поверхні (аерогель). Кількісна характеристика пилу може бути визначена його концентрацією в повітрі - масою пилової речовини, мг, в одиниці об’єму 78 повітря, м3. Враховуючи те, ще? запиленість повітря в першу чергу визначає шкідливу дію пилу на організм людини, нормативна документація встановлює гранично допустимі концентрації (ГДК) пилу в приміщеннях, де збирається зерно і ведеться підготовка до його переробки, 2 мг/м3. ГДК шкідливих речовин у повітрі робочої зош характеризують умови, коли така концентрація не може спричинити захворювань чи відхилень у стані здоров’я працюючих. [27] Якщо концентрація пилу в приміщенні перевищує ГДК, слід користуватися засобами індивідуального захисту - респіраторами, пилозахисними окулярами і спецодягом. Перед викидом в атмосферу запилене повітря слід очищати спеціальними фільтрами, циклонами, пилоосадниками. Очищення розраховується таким чином, щоб на території спиртзаводу концентрація шкідливих речовин не перевищувала ГДК у повітрі робочої зони промислових приміщень. При укладанні буртів картоплі на працівника можуть впливати такі небезпечні і шкідливі фактори: - зниження температури повітря робочої зони; - електричний струм при замиканні його на корпус устаткування. Працівники при укладанні буртів картоплі повинні мати належні за нормами засоби індивідуального захисту (плащі, гумові чоботи, спеціальні рукавиці, куртки на утепленій підкладці). Працівники повинні уміти користуватися первинними засобами пожежогасіння, надавати першу долікарську допомогу, виконувати правила особистої гігієни, користуватися тільки справними інструментами та устаткуванням. [27] 5.3. Основні вимоги техніки безпеки при водно-тепловій обробці сировини Під час подрібнення зерна і картоплі на працівників можуть впливати такі небезпечні та шкідливі виробничі фактори: 79 - підвищена вологість і запиленість повітря; - електричний струм при замиканні його на корпус електроустаткування. За нормами на робочому місці повинні бути такі засоби індивідуального захисту: - костюм або комбінезон брезентовий; - чоботи гумові; - рукавиці спеціальні (комбіновані); - фартух з непроникним просоченням; - респіратор. При кровотечах, переломах, опіках, ураженні електричним струмом або отруєннях працівники у відділенні водно-теплової обробки зобов’язані уміти надавати першу (долікарську) допомогу співробітникам. [27] Категорично забороняється курити. В аварійних ситуаціях при виникненні пожежі обов’язково потрібно вимкнути устаткування і зупинити дробарки та інше устаткування. Повідомити про пожежу пожежну частину, адміністрацію та вжити необхідних заходів для ліквідації пожежі. При порушенні герметичності трубопроводів з зерном або паропроводів необхідно перекрити частину устаткування, яка вийшла з ладу. Повідомити адміністрацію і вжити заходів для ліквідації несправності. У разі раптового відключення електроенергії (або короткого замикання) потрібно терміново вимкнути електроустаткування і повідомити про це начальника зміни та чергового електрика. [27] У процесі розварювання зерна, картоплі та іншої крохмалемісної сировини на працівників можуть впливати такі небезпечні та шкідливі виробничі фактори: - підвищений тиск в апаратах та комунікаціях; - підвищена температура поверхні устаткування та трубопроводів; - електричний струм при замиканні його на корпус електроустаткування; - гаряча маса, пара. До основних відхилень від нормального технологічного режиму роботи належать: - підвищення тиску в апаратах та комунікаціях вище дозволеного робочого; 80 - вилив чи вихід киплячої маси; - порушення герметичності трубопроводів; - раптове відключення електроенергії. Фахівець цього відділення зобов’язаний знати засоби з