Курсовая работа: Разработка очистных сооружений очистки сточных вод предприятия, производящего кофе

АННОТАЦИЯ

В работе рассмотрена технология производства растворимого кофе. Дана общая характеристика производства, изучены характеристики сточных вод предприятия и образующихся при их очистке осадков.

В результате анализа данных были предложены две схемы очистки сточных вод, выбрана наиболее предпочтительная, а также подобрано типовое оборудование.

Данный курсовой проект содержит:

• разделов: 6;
• таблиц: 5;
• рисунков: 6;

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 5

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.......................... 6
   1. Общая характеристика производства................................................ 6
   2. Характеристика сточных вод.............................................................. 8
   3. Характеристика осадков от очистных сооружений.......................... 10
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ........................................................... 11
   1. Обзор методов очистки сточных вод и обработки осадков............. 11
   2. Выбор и обоснование технологического решения........................... 12
      1. Описание технологической схемы 1............................................... 13
      2. Описание технологической схемы 2................................................ 17
   3. Технологические расчёты.................................................................. 20
      1. Характеристика сточных вод после смешения потоков................ 20
      2. Расчёт аэротенка............................................................................. 21
      3. Расчёт отстойников......................................................................... 23
      4. Расчёт илоуплотнителя................................................................... 25
      5. Расчёт метантенка для сбраживания осадков................................ 27
      6. Подбор прочего оборудования...................................................... 33

ВЫВОДЫ................................................................................................. 36

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................ 37

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................................... 40

Приложение 1............................................................................................ 40

Приложение 2............................................................................................ 41

Приложение 3............................................................................................ 42

ВВЕДЕНИЕ

Кофе — это тонизирующий напиток, приготовленный из специально обработанных семян кофейного дерева, произрастающего в тропических странах. В своем составе кофе содержит кофеин, возбуждающе действующий на нервную систему, и тем самым смягчающий чувство усталости как после умственного, так и физического труда. Содержание кофеина в натуральном кофе колеблется от 1 % до 22 %.

Ассортимент кофе очень широк, а объемы производства постоянно растут. Потребление кофе в РФ растет в среднем на 10-15 % ежегодно. Согласно РБК в 2019 году потребление россиянами всех возможных кофейных напитков (приготовленных из кофе в зернах, молотого и растворимого кофе, а также кофейных смесей) достигло 180 тыс. т, при этом потребление чистого чая всех сортов без учета травяных смесей составило лишь 140 тыс. т. [1].

Структурируя российский рынок кофе, можно выделить пять основных сегментов: растворимый — 75 %, зерновой — 8 %, молотый кофе — 5 %, кофейные смеси — 10 % и напитки — 2 % [2].

Предприятия по производству кофе относятся к предприятиям пищевого производства, которые потребляют большое количество воды для технологических целей. Потребление воды в пищевой технологии связано с использованием её в качестве сырья, мойкой и очисткой сырья и оборудования, применением гидротранспорта, использованием воды как охладителя (теплоносителя) в машинах и аппаратах, а также хозяйственными потребностями.

Следовательно, при работе производства образуется большое количество сточных вод, загрязненных различными веществами.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1. Общая характеристика производства

Растворимый кофе представляет собой продукт, полученный в результате их обжаривания, дробления, экстрагирования водой и сушки полученного экстракта.

Технологическая схема (в общем виде) представлена в приложении 1.

Зёрна сырого кофе при помощи пневмотранспорта низкого давления 1 подаются в зерновой сепаратор 2, где их очищают от посторонних примесей. Затем очищенные зёрна направляют пневмотранспортёром высокого давления 3 через циклон-разгрузитель 4 в бункер 5, откуда зёрна поступают на весы 6 и далее – в обжарочный барабан 7. После обжарки кофе охлаждают в охладительной чаше 8 и через камнеотборник 9 и весы 10 пневмотранспортёром высокого давления 11 направляют через циклон-осадитель 12 в бункер 13, предназначенный для хранения обжаренного кофе. Из бункера обжаренные зёрна поступают на гранулятор 14, где их дробят. Гранулированный кофе ковшовным элеватором 15 загружают в бункер 16, а оттуда – вибротранспортом 17 через передвижные весы 18 – в экстракторы экстракционной батареи 19, где кофе обрабатывают горячей водой, прошедшей через станцию подготовки воды 20.

