string(15) "noindex, follow"
x

Stacje zmiękczania wody

Stacje dekarbonizacji wody

Na twardość wody składa się twardość przemijająca (węglanową), spowodowana obecnością w wodzie wodorowęglanów, oraz twardość stała (niewęglanowa), którą wywołują po zagotowaniu wody siarczany, chlorki, azotany oraz krzemiany wapnia i magnezu. Twardość wody określana jest w piwowarstwie w stopniach niemieckich (°n lub dGH). Twardość nie wpływa wprawdzie na jakość wody, o ile nie jest wyższa niż 30°n, jednakże oddziałuje na procesy enzymatyczne i zjawiska koloidalne.

Drugim istotnym parametrem wody w piwowarstwie jest tzw. alkaliczność resztkowa, czyli różnica właściwości alkalizujących anionów i właściwości zakwaszających kationów podawana w stopniach niemieckich. Im wyższa alkaliczność resztkowa tym wyższe pH zacieru i brzeczki. Z kolei im wyższa jest wartość pH zacieru tym dłużej trwa proces filtrowania zacieru, a warzenie brzeczki o pH większym niż 5,2 powoduje silne wyekstrahowanie związków garbnikowych chmielu, skutkujące większą i trwalszą goryczką w piwie. Na wartość pH brzeczki istotny wpływ mają związki chemiczne zawarte w wodzie.

Alkaliczność resztkowa to różnica własności  alkalizujących anionu wodorowęglanowego (HCO3-) i właściwości zakwaszających kationów przede wszystkim wapnia i magnezu zgodnie ze wzorem:

Rz = Zog – (TCa + 0,5 TMg)/3,5

Gdzie:

Rz - alkaliczność resztkowa w °n,
Zog - zasadowość ogólna w °n,
TCa - twardość wapniowa w °n,
TMg - twardość magnezowa w °n,
3,5 oraz 0,5 – współczynniki uwzględniające mniejsze właściwości zakwaszające kationów wapnia i magnezu w stosunku do własności alkalizujących anionu wodorowęglanowego

Ponadto na przebieg procesu produkcji i jakość wody wpływa zawartość niektórych jonów, a w szczególności tych, które w wysokich stężeniach wpływają ujemnie na proces produkcyjny lub na jakość gotowego produktu: Fe2+ lub Fe3+, NO3G, SiO32-, SO42-, Mn2+, jak również tlenu i chloru.

Obecnie stosowane systemy uzdatniania wody pozwalają otrzymać wodę o dokładnie pożądanych cechach, dzięki temu istnieje możliwość dokładnej kontroli składu tego ważnego surowca.

Wymagania odnośnie parametrów kluczowych wody określa producent piwa.

Alkaliczność resztkową można obniżyć przez:

  • obniżenie twardości węglanowej wody (dekarbonizacja),
  • podwyższenie twardości niewęglanowej,
  • neutralizację (dodatek kwasów powodujących przejście twardości węglanowej w niewęglanową).

W praktyce najczęściej wykorzystywana jest dekarbonizacja na złożach jonowymiennych. Jest to proces pozwalający na uzyskanie wody o wymaganych parametrach z uwagi na duże możliwości regulacji parametrów końcowych wody, wody przez jej mieszanie, odgazowanie etc. Dodatkowo zaletą procesu jest uzyskanie dużych wydajności hydraulicznych, przy niskiej stosunkowo niskiej kubaturze pomieszczeń i urządzeń uzdatniających.

Proces dekarbonizacji realizowany jest na złożach jonowymiennych typu kationit słabo kwaśny regenerowany kwasem. Do regeneracji stosuje się kwas solny lub siarkowy. Najczęściej stosowane są żywice o matrycy akrylowej, makroporowate. Grupa funkcyjna kwas węglowy, dostarczane w formie wodorowej.

