Термическая регенерация кизельгура для повторного использования в процессе осветления пива

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕРМИЧЕСКАЯ РЕГЕНЕРАЦИЯ КИЗЕЛЬГУРА ДЛЯ ПОВТОРНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ОСВЕТЛЕНИЯ ПИВА

Шахов С.В.

д.т.н., профессор, начальник отдела интеллектуальной собственности, член диссертационного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ФГБОУ ВО "Воронежский государственный университет инженерных технологий» Россия, г. Воронеж

Аннотация. Метод термической регенерации кизельгура для повторного использования в процессе осветления пива помогает обеспечить и разработать способ термической регенерации кизельгура для повторного его использования в процессе осветления пива и разработки инновационных технологических и конструкторских решений при практической реализации процесса.

Ключевые слова: регенерация, кизельгур, шлам, кизельгуровый фильтр, регенерация, адсорбент.

Введение. На предприятиях пивоваренной отрасли наибольшее распространение получили кизельгуровые фильтры: они надежны, просты в устройстве и экономически выгодны. Одним из перспективных направлений является термическая регенерация кизельгура. При этом образуется материал, который снова может использоваться для фильтрации пива. Однако высокие температуры ведут к качественным изменениям продукта. Доля пригодного кизельгура составляет, в большинстве случаев, малую величину. Поэтому разработка тепло- и ресурсосберегающего способа термической регенерации кизельгура, режимные параметры которого обеспечивают высокие качественные показатели регенерируемого кизельгура с точки зрения его повторного использования в процессе осветления пива является актуальной задачей.

Целью проекта является научное обеспечение и разработка способа термической регенерации кизельгура для повторного его использования в процессе осветления пива и разработка инновационных технологических и конструкторских решений при практической реализации процесса.

Научная новизна. Исследовано влияние влажности кизельгура на изменение его физико-механических свойств как объекта термической регенерации. На основании дифференциального термического анализа и теплофизических исследований выделены температурные интервалы влагоудаления, изучен механизм прогрева материала в зависимости от начальной влажности. Исследовано поведение влажного кизельгура во взвешенно-закрученном режиме. Исследованы кинетические закономерности обезвоживания кизельгура в аппарате с закрученным потоком фаз.

Описание. На предприятиях пивоваренной отрасли наибольшее распространение получили кизельгуровые фильтры: они надежны, просты в устройстве и экономически выгодны. Однако существует ряд проблем, связанных с использованием кизельгура: ограниченность ресурсов высококачественного диатомита, а также большие расходы на утилизацию [3, 5].

Поэтому в настоящее время ученые сосредоточили усилия на следующих направлениях: поиск новых методов регенерации кизельгура; использование альтернативных материалов и оборудования для фильтрования. При использовании в среднем 1 кг кизельгура на 30 л пива ежегодно производится несколько тысяч тонн кизельгурового шлама, который предприятия за собственные средства должны утилизировать. Однако проблема состоит в том, что кизельгуровые отходы ввиду значительного количества органического связанного азота могут привести к накоплению в земле и воде нитратов [1].

Анализ способов регенерации кизельгура и оборудования. Одним из перспективных направлений является термическая регенерация кизельгурового шлама. При этом образуется кизельгур, который снова может использоваться для фильтрации пива. Однако высокие температуры ведут к качественным изменениям продукта. Доля пригодного кизельгура составляет в большинстве случаев невелика [5].

Кизельгур можно использовать в промышленности в качестве адсорбента или добавки при производстве цемента, обычных и силикатных кирпичей, а также в сельском хозяйстве в качестве удобрения, вспомогательного материала для улучшения почвы или добавки к комбикормам [2, 8].

При введении кизельгура в почву происходит ее разрыхление, увеличивается объем ее пор, улучшается микробиологическое действие почвы, повышается количество удерживаемой влаги и питательных веществ и десорбция фосфатов; при обработке кизельгуром растений облегчается попадание в них H2SiO3, повышаются прочность стеблей и устойчивость растений к повреждениям и их урожайность [6].

Отработавший кизельгур, впитав в себя белок, сахара, прочие вещества и микроорганизмы из пива, как и дробина не может долго хранится. При комнатных температурах он уже на второй день начинает неприятно пахнуть, затем расслаивается и зарастает плесенью. Таким образом, чтобы добавлять в комбикорма, его необходимо подсушить, сгранулировать и дезинфицировать.

Ежегодно производится несколько тысяч тонн кизельгурового шлама, который предприятия за собственные средства должны утилизировать. Это происходит, как правило, путем его использования в сельском хозяйстве в качестве подкормки для растений [7, 9].