Полученный экстракт перекачивают через пластинчатый фильтр 21 и охладитель 22 в смесительный бак 23, где его смешивают с порошком при необходимости повышения содержания сухих веществ. Из бака насосом 24 экстракт перекачивают в сборник-весы 25, а оттуда – насосом 26 в танк- накопитель 27.

Далее экстракт профильтровывают через фильтр 28 и питательным насосом

29 высокого давления через ресивер 30 подают в сушильную башню 31. Полученный сухой экстракт кофе из сушильной башни выгружают на вибросито

32 и с него — через виброохладитель 33 — в контейнер 34. Контейнеры взвешивают на весах 35 и подъемником подают к загрузочному бункеру 36 автомата для расфасовки 37. Готовый продукт расфасовывают, используя упаковочную машину 38 [3].

на следующие стадии:

1. Очистка зёрен
2. Обжарка
3. Измельчение
4. Экстрагирование
5. Сушка
6. Упаковка

Рассмотрим подробнее стадии экстрагирования и сушки.

Предварительно измельчённый кофе обрабатывают горячей водой в специальной экстракционной установке непрерывного действия. Установка представляет собой аппарат, состоящий из шести экстракторов, шести промежуточных теплообменников со змеевиками, в которых проходит экстракт, обогреваемый снаружи паром.

В загруженный экстрактор снизу подают подогретую до 90°С воду, до тех пор, пока жидкость не появится из отборного краника, расположенного в верхней части экстрактора. Затем воду на входе в первый экстрактор доводят до температуры 110°С, поднимая давление до 0,3 М П а. Под таким давлением воду продолжают подавать в первый экстрактор, увеличивая скорость подачи; вода вытесняет экстракт кофе. Выходящий из первого экстрактора экстракт кофе нагревают в первом промежуточном теплообменнике и с температурой 90°С подают (выдавливают свежей водой) во второй экстрактор. Жидкость, проходя снизу вверх через слой кофе, экстрагирует из него водорастворимые вещества.

В первом экстракторе к концу процесса загрузки батареи температура жидкости доходит до 170°С и давление в аппарате поднимается до 1,2 М Па.

В ходе экстракции закипание воды и экстракта недопустимо, поэтому при необходимости поднять температуру предварительно соответственно повышают давление в экстракторе до величины, обеспечивающей отсутствие закипания.

Перед заполнением экстрактор и трубопроводы промывают обильным количеством воды.

Далее экстракт (или его концентрат) поступает на сушку.

Самый простой и дешёвый способ – сушка горячим воздухом на распылительной установке.

Перед началом работы сушильную башню прогревают, после чего в форсунку некоторое время подают воду и, испытав ее работу на воде, приступают к сушке экстракта.

Экстракт центробежным насосом направляют на смешивание с СО2, что способствует образованию более крупных гранул продукта, а затем насосом высокого давления через ресивер — в форсунку. Распыляемый в виде мельчайших капелек экстракт встречается с потоком горячего воздуха, подаваемого вверх вентилятором, и мгновенно высыхает.

Крупные гранулы высушенного экстракта падают на дно конусной части сушильной башни. Мелкий порошок воздухом, отсасываемым вентилятором, уносится из башни и осаждается в циклоне, откуда подается в сушильную башню на конус распыла жидкого экстракта. В результате смешивания в момент сушки мелкого порошка с жидким экстрактом при высыхании получают более крупные гранулы порошка.

Другой способ – сублимация.

Данный метод значительно дороже сушки горячим воздухом, однако сублимированный растворимый кофе практически полностью сохраняет аромат и вкус кофе.

Кофейный экстракт охлаждается, а затем замораживается на транспортной ленте. После этого «кофейный лёд» измельчают, а сами гранулы отправляют в аппарат, где под вакуумом и происходит процесс сублимации – вода переходит из твёрдого состояния в парообразное. Таким образом в аппарате остаются только обезвоженные гранулы кофе.