авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Совершенствование технологии доочистки воды для формирования качественных характеристик нектаров

На правах рукописи

ЕРМОЛАЕВА НАДЕЖДА АНАТОЛЬЕВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДООЧИСТКИ ВОДЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НЕКТАРОВ 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Кемерово 2012 2

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» доктор технических наук, профессор

Научный консультант:

Краснова Тамара Андреевна Голуб Ольга Валентиновна,

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», профессор кафедры «Товароведение и управление качеством» Мотовилов Олег Константинович, доктор технических наук, доцент, ГНУ «Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции», заведующий лабораторией «Биотехнология и переработка молока» Бийский технологический институт (филиал)

Ведущая организация:

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», г. Бийск

Защита состоится «25» декабря 2012 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел./факс 8(3842)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан « » 2012 года.

Ученый секретарь диссертационного совета Гореликова Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Важное значение среди продуктов питания имеют продук ты массового потребления, в том числе напитки. Заслуженной популярностью у значительной части населения пользуются нектары, отличающиеся ценовой до ступностью в сравнении с соками. Имея разнообразную вкусовую гамму, они не только освежают и приятно утоляют жажду, но и обладают целебными свой ствами, являясь источником витаминов и других незаменимых нутриентов. При изготовлении ряда ликеро-водочных изделий используют спиртованные морсы, получаемые путем настаивания водно-спиртового раствора с добавлением су шеного или свежего плодово-ягодного сырья. Для приготовления нектаров и спиртованных морсов применяется вода из системы централизованного водо снабжения. Качество воды определяет потребительские свойства готовых на питков: запах, вкус, стойкость окраски и др.

Кемеровская область является крупным территориально производственным комплексом РФ. Большое количество металлургических, химических предприятий, шахт, карьеров, расположенных на ее территории, служит источником загрязнения главной водной артерии области – реки Томи.

Поэтому в Кузбассе для водоподготовки дополнительно используют подземные воды. Водоподготовительные станции в отношении органических ингредиентов выполняют барьерные функции в незначительной степени, более того в процес се водоподготовки образуются более опасные токсиканты, чем исходные. На пример, в поверхностных и подземных источниках содержатся фенол и гумусо вые вещества. В процессе водоподготовки применение в качестве обеззаражи вающего агента хлора приводит к образованию таких побочных продуктов, как хлорфенол и хлороформ;

использование озона – формальдегида и ацетальдеги да. Находясь в воде в концентрациях, превышающих ПДК, контаминанты ока зывают токсическое, аллергенное, мутагенное и канцерогенное действие на ор ганизм человека. Органические примеси, содержащиеся в воде, помимо токси ческого действия могут взаимодействовать с основными компонентами напит ков, снижая их качество.

В связи с этим исследования, направленные на изучение влияния фенола, хлорфенола, формальдегида, ацетальдегида, хлороформа на качество нектаров и спиртованных морсов и разработку технологии доочистки воды, используе мой для их производства, являются актуальными и своевременными. К наибо лее целесообразному варианту решения проблемы удаления органических ком понентов можно отнести применение активных углей (АУ). Работы в этом на правлении практически не проводятся и требуют своего практического реше ния.

Целью настоящей работы является изучение влияния приоритетных ор ганических контаминантов, периодически присутствующих в воде (фенол, хлорфенол, формальдегид, ацетальдегид, хлороформ), на качественные харак теристики нектаров и разработка технологии доочистки воды, обеспечиваю щей качество готовой продукции.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

- исследовать влияние приоритетных загрязнителей, содержащихся в воде (фенол, хлорфенол, формальдегид, ацетальдегид, хлороформ), на качественные характеристики нектаров из ягод: малины, смородины, клюквы, яблок, черно плодной рябины, вишни, облепихи (стойкость окраски, содержание сахарозы, витаминов группы В и С, ванилина, лимонной кислоты, бензоата натрия);



- изучить влияние природы, структуры, удельной поверхности сорбентов на процесс адсорбции формальдегида и ацетальдегида из индивидуальных рас творов и их смеси в статических условиях для получения основных параметров, необходимых для инженерных расчетов;