попередження і ліквідації всіх відхилень у роботі апаратів. При виникненні пожежі необхідно вимкнути устаткування, повідомити у пожежну частину, адміністрацію та вжити всі заходи з ліквідації пожежі. А у разі подальшого поширення вогню, який загрожує життю обслуговуючого персоналу, необхідно евакуюватись самому і допомогти евакуації всьому колективу, який працює у варильному відділенні, згідно з планом евакуації. [27] 5.4. Типова інструкція для апаратника процесу бродіння До роботи в бродильному відділенні допускаються особи, які досягай 18 років, пройшли медичний огляд, вступний інструктаж, перевірку теоретичних і практичних знань у кваліфікаційній комісії з питань охорони праці, інструктаж на робочому місці, стажування і мають відповідне посвідчення. У процесі бродіння на працівників можуть впливати такі небезпечні та шкідливі виробничі фактори: - електричний струм при замиканні на корпус електроустаткування; - підвищена температура поверхні устаткування; - відкрита пара, при порушенні герметичності паропроводів; - діоксид вуглецю. Згідно з нормами працівники в бродильному відділенні повинні мати такий спецодяг і засоби індивідуального захисту: - напівкомбінезони; - чоботи гумові; - рукавиці гумові; - протигази. Працівники зобов’язані уміти надавати першу (долікарську) допомогу, виконувати правила особистої гігієни та вимоги безпеки перед початком роботи, під час роботи, в аварійних ситуаціях та після закінчення роботи згідно з “Типовими інструкціями з охорони праці за професіями та видами робіт у 81 спиртовому та лікеро- горілчаному виробництвах”. 5.5. Охорона праці для оператора вирощування чистої культури дріжджів При роботі на апаратах чистої культури на оператора можуть впливати такі небезпечні та шкідливі фактори: - підвищена температура поверхні устаткування; - електричний струм при замиканні на корпус устаткування; - підвищений рівень шуму на робочому місці; - підвищена швидкість повітря (протяги); - недостатня освітленість робочої зони; - підвищена вологість повітря; - виділення таких шкідливих речовин як соляна кислота, формалін, діоксид вуглецю, каустична сода (їдкий натр), діамонійфосфат, які викликають сильну подразнюючу дію. Належні засоби індивідуального захисту для працівників: - напівкомбінезони; - чоботи гумові; - рукавиці гумові; - ковпак; - фартух з гумовим просоченням; - захисні окуляри; - респіратор; - протигаз. [27] В аварійних ситуаціях (при виникненні пожежі) потрібно негайно вимкнути устаткування, повідомити пожежну частину, адміністрацію та вжити заходи для ліквідації пожежі і подальшого поширення вогню. При попаданні кислоти або лугу на підлогу необхідно засипати рідину піском, потім нейтралізувати кислоту нега- шеним вапном або карбонатом натрію, луги нейтралізуються оцтовою кислотою. У випадках появи ознак отруєння від підвищених концентрацій кислот, лугу або інших шкідливих речовин потрібно вийти на свіже повітря, випити молока та повідомити про це адміністрацію. При потраплянні кислоти або лугу на шкіру або в очі, терміново потрібно 82 змити їх струменем води протягом 10-15 хв. У таких випадках потрібно діяти відповідно до “Інструкції з надання першої долікарської допомоги при нещасних випадках”[27] 83 6. ЦИВІЛЬНА ОБОРОНА 6.1.Оцінка інженерного захисту виробничого персоналу об'єкту харчової промисловості. Інженерний захист виробничого персоналу об'єкту господарювання від вражаючих факторів, які мають місце у надзвичайних ситуаціях техногенного, природного і воєнного характеру - це такий вид захисту при якому використовуються відповідні захисні споруди, а саме: сховища, протирадіаційні укриття, найпростіші захисні споруди. [36] Ефективність інженерного захисту виробничого персоналу досягається завчасною організацією і здійсненням заходів з будівництва та обладнання захисних споруд з урахуванням умов розташування об'єкту та вимог будівельних норм і правил. Оцінка інженерного захисту виробничого персоналу об'єкту полягає у визначенні показників, які характеризують здатність інженерних споруд забезпечувати надійний захист людей, що можливо при виконанні таких основних умов: загальна місткість захисних споруд на об'єкті дозволяє укрити весь виробничий персонал; захисні властивості споруд відповідають встановленим нормам; системи життєзабезпечення захисних споруд забезпечують життєдіяльність людей на протязі встановленого терміну безперервного їх перебування у захисних спорудах; розташування захисних споруд відносно місць роботи персоналу дозволяє людям укритися у захисних спорудах в встановлені строки. [36] На підставі висновків з оцінки інженерного захисту виробничого персоналу об'єкту визначаються заходи з підвищення надійності захисту людей і підвищення стійкості роботи об'єкту в умовах різноманітних надзвичайних ситуацій 84 Оцінка захисних споруд за місткістю Місткість захисних споруд об'єкту визначається відповідно до норм об'ємно - плануючих рішень. За кількістю місць оцінюється можливість укриття виробничого персоналу. [36] 6.2. Алгоритм оцінки захисних споруд за місткістю Виявлення наявності основних і допоміжних приміщень і відповідності їх розмірів нормам об'ємно-плануючих рішень. Розрахунок кількості місць М для площі приміщень 8прИм., що є в наявності. Норми приміщення на одну людину складають: Б1 = 0,5 м2/люд. (при наявності двохярусових нар, Б2 = 0,4 м2/люд. При наявності трьохярусових нар. Перевірка відповідності об'єму приміщень встановленим нормам на одного укриває мого (не менш 1,5 м3/люд.). Для цього розраховується об'єм усіх приміщень У0> крім приміщень ДЕС, тамбурів). де h- висота приміщень; S0 - загальна площа приміщень, тоді об'єм приміщень на одну людину буде складати: Якщо V1 > 1,5 м3/люд., розрахункова місткість М, приймається за фактичну місткість захисної споруди. Визначення показника, який характеризує захисні споруди за місткістю - коефіцієнта місткості Км: 85 де М— загальна кількість місць у захисній споруді; N - чисельність виробничого персоналу, який підлягає укриттю. За результатами розрахунків приймається рішення про можливості укриття виробничого персоналу підприємства у цілому. Оцінка систем життєзабезпечення захисних споруд Для оцінки забезпечення життєдіяльності людей, захисні споруди обладнаються системами постачання повітря, водопостачання, електропостачання і зв'язку, санітарно-технічною системою. [36] 6.3. Алгоритм оцінки системи постачання повітря у захисні споруди 1. Виявлення типу, складу і параметрів системи постачання повітря: 2. Визначення кількості повітря, що подається системою у захисну споруду у двох режимах: I - режим чистої вентиляції; II - режим фільтровентиляції. Один комплект ФВК - 1 (ФВК - 2)забезпечує подачу повітря у захисну споруду: в режимі І - 1200 м3/год.; в режимі II - 300 м3/год. Один комплект ЕРВ - 72-2 (електро - ручного вентилятора) забезпечує подачу повітря у захисну споруду в режимі І - 900 м3/год.; ЕРВ - 72-3 - 1300 м3/год.. 3. Визначення кількості людей, яку може забезпечити система чистим повітрям: де Wзaг.пов - загальна продуктивність системи, м /год.; Wi.пов - норма подачі повітря на одну людину в годину, м3/год./чол.. 86 Норми подачі повітря на одну людину складають: В режимі І - при середній температурі 20°С - 8м3/год.; при середній температурі 25 °С - 10м3 /год.; при середній температурі 30°С - 11м3/год.; при середній температурі >30°С - 13м3/год. В режимі II: 2м3/год. - на одну людину, що укривається; 5м3/год. - на одну людину, що працює на пункті управлінні сховища; 10м3/год. - на одну людину, що працює на електроручному вентиляторі (ЕРВ). На об'єктах, де можливі наземні пожежі, сильна загазованість небезпечними речовинами, а також для підприємства підвищеної небезпеки, пов'язаних із пожеже небезпечним виробництвом системи постачання повітря оцінюються також по режиму III (регенерація внутрішнього повітря). [36] Оцінка системи водопостачання 1. Визначення аварійного запасу води W, л; 2. Розрахунок можливості щодо забезпечення системою визначеної кількості укриваємого персоналу Квод., чоловік водою на термін Д, діб при нормі 3 л на добу на одного укриває мого W1 вод, л/ чол.: 6.4. Оцінка санітарно-технічної системи сховища (санітарних вузлів і каналізації) 1. Визначається кількість осіб, що підлягає укриттю, яку може забезпечити система, виходячи з наявності у захисній споруді кількості відповідних елементів і існуючих норм: один унітаз і один пісуар на 150 чоловіків, один унітаз на 75 жінок; умивальники із розрахунку один 200 чол. 87 В приміщенні санітарного вузлу повинен бути аварійний резервуар для збору стоків. Потрібна ємність резервуару визначається з розрахунку 2 л. стокових вод на добу на одного укриває мого: W1ст.= (2л/чол.)/доб. На підставі розрахунків визначається можливості системи санітарно технічних пристроїв з обслуговування укриваємих W0.Ст. і показник, який характеризує можливості системи з життєзабезпечення: За результатами розрахунків оцінюється можливість систем життєзабезпечення за мінімальним значенням. При цьому враховується, пріоритет системи постачання повітря. [36] 88 ВИСНОВКИ Якість води є одним з основних факторів, що визначають якість спирту. Важливу роль в процесі затирання грають мінеральні речовини, що містяться у воді. Вони впливають, як на якість етилового спирту, так і на дію різних ферментів в ході розварювання та оцукрювання крохмалевмісного сусла. В процесі очищення видаляються органічні сполуки, усувається кольоровість і каламутність. Промислове очищення води на виробництві спирту дозволяє значно підвищити якість кінцевого продукту і позитивно впливає на подальшу якість лікеро-горілчаної продукції. Поліпшується прозорість, смак і запах, збільшується термін зберігання напоїв без втрати органолептичних характеристик. В ході експериментів було досліджено 2 типи води: водопровідна, водопровідна оброблена активованим вугіллям. Проведено фільтрацію водопровідної води через активоване вугілля зі швидкостями 0,10 м/с, 0,15 м/с, 0,20 м/с. Найкращі результати були отриманні при швидкості 0,1 м/с та 0,15 м/с, але враховуючи, що при швидкості 0,1 м/с знижується продуктивність установки, визначили, що доцільним буде застосовувати швидкість 0,15 м/с. Висота шару активованого вугілля - 100 мм. Вміст кальцію зменьшився на 15,3%, хлоридів на 36,4%, заліза на 53,3%, магнію на 27,5%, загальна твердість на 31,3%, міді на 30%, натрію на 28,6%, рН на 12,5 %. Наступною частиною роботи було в лабораторних роботах відпрацювати слідуючі режими воно-теплової обробки замісів. Заміси готували шляхом подрібнення пшениці до борошна проходом крізь сито з отвірами 0,5 мм. Вихід борошна складає 95%, лузги 5%. Готували 2 дослідних зразка. Дослід 1. На водопровідній воді з додаванням ферментних препаратів 89 Термаміл і Сан-Супер. Дослід 2. На очищенній водопровідній воді з додаванням ферментних препаратів Термаміл і Сан-Супер. Режими для приговування замісів наступні: Розварювання (температура -105 °С, тривалість 45хв) Розрідження (Термаміл) (температура - 75°С, тривалість 30хв.) Оцукрювання(Сан-Супер) (температура – 60 °С, тривалість 45хв). Оцукрене сусло охолоджували до температури 30 °С, вносили спиртові дріжджі раси ХІІ, які задавали з розрахунк 5 г на 1 л середовища і зброджували протягом 3 діб. При зброджуванні сусла, приготовленого на основі підготовленої водопровідної води, отримали результати які свідчать, що бродіння проходило більш інтенсивно ніж на водопровідній воді без підготовки. Зменьшується тривалість бродіння на 12 годин. Технологічні показники свідчать про те, що зріла бражка приготовлена на підготовленій воді має більшу концентрацію етилового спирту. Наступний етап роботи - це аналіз бражного дистиляту на вміст сивушних масел, ефірів, метанолу та органічних кислот. зменьшився вміст альдегідів, на 39% складних ефірів, на 31% метанолу та на 20% органічних кислот. Що значно покращує якість готового продукту. 90 ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ 1. Абрамов, Н.Н. Водоснабжение: Учебник для вузов.-3-е изд., перераб. и доп. [Текст] -М.: Стойиздат, 1982.- 440 с. 2. Востриков, С.В. Подготовка воды для пищевых производств и контроль ее качества[Текст]/С.В. Востриков, С.А. Довгань// Федеральное агентство по образованию, ГОУ ВПО "Воронежская государственная технологическая академия". Воронеж, 2010.-294с. 3. ГОСТ 3351-74. Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности. 4. ГОСТ 4245-72. Вода питьевая. Методы определения содержания хлоридов. 5. ГОСТ 4389-72. Вода питьевая. Методы определения содержания сульфатов. 6. ГОСТ 18826-73. Вода питьевая. Методы определения содержания нитратов. 7. ДСТУ 4221:2003 Спирт етиловий ректифікований. Технічні умови . 8. ДСТУ 4077-2001. Якість води. Визначення pH (ISO 10523:1994, MOD). 9. ДСТУ ISO 6332-2003. Якість води. Визначання заліза. Спектрометричний метод із використанням 1, 10 - фенатроліну (ISO 6332:1988, IDT). 10. ДСТУ ISO 6777-2003. Якість води. Визначання нітритів. Спектрометричний метод молекулярної абсорбції (ISO 6777:1984, IDT). 11. ДСТУ ISO 7027-2003. Якість води. Визначання каламутності (ISO 7027:1999, IDT). 12. ДСТУ ISO 7887-2003. Якість води. Визначання і досліджування забарвленості (ISO 7887:1994, IDT). 13. ДСТУ ISO 9963-1:2007. Якість води. Визначення лужності. - 91 Частина 1. Визначення загальної та часткової лужності (ISO 9963-1:1994, IDT). 14. Державні санітарні норм та правила "Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною", згідно наказу № 400 від 12.05.2010 (ДСанПіН 2.2.4-171-10). 15. Иерусалимский, Н.Д. Основы физиологии микробов[Текст].- М.: Изд. АН СССР. - 1963. - 244 с. 16. Куц А.М., Кошова В.М. Технологія бродильних виробництв: Конспект лекцій з дисц. «Загальні технології харчової промисловості» для студ. ден. та заоч. форм навчання напряму підготовки 6.051701 “Харчові технології та ін- женерія”. – К.: НУХТ, 2011. — 156 с. 17. Климовский, Д.Н. Технология спирта[Текст]/Д.Н. Климовский, В.А.Смирнов, В.Н.Стабников. - М.: Пищевая промышленность, 1967. - 452 с. 18. Колова А.Ф., Водоснабжение и водоотведение: учеб.пособие[Текст]/ А.Ф. Колова, Т.Я. Пазенко.- Красноярск: Сиб.федер.ун-т, 2012.-148с. 19. Крикунова, Л.Н. Реологическое поведение замесов из зерна в зависимости от концентрации ионов Са 2+ и Мg2+ в воде[Текст]/Л.Н.Крикунова, М.В. Моисеенко, Н.В.Попова, Г.П. Карпиленко // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - № 8. - С. 59-61. 20. Леденев, В.П. О модернизации спиртовых заводов[Текст]/ В.П. Леденев, В.В. Кононенко//Ликероводочное производство и виноделие.-2012.- №7- С. 4-5. 21. Лобачев, А.Л. Анализ неорганических загрязнителей питьевых и природных вод .Учебное пособие[Текст].- СамГУ, 2006.- 44 с. 22. Лихтенберг, Л. А. Влияние технологических приемов на качество спирта / Л. А. Лихтенберг // Производство спирта и ликероводочных изделий. – 2001. – № 2. – С.28–29. 23. Мальцев, П.М. Технология бродильных производств / П. М. Мальцев. – М.: Пищевая промышленность, 1980. – 560 с. 35. Майоров, А.Ю. Сухие активные дрожжи в производстве спирта / А.Ю. 92 24. Осокін В.В. Охорона праці на підприємствах харчових виробництв. Конспект лекцій. / В.В.Осокін, Ю.А.Селезньова. Донецьк. 2008. – 153с. 25. Моисеенко, М.В. Влияние минерального состава технологической воды на процесс переработки зерна в спиртовой отрасли[Текст]/ М.В.Моисеенко, Л.Н. Крикунова, Г.П. Карпиленко//Производство спирта и ликероводочных изделий. - 2010. - № 3. С. 16-18. 26. Римарева Л.В. Влияние ионного состава воды на качество концентрированного пшеничного сусла и жизнедеятельность осмофильных рас спиртовых дрожей. https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-ionnogo- sostava-vody-na-kachestvo-kontsentrirovannogo-pshenichnogo-susla-i- zhiznedeyatelnost-osmofilnyh-ras-spirtovyh 27. Технологія спирту. В.О.Маринченко, В.А.Домарецький, П.Л.Шиян, В.М.Швець, П.С.Циганков, І.Д. Жолнер. /Під ред. проф. В.О.Маринченка. - Вінниця: “Поділля-2000”, 2003. - 496 с. 28. Технологічний регламент на виробництво спирту із крохмалевмісної сировини. – К.: Укрспиртбіопрод, 2001. – 144 с. 29. Технология спирта І В. Л. Яровенко, В. А. Маринченко, В. А. Смирнов и др.; Под ред. проф. В. Л. Яровенко. — М.: Колос, «Колос-Пресс», 2002с. 30. Шелехова Н.В. Научно-практические основы комплексной системы контроля и регулирования технологических процессов производства этилового спирта и спиртных напитков. http://old.vsuet.ru/diser/96_ShelehovaNV/dis_ShelehovaNV.pdf 31. Шиян П.Л., Сосницький В.В., Олійнічук С.Т. Інноваційні технології спиртової промисловості. Теорія і практика: Монографія. — К.: Видавничий дім «Асканія», 2009. — 424 с. 32. Gibbon, G. A. Brief History of LIMS[Text]/ G. A. Gibbon // Laboratory Automation and Information Management Issue, 32,- 1996.- Р. 1-5. 33. Gong, X.Y. Determination of different classes of amines with capillary zone electrophoresis and contactless conductivity detection[Text] /X.Y.Gong, P.C.Hauser // Electrophoresis. -2007. - Vol.27, №2. - P. 468-473. 93 34. Grant, E.L. Statistical quality control [Text]/ E.L.Grant, R.S. Leavenworth.- John Wiley and Sons, 1996. -764 p. 35. Grob, R.L., Modern Practice of Gas Chromatography[Text] /Eds. R.L Grob, Eugene F. Barry,4-th ed. -Wiley, 2004. -1036 p. 36. Цивільний захист на підприємствах харчової промисловості [Текст]: Навч. посіб. / За заг. ред.. Халурадова Б. Д. – К.: «Центр учбової літератури», 2015. – 192 с 37. Активоване вугілля. http://aquaopt.com.ua/shop/filtrujshie-materialy/207s. 38. https://ziko.com.ua/organization-solution-ochyshchennya-vody-na- spyrtovykh-zavodak/ 39. Технологія безалкогольних напоїв: Підруч. / В.Л.Прибильський, З.М.Романова, В.М.Сидор та ін./ За ред. докт. техн. наук проф. В.Л.Прибильського. – К.: НУХТ, 2014. – 364 с. Методичні вказівки 40. Загальні технології харчової промисловості: Метод. вказівки до вик. лаб. практикуму студ. заоч. форми навчання напряму підготовки 6.051701 ‘‘Харчові технології та інженерія‘‘ спец. “ Технологія продуктів бродіння і виноробства ” / Укл.: А.М. Куц, М.В. Бондар, Ю.В. Булій. – К: НУХТ, 2011. – 53 с. 41. Методичні рекомендації до підготовки магістерської роботи для здобувачів освітнього ступеня «магістр» зі спеціальності 181 «Харчові технології» усіх форм навчання / уклад. О.Л. Чепурна, Н.А. Нагурна, З.В.Бондарчук.- Черкаси: ЧДТУ, 2018. –55с. 42. Методичні вказівки до виконання розділу «Охорона праці» в дипломних роботах бакалаврів напряму підготовки 6.051701 «Харчові технології та інженерія» усіх форм навчання / Укл.: В.І. Биков, В.Л. Цикановський, Ю.Ю. Гайова. – Черкаси: ЧДТУ, 2014. – 24 с. 94