НОВОСТИ    КНИГИ    СПРАВОЧНИК    КАРТА САЙТА    ССЫЛКИ


предыдущая главасодержаниеследующая глава

Фильтрация на диатомитовых фильтрах

В некоторых отраслях промышленности диатомит используется для фильтрации и осветления уже давно. В литературе по пивоварению первое упоминание о диатомите относится к 1883 г. [5]; однако до 1930 г. его применяли только как добавку к фильтромассе. Пиво начали фильтровать на одном диатомите сначала в Англии и позднее в США, где в течение второй мировой войны фильтрация с применением диатомита расширилась.

Фильтрация через диатомитовый фильтр выгодна потому, что диатомит не нужно чистить (регенерировать), это очень упрощает всю операцию, а также равномерное нанесение его на основной фильтрующий слой снижает вероятность забивки фильтра, скорость протекания его практически остается одинаковой.

Диатомит

Диатомит (инфузорная земля) - это панцири древних диатомей, которые скапливались на берегах бывших морей и озер, где их и добывают в настоящее время. В Чехословакии месторождение диатомита имеется в Борованах возле Чешских Будейовиц, у Франтишковых Лазни и в Словакии. Самое крупное месторождение находится в Калифорнии (США), в Канаде, далее в Люнебургской долине (ФРГ), во Франции, в Италии и т. д. Сырой диатомит содержит примеси песка и грунта, поэтому его необходимо обработать. От органических веществ его освобождают, обжигая при температуре 600-700°С. Песок удаляют воздушной сепарацией. Некоторые диатомиты с помощью плавки следует освобождать от алюминиевых примесей или очищать химическими средствами.

Химически чистый диатомит - это гидратированный кремнезем (SiO2•nH2O). Он очень легкий и его плотность зависит от размера и состояния частиц. Кремнеземные частицы (остатки панцирей) очень различны по форме и размеру в зависимости от происхождения (диатомит приморский или континентальный) и способа обработки. Размер частиц рафинированного диатомита колеблется от 2 до 120 мкм (рис. 97). Аналитическое определение и лабораторные анализы не дают точных данных для окончательной оценки диатомита; этими методами можно только приблизительно определить качество диатомита. Пивоваренный диатомит должен быть белого цвета, который свидетельствует о чистоте и отсутствии примесей. Однако встречаются также серые и розовые диатомиты с отличительными свойствами. Количество воды в нем не должно превышать 1%, содержание кремнезема должно быть не менее 90%. В зависимости от зернистости диатомит поступает в нескольких видах, от очень тонкого до грубого. Лучшими считаются американские диатомиты; для наглядности в табл. 24 приведены данные о их механическом составе (составил Депав) [8].

Рис. 97. Диатомит: а - США; б - ЧССР
Рис. 97. Диатомит: а - США; б - ЧССР

Диатомитовые фильтры являются намывными; они состоят из собственно фильтра и дозатора диатомита. При разработке диатомитового фильтра для пива использовали опыт других отраслей. На пивоваренных заводах на диатомитовых фильтрах сначала фильтровали сусло, мутное сусло, а пиво на них только предварительно отфильтровывали. Современные диатомитовые фильтры настолько совершенны, что пиво можно профильтровывать на одном фильтре до полной прозрачности.

По конструкции существующие диатомитовые фильтры можно разделить на три группы: вертикальные ситовые фильтры; горизонтальные рамные фильтры с несущими пластинами; горизонтальные или вертикальные самоочищающиеся фильтры.

Вертикальные ситовые фильтры

Эти фильтры очень распространены в Америке, где их используют для фильтрации сусла и пива на разных стадиях брожения и дображивания и для окончательной фильтрации пива. Преимуществом этих фильтров является их простота, а также долговечность металлических сит, которые можно чистить щетками и стерилизовать паром и всеми дезинфицирующими средствами. Изготавливают их из нержавеющей стали, только некоторые фильтры имеют бронзовые сита. Схема фильтра с дозатором и общая компоновка представлены на рис. 98. Это цилиндрический напорный резервуар, в котором фильтрационные элементы установлены вертикально. Они представляют собой рамы, снабженные внутри дистанционными вкладышами, снаружи охваченные с обеих сторон тонкой металлической сеткой, на которую наносится диатомит. Элементы внизу усилены; они имеют отверстие с конусообразным наконечником, который вставляется в общую сборную трубку. Сетка должна быть на рамах элементов хорошо натянута, чтобы диатомит наносился на нее прочно и равномерно. Верхнее отверстие элемента тоже должно быть закрыто сеткой, чтобы при напуске пива из элемента удалялся воздух. Крышка фильтра имеет резиновую прокладку и прочно притягивается барашковыми гайками. При чистке они отвинчиваются, приподнимаются рычагом и в горизонтальном положении отводятся в сторону. Фильтр испытывается на давление до 0,6 МПа; он имеет манометр и необходимую арматуру.

Дозатор тоже представляет собой цилиндрический резервуар из нержавеющей стали и предназначен для размешивания и равномерного добавления диатомита в фильтруемое пиво. Конструкция смесителей и дозаторов диатомита различна. Используются