Однако проблема состоит в том, что кизельгуровые отходы пивоваренный завод производит постоянно, а в качестве удобрения для культурных растений он может использоваться лишь сезонно. А ввиду значительного количества в нем органического связанного азота, они могут привести к накоплению в земле и воде нитратов.

Одним из вариантов является термическая регенерация кизельгурового шлама. При этом образуется кизельгур, который снова может использоваться для фильтрации пива. Однако по данной технологии требуется температура 800С и более, что ведет к качественным изменениям продукта. Доля пригодного кизельгура составляет в большинстве случаев от 20 до 30 % [10].

В Исследовательском институте цветных металлов г. Фрайбург (Германия) разработана схема регенерации кизельгура с использованием псевдоожижения [5]. Это позволяет создать предпосылки для щадящего и полного удаления влаги, а также органических составляющих при сохранении качественных показателей кизельгура. Так как кизельгур из-за своей мелкозернистостисамостоятельно не может псевдосжижаться, то используется псевдосжиженный слой из кварцевого гравия размером 0,5…2 мм [4].

Основные результаты.

1. Проведенные исследования теплофизических характеристик, термического анализа и реологических свойств кизельгурового шлама как объекта термической регенерации позволили осуществить разработку новых способов и режимных параметров осуществления данного процесса.

2. Проведенные экспериментальные исследования термической регенерации кизельгура позволили определить рациональные режимы проведения процесса (начальная влажность 103…106 %; расход теплоносителя 202…204 м3/ч; температура теплоносителя 510…560 ?С); выявить кинетические закономерности процесса и подтвердить теоретические предпосылки повышения эффективности процесса регенерации кизельгура.

3. Разработанная математическая модель процесса позволяет адекватно описывать процессы тепло- и массообмена термической регенерации кизельгура, найти распределение температур и влагосодержания в исследуемом продукте по зонам аппарата.

4. Разработанный способ автоматического управления процессом термической регенерации кизельгура позволяет повысить точность управления и снизить энергозатраты.

5. Эксергетический анализ позволяет вскрыть резервы разработанной установки и наметить направления совершенствования конструкций и способов термической регенерации кизельгура

термический регенерация кизельгур пиво

Литература

1. Антипов, С.Т. Об экономической эффективности нового способа термической регенерации кизельгура [Текст] / С.Т. Антипов, В.В. Пойманов, С.В. Шахов, Д.М. Визир // Финансы. Экономика. Стратегия. Серия «Инновационная экономика: человеческое измерение». 2010. - № 12. - С. 21-24.

2. Антропова, Е.Д. Возможности использования отработанного кизельгура [Текст] / Е.Д. Антропова, Д.В. Зипаев, К.М. Падерова, Е.Ю. Руденко // Пищевая пром-сть. - 2011. - № 1. - С. 62-64.

3. Антипов, С.Т. Разработка энерго- и ресурсосберегающего способа термической обработки кизельгура [Текст] / С.Т. Антипов, Д.М. Визир, С.В. Шахов // Материалы IV межд. науч.-практ. конф. «Современные энергосберегающие тепловые технологи (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ - 2011». 20-23 сентября 2011 Труды конференции. Том 2. - М.: ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина (МГАУ)», 2011. - С. 262-264.

4. Беме, К. Новый способ термической регенерации кизельгура [Текст] / К. Беме, Р. Майвальд, Ф. Хебмюллер, Ф. Юргенс // Мир пива. 2001. - № 1. -С. 18-21.

5. Flynn, P.T. Nutritional benefits of spent filter cake in agricultural applications / P.T. Flynn //Adv. Filtr. Sep. Technol. - 2003. - V. 16. - P. 585-593.

6. Hodenberg, G.W. Kieselgu- rentsorgung auf landwirtschaftliche Flachen/G.W. Hodenberg, K. Sulke, H. Rasp, M. Glauchau//Brauwelt. - 1987. - №. 23. - S. 1046-1080.

7. Knirsch, М. Die Entsorgungs- situation fur Brauereiabfalle in Deutschland/M. Knirsch, A. Penschke, R. Meyer-Pittroff//Brauwelt. - 1997. - №. 33/34. - S. 1322-1326.

8. Schildbach, R. Ein neues Bio-Filter- Kieselgur-Entsorgungssystem / R. Schildbach // Brauwelt. - 1988. - №. 50/51. - S. 2370-2378.

9. Finis, P. Recycling von Brauerei- Filterhilfsmittel - Tremonis-Verfahren bewahrt sich in NRW, Dusseldorf/ Dortmund / P. Finis, H. Galaske // Brauwelt. - 1988. - №. 49. - S. 2332-2336.

Размещено на Allbest.ru