Организация систем водоснабжения и водоотведения для завода по производству фотожелатина

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВСГТУ

Факультет "Сервиса, технологии и дизайна"

Кафедра "Технология кожи, меха и товароведения непродовольственных товаров"

Курсовая работа

по дисциплине "Комплексное использование водных ресурсов"

на тему "Организация систем водоснабжения и водоотведения для завода по производству фотожелатина"

Выполнила:

Иванова Aюна Валерьевна

Руководитель

Н.В. Гончарова

Улан-Удэ, 2011



Содержание

Введение

1. Литературный обзор. Желатин: характеристики и особенности производства

1.1 Характеристика желатина

1.2 Технологический процесс производства

1.2.1 Измельчение сырья

1.2.2 Обезжиривание кости

1.2.3 Полировка кости

1.2.4 Калибровка и повторное дробление кости

1.2.5 Обводнение кости

1.2.6 Мацерация кости

1.2.7 Щелочная и кислотная обработка сырья

1.2.8 Извлечение желатина из сырья

1.2.9 Обработка бульонов

1.2.10 Сушка желатина

1.2.11 Дробление

2. Практическая часть. Комплексное использование водных ресурсов в промышленном узле

2.1 Расчет балансовых схем потребления воды промышленными предприятиями

2.2 Водоснабжение

2.3 Расчет водопроводных сетей

2.4 Расчет и проектирование водоотводящих сетей

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Желатин нашел широкое применение в народном хозяйстве: в пищевой отрасли, медицине, художественном промысле и конечно же в фотографическом деле. Дорога к его получению начинается на скотобойне. После обезжиривания и измельчения кости и шкуры животных направляются на желатиновые фабрики, где они под воздействием кислот деминерализуются, и полученная масса - оссеин и коллаген - замачивается на несколько месяцев в щелочном растворе. Под его воздействием длинные цепочки молекул расщепляются на более короткие и становятся водорастворимыми. Так образуется непосредственное сырьё для изготовления желатина.

Желатин непосредственно влияет на фотографический процесс; это влияние обусловлено наличием микропримесей в желатине. В зависимости от того, ускоряют ли они или тормозят химическое и физическое созревание кристаллов различают активаторы и ингибиторы [1]. К первым относятся серосодержащие соединения, а ко вторым - нуклеиновые кислоты и кальций. Каким образом они действуют - не установлено до сих пор. Эти микропримеси мешают при производстве фотоэмульсии, поэтому их удаляют насколько это только возможно. В результате получают инертный желатин, к которому снова добавляют те же самые примеси, но в уже строго дозированных количествах, чтобы получить желатин с заданными свойствами - либо активный, либо ингибированный. Существует также и полуинертный желатин: в нём активаторов и ингибиторов примерно поровну. Кроме того, желатин является основой, как самого светочувствительного слоя, так и остальных слоев фотоплёнки и фотобумаги, за исключением подложки [2].

Технологический процесс получения желатина водоемкий и требует жесткого соблюдения требований к качеству воды, поступающей на производство. Стоки, образующиеся на предприятиях данной отрасли, содержат большое количество веществ биологического происхождения и требуют особого внимания при проведении очистных мероприятий, т. к. биологические загрязнения могут ухудшить санитарное состояние водоема. Поэтому при проектировании предприятий по производству желатина особое внимание следует уделить системам водоснабжения и водоотведения. Они должны быть максимально экономичны с точки зрения потребления и обезвреживания воды.



1. Литературный обзор. Желатин: характеристики и особенности производства

Желатин имеет огромное значение в технологии светочувствительных материалов, являясь механической средой, удерживающей микрокристаллы бромистого серебра в виде пленки (слоя). Соответственно назначению и в зависимости от качественных показателей различают желатин пищевой, технический и фотожелатин. Пищевой желатин применяют в качестве желирующего и вяжущего материала при изготовлении студней, желе, мясных и рыбных консервов, кондитерских изделий, в качестве эмульгатора и стабилизатора при изготовлении мороженого, кремов, майонезов, различных кулинарных изделий, лечебных и косметических препаратов. Он используется также для осветления некоторых напитков (вина, пива, вод). Им пользуются для приготовления бактериологических питательных сред [3].

1.1 Характеристика желатина

Желатин в фотографической эмульсии служит не только как носитель светочувствительных кристаллов. Роль его настолько важна и разнообразна, что лишь около 25 % желатина в фотоэмульсии можно заменить другими синтетическими материалами. Вот главные качества этого вещества:

· коллоидный раствор желатина предотвращает "слипание" друг с другом кристаллов галогенида серебра в процессе производства и в готовой фотоэмульсии. Благодаря этому свойству желатина кристаллы равномерно распределяются в эмульсионном слое

· за счёт принятия желатином ионов Br и Cl (желатин выступает в роли галоген-акцептора) при экспозиции происходит стабилизация латентного изображения

· облегчает диффузию растворов в эмульсионный слой при обработке фотоматериалов

· он защищает неэкспонированные кристаллы галогенида серебра от проявления

· высокая концентрация желатина в растворе усиливает "рост" кристаллов при так называемом "физическом созревании", благодаря чему кристаллы становятся крупнее, а значит и более чувствительными к свету

· он пропускает свет

· затвердевая, желатин обеспечивает механическую прочность фотоэмульсии

· желатин обладает способностью к образованию в воде коллоидного раствора; при охлаждении этот раствор затвердевает, а при нагревании - снова становится жидким. Это свойство совершенно необходимо для производства фотоэмульсии, так как технологический цикл включает в себя стадии замораживания и расплавления полуфабриката [4].

