Фильтрование

В общем случае фильтрация — это разделение твердой фазы вещества от жидкой на фильтрах различной конструкции (чаще используют фильтрпрессы — рис. 6.6) при помощи пористой перегородки. Пористая перегородка способна пропускать жидкость и удерживать на своей поверхности частицы твердой фазы. Жидкая фаза за счет разности давлений по ту и другую сторону перегородки — напорного давления — проходит через поры перегородки и собирается в виде освобожденного от твердых частиц фильтрата. Твердая фаза задерживается на поверхности перегородки, образуя свой слой осадка, который затем удаляется. Образующийся по мере перетекания процесса слой осадка на перегородке служит в качестве фильтрующей среды и является одним из важнейших факторов, в большинстве случаев решающим успех процесса фильтрации. От его характера и толщины слоя зависит производительность процесса, расход энергии на проталкивание жидкости через фильтрующий слой.

Камерный фильтр-пресс

Рис. 6.6. Камерный фильтр-пресс

Диаметр пор, через которые проникает жидкость, должен находиться в соответствии со степенью дисперсности частиц мути. Чем последние мельче, тем фильтр должен иметь меньшие поры. Размеры взвешенных частиц могут колебаться в широких пределах — от 1 мкм до 0,01 нм. Если частицы мути меньше диаметра пор, то жидкость по-прежнему остается мутной. Поэтому выбор фильтрующего слоя при фильтрации виноматериалов с мутностью разного происхождения и различными размерами взвесей имеет большое значение. Фильтрующий слой имеет поры, диаметр которых сильно колеблется.

Виноматериал через фильтрующий слой проходит под давлением. Оно создается столбом жидкости, находящейся над фильтрующим слоем, или насосом. С увеличением давления скорость фильтрации возрастает, но до определенного предельного значения. Увеличивающееся давление на фильтрующий слой спрессовывает слой осадка, который скопляется на поверхности фильтра. Чем больше давление, тем плотнее отпрессовывается осадок и уменьшается поверхность осаждения фильтрующего слоя. Чем больше давление развивается в начале фильтрации, тем скорее засоряется фильтр. Более рациональной надо признать фильтрацию с постепенно возрастающим давлением. При этом условии скорость фильтрации остается приблизительно одинаковой.

Практически процесс фильтрации можно проводить по двум вариантам:

  • • при постоянном давлении и постепенно уменьшающейся скорости фильтрации;
  • • при постоянной скорости фильтрации и постепенно возрастающем давлении.

Для улучшения фильтрующей способности фильтра в виноматериал добавляют вещества, имеющие значительную активность поверхности и придающие фильтрующему слою на перегородке фильтра большую пористость. К числу этих веществ относятся диатомиты (рис. 6.7), пер- литы, активный уголь, бентонит, целлюлоза и др. Материал для образования фильтрующего слоя должен пропускать через себя все вещества, растворенные в виноматериале, и удерживать находящиеся во взвешенном состоянии.

Схема установки для фильтрации вина с диатомитом

Рис. 6.7. Схема установки для фильтрации вина с диатомитом:

  • 1 — насос-дозатор для подачи суспензии диатомита; 2 — емкость с мешалкой для разводки суспензии диатомита; 3 — привод; 4 — фильтр; 5 — поддон;
  • 6 — смотровой фонарь; 7 — насос для подачи вина

В подавляющем большинстве случаев фильтрация в винодельческой промышленности проводится при постоянном давлении (39—58 кн/м2) и очень редко — при постоянной скорости.

В качестве перегородок в фильтрах применяются хлопчатобумажные, льняные и шерстяные ткани, а также жесткие металлические сетки или целлюлозные пластины.

Ткани и сетки имеют поры относительно большого диаметра, которые без предварительной обработки не могут задержать очень мелкие частицы. Поэтому для создания фильтрующего слоя, который задерживал бы мельчайшие взвешенные частицы, необходимо уменьшить диаметр пор тканей. При фильтровании очень мутных виноматериалов фильтрующий слой можно создать при помощи самих взвешенных, образующих муть частиц. Для этого через ткань фильтра пропускают мутный виноматериал без какой-либо предварительной обработки. Чаще же всего фильтрующий слой создается за счет материалов, имеющих значительную поверхностную активность. Для этого нельзя использовать растительные и животные полупроницаемые перепонки и оболочки, препятствующие прохождению коллоидов виноматериалов.

Фильтрацию виноматериалов через слой фильтровальных порошков проводят для придания им прозрачности и повышения физикохимической и микробиологической стабильности. Фильтрованные виноматериалы сохраняют окраску и приобретают кристальный блеск. Химический состав вин существенно не изменяется. Оптимальные дозировки фильтровального порошка выбираются в зависимости от мутности исходного виноматериала и качества его осветления при фильтрации в лабораторных условиях.

Фильтрация с использованием фильтровальных порошков целесообразна или в начале обработки, или в процессе обработки виноматериалов после снятия их с гущевых осадков.

В винодельческой промышленности рекомендуется применять следующие фильтровальные порошки: диатомит (Лапландский, Гидерим- ский, Инзенский марок А и Б, ГрузНИЭПдиатом марок Р и Ф, Нор- Харбердский и Д-24), перлит («Арагац»), фильтроперлит.

Фильтрацию через фильтр-картон проводят с использованием фильтров различных конструкций с различными техникоэкономическими показателями, чаще всего фильтр-прессов. Процесс выполняется с целью придания вину устойчивой прозрачности и микробиологической стабильности (в случае использования обеспложивающего фильтр-картона).

Фильтрацию через фильтр-картон рекомендуется проводить на завершающей стадии обработки виноматериалов и перед розливом обработанных виноматериалов в бутылки.

При зарядке фильтр-пресса сеточная сторона картона должна быть обращена к выходу чистого фильтрата.

Фильтрация через мембраны (мембранная фильтрация, ультрафильтрация) проводится с использованием полупроницаемых полимерных мембран, размер пор которых можно подбирать в зависимости от целей и вида фильтрации, свойств фильтруемого продукта и содержания в нем взвесей. При правильном выборе фильтрующих мембран эти фильтры обеспечивают хорошее осветление, необходимую стабильность и снижение потерь вина. Ультрафильтрация обеспечивает микробиологическую, коллоидную (в частности, к белковым помутнениям) стабильность вина, а также может быть использована для удаления из вин части высокомолекулярных фрагментов полисахаридов и полифенолов, кристаллов винного камня.

Ультрафильтрация в основном применяется для стерилизации обработанных натуральных виноматериалов перед их розливом в бутылки.

Фильтрация применялась также для удаления пестицидов из винодельческих сред. Установлено, что только использование различных фильтр-агентов (диатомитов, активных углей, ацетатцеллюлозных мембран) может дать положительные результаты. Но полное удаление пестицидов с использованием фильтрации, например через угли и диатомит, в нужных количествах происходит за счет снижения качества продукта. Фильтрация через ацетатцеллюлозные мембраны не снижает качества продукта, но полностью не удаляет остаточные количества пестицидов.

Исследования, проводимые в Институте «Магарач», позволили рекомендовать аппаратурно-технологическую схему ультра- и микрофильтрации виноматериалов (рис. 6.8).

Принципиальная аппаратурно-технологическая схема ультра- и микрофильтрования соков и виноматериалов

Рис. 6.8. Принципиальная аппаратурно-технологическая схема ультра- и микрофильтрования соков и виноматериалов:

А — фильтруемый виноматериал; Б — фильтрат; В — сгущенные остатки;

М — мутномеры; БУ — блок управления; 1 — емкость с виноматериалом;

  • 2 — насос, 3 — защитный фильтр, 4 — вентили запорные с электромагнитным приводом, 5 — мембранный фильтрующий аппарат, б — приемник фильтрата, 7 — разливочная машина, 8 — приемник сгущенного виноматериала,
  • 9 — пластинчатый фильтр-пресс

Основными элементами фильтра являются мембранные фильтровальные плоскопараллельные модули проточного типа. Необходимость работы в двух режимах была вызвана следующими соображениями. При подводе фильтруемого виноматериала к ультрафильтровальной ячейке по тупиковой системе с течением времени наблюдается падение производительности мембраны, что вызывало необходимость их регенерации прокачиванием виноматериала через ячейку над мембраной — фильтрация «на проток». Однако постоянное ведение процесса «на проток» влечет за собой проведение многократной рециркуляции исходного объема виноматериала, что увеличивает энергозатраты и негативно сказывается на качестве фильтрата. В связи с этим процесс фильтрации лучше проводить с чередованием режимов в «тупик» и на «проток». Потеря производительности фильтра в режиме в «тупик», приводящая к необходимости постоянного ведения процесса «на проток», имеет место при накоплении взвесей в обрабатываемом виноматериале до массовой концентрации 40—50 г/дм3. При достижении ее по сигналу мутномера осуществляется автоматическая подача сгущенного продукта в приемник для фильтрации через фильтр-пресс.

Фильтрация виноматериалов через ткани, например фильтр-диагональ или бельтинг, иногда применяется в качестве грубой фильтрации. Чаще эти фильтрующие материалы используют для фильтрации грубых суспензий, к которым в виноделии относятся дрожжевые и гущевые осадки и ряд других суспензий коньячного производства. Для выполнения фильтрации с использованием тканей применяют рамные фильтр-прессы. Весьма перспективным для этих целей может служить автоматизированный фильтр-пресс (рис. 6.9).

Автоматизированный фильтр-пресс с горизонтальными камерами

Рис. 6.9. Автоматизированный фильтр-пресс с горизонтальными камерами:

  • 1 — фильтрующая плита; 2 — опорная плита; 3 — вертикальный стержень;
  • 4 — направляющий ролик; 5 — фильтр-ткань; 6 — нож; 7 — автоматическое устройство для подъема и опускания фильтрующих плит
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >