Фильтрация с помощью фильтрационной массы

Первые опыты с фильтрацией пива относятся к 1880 г., когда пиво фильтровали через фильтровальную бумагу. Однако через 3 года Фассбендер [5] описал уже четыре системы фильтров, из которых в трех использовалась фильтромасса. Масса, которую вручную вкладывали между ситами в призматические или цилиндрические фильтры, с трудом заменялась, а также из-за ее неравномерного распределения часто возникали трудности при фильтрации. Конструкции фильтров постепенно совершенствовались и, наконец, перешли к рамным фильтрам, которые состояли из рам и решеток. Фильтромасса запрессовывалась прямо в рамы, которые можно было легко вставлять в фильтры и быстро извлекать. Для фильтров с квадратными рамами из жесткой резины не требовались уплотнения, они сжимались затяжными винтами. В Чехословакии эти фильтры использовали до недавнего времени. Следующий этап в упрощении операций с фильтром означал переход к тарелочным и чашечным фильтрам. Они выгодны тем, что в них вкладывается фильтромасса, отпрессованная в виде брикетов, которые можно приготовить про запас. Между тарелочным и чашечным фильтром нет существенной разницы. Фильтры новейших конструкций преимущественно чашечные; в Чехословакии в настоящее время изготавливают только чашечные фильтры.

Чашечные фильтры

Фильтр состоит из передвижной рамы, двух чугунных стоек, соединенных двумя распорными планками, затяжного винта для зажима фильтра и определенного количества фильтрующих элементов (рис. 95). К оснащению фильтра относятся также фонари для наблюдения за прозрачностью пива и необходимая арматура.

Рис. 95. Чашечный фильтр (SPP): 1 - входная прижимная пластина; 2 - уплотнение с бороздкой с правой стороны; 3 - тонкий фильтр; 4 - элемент с прорезью для стока

Задняя стойка является одновременно задней крышкой фильтра, передняя стойка усилена и в ее верхней части находится гайка затяжного винта для сжатия фильтра. Передняя крышка свободно подвешена и при сжатии фильтра сжимает фильтрационные элементы. Элементы чашечного фильтра - это круглые кольца диаметром 525 мм, высотой от 50 до 60 мм. Кольца с одной стороны закрыты рифленой поверхностью, тем самым создается чаша, в которую вкладывается лепешка из спрессованной фильтромассы. Фильтрационные элементы изготавливают из латуни или бронзы, они имеют по бокам борта, с помощью которых подвешиваются на распорных планках. Вне цилиндрического пространства (чаши) каждый элемент имеет два круглых отверстия - верхнее и нижнее, образующие при сжатии фильтра связанные проточные каналы. Чтобы сжатый фильтр был герметичным, элементы его имеют резиновые прокладки.

На задней крышке стойки фильтра размещена арматура для ввода нефильтрованного пива. При открытии крана пиво проходит в нижний канал и через щели в круглом отверстии каждого второго элемента попадает в рифленые каналы стены элемента, выдавливает воздух и поднимается вверх. Через соединительный проход в задней крышке фильтра пиво поднимается до верхнего входного канала. После удаления воздуха из фонаря, находящегося в верхней части стойки, пиво проходит через фильтрующий слой и через бороздки в противоположной пластине к щели, через которую вытекает в нижний и верхний выпускные каналы. Выделившийся воздух или углекислый газ собираются и выпускаются в фонаре на передней крышке фильтра, в котором можно контролировать также прозрачность фильтрата. Оба фонаря снабжены манометрами, с помощью которых контролируется давление перед фильтрацией и после нее; фонарь над входным отверстием имеет также кран для выпуска воды, которой выжимаются остатки пива (или наоборот). Нижний и верхний выпускные каналы соединены протоком в передней крышке фильтра. Внизу передней крышки имеется выпускной кран, к которому присоединяется трубопровод, ведущий к сборнику фильтрованного пива.

Простые фильтры имеют обычно только один затяжной винт и состоят из 8-40 элементов. Сдвоенные фильтры имеют два затяжных винта и могут включать в себя до 100 элементов. Внесением средней стенки с соответствующей арматурой можно разделить фильтр на две самостоятельные части: первая обычно предназначена для предварительной фильтрации, а вторая для дофильтровывания пива. После забивки первой части фильтро-масса в ней заменяется, а вторая часть теперь служит для предварительной фильтрации, а первая после перезарядки - для дофильтровывания. Двойной фильтрацией достигают хорошей прозрачности и сильного блеска пива.

За фильтром часто устанавливается улавливатель для унесенных волокон фильтромассы. Это тонкое цилиндрическое сито, через которое протекает фильтрованное пиво. Сито закреплено в футляре двумя гайками и устанавливается в выпускной трубе за фильтром.

Производительность фильтра зависит от необходимой прозрачности фильтрованного пива и числа фильтрационных элементов. Чаша диаметром 525 мм имеет фильтрующую поверхность 0,2 м²; при толщине брикета 50 мм производительность фильтра с одним элементом (чашей) равна от 1,5 до 2,5 гл/ч и на 1 м² фильтрующей поверхности от 7,5 до 12,5 гл/ч. Общая нагрузка на один элемент равна от 10 до 15 гл. Верхний предел указанных величин может быть достигнут только при особо благоприятных условиях, т. е. при фильтрации хорошо осветленного лагерного пива хорошей фильтромассой. Если были использованы распыленные дрожжи, не достигаются даже низкие величины. При двойной фильтрации производительность фильтра равна от 6 до 8 гл на 1 м² фильтрующей площади.

Техника фильтрации

После сбора и зажима элементов фильтр заполняют водой и проверяют его герметичность. Давление в фильтре обычно повышается до 0,25 МПа. Определяют, нет ли утечки воды.

После проверки давление снижают на 0,05 МПа и в фильтр медленно начинают впускать пиво. Эта операция должна проводиться без излишних изменений давления; только когда давление начнет медленно подниматься, открывают кран под фонарем над выпускным отверстием и дают стечь воде. Первые части пива еще перемешаны с водой (смарочное пиво); поэтому их собирают в специальный резервуар и позже добавляют к разливному пиву.

Чтобы предотвратить потери углекислого газа, пиво в фильтре и транспортировке по трубам должно находиться под постоянным давлением. Поэтому в сборном танке или в разливочной машине, куда переводят пиво, всегда поддерживают избыточное давление, обычно 0,075 МПа. При поступлении в фильтр пиво должно преодолеть давление, необходимое для прохождения через фильтрующий слой, и противодавление в сборнике или в разливочной машине. Давление при поступлении в фильтр колеблется от 0,08 до 0,12 МПа и при фильтрации медленно возрастает. Большая фильтрационная поверхность по отношению к мощности фильтра допускает фильтрацию при более низком давлении и это выгодно с точки зрения качества фильтрации. К концу фильтрации давление при входе в фильтр может возрасти до 0,3 МПа, так что есть опасность, что будет прорван фильтрующий слой или нарушится герметичность фильтра. Прохождение пива через фильтр должно быть равномерным, без отклонений, поэтому фильтрацию не следует прерывать. Каждое нарушение вызывает изменения давления, из-за чего могут освободиться вещества, адсорбированные на фильтре, которые при повторном возобновлении фильтрации могут вызвать помутнение пива. По этим же причинам недопустимо попадание в фильтр воздуха.

Прозрачность фильтрованного пива контролируют, с одной стороны, в фонаре при выходе из фильтра, с другой - при входе в разливочную машину путем отбора пробы в стаканчик. На крупных заводах прозрачность пива контролируется непрерывно фотометром, который сигнализирует о первых признаках помутнений. Микробиологический контроль проводят методом мембранных фильтров, эффективность фильтрации определяют по количеству дрожжей в 1 мл пива. При обычной фильтрации наличие 60-80 дрожжевых клеток в 1 мл допустимо.

Если давление в фильтре поднимается выше допустимого предела и скорость фильтрации резко снизится или если фильтрат недостаточно прозрачен, фильтрацию следует прекратить и заменить фильтромассу. По окончании фильтрации через фильтр снова пропускают воду и мутные или перемешанные с водой части пива снова собирают в специальном резервуаре, лучше всего в небольшом танке. Раньше пиво, смешанное с водой, и отстой собирали отдельно в бочках, добавляли завитки и после осаждения дрожжей добавляли к нормальному пиву. При осторожной работе доля смарочного пива не должна быть большой; лучше потом это пиво добавить свежим, иногда после карбонизации, к обычному пиву перед фильтрацией. По окончании фильтрации хорошо прополоскать фильтр обратным потоком воды. Тем самым удаляется большая часть дрожжей и облегчается промывка фильтромассы. После прополаскивания фильтр разбирают, фильтромассу извлекают и фильтр основательно чистят.

Фильтрационная масса

Фильтрационную массу изготавливают из хлопчатобумажного волокна, главным образом из отходов текстиля, называемых линтере, и из целлюлозы. В некоторых случаях добавляют также льняное волокно. Чтобы волокно не вымывалось, оно не должно быть слишком коротким. Волокно, предназначенное для производства фильтрационного материала, следует обезжирить и кроме того химически отбелить. Фильтрационная способность и адсорбционные свойства массы улучшаются при добавлении 1-2% длинноволокнистого асбеста. Сухая, свежая фильтромасса содержит 6-8% воды; доля вымываемая водой, не должна превышать 0,5% и содержание жиров должно быть не выше 0,3% - Фильтромасса без асбеста содержит менее 0,5% золы, нормально около 1 %. Асбест негорюч и повышает объем золы, по которой можно судить о содержании асбеста в фильтромассе.

Фильтрационную массу поставляют в виде квадратных пластин толщиной от 2 до 3,5 см. Перед использованием массу, смоченную в воде, разрывают на небольшие куски и вымачивают до полного разволакивания. Только потом ее прополаскивают в горячей воде около 2 ч и одновременно стерилизуют при температуре 80°С около 60 мин. После охлаждения холодной водой ее прессуют в брикеты на ручном или гидравлическом прессе. При прессовании следует заботиться о том, чтобы в пресс подавалось по возможности одинаковое количество массы и она равномерно распределялась по всей поверхности так, чтобы брикеты имели одинаковую толщину. Брикеты должны быть толщиной около 5 см, они должны заполнять всю чашу. Для лучшей проходимости нельзя их слишком сдавливать при прессовании. Отпрессованный брикет содержит от 65 до 70% воды и около 1,6 кг сухого вещества, мокрый брикет весит от 4,5 до 5 кг. Чтобы отпрессованные брикеты не инфицировались, их надо как можно скорее поместить в фильтр.

Промывка фильтромассы

Использованный фильтрационный материал от уловленных при фильтрации веществ промывается в моечной машине для фильтромассы. Речь идет в первую очередь о дрожжах, осажденных белках, хмелевых веществах и других компонентах, которые задержала фильтромасса механическими или адсорбционными силами.

Моечная машина для фильтромассы - это цилиндрический резервуар с двойным, большей частью сводчатым дном с паровым обогревом. На оси моечной машины находятся две вложенные одна в другую трубы, сверху снабженные воронкообразным конусом, внутренняя стенка которого представляет собой тонкое сито. Промежуточные кольца сдвоенной трубы внизу соединены с трубопроводом для отходов, внутренняя труба присоединена к ротационному насосу. Холодная и теплая вода поступает в центр моечной машины и при мойке поднимает массу, которая потом подается через сито конуса во внутреннюю трубу. Загрязненная вода протекает через сито в промежуточные кольца и в отходы. Во внутренней трубе фильтрационная масса перемешивается с поступающей водой и насосом снова возвращается в моечную машину. Ее вход в машину сделан тангенциально и тем самым содержимое машины удерживается во вращательном движении, при котором масса разволакивается и моется. После окончания мойки насос переключают на отверстие внизу моечной машины, через которое фильтромасса поступает вместе с водой в пресс.

Перед мойкой в моечную машину заливают холодную воду, в которую помещают брикеты использованной фильтромассы, разделенные на небольшие куски. Массу следует промывать в большом количестве воды; на 1 кг сухой массы приходится около 50-60 л воды. В холодной воде массу промывают до тех пор, пока она не освободится от дрожжей, т. е. пока на поверхности не прекратится образование пены. При промывке с дрожжами в горячей воде фильтромасса приобретает нежелательный дрожжевой запах.

Вымывание дрожжей холодной водой продолжают около 1 ч; потом подают горячую воду и одновременно дно моечной машины нагревается паром. После достижения температуры 75-80°С массу при этой температуре стерилизуют 1 ч. При более высоких температурах на волокне образуются узелки, которые снижают фильтрационную способность фильтромассы. Кипятить фильтромассу запрещается.

При мойке фильтромассы образуются потери из-за вымывания коротких волокон, которые не улавливает сито моечной машины. Поэтому время от времени добавляют свежий материал, а иногда и небольшое количество асбеста. Его лучше всего добавлять в холодную воду, чтобы он хорошо перемешался и стерилизовался вместе с массой.

После прополаскивания массу охлаждают биологически чистой холодной водой и по возможности тотчас прессуют в брикеты. В моечной машине ее не следует оставлять долго, так как она улавливает посторонние запахи и может загрязняться термобактериями.

При обычной промывке фильтрационной массы не используют моющие химические или дезинфицирующие средства. Их остатки с трудом удаляются из фильтромассы и могут отрицательно повлиять на вкус и запах пива. После продолжительного использования фильтрационную массу следует очистить от адсорбированных веществ и снова хорошо разволокнить. Поэтому ее регенерируют разными химическими реагентами. После регенерации остатки использованных реагентов следует тщательно удалить или нейтрализовать. Регенерацию можно проводить хлорной известью, кислым эльмоцидом, перекисью водорода, двуокисью серы и т. д. В Чехословакии были разработаны два метода, которые хорошо оправдали себя в практике.

Салач и Калер [6] разработали перманганатный метод, который заключается в том, что органические вещества, загрязняющие фильтромассу, промытую в холодной воде, окисляют при температуре 45-50°С перманганатом калия, добавленным в виде раствора. Избыток оксиданта устраняют редукцией двуокисью серы, которая после окисления серной кислотой выделяется из добавленного сульфита или пиросульфита натрия. Тем самым фильтромасса еще и отбеливается.

При гипохлоритном методе, по Станьку и Тоуфару [7], органические загрязнения в массе, промытой без нагревания, окисляются активным хлором; его источником является гипохлорит кальция, добавленный в виде водного раствора хлорной извести, который действует и как отбеливатель. После регенерации массу дехлорируют, например, тиосульфатом натрия.

На некоторых пивоваренных заводах фильтромассу регенерируют один раз в месяц. При регенерации она хорошо разволакивается; тем самым повышается ее фильтрационная способность и ее можно дольше использовать.