Главное свойство желатина - его способность к образованию студней из водных растворов. Она обусловлена асимметрией (преобладанием длины над толщиной) высокополимерных частиц, - образующих раствор желатина. Чем больше асимметрия, тем легче образуется сетчатый каркас студня, в ячейках которого иммобилизуется вода, и тем он прочнее. От размеров и асимметрии частиц зависят также вязкость раствора, температура плавления и крепость студня. Как пищевой продукт он не должен содержать более 0,075 % консервирующего вещества (сернистого газа); в нем не допускаются соли свинца, содержание солей других тяжелых металлов ограничивается. В пищевом желатине не должно быть патогенных микробов, а количество непатогенных - минимальное. Величина рН стандартных растворов - в пределах 5-7, иначе он будет в растворах гидролизоваться и терять способность к застудневанию. Влажность продукта не более 16 %, а содержание жира к массе сухого остатка не более 2 %. Желатин различают I, II и III сорта. Пищевой желатин выпускают в виде бесцветных либо светло-желтых тонких прозрачных пластин или мелких частиц различной формы и размеров [5]. Технический желатин находит применение в полиграфической, текстильной и в других отраслях промышленности. Он должен давать хорошо застудневающие растворы. Технический желатин выпускают I и II сорта в листах или в дробленом виде. К фотожелатину предъявляются те же требования, что и к пищевому, а, кроме того, и особые требования, обусловленные его назначением. Исходным веществом, из которого получают желатин, является коллаген. Поэтому в качестве сырья могут быть использованы ткани, органы и части туш, достаточно богатые коллагеном: кости и продукты убоя с большим содержанием коллагеновой соединительной ткани. Содержание в кости желатинизирующих (клееобразующих) веществ зависит от многих причин, но больше всего от вида скота и анатомического происхождения кости. Плотное вещество кости богаче коллагеном, чем ее губчатая часть. Поэтому в костях, где плотная ткань преобладает, желатинизирующих (клееобразующих) веществ содержится больше, а других белковых веществ меньше (см. табл. 1).

Таблица 1 - Выход желатина в зависимости от вида кости

Наименование кости	Выход желатина, % от массы обезж сырья
Роговой стержень	9-11
Решетка обезжиренная (отход трубчатой кости после ее использования на поделочные цели)	12,0-12,5
Нижняя челюсть и лопатка крупного рогатого скота	19-10
Лобная кость	10
Тазовая кость	7,0-7,5
Ребра крупного рогатого скота	8,5-9,0

Кость на выработку желатина допускается только с разрешения ветеринарно-санитарного надзора. Она не должна иметь признаков гнилостного распада и в ней строго ограничивается содержание всякого рода загрязнений: прирезей мяса, остатков крови, шерсти, костяных опилок и мелочи, мусора и случайных загрязнений [2]. В зависимости от характера предшествующей обработки и от степени разложения кости под влиянием внешних условий ее подразделяют на следующие категории:

- кость колбасная - свежая, невываренная, содержащая много жира, влаги и остатков мягких тканей;

- кость столовая - предварительно вываренная для выделения жира или при кулинарной обработке; она содержит меньше жира, влаги и остатков мягких тканей;

- кость сборная - лежалая столовая и с различными загрязнениями;

- кость полевая - длительное время подвергавшаяся глубоким изменениям под влиянием внешних условий (осадков, солнечных лучей, выветривания); она суха, содержит мало клееобразующих вешеств и почти не содержит жира. В таблице 2 приведены данные о примерном составе различных категорий кости и выхода желатина.

Таблица 2 - Состав различных категорий кости и выход клея

Категории кости	Содержание, %	Выход клея, % к сухому обезжиренному веществу
	воды	жира
Колбасная свежая	30-40	12-14	27-29
Столовая свежая	25-40	6-8	26-27
Сборная	15-20	5-6	21-22
Полевая	8-15	1-3	19-20

Мягкое сырье. Оно может поступать на выработку желатина с мясоперерабатывающих предприятий, с пунктов заготовки шкур для кожевенной промышленности и с кожевенных заводов. В таблице 3 приведен перечень разновидностей мягкого сырья, перерабатываемого на желатин, и примерные выходы продукции.

Таблица 3 - Мягкое сырье, перерабатываемое на желатин и клей

Наименование сырья	Назначение сырья	Выход продукта, % к массе сырья
Сухожилия	Производство желатина	13-15
Шкура с головы сырая	То же	10-11
Шкура с хвоста крупного рогатого скота	То же	7-9
Уши крупного рогатого скота	То же	8
Ручная мездра со шкур крупного рогатого скота	То же	8-10
Обрезки свиной шкуры	То же	14-18
Спилковая обрезь	То же	9-11
Машинная мездра со шкур крупного рогатого скота	Производство Клея	7-8
Обрезки сыромятной кожи	То же	35-40

Одним из лучших видов сырья для производства пищевого желатина является свиная шкура, в особенности ее хребтовая часть. Желатин получается прозрачный и образует студень высокой крепости [6].

К мягкому сырью, направляемому на производство желатина, предъявляют те же санитарные требования, что и к кости. Сырье не должно содержать большого количества прирезей мяса и жировой ткани, остатков крови и случайных загрязнений. Оно должно быть без признаков гнилостного разложения (ослизнения, гнилостного или аммиачного запаха).

1.2 Технологический процесс производства

Технология производства желатина состоит из четырех основных этапов;

-подготовки сырья к извлечению из него желатинизирующих или клеевых веществ;

-извлечения из сырья желатинизирующих и клеевых веществ в виде водных растворов (бульонов);

-очистки, концентрировании и подготовки бульонов к обезвоживанию сушкой;

-сушки желатина или клея.

1.2.1 Измельчение сырья

Обезжиривание и золка сырья, а также извлечение желатина из сырья связаны с диффузионным обменом между обрабатываемым материалом и технологическим агентом (горячей водой или химическим реагентом).

Интенсивность обменной диффузии между окружающей жидкостью и материалом зависит от поверхности раздела твердой и жидкой фаз. Поэтому продолжительность процессов, связанных с внешним переносом зависит от размеров частиц [7].

Следовательно, чем меньше размеры образца, тем меньше продолжительность процесса. В технологической практике сырье измельчают до размеров, которые позволяют в наибольшей степени сократить продолжительность диффузионных процессов.

Поступающую в производство кость, исключая перешиб, решетку и роговой стержень перед обезжириванием дробят на дробильных машинах до размеров 20-50 мм. Роговой стержень распиливают дисковой пилой на куски размером до 100 мм. В таблице 4 приведены данные о распределении дробленой кости по размерам для двухвальной и молотковой дробилок.