Reakcje zapisuje się w sposób uproszczony, zaznaczając kationit ogólnym symbolem Kt z dołączonym jonem wymiennym: dla wymieniaczy wodorowych KtH, a dla wymieniaczy sodowych KtNa. Reakcje dla dekarbonizacji na wymiennikach jonowych są następujące:

2KtH + Ca(HCO3)2 → Kt2Ca + 2H2O +2CO2

2KtH + Mg(HCO3)2 → Kt2Mg + 2H2O + 2CO2

Wymiennik wodorowy regeneruje się najczęściej za pomocą kwasu solnego HCl zgodnie z reakcją:

Kt2Ca/Mg +HCl → KtH +Ca/MgCl2

Ponieważ w procesie wymiany jonowej wydziela się duża ilość dwutlenku węgla (niestabilny kwas węglowy) woda po dekarbonizacji charakteryzuje się niskim pH. W zależności od wymagań producenta, końcową wartość pH reguluje się poprzez mieszanie z wodą surową (jeśli wymagane jest niskie pH) lub poprzez odgazowanie na desorberze. W przypadku odgazowywania woda również najczęściej mieszana jest w wodą surową, ale ma to już na celu wyłącznie regulację twardości i alkaliczności resztkowej. Proporcje w jakiej wody są mieszane zależą już tylko i wyłącznie od indywidulanych właściwości wody surowej i wymagań producenta piwa. Mieszanie odbywa się proporcjonalnie przy stałej kontroli wybranego parametry najczęściej jest to pH i twardość.

Klasyczny układ dekarbonizacji złożony jest z dwóch ciśnieniowych pracujących wahadłowo wymienników ciśnieniowych wypełnionych żywicą jonowmymienną. W zależności od wymagań i wydajności układu stosuje się butle kompozytowe lub stalowe z ochroną antykorozyjną na odporną na działanie kwasu. Sterowanie za pomocą głowic sterujących (bardzo małe układy) lub układu zaworów sterowanych z PLC. Kwas do regeneracji najczęściej zasysany jest inżektorowo. W przypadku stosowania kwasu siarkowego przy doborze inżektora pamiętać należy, że w reakcji jego mieszania z wody wyzwala się duża ilość ciepła. Musza być stosowane specjalne inżektory lub dozowanie za pomocą pompy.

Kwas do regeneracji dostarczany jest w paletopojemnikach (dla małych układów) lub na miejscu budowane są zbiorniki kwasu ładowane z cysterny.

Woda po dekarbonizacji w zależności od wymagań, co do pH trafia do pośrednich zbiorników magazynowych, gdzie jest mieszana, a następnie tłoczona do zakładowych zbiorników wyrównawczo magazynowych lub trafia na desorber CO2. Desorber CO2 wykorzystywany jest w przypadku jeśli pH produktu ma być wyższe.

Desorber jest urządzeniem bezciśnieniowym. Składa się ze zbiornika wyrównawczego i kolumny desorbera. Kolumna wypełniona jest kształtkami (najczęściej pierścienie Białeckiego), woda wpływa na nią od góry, od dołu zaś w przeciwprądzie podawane jest powietrze z dmuchawy. Dzięki takiemu rozwiązaniu powierzchnia kontaktu wody i powietrza jest bardzo duża i dwutlenek węgla zostaje z wody wydmuchiwany.

Ostatnim ważnym elementem każdej ze stacji dekarbonizacji jest neutralizator popłuczyn. Z uwagi na regenerację kwasem pH ścieków z regeneracji jest niskie. Popłuczyny nie mogą być bezpośrednio zrzucane w kanał. Konieczna jest ich neutralizacja. W mniejszych układach stosuje się neutralizatory wypełnione złożami dolomitowymi, dla większych układów neutralizacja odbywa się poprzez dozowania ługu sodowego.

Profesjonalne układy dekarbonizacji sterowane z PLC są praktycznie bezobsługowe. Wymagana jest jedynie kontrola przez pracownika obsługi technicznej 1-2 razy na zmianę. W zasadzie obsługa sprowadza się do okresowych zamówień i uzupełniania kwasu w zbiorniku magazynowym oraz zamawiania ługu sodowego. Cysterna dowożąca kwas wyposażona jest w odpowiednią końcówkę do napełniania i obowiązki obsługi ograniczają się tu również do nadzoru. W przypadku ługu raczej nie stosuje się stałych zbiorników (choć jest taka możliwość) i wykorzystywany jest ług z paletopojmeników handlowych. Jest to związane ze stosunkowo niewielkim zużyciem ługu, przy prawidłowej eksploatacji i dobraniu odpowiedniego nadmiaru kwasu do regeneracji. Tu już osoba odpowiednio przeszkolona musi obsługiwać proces wymiany zbiornika. Jeśli zakład decyduje się jednak na zbiornik stały, obsługa wygląda jak przy napełnianiu kwasem.

Partnerzy

  • grundfos
  • hf group
  • klinger
  • koch
  • linkchemie
  • pector
  • vkk