- исследовать кинетику процесса адсорбции формальдегида и ацетальдеги да из водных растворов при совместном присутствии на сорбентах различных марок, определить лимитирующую стадию массопереноса, коэффициенты внешнего массопереноса, необходимые для инженерных расчетов;

- провести оптимизацию параметров и режимов сорбционного фильтра с использованием статических и кинетических данных на основе фундаменталь ного уравнения внешнедиффузионной динамики адсорбции и эксперименталь но подтвердить адекватность предлагаемого метода расчета;

- разработать технологию адсорбционной доочистки воды от приоритет ных загрязнителей при совместном присутствии. Предложить способ регенера ции отработанных сорбентов;

- исследовать качественные характеристики нектаров, приготовленных на воде по предлагаемой технологии.

Научная новизна:

Установлено влияние приоритетных загрязнителей воды (ацетальдегида, формальдегида, фенола, хлорфенола и хлороформа), служащей основой производства нектаров, на их качественные характеристики (вкус, запах, стойкость окраски, содержание витаминов). Показано, что компоненты напитков вступают в химическое взаимодействие с ацетальдегидом, формальдегидом, хлорфенолом, фенолом и хлороформом, снижая показатели качества.

Установлен механизм взаимодействия ацетальдегида и формальдегида с АУ. Показано, что адсорбция смеси ацетальдегида и формальдегида для всех изученных марок углей протекает в основном в микро- и мезопорах адсорбентов по объемному механизму заполнения пор, определяется физической природой, обусловленной неспецифическим взаимодействием ацетальдегида и формальдегида с поверхностью угля за счет Ван-дер ваальсовых сил и специфическим взаимодействием с кислородсодержащими функциональными группами углеродных сорбентов.

Определен механизм и коэффициенты массопереноса при адсорбции ацетальдегида и формальдегида.

Предложен метод расчета динамики адсорбции на основе фундаментального уравнения внешнедиффузионной динамики адсорбции с использованием адсорбционных констант уравнения Дубинина - Радушкевича и кинетических зависимостей.

Проведена сравнительная оценка качественных показателей нектаров.

Показано, что доочистка питьевой воды от приоритетных контаминантов повышает качественные показатели и увеличивает длительность хранения напитков.

Практическая значимость. Состоит в разработке технологии адсорбционной доочистки воды, используемой для производства напитков, от формальдегида и ацетальдегида. Технология внедрена на МУП ЖКХ п.г.т.

Белогорск Кемеровской области.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследования до кладывались на конференциях различного уровня: «Молодежь и глобальные проблемы современности» (Караганды, 2010), «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2010), «Инженерные системы – 2010» (Москва, 2010), «Ионный перенос в органических и неорганических мембранах» (Кемерово, 2010), «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемеро во,2010,2011), «Наука. Образование. Молодежь» (Алматы, 2011), «Найновите постижения на европейската наука – 2011» (София, 2011), «Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность» (Кемерово, 2011) «Актуальные дос тижения европейской науки» (Болгария, 2011).





Публикации. По теме диссертации опубликована 21 научная работа, в том числе 10 в рекомендованных ВАК РФ журналах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введе ния, трех глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложений. Основной текст изложен на 183 страницах. Диссертация содер жит 24 таблицы, 66 рисунков. Список использованных источников включает 131 наименование отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы.

В первой главе представлен обзор отечественной и зарубежной литерату ры, посвящённой вопросам качества и товароведной оценки напитков. Рас смотрены технологии производства нектаров. Освещены физико-химические свойства формальдегида, ацетальдегида, фенола, хлорфенола и хлороформа.

Указаны возможные источники поступления формальдегида и ацетальдегида в окружающую среду, показано их токсическое действие на организм человека и экосистемы. Рассмотрены закономерности, определяющие процесс адсорбции;

дана общая характеристика пористых углеродных адсорбентов.

Во второй главе изложены основные характеристики объектов исследова ния: водных растворов формальдегида и ацетальдегида, активных углей АГ-3, АБГ и КсАУ;

компонентов напитков (сахар, бензоат натрия, лимонная кислота, ванилин, витамины группы В и С). Приведены методы приготовления нектаров, определения интенсивности окраски, содержания лимонной кислоты, сахарозы, бензоата натрия, водорастворимых витаминов, формальдегида, фенола, хлор фенола, хлороформа, ацетальдегида, изучения равновесия, кинетики, динамики сорбционного процесса, формулы для математической обработки эксперимен тальных данных процесса адсорбции смеси формальдегида и ацетальдегида.

В третьей главе представлены результаты собственных исследований.

Общая структура исследований состоит из пяти этапов (рис. 1).

IV этап I этап Исследование влияния приоритетных загрязнителей воды на качественные характеристики нектаров и стойкость окраски спиртованных морсов Стойкость пище- Стойкость окраски Стойкость ви Интенсивность вых добавок (бен- морсов, исполь таминов, со окраски некта- зоат натрия, саха- зуемых для приго держащихся в ров роза, лимонная ки- товления ликеро нектарах слота, ванилин водочных изделий II этап Адсорбционная технология очистки воды на активных углях Изучение равновесия Изучение кинетики ад- Изучение динамики ад адсорбции ацетальдеги- сорбции ацетальдегида и сорбции ацетальдегида и да и формальдегида и их формальдегида и их формальдегида и их смеси смеси на активных углях смеси на активных углях на активных углях III этап Выбор способа регенерации отработанных сорбентов IV этап Качественные характеристики нектаров, приготовленных на доочищенной воде по предлагаемой технологии V этап Промышленная реализация Рисунок 1 – Общая схема исследований На первом этапе исследовано влияние приоритетных органических загрязнителей, содержащихся в воде, – формальдегида, ацетальдегида, фенола, хлорфенола, хлороформа, на компоненты напитков: сахар, бензоат натрия, лимонную кислоту, ванилин, красящие вещества, стойкость окраски, содержание витаминов.

На втором – разработана технология доочистки питьевой воды от смеси формальдегида и ацетальдегида.

Третий этап посвящен выбору способа регенерации отработанных сорбентов.

На четвертом – проведены сравнительные комплексные исследования качественных показателей нектаров, приготовленных на воде, очищенной по традиционной и предлагаемой технологиям.

На пятом – внедрение предлагаемой технологии на производство.

Исследование влияния приоритетных загрязнителей воды (хлорфенола, фе нола, хлороформа, формальдегида, ацетальдегида) на качественные характери стики нектаров и спиртованных морсов. Изучено влияние органических приме сей, присутствующих в воде (фенол, хлорфенол, хлороформ, формальдегид, аце тальдегид), на качественные характеристики напитков: содержание сахарозы, ви таминов группы В и С, ванилина, лимонной кислоты, бензоата натрия, стойкость окраски, запах. Наблюдение за изменением всех показателей проводили в течение 20 дней. Концентрация органических контаминантов соответствует максимально возможному содержанию в питьевой воде.

Полученные данные показали, что за период исследования наименьшее снижение содержания бензоата натрия наблюдалось в присутствии фенола (45 %), наибольшее – формальдегида в воде (67 %).

Снижение содержания бензоата натрия, очевидно, обусловлено его хими ческим взаимодействием с приоритетными загрязнителями, содержащимися в воде.

Химическое взаимодействие органических примесей с бензоатом натрия экспериментально подтверждено соответствующим уменьшением фенола, формальдегида, хлорфенола, хлороформа, ацетальдегида в присутствии бензоа та натрия в воде во времени (рис. 2).

Рисунок 2 – Изменение содержания органических примесей на воде, очищенной от органических примесей(1), и воде, содержащей фенол (2), фор мальдегид (3), хлорфенол (4), хлороформ (5), ацетальдегид (6), в присутствии бензоата натрия во времени Приведенные результаты (табл. 1) свидетельствуют, что в присутствии ор ганических соединений содержание лимонной кислоты в образцах снижается, что, очевидно, обусловлено ее химическим взаимодействием с приоритетными загрязнителями, содержащимися в воде (рис. 3).

Таблица 1 – Содержание лимонной кислоты в исследуемых образцах, % содержащий фор содержащий хло без органических содержащий аце Кол-во дней хра Водный раствор, Водный раствор, Водный раствор, Водный раствор, Водный раствор, содержащий фе Водный раствор содержащий хлорфенол мальдегид тальдегид примесей роформ нения нол 1 100 100 100 100 100 6 100 100 81 100 90 8 100 100 75 100 76 12 100 100 63 93 60 18 100 100 53 83 54 20 100 100 53 63 53 Рисунок 3 – Химическое взаимодействие формальдегида с лимонной кислотой Химическое взаимодействие органических примесей с лимонной кислотой экспериментально подтверждено соответствующим уменьшением содержания фенола, формальдегида, хлорфенола, хлороформа, ацетальдегида в присутствии лимонной кислоты в воде во времени, представленном на рис. 4.

Рисунок 4 – Изменение содержания органических примесей на воде, очищен ной от органических примесей (1), и воде, содержащей фенол (2), формальде гид (3), хлорфенол (4), хлороформ (5), ацетальдегид (6), в присутствии лимонной кислоты во времени Полученные данные (табл. 2) показывают потерю сахарозы в образцах в присутствии фенола, хлорфенола, формальдегида, ацетальдегида, что, вероят но, обусловлено их химическим взаимодействием (рис. 5).

Таблица 2 – Содержание сахарозы в исследуемых образцах, % держащий формальде держащий хлороформ держащий ацетальде органических приме содержащий хлорфе Водный раствор, со Водный раствор, со Водный раствор, со Водный раствор, со Водный раствор без держащий фенол Водный раствор, Кол-во дней хранения нол гид гид сей 1 100 100 100 100 100 3 100 100 85 90 61 6 100 100 82 85 55 8 100 100 71 83 40 14 100 100 66 70 35 20 100 100 65 68 30 Рисунок 5 – Химическое взаимодействие формальдегида с сахарозой Химическое взаимодействие органических примесей с сахарозой экспери ментально подтверждено соответствующим уменьшением фенола, формальде гида, хлорфенола, хлороформа, ацетальдегида в присутствии сахарозы.

Исследовано влияние приоритетных загрязнителей на стойкость запаха ва нилина и изменение их содержания в растворах, содержащих ванилин.

В водном растворе, содержащем формальдегид и хлорфенол, после добав ления ванилина наблюдался слабый аромат, не соответствующий запаху вани лина. В образцах, содержащих фенол, наблюдался несвойственный ванилину аптечный аромат. Появление нехарактерных запахов в образцах, вероятно обу словлено химическим взаимодействием ванилина с приоритетными загрязните лями, содержащимися в воде.

Химическое взаимодействие органических примесей с ванилином экспе риментально подтверждено соответствующим уменьшением фенола, формаль дегида, хлорфенола в образцах (рис. 6).

Рисунок 6 – Химическое взаимодействие ванилина с формальдегидом Красящие вещества в нектарах и спиртованных морсах. Изучено измене ние интенсивности окраски нектаров из ягод: малины, яблок, черноплодной ря бины и облепихи, приготовленных на воде без органических примесей, и об разцов, содержащих формальдегид, фенол, хлорфенол, хлороформ.

Наименьшее снижение окраски наблюдалось в присутствии фенола у яб лочного нектара, хлорфенола – у нектара из черноплодной рябины;

наибольшее – в присутствии фенола - у нектара из черноплодной рябины, хлорфенола – у яблочного нектара. Изменение окраски представлено на примере яблочного нектара и нектара из черноплодной рябины (рис. 7).

а) б) Рисунок 7 – Зависимость изменения интенсивности окраски яблочного нектара (а), нектара из черноплодной рябины (б), во времени, приготовленного на воде, очищенной от органических примесей (1), и воде, содержащей хлороформ (2), фенол (3), формальдегид (4), хлорфенол (5), ацетальдегид (6) Изменение интенсивности окраски исследуемых образцов спиртованных морсов на основе черноплодной рябины и вишни в присутствии органических веществ представлено на рис. 8.

а) б) Рисунок 8 – Зависимость изменения интенсивности окраски спиртованных морсов из черноплодной рябины (а), вишни (б) во времени, приготовленных на воде, очищенной от органических примесей (1), и воде, содержащей фенол (2), формальдегид (3), хлорфенол (4);

хлороформ (5) Установлено, что наибольшее снижение интенсивности окраски наблюда ется у морса из черноплодной рябины в присутствии фенола и хлорфенола, из облепихи – фенола, формальдегида и хлорфенола, практически интенсивность окраски не изменяется в присутствии хлороформа.

Водорастворимые витамины. Изучено влияние органических контаминан тов на содержание витаминов в образцах нектаров из ягод: малины, яблок, чер ноплодной рябины и облепихи, приготовленных на воде, очищенной от органи ческих примесей, и воде, содержащей органические примеси. Результаты ис следований на примере яблочного нектара (содержание витамина С) представ лены на рис. 9.

В яблочном нектаре установлено снижение витамина В2 в присутствии формальдегида - 80 %, хлорфенола - 75 %, ацетальдегида - 65 %, фенола - %;

витамина В3 в присутствии фенола - 45 %, формальдегида - 40 %, ацетальде гида и хлорфенола - 30 %, витамина С в присутствии фенола и формальдегида - 40 %, хлорфенола и ацетальдегида - 35 %.

Проведенная работа позволила установить, что формальдегид, ацетальдегид, хлорфенол, фенол оказывают значительное влияние на стойкость компонентов нектаров и спиртованных морсов, снижая их качественные характеристики и длительность хранения. Сегодня существуют технические решения по очистке воды от фенола и хлорфенола. Отсутствие технологии очистки воды от ацетальдегида и формальдегида диктует необходимость доочистки воды, используемой для производства напитков.

Рисунок 9 – Содержание витамина С в яблочном нектаре, приготовленном на воде без органических примесей (1) и водных растворах, содержащих фенол (2), формальдегид (3), хлорфенол (4), хлороформ (5) Изучение закономерностей равновесной адсорбции формальдегида и ацетальдегида из водных растворов активными углями. Исследовано равновесие адсорбции ацетальдегида и формальдегида из их смеси на активных углях (АГ-3, АБГ, КсАУ), в интервале концентраций ацетальдегида 0,01084 - ммоль/дм3, формальдегида 0,001-250 ммоль/дм3.Для оценки взаимного влияния компонентов было также изучено равновесие адсорбции этих веществ из растворов индивидуальных компонентов. Соотношение концентраций ацетальдегида к формальдегиду в растворе составляло 1:9. Выбранное соотношение органических веществ соответствует периодическому содержанию ацетальдегида и формальдегида в воде, подготовленной с использованием озона. На рис. 10 и 11 представлены экспериментальные изотермы адсорбции. На основании экспериментальных данных получены основные параметры адсорбции.

Полученные экспериментальные данные и расчетные параметры позволяют сделать вывод, что адсорбция формальдегида и ацетальдегида имеет физическую природу, причем для ацетальдегида превалирует специфическое взаимодействие, для формальдегида – дисперсионное (неспецифическое). При адсорбции смеси увеличивается адсорбция ацетальдегида из раствора и уменьшается адсорбция формальдегида. Этот факт может быть обусловлен изменением поведения органических компонентов в смеси, вследствие чего меняется структура адсорбированных частиц, и возникает конкуренция за активные адсорбционные центры в микропорах. В результате увеличивается доля ацетальдегида, адсорбированного за счет дисперсионного взаимодействия.

а) б) Рисунок 10 – Экспериментальные изотермы адсорбции формальдегида (а) и ацетальдегида (б) из индивидуальных водных растворов на активных углях:

1 - КсАУ;

2 - АГ-3;

3 - АБГ а) а) б) б) Рисунок 11 – Изотермы адсорбции формальдегида (а) и ацетальдегида (б) из водных растворов при совместном присутствии адсорбентами:1- КсАУ;

2 - АГ-3;

3- АБГ Изучение кинетики адсорбции системы вода – формальдегид – ацетальдегид – АУ. Исследования кинетики адсорбции водной смеси формальдегида и ацетальдегида проведены из ограниченного объема при постоянном перемешивании на АУ марки АГ-3. Рассчитаны безразмерные кинетические параметры Т и построены зависимости Т от. Наличие линейного участка на кривой Т = f() свидетельствует о том, что процесс сорбции формальдегида и ацетальдегида из водных растворов лимитируется внешним массопереносом.

Отклонение от прямолинейной зависимости указывает на то, что по мере приближения к равновесию скорость процесса сорбции в большей степени контролируется внутренней диффузией.

Коэффициенты внешнего массопереноса, необходимые для инженерных расчетов адсорбционной колонки, рассчитаны по тангенсу угла наклона прямой зависимости безразмерного коэффициента Т от (табл. 3).

Таблица 3 – Коэффициенты внешнего массопереноса формальдегида и ацетальдегида в системе АУ – вода – формальдегид – ацетальдегид Вещество Уголь АГ- п, с- Формальдегид 0, п, с- Ацетальдегид 0, Близость величин коэффициентов внешнего массопереноса между собой, также свидетельствует о том, что процесс адсорбции на всех исследуемых углях в начальный момент времени контролируется внешним массопереносом.

Это позволяет рекомендовать повышение скорости фильтрования при сохранении высокой эффективности извлечения органических веществ из воды.

Изучение динамики процесса адсорбции системы вода - формальдегид – ацетальдегид - АУ. Экспериментальное изучение динамики адсорбции является трудоемким, длительным процессом. В основу моделирования положено фундаментальное уравнение внешнедиффузионной динамики адсорбции с использованием статических и кинетических параметров.

Исследование динамики адсорбции смеси ацетальдегида и формальдегида из питьевой воды показало, что при возможном содержании в питьевой воде компонентов первым наблюдается проскок формальдегида, что позволяет моделировать процесс сорбции в динамических условиях для доминирующего компонента, а именно формальдегида.

Рассчитаны выходные кривые для адсорбции формальдегида на угле АГ-3, а также параметры колонки и режим непрерывной очистки. На рис. 12 пред ставлены экспериментальные и теоретические выходные кривые адсорбции формальдегида на АУ АГ-3, совпадение которых подтверждает правомерность предложенного подхода к моделированию адсорбции.

Для доочистки воды от формальдегида в условиях, когда не требуется вы сокая производительность (например, для доочистки воды на предприятиях по производству соков и соковой продукции), наиболее эффективнsv является ис пользование адсорбционной колонны, имеющей параметры: линейная скорость потока – 1м/ч;

высота слоя загрузки фильтра – 0,5 м. В условиях непрерывной работы при загрузке сорбентами марки АГ-3 такие фильтры будут работать 10,8 и 10,6 месяцев соответственно.

Рисунок 12 – Экспериментальные( точки), и теоретические(---) выходные кривые адсорбции формальдегида на АУ АГ-3 при 8 м/ч: 1(0,5 м), 6 (1 м), 11 ( м);

5 м/ч: 2 (0,5 м), 7 (1 м), 12 (2 м);

2,5м/ч: 3 (0,5 м), 8 (1 м), 13 (2 м);

1м/ч: 4 (0, м), 9 (1 м);

0,5 м/ч: 5 (0,5 м) В процессе работы способность сорбционных фильтров по извлечению при месей органического характера со временем снижается, поэтому для восстанов ления адсорбционной емкости сорбентов необходима периодическая их регене рация. Экспериментально изучена возможность использования следующих мето дов регенерации: паром, потоком воздуха, прогретым до 200 °С и горячей водой.

Сравнительные исследования регенерации угля после адсорбции смеси ацеталь дегида и формальдегида позволили рекомендовать для практического примене ния последовательно промывку АУ водой, прогретой до 50 С.

На основании теоретических и экспериментальных исследований процесса адсорбции разработана технология доочистки воды, прошедшей обработку озо ном.

Оценка качественных характеристик напитков, приготовленных на воде очищенной по предлагаемой технологии. Проведены комплексные исследова ния качественных показателей нектаров, приготовленных на доочищенной по адсорбционной технологии воде. Содержание пищевых добавок нормируется техническим регламентом по сокам и соковой продукции.

Качество нектаров было оценено по 19-балльной шкале. Проведен дегу стационный анализ нектаров из облепихи и вишни, приготовленных на воде, прошедшей озонирование и доочищенной по разработанной технологии. Ре зультаты товароведной оценки представлены на рис. 13 и 14.

У образца № 1 (нектар из облепихи), приготовленного на питьевой воде, отмечены следующие баллы: внешний вид – 4;

вкус и аромат – 4,5;

консистен ция – 4;

цвет – 4,5. Общая сумма баллов составила 17. У образца, приготовлен ного на воде, очищенной по предлагаемой технологии, отмечены более высокие баллы по всем показателям: внешний вид – 4,8;

вкус и аромат – 4,7;

консистен ция – 4,5;

цвет – 4,7. Общая сумма баллов составила 18,7.

У образца № 2 (нектар из вишни), приготовленного на питьевой воде, от мечены следующие баллы: внешний вид – 4;

вкус и аромат – 4,5;

консистенция – 4;

цвет – 4. Общая сумма баллов составила 16,5.

а) б) Рисунок 13 – Дегустационный анализ нектара из вишни, приготовленного на воде, доочищенной по предлагаемой технологии (а), и питьевой воде, содержащей формальдегид и ацетальдегид (б) б) а) внешний вид 4, 4, 4, цвет 4,2 вкус и аромат консистенция Рисунок 14 – Дегустационный анализ нектара из облепихи, приготовленного на воде, доочищенной по предлагаемой технологии (а), и питьевой воде, содержащей формальдегид и ацетальдегид (б) У образца, приготовленного на воде, очищенной по предлагаемой техноло гии, отмечены более высокие баллы по всем показателям: внешний вид – 4,5;

вкус и аромат – 5;

консистенция – 4,5;

цвет – 4,5. Общая сумма баллов состави ла 18,5.

ВЫВОДЫ 1. Установлено снижение качественных характеристик нектаров (вкус, за пах, стойкость окраски, содержание витаминов и красящих веществ), приготов ленных на воде, содержащей приоритетные органические поллютанты. Показа на тенденция к снижению содержания в процессе хранения компонентов некта ров (сахара, бензоата натрия, лимонной кислоты, ванилина, витаминов группы В и С, красящих веществ).

2. Проведены сравнительные исследования адсорбции ацетальдегида и формальдегида из индивидуальных водных растворов, а также их смеси на раз личных сорбентах. Установлено, что предельная адсорбционная емкость сор бентов по отношению к формальдегиду и ацетальдегиду изменяется в ряду:

КсАУ АГ-3 АБГ. Адсорбция ацетальдегида и формальдегида активными углями имеет физическую природу. Получены адсорбционные и кинетические характеристики, необходимые для инженерных расчетов.

3. Предложен метод оптимизации параметров фильтров и режима непре рывного процесса сорбционной доочистки, основанный на фундаментальном уравнении внешнедиффузионной динамики адсорбции для линейной изотермы с использованием адсорбционных констант уравнения и кинетических данных.

На основе сравнительных экспериментальных исследований предложена тех нология регенерации активных углей с применением последовательной про мывки АУ теплой водой, прогретой до 50 С, что позволяет восстановить сорб ционную емкость сорбентов на 80-90 %.

4. По результатам теоретического и экспериментального исследования процесса адсорбции разработана технология доочистки питьевой воды от смеси ацетальдегида и формальдегида, включающая стадию обработки воды АУ на заключительном этапе водоподготовки.

5. На основании сравнительных комплексных исследований качественных характеристик нектаров из облепихи и вишни отмечено повышение качества нектаров, произведенных на воде, подготовленной по предлагаемой техноло гии.

ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Тимощук И.В. Очистка и кондиционирование воды для производства напитков / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) и др. // Пиво и напитки. - 2010. – № 3. – С. 22-24.

2. Тимощук И.В. Исследование влияния приоритетных загрязнителей на товароведные свойства напитка «Тархун» / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина ( Ермолаева) и др. // Пиво и напитки, 2010. – № 5. – С. 46-48.

3. Тимощук И.В. Влияние приоритетных загрязнителей воды на стойкость основных компонентов безалкогольных напитков / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) // Известия вузов. Пищевая технология. - 2010. – № 5-6. – С. 20-22.

4. Тимощук И.В. Влияние основных органических контаминантов воды на стойкость окраски напитков / И.В. Тимощук, Н.А. Сартина (Ермолаева), И.В. Проскунов // Известия вузов. Пищевая технология. – 2011. – № 1. – С. 12-14.

5. Краснова Т.А. Влияние загрязнителей воды на стойкость компонентов безалкогольных газированных напитков / Т.А. Краснова, И.В. Ти мощук, Н.А. Сартина (Ермолаева) и др. // Пиво и напитки. – 2011. – № 1. – С.

31-33.

6. Тимощук И.В. Влияние приоритетных загрязнителей воды на стойкость окраски нектаров / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) и др. // Пиво и напитки. – 2011. – № 3. – С. 54-55.

7. Тимощук И.В. Влияние приоритетных загрязнителей водопроводной воды на стойкость витаминов облепихового и яблочного нектаров / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) // Известия вузов. Пищевая технология. – 2011. – № 4. – С. 17-19.

8. Тимощук И.В. О стойкости витаминов в процессе производства и хранения нектаров малинового и из черной смородины / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) и др. // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2012. – № 2. – С. 39-44.

9. Тимощук И.В. Влияние качества водопроводной воды на сохранность витаминов в нектаре из черноплодной рябины / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) // Известия вузов. Пищевая технология. – 2011. – № 5-6. – С. 19-20.

10. Тимощук И.В. Адсорбция ацетальдегида из водных растворов углеродными сорбентами / И.В. Тимощук, Н.А Ермолаева, И.В. Проскунов // Техника и технология пищевых производств. – 2012. – № 2(25). – С. 164-168.

11. Тимощук И.В. Исследование влияния приоритетных загрязнителей воды на устойчивость бензоата натрия / И.В. Тимощук, Н.А. Сартина (Ермолаева), А.И. Фащевская // Молодежь и глобальные проблемы современности: Материалы II Республиканской научно-практической конференции студентов и магистрантов. – Караганды, 2010. – С. 54-55.

12. Сартина Н.А. (Ермолаева) Исследование влияния приоритетных загрязнителей воды на устойчивость лимонной кислоты // Пищевые продукты и здоровье человека: Материалы III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. – Кемерово, 2010. – С. 58-59.

13. Тимощук И.В. К вопросу об использовании адсорбции в водоподготовке / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина ( Ермолаева) и др. // Инженерные системы-2010: Материалы Международной научно практической конференции. – Москва, 2010. – С. 332-335.

14. Голубева Н.С. Получение и исследование безалкогольного напитка "боярка" на основе воды деминерализованной методом электродиализа / Н.С.

Голубева, Н.А. Сартина (Ермолаева), И.В. Проскунов и др. // Ионный перенос в органических и неорганических мембранах: Материалы Международной конференции с элементами научной школы для молодежи. – Кемерово, 2010. – С. 91-93.

15. Тимощук И.В. Исследование адсорбции ацетальдегида на углеродных сорбентах/ И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность:

Материалы XII Международной научно-практической конференции. – Кемерово, 2010. – С. 47-49.

16. Тимощук И.В. К вопросу о влиянии приоритетных загрязнителей на качество напитков / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) и др. // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность: Материалы XII Международной научно-практической конференции. – Кемерово, 2010. – С. 49-51.

17. Тимощук И.В. Исследование стойкости витаминов в яблочном нектаре, приготовленном на воде содержащей приоритетные загрязняющие вещества / И.В.Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) и др. // Наука, образование, молодежь: Материалы Республиканской научно практической конференции молодых ученых. – Алма-Ата, 2011. – С. 29-31.

18. Тимощук И.В. Усовершенствование классической технологии водоподготовки для пищевой промышленности / И.В.Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева) и др. // Наука, образование, молодежь: Материалы Республиканской научно-практической конференции молодых ученых. – Алма Ата, 2011. – С. 32-33.

19. Тимощук И.В. Влияние приоритетных загрязнителей водопроводной воды на стойкость компонентов безалкогольных напитков – красителей / И.В. Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Сартина (Ермолаева)// Найновите постижения на европейската наука – 2011: Материали за VII международна научна практична конференция, том 38 селско стопанство. – София, 2011. – С. 87-88.

20. Тимощук И.В. Доочистка питьевой воды после озонирования / И.В.Тимощук, Н.А Ермолаева, И.В. Проскунов и др. // Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность: Материалы ХIII Международной научно-практической конференции. – Кемерово, 2011. – С. 42-44.

21. Тимощук И.В. К вопросу о возможности использования адсорбции при подготовке питьевой воды и воды для пищевых производств / И.В.

Тимощук, Т.А. Краснова, Н.А. Ермолаева. // Водоснабжение и водоотведение:

качество и эффективность: Материалы ХIII Международной научно практической конференции. – Кемерово, 2011. – С. 65-66.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.