Таблица 4 - Распределение дробленой кости по размерам

Размеры частиц	Распределение по размерам, %
	для двухвальной	для молотковой
Более 30	55-60	70
В пределах 15-30	36-37	20
Менее 15	4-5	10

Мягкое сырье перед измельчением иногда требует некоторой подготовки: замороженное нужно разморозить, консервированное-- отмочить и промыть, сухое -- размочить. Во время отмачивания и размачивания из сырья удаляются консервирующие вещества, загрязнения и часть растворимых белков (альбуминов, глобулинов, муцинов). Одновременно сырье набухает.

1.2.2 Обезжиривание кости

Жир, содержащийся в кости, является цепным техническим продуктом. Кроме того, оставаясь в сырье, он затрудняет проведение ряда технологических операций и снижает качество готовой продукции. В частности, являясь гидрофобным веществом, жир замедляет диффузионные процессы в водной среде, уменьшает клеящую способность клея и способность желатина к застудневанию. Поэтому чем меньше жира остается в кости, тем лучше. Обезжирить кость водой можно тремя способами: в кипящей воде, импульсным, напорно-скоростным

Обезжиривание в кипящей воде. Кость в течение 5-6 ч обрабатывают водой при слабом кипении. Обезжирить кость горячей водой можно в открытых котлах. Количество воды, заливаемой в котел, должно быть достаточным, чтобы покрыть кость. Обезжиренную кость промывают (полируют) в барабанах периодического или непрерывного действия. Жир очищают от примесей обычными способами.

Импульсный способ обезжиривания. Гидромеханические импульсы в виде больших переменных давлений, достаточных для разрушения мягких и твердых животных тканей, могут быть возбуждены быстрым движением рабочего органа машины в жидкой среде. При очень высоких скоростях движения рабочего тела относительно среды могут возникать кавитационные явления [1].

Эффект действия импульсов зависит от прочности материала и величины и числа импульсов. Необходимое для обезжиривания кости число импульсов - около 2000 в 1 сек. Оно достигается в аппарате при числе оборотов ротора до 3000 в минуту. Окружная скорость достигает 60-70 м/сек.

Кроме числа и мощности импульсов, на степень обезжиривания влияет продолжительность воздействия импульсов на сырье, т. е. время пребывания сырья в аппарате. Оно зависит от начальных размеров образцов и от величины отверстий решетки, через которую обезжиренное сырье выводится с водой из аппарата. Начальный размер образцов кости - до 50 мм.

Количество воды, подаваемой в аппарат, должно быть в 3-4 раза больше массы сырья, иначе затрудняется разгрузка аппарата.



1.2.3 Полировка кости

Полировка-это удаление остатков мягких тканей (мяса, хрящей и пр.) с поверхности обезжиренной кости вследствие трения кусков кости один о другой и о стенки барабана.

Кость, обезжиренную вываркой в кипящей воде, полируют в промывных барабанах (число оборотов 30-35 в 1 мин) с подачей сильной струи горячей воды.

При сухой полировке кость очищают в медленно вращающихся полировочных барабанах. В процессе полировки примеси, загрязнения, мелкая кость и кусочки кости, отламывающиеся во время полировки, проходят сквозь решетку стенки барабана, образуя так называемый азотистый отход. Его используют в качестве удобрения [8].

Продолжительность полировки в непрерывно действующих барабанах около 2-3 ч, коэффициент заполнения 0,6-0,7 объема барабана. Их производительность выше производительности барабанов периодического действия, расход электроэнергии меньше, но качество полировки хуже. Продолжительность полировки в барабанах периодического действия также 2-3 ч, но коэффициент заполнения выше. Поэтому и качество полировки высокое.

1.2.4 Калибровка и повторное дробление кости

Размеры кости, направляемой на выварку желатина не должны превышать оптимальных пределов. При размерах, не превышающих 25 мм, получается более концентрированные бульоны, более высокий выход и достигается экономия пара, расходуемого на обесклеивание кости и упаривание бульонов. Поэтому полированный шрот целесообразно калибровать, т. е. разделять на партии по размерам, а кость, размеры которой превышают 25 мм, повторно дробить. При калибровке кость разделяют по размерам на три категории: более 25 мм, от 13 до 25 мм и 12 мм и менее. Первую после повторного дробления снова калибруют, последнюю освобождают от мелочи (размером до 3 мм) на грохоте. Разделение кости на партии размерами до 12 и до 25 мм позволяет работать с более однородным материалом и подбирать наиболее благоприятный режим для каждой из них.

мацерация кость водоснабжение фотожелатин

1.2.5 Обводнение кости

В процессе выварки желатина происходит гидротермический распад коллагена и выход продуктов его распада в бульон. Скорость распада зависит от прочности связей, удерживающих полипептидные цепи в структуре коллагена. В обезвоженном коллагене они удерживаются наиболее прочно, а в полностью обводненном до равновесного состояния - наименее прочно.

Обводнение в воде

Продолжительность обводнения кости после повторного дробления около 24 ч (хотя вполне удовлетворительный результат достигается и к 12 ч). При повышенной температуре в этот период возможно развитие гнилостной микрофлоры. Во избежание этого обводнение лучше вести при возможно более низкой температуре и в проточной воде.

Обводнение в кислой среде

Желательный сдвиг рН среды в кислую сторону от точки коллагена, может быть, достигнут применением слабой кислоты либо соли сильной кислоты и слабого основания. В обоих случаях целесообразно, чтобы химический реагент обладал антисептическим и отбеливающим действием. Этими свойствами обладают сернистая кислота и соли цинка и сильных кислот.

Для обводнения употребляют водный раствор сернистого ангидрида с концентрацией 0,25-0,50 %.

По окончании обводнения сернистый ангидрид, адсорбированный костью, удаляют промывкой в холодной воде до тех пор, пока в промывной воде перестанет обнаруживаться сернистая кислота [3].

Обводнение в щелочной среде

Применяют либо слабые основания, либо соли слабой кислоты и сильного основания. Продолжительность обводнения 24 ч при 2-3 сменах жидкости, степень обводнения выше, чем в водопроводной воде. Из числа солей, повышающих степень обводнения коллагена, рекомендуют бисульфит натрия, обладающий некоторым антисептическим и отбеливающим действием.

1.2.6 Мацерация кости

Мацерацией называется обработка кости сильными кислотами с целью ее деминерализации. Кость, предназначенную для производства желатина, мацерируют обычно слабым раствором соляной кислоты. Под действием соляной кислоты происходит полная деминерализация кости, так как соляная кислота растворяет углекислые и фосфорнокислые соли кальция, составляющие ее минеральную основу.

Вначале процесса разрушаются кальциевые и магниевые углекислые соли с выделением пузырьков углекислого газа (1):

СаСО₃ + 2НС1 = СаС1₂ + СО₂ + Н₂О, (1)

Разрушение фосфорнокислых солей протекает по следующей (обобщенной) схеме (2)

Са₃(РО₄)₂ + 4НС1 = 2СаС1₂ + Са(Н₂РО₄)₂, (2)

Образующиеся хлористый кальций и монокальцийфосфат, растворимые в воде, выводятся с нею из сферы реакции.

При недостатке кислоты или неравномерной ее подаче одновременно протекает и побочная реакция (3):



Ca(H₂PO₄)₂ + Ca₃(PO₄)₂=4СаНРО₄. (3)

Получающийся при этом дикальцийфосфат плохо растворим, остается в кости. Чтобы избежать этого, необходимо мацерационную жидкость (мацерационный щелок), содержащую монокальцийфосфат, систематически удалять из аппарата, непрерывно возобновляя израсходованную соляную кислоту.

Повышение температуры и увеличение концентрации кислоты ускоряет мацерацию. В определенных границах эти факторы сами по себе мало влияют на выход и качество желатина (например, повышение температуры до 25 ⁰С при концентрации кислоты до 5 % не увеличивает потерь коллагена во время мацерации) [4].

Продолжительность мацерации зависит от сорта и калибра кости, от температуры и от концентрации кислоты. Она колеблется от 5 до 15 суток. Кость молодых животных и пористая кость мацерируется быстрее.

Выход мацерироваиной кости (оссеина), в среднем составляет около 70 % к массе загружаемой кости. Средний состав оссеина, %: влаги - 65,0; коллагена-26,5; минеральных веществ-3-3,5; жира- 1-2,5; посторонних примесей-2-3 %.

Жидкость, образующаяся после мацерации (мацерационный щелок), содержит до 4 % фосфорного ангидрида и используется для производства удобрения - преципитата. В составе соляной кислоты, употребляемой для мацерации, не должно содержаться более 0,5 % серной кислоты. При большем количестве мацерация замедляется, так как образующийся сернокислый кальций тонкой пленкой покрывает поверхность кости и закупоривает поры [5].

Выход деминерализованного сырья-оссеина - в зависимости от состава кости составляет 50-70 %. Он содержит 20-24 % белков, 1-2 % минеральных веществ 1-4 % жира и 70-75 % воды.



1.2.7 Щелочная и кислотная обработка сырья

Даже в деминерализованной кости (оссеине), не говоря уже о мягких необработанных тканях, коллагеновые волокна более или менее прочно связаны с другими составными частями кости, образуя сложные морфологические структурные элементы тканей. Следовательно, выделение коллагена из тканей сопряжено с необходимостью разрушения этих морфологических структур и удалением из сырья тех составных частей, которые являются балластными или вредными [9].

Обработка щелочью (золение) Щелочью обрабатывают оссеин и все виды мягкого сырья, за исключением свиной шкуры. Щелочь более энергично, чем кислота, разрушает ткани и их составные части (включая жиры и кератин), но зато вызывает и более глубокую деструкцию коллагена.

В принципе золение можно производить любой щелочью. Одноосновные щелочи быстрее и полнее разрушают белковые вещества и обусловливают большую величину набухания. Однако в промышленной практике употребляют двухосновные щелочи, обычно гидроокись кальция, имеющую ряд преимуществ. Она меньше разрушает коллаген и лучше обезволашивает сырье. Гидроокись кальция обладает сравнительно небольшой растворимостью. При потреблении для золки суспензии извести в воде можно поддерживать постоянную небольшую концентрацию щелочи за счет растворения взвешенного в растворе ее избытка, когда устанавливается равновесие (1.1):

Са(ОН)₂ Са(ОН)₂ + Са²⁺ + 2ОН^-. (1.1)

Действие щелочи носит постепенный характер. В течение первой недели при температуре не выше 20 ⁰C разрушается эпидермис, межуточное вещество и белки, связанные с коллагеном. Растворение белковых веществ увеличивает проницаемость тканей и способствует миграции щелочи внутрь сырья. С течением времени все большее значение приобретает разрых-ление коллагеновых волокон. При обработке сырья, покрытого волосом, известь разрыхляет волосяные сумки и этим способствует удалению волоса.

В результате разрушения альбуминов, глобулинов, муцинов, мукоидов, содержащихся в сырье, в раствор переходят продукты их распада. В зольной жидкости обнаружены полипептиды, аминокислоты, амины, мочевина, аммиак и т. д. Большинство из них обладает стабилизирующим действием на суспензию извести и этим самым способствует гидролизу коллагена. Большие количества аммиака могут накапливаться и вследствие развития гнилостных процессов [6].

Под действием извести и в результате набухания коллагена расшатываются и частично разрываются связи между полипептидными цепями в его структуре. В отличие от кислоты щелочь ослабляет и солевые мостики. Это ведет к снижению температуры сваривания коллагена и способствует его пептизации и образованию глютина. Максимум набухания совпадает с максимумом поглощения щелочи.

Скорость процесса золения зависит от температуры. Но повышение температуры одновременно и в большей степени ускоряет распад коллагена. При температуре золения 15 ⁰С вязкость готового желатина на протяжении 35 суток золения возрастала, а при температуре 25 ⁰С вначале возрастала, а после 20 суток снижалась. Таким образом, повышение температуры золки приводит к излишним потерям коллагена, уменьшению выхода и снижению качества продукта, а понижение температуры замедляет процесс золки. Обычно золку производят при температуре 12-20 ⁰С. Оптимальной следует считать температуру около 15 ⁰С.

Первую перезолку для желатинового сырья производят через 1 и 3 суток, остальные - в зависимости от хода процесса, но не реже, чем через 7 суток. При этом учитывают изменение цвета молока (пожелтение), изменение запаха сырья, содержание активной извести, величину рН, которая должна быть не ниже 11,0. Общая продолжительность золения 25-35 суток, для сухожилий до 50-60 суток [7].

Существуют различные приемы ускорения процесса золения. Вначале пользуются известью (до 14 суток), а затем 2 %-ным раствором едкого натра (3-5 суток) при 20 ⁰С. Общая продолжительность процесса при этом снижается до 17-19 суток.

Обеззоливание После золения в сырье остается до 4-6 % - окиси кальция. Из этого количества около 0,6% прочно связано с сырьем, остальное удерживается за счет адсорбции, капиллярности и механически в порах и на поверхности. Кроме извести, в сырье остается некоторое количество продуктов распада белков, кальциевых мыл и других примесей и загрязнений. Эти механические примеси и загрязнения, а также известь легко удаляются при промывке сырья водой. Капиллярно связанная известь требует очень тщательной промывки. Адсорбированную известь и химически связанный кальций можно удалить лишь обработкой сырья сильной кислотой.

В результате обработки сырья избытком сильной кислоты его кислотность возрастает. Во время последующей выварки желатина и клея, это может привести к повышению скорости гидролиза коллагена и, следовательно, к падению вязкости готового продукта. Поэтому кислота, удерживаемая сырьем, должна быть удалена, что достигается промывкой его водой.

Таким образом, процесс обеззоливания складывается из трех операций: промывки сырья для удаления части извести и загрязнений, нейтрализации оставшейся извести соляной кислотой, промывки сырья с целью удаления из пего избытка кислоты.

Промывают сырье водой в аппаратах различного типа. В крупных производствах промывку ведут в специальных аппаратах - конроллерах и мездромойках.

В мездромойках промывка происходит в условиях интенсивного перемешивания сырья при интенсивной циркуляции жидкости. Они обеспечивают более совершенную промывку

Продолжительность промывки проточной водой колеблется от 24 до 34 ч. Промывка считается законченной если рН жидкости, отжимаемой от сырья, не превышает 8,5. Продолжительность промывки может быть сокращена, если зольную жидкость из сырья перед промывкой отжимать, например, на вальцах.

Остаток извести в сырье нейтрализуют соляной кислотой в тех же аппаратах. Преимущества соляной кислоты перед другими кислотами не только в том, что она дает с кальцием хорошо растворимые соли, но также и в том, что при нейтрализации этой кислотой потери коллагена наименьшие. Количество солярной кислоты берется из расчета 3-5 % кислоты плотностью 1,14 к массе сырья [6].

1.2.8 Извлечение желатина из сырья

Решающее значение для выхода, свойств и качества извлекаемого горячей водой желатина имеет температура, при которой производится обработка сырья. Чем выше температура, тем глубже гидролиз коллагена и тем хуже качество продукта.

Во избежание ухудшения качества продукта и для наиболее полного извлечения желатина в технологической практике процесс выварки организуют с таким расчетом, чтобы воздействию высоких температур подвергалось минимальное количество коллагена. Существуют три способа организации выварки: фракционный, батарейный и смешанный.

Фракционный способ заключается в том, что выварку производят последовательно, фракциями, повышая температуру для каждой следующей фракции. Благодаря этому каждая фракция содержит продукт определенного качества в зависимости от температуры выварки. Таким путем удается получить значительное количество желатина или клея при минимальной температуре и, значит, наиболее высокого качества. Наряду с этим последние фракции вываривают при высоких температурах, и поэтому удается почти полностью извлечь желатин или клей.

Батарейный способ выварки - это способ последовательного насыщения, когда чистой водой при наиболее высокой температуре обрабатывают почти обесклеенную кость, содержащую незначительное количество коллагена, а по мере насыщения желатином или клеем бульон перепускают в более богатое коллагеном сырье, одновременно снижая температуру выварки. Благодаря этому удается получать концентрированные бульоны, не подвергая большую часть коллагена воздействию слишком высоких температур. Этот способ более экономичен, но таким путем можно получить продукт только среднего качества. Обычно им пользуются для выварки клея из кости.

При необходимости можно сочетать оба способа выварки, отделяя первые фракции, содержащие наиболее высококачественный продукт при батарейном способе выварки [10].

1.2.9 Обработка бульонов

Обработка бульонов заключается в консервировании, очистке их от примесей, осветлении, концентрировании путем упаривания или осаждения из них клеевых веществ.

Консервирование и отбелка Бульоны при благоприятных температурных условиях являются хорошей питательной средой для микроорганизмов (в 10 %-ном желатиновом бульоне, содержащем 200 бактерий в 1 мл, после 12 ч при 30 ⁰С их количество возрастает до 1 млрд. в 1 мл, а бульон теряет способность к желатинизации). Поэтому сразу после выварки бульоны необходимо, консервировать.

Наиболее распространенным консервирующим средством является сернистый газ, который обладает и отбеливающим действием. Преимуществами этого консерванта является то, что в небольших дозах он не ядовит. Сернистый газ, однако, не уничтожает микробов полностью, а лишь резко снижает их количество в бульоне и подавляет их дальнейшее развитие.

Количество сернистой кислоты, вводимой в бульон (в % сернистого ангидрида к сухому веществу), составляет для пищевого желатина 0,10-0,15, для технического - 0,20-0,30. Количество консерванта, вводимого до упаривания, должно быть не более 0,1 %. К техническому желатину, кроме того, добавляют 1,5-2,0 % сернокислого цинка, который образует гидросульфит цинка, обладающий хорошим отбеливающим действием [1].

Фильтрование бульонов Вываренные бульоны содержат значительное количество примесей различного происхождения и различной степени дисперсности вплоть до коллоидных. К их числу относятся остатки кости мягких тканей, кальциевые соли и кальциевые мыла, белковые частицы, жир и пр. Эти примеси делают желатин мутным, ухудшают желатинизацию. Часть этих примесей может быть удалена отстаиванием перед сливом бульона из варочного котла. Часть можно отделить фильтрованием через ткань. Однако значительное количество примесей представляет собой настолько мелкие взвеси, что их не задерживает самая плотная ткань. Поэтому бульоны очищают фильтрованием через целлюлозную массу, задерживающую примеси не только вследствие незначительного диаметра фильтрующих пор, по и их адсорбции сильно развитой поверхностью фильтрующей массы.

Упаривание бульонов Обезвоживание выпариванием экономичнее обезвоживания сушкой (расход пара в 2-2,5 раза меньше). Поэтому, когда это допустимо по технологическим соображениям, клеевые и желатиновые бульоны упаривают. Подбирать условия упаривания и выпарной аппаратуры нужно с учетом чувствительности желатина к нагреву и свойств бульонов, от которых зависит интенсивность его кипения, в частности, от способности смачивать поверхность нагрева,

Так как высокие температуры бульонов обусловливают снижение качества продукции, упаривание следует вести под вакуумом.



1.2.10 Сушка желатина

Обезвоживание желатина придает ему устойчивость к микроорганизмам, увеличивает содержание полезных веществ в единице массы и объема готового продукта и делает его более транспортабельными. В промышленной практике в настоящее время обезвоживается желатин сушкой.

Сушка желатинового студня Желатиновый студень сушат преимущественно конвективным способом. Тип сушилки и технику сушки подбирают, сообразуясь с размерами и формой образцов (плитки, пластины, кубики, гранулы и пр.). Наиболее перспективны способы сушки в мелких образцах, размеры которых обеспечивают большую суммарную поверхность влагообмена и, следовательно, минимальную продолжительность сушки [5].

Отличительной особенностью у сушки желатина является высокая (90-100 %) начальная влажность студня.

Желатин сушат при температуре воздуха на входе 35- 40 ⁰С. В среднем продолжительность сушки желатина составляет: технического 2-4 суток, пищевого 14-24 ч. По окончании сушки желатин сортируют по форме, толщине, цвету и прозрачности пластин.

Сушка в малых образцах Большая продолжительность сушки желатина в плитках и пластинах снижает экономичность производства. Наиболее эффективный путь уменьшения продолжительности сушки студня - это уменьшение размеров сушимых образцов. Некоторое значение имеет и форма образца. Если, например, при равной массе образцов эффективность сушки для шарообразной формы принять за единицу, то для куба она составит около 0,6, а для бруска - около 0,66.

Распылительная сушка Сушка желатинового бульона методом распыления, помимо общих достоинств этого метода, имеет еще и то преимущество, что исключает необходимость в предварительной желатинизации бульонов.

При сушке в распыленном состоянии желатиновый бульон, нагретый до 50-60 ⁰С, распыляют тем или иным способом до капелек размером 0,01-0,04 мм. Структура сухого продукта при распылительной сушке зависит от концентрации и вязкости бульона, способа распыления и температуры сушки. Вследствие высокой вязкости концентрированных бульонов при высокой температуре сушки, когда влага испаряется прежде разрушения струй, продукт приобретает вид ваты, состоящей из волокон не толще 20 мкм.

Желатиновый бульон рекомендуется подавать на сушку с концентрацией не выше 12-13 %. Начальная температура воздуха 150-170 ⁰С, температура на выходе 65 ⁰С. Желатин, высушенный при этом режиме, содержит влаги около 15 % и по качественным показателям не отличается от желатина, высушенного в канальной сушилке. Но сушка при таких относительно низких температурах мало экономична. Напряжение объема сушилки составляет всего около 3 кг/(м^{3 .} ч). Поэтому для сушки желатина рекомендуются распылительные сушилки с утилизацией тепла отходящего воздуха на подогрев бульона, поступающего в сушилку [4].

1.2.11 Дробление

Цельные пластинки желатина упаковывают вручную или на упаковочной машине в пачки массой по 250 г, перевязывают ленточками или нитками и завертывают в пергаментную бумагу. Ломаные, а если необходимо и цельные пластины дробят на молотковой дробилке или дезинтеграторе. Дробленый желатин рассевают на три калибра; до 1 мм, от 1 до 10 мм и более 10 мм. Последний калибр направляют на повторное дробление. Необходимость в калибровке вызвана тем, что мелкие частицы при подготовке к растворению быстро набухают, налипают на крупные и затрудняют их набухание [5].

Анализ литературы показал, что процесс получения желатина многостадийный и требует большого количества воды, при этом процесс сушки может провоцировать рост безвозвратных потерь воды, которые нужно будет восполнять из источников водоснабжения. Поэтому при проектировании системы водоснабжения и водоотведения следует максимально учитывать особенности технологического процесса.



2. Практическая часть. Комплексное использование водных ресурсов в промышленном узле

Цели курсовой работы:

- рассчитать возможность организации предприятия заданной мощности, исходя из балансовой схемы его водопотребления и водоотведения, а также наличия в планируемом районе строительства водных источников и их хозяйственного назначения;

- рассчитать необходимую степень очистки сточных вод на локальных очистных сооружениях и доочистки на общегородских сооружениях для повторной подачи очищенных жидкостей в общегородской промышленный водопровод;

- разработать план мероприятий и технологические схемы по водоподготовке или очистке сточных вод и подачи их в систему промышленного водопровода и промузла.

Исходя из технологии производства фотожелатина рассчитываем возможную организацию систем водоснабжения и водоотведения на предприятии.

Вода в производстве фотожелатина используется при первичной обработке кости и варке желатины, а также для охлаждения оборудования.

Система водоснабжения - прямоточная с последовательным использованием воды и оборотная. На желатиновом заводе могут быть три водопроводные сети: питьевой (для производственных целей), обезжелезенной и оборотной.

Для расчета систем водоснабжения и водоотведения принимаем расчетные данные, приведенные в таблице 5.



Таблица 5 - Данные по предприятию отрасли производства фотожелатина

Показатели	Единица измерения	Данные
Содержание влаги в 1 т сырья	кг	140
Суточная мощность	т	3,5
Число работающих	чел. в холодном цеху	25
	чел. в горячем цеху	8
Число работающих в первую смену	чел.	22
Степень огнестойкости зданий	-	III
Категория помещений по пожарной опасности	-	Г
Объем здания	тыс. куб. м	150
Наличие фон-го освещения	-	есть
Площадь полива	га	35
Расстояние от предприятия до источника водоснабжения	м	1500
Расстояние от предприятий до сооружений локальной очистки	м	450
Расст. от сооружений локальной очистки до их сброса	м	750

Сточные воды от производства фотожелатина отводятся тремя сетями: производственных загрязненных и бытовых стоков. Щелочные стоки содержат соли кальция, белки, хлористый кальций. Характеристика сточных вод приведена в таблице 6.1 и 6.2

Таблица 6.1 - Характеристика сточных вод от производств фотожелатина

Показатели	Единица измерения	Сточные воды	Метод очистки
		До очистки	После очистки
Температура	°С	6- 30	До 30	Механический и биологический (количество сточных вод 27 м3/т)
Взвешенные вещества	мг/л	››273	До 15
Прозрачность по шрифту	см	до 4	-
эфирорастворимые	"	››100	-
Порог разбавления до исчезновения
Запаха	кратность	›› 3,4	-
цвета	"	"15	-
pH	-	6,5-8,5	6,5-8,5
Остаток: Сухой Прокаленный	мг/л "	до3683 "1562	- -
Са 2+	"	"1303	-
Cl-	"	"1278	-
SO2-4	"	" 3480	-
Окисляемость перманганатная	мг О/л	-	до 15
ХПК	"	до 897	"90
БПК5	мг О2/л	"311	"15
Фосфор(в пересчете на P2O5)	мг/л	"108	-

Производственные загрязненные стоки подвергаются механической локальной очистке и направляются на городские водоочистные сооружения для дальнейшей биологической доочистки. То есть сточные воды отстаиваются в реакторах окисления или отстойниках и в дальнейшем подвергаются хлорированию для биологической очистки.

Таблица 6.2. - Характеристика сточных вод от производств фотожелатина

Наименование и способ производства

Единица измерения

Система водоснабжения

Среднегодовой расход воды на единицу измерения, м3

Среднегодовое количество выпускаемых в водоемы сточных вод

Безвозвратное потребдение и потери воды

Количество сточных вод, используемых в системах водоснабжения

Коэффициенты измерения среднегодовой нормы

оборотной, последовательно используемой

технической

питьевой

всего

Клет

Кзим

всего

В том числе

для производственных целей

Для хозяйственно-бытовых целей

Подлежащих очистке

Не требующих очистки

Фильтрационных из шламонакопителя

производственных

бытовых

Производство фотожелатина

1т фотожелатина

Оборотная и прямоточная

1700

--

-

2,7

1400

1357

1354,3

2,7

0

0

43

-

1,04

0,96

Для того, чтобы рассчитать необходимую степень очистки сточных вод на локальных очистных сооружениях и доочистки на общегородских сооружениях для повторной подачи очищенных жидкостей в общегородской промышленный водопровод необходимо также знать и химический состав природных вод. Данные по химическому составу приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Химический состав природных вод

Параметры природных вод	Единица измерения	Данные
Расход воды	м3/с	102
Коэффициент смешивания	-	0,35
Концентрация взвешенных веществ до сброса сточных вод	мг/л	12,0
Биохимическая потребность в кислороде	мг/л	2,1
Содержание растворен. кислорода в речной воде до сброса сточных вод	мг/л	5,5
рН	-	6,9
Щелочность	мг/л	5,0
Макс. температура	0С	16
Содержание вредных веществ	мг/л
Фтор		0,8
Цинк		0,005
Мышьяк		0,02
Аммиак (по азоту)		0,01

Современное развитие общества и изменения, происходящие в глобальной экономике и политике, диктуют необходимость научного подхода к вопросам водообеспечения, водопотребления и охраны вод. С учетом наличия в мире глобальной проблемы нехватки чистой пресной воды возникшей в частности и в результате неумелого хозяйствования становится актуальным создание оборотных систем водообеспечения промышленных предприятий и безотходных технологий, способных снизить негативную антропогенную нагрузку на водные объекты. Однако создание систем замкнутого цикла водоснабжения требует огромных затрат и научного подхода. При комплексном решении проблем водопользования необходимо начинать с рассмотрения существующего на данный момент водохозяйственного комплекса.

Водохозяйственным комплексом называется совокупность предприятий, расположенных на определенной территории и относящихся к различным отраслям промышленности, совместно использующие водные ресурсы одного водного бассейна. В структуру водохозяйственного комплекса входят: водоснабжение, водоотведение, гидротехнические мелиорации, гидроэнергетика, лесосплав, водный транспорт, рыбное хозяйство, здравоохранение рекреация и т. д.

К гидротехническим мелиорациям относят работы, связанные с осушением и орошением земель, работы связанные с защитой от наводнений, борьбой с водной эрозией, оползнями, селями, разрушениями берегов, с заболачиванием и засаливанием почвы.

Чтобы водохозяйственный комплекс эффективно функционировал, он должен предусматривать:

- рациональное обеспечение потребителей водой необходимого качества и в достаточном количестве;

- сохранение окружающей среды от токсичных загрязнений (выбросов и сбросов), появляющихся в результате хозяйственной деятельности предприятий и коммунального хозяйства населенного пункта в целом;

- простоту и надежность своей работы.

В основе рационального использования водных ресурсов лежит технико-экономическое обоснование, которое проводится в направлении создания эффективной структуры производства основных видов продукции, охраны окружающей среды и комплексного использования природных ресурсов. При разработке технико-экономического обоснования необходимо учитывать перспективные направления развития промышленности, целесообразность устанавливаемых мощностей проектируемых предприятий, промышленных узлов и т. д., пункты строительств, кооперированные связи будущего предприятия с другими и установление его влияния на смежные отрасли народного хозяйства и окружающую среду.

На основе нормативов и укрупненных нормах водопотребления, и связанных с ними стоимостных показателей в технико-экономическом обосновании определяется стоимость строительства, рассчитываются основные технико-экономические показатели и экономическая эффективность капитальных вложений.

При выборе места строительства нового объекта определяется ориентировочная потребность в воде не менее, чем для одного экономического района.

2.1 Расчет балансовых схем потребления воды промышленными предприятиями

Для систем водоснабжения рекомендуется составить баланс воды, включающий потери, необходимые сбросы и добавление воды в систему для компенсации убыли для нее. На некоторых производствах вода может также поступать в систему с сырьем или перерабатываемым полупродуктом.

Для расчета балансовых схем потребления, расхода воды и количества образующихся сточных вод необходимо рассчитать, полный расход воды на промышленном предприятии, безвозвратные потери воды, расход производственных и бытовых сточных вод, расход воды на полив территории предприятия, расход воды на хозяйственно-бытовые нужды предприятия и определить расход сточных вод, подлежащих очистке.

Для расчета данных показателей используют следующие формулы:

Полный расход воды на промышленном предприятии рассчитывают по формуле (1):

, (1)

где Q - полный расход воды, м³/сут;

q_уд - удельная норма водопотребления, м³/т;

М - производительность предприятия по основному продукту, т/сут.

Безвозвратные потери воды рассчитывают по формуле (2):

, (2)

где Q_п - безвозвратные потери воды, м³/сут;

Q - полный расход воды, м³/сут;

г₁ - процент безвозвратных потерь.

Количество условно чистых вод, подлежащих обороту, определяют из выражения (3);

, (3)

где Q_об - количество условно чистых вод, подлежащих обороту, м³/сут;

Q - полный расход воды, м³/сут;

г₂ - процент оборотной воды.

Расход производственных сточных вод определяется по формуле (4):

, (4)

где Q_пр - расход производственных сточных вод, м³/сут;

Q - полный расход воды, м³/сут;

Q_п - безвозвратные потери воды, м³/сут;

Q_об - чистые воды, подлежащие обороту, м³/сут.

Концентрацию основных технологических загрязнений производственных сточных вод определяются согласно среднеотраслевым данным, приведенным в справочной литературе укрупненных норм водопотребления и водоотведения для соответствующей отрасли промышленности.

Расход бытовых сточных вод на промышленном предприятии по смене с максимальным числом работающих с учетом числа рабочих часов в смену рассчитывают по формуле (5):

, (5)

где Q_ц - расход бытовых сточных вод на промышленном предприятии по смене с максимальным числом работающих, м³/сут;

n₁ - число работающих в холодном цехе, чел;

n₂ - число работающих в горячем цехе, чел;

25 - норма водоотведения на человека, работающего в холодном цехе, л;

45 - норма водоотведения на человека, работающего в горячем цехе, л.

Расход душевых вод Q_душ в смену с максимальным числом работающих определяют по формуле (6):

, (6)

где Q_душ - расход душевых вод, м³/сут;

m_д - число душевых сеток.

Расход воды на поливку территории промышленного предприятия рассчитывают по формуле (7):

(7)

где Q_пол-расход воды на поливку территории промышленного предприятия, м³/сут;

m - количество поливок;

0,4 - расход воды на одну поливку, л/м²;

W - площадь предприятия, подлежащая поливке, м².

Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды предприятия рассчитывают по формуле (8):

Q_хб=Q_ц?Q_душ?Q _пол , (8)

где Q_хб - расход воды на хозяйственно-бытовые нужды предприятия, м³/сут;

Q_ц - расход бытовых сточных вод на промышленном предприятии по смене с максимальным числом работающих, м³/сут;

Q_душ - расход душевых вод, м³/сут;

Q_пол - расход воды на поливку территории промышленного предприятия, м³/сут.

Расход сточных вод подлежащих очистке на предприятии расчитывают по формуле:

Q_с=Q_хб+Q_пр , (9)

где Q_с - суточный расход сточных вод подлежащий очистки, м³/сут;

Q_хб - расход воды на хозяйственно-бытовые нужды предприятия, м³/сут;

Q_пр - суточный расход производственных сточных вод, м³/сут.

При расчете балансовых схем водопотребления необходимо также учитывать воду, требуемую для пожаротушения. Данный расход зависит от объема и огнестойкости здания, пожарной категории производства. Расходы воды для наружного пожаротушения составляют от 10 до 80 л/с, при продолжительности тушения пожара 3 часа. Подача воды для внутреннего пожаротушения должна производится от пожарных кранов, которые устанавливаются в производственных цехах и административных зданиях. На крупных промышленных предприятиях, производство которых связано, характеризуется повышенной взрыво- или пожароопасностью предусматривается централизованная или автономная система водоснабжения для подачи воды в стационарные системы пожаротушения.

Требуемый расход воды для установок изменяется от 30 л/с до 240 л/с. В отдельных случаях расход воды для стационарных систем пожаротушения составляет 700-1000 л/с. В крупных стационарных системах противопожарного водоснабжения используют условно чистую воду промышленного предприятия либо свежую природную воду.

Таблица 8 - Результаты расчетов балансовых схем потребления воды промышленными предприятиями

Данные	Q	Qn	Qоб	Qпр	Qц	Qдуш	Qпол	Qхб	Qс	Qпож
Результаты	10850	150,5	5950	4749,5	0,985	1,65	0,028	0,045	4749,545	378000

Критерии эффективности использования воды

Эффективность использованя воды в производстве может быть оценена следующими тремя показателями в совокупности.

Техническое совершенство системы водоснабжения оценивается количеством использованной оборотной воды и рассчитывается по формуле:

Р_об=?100% ; (10)

где Р_об - количество использованной оборотной воды,%;

Q_об - количество воды, используемой в обороте, м³/сут;

Q_ист - количество, воды забираемой из источника, м³/сут;

Q_сыр - количество воды, поступающей в систему водоснабжения с сырьем, и др., м³/сут.

Эффективность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования, рассчитанного по формуле (11):



К_и= (11)

где К_и - коэффициент использования воды;

Q_ист - количество воды, забираемой из источника, м³/сут;

Q_сыр - количество воды, поступающей в систему водоснабжения с сырьем, и др., м³/сут.

Q_{сбр.вод} - количество сточных вод, сбрасываемых в водоем, м³/сут;

Безвозвратное потребление и потери воды,определяют по формуле:

Р_пот= ?100 %, (12)

где Р_пот - безвозвратное потребление и потери воды, %;

Q_ист - количество воды, забираемой из источника, м³/сут;

Q_сыр - количество воды, поступающей в систему водоснабжения с сырьем, и др., м³/сут.

Q_{сбр.вод} - количество сточных вод, сбрасываемых в водоем, м³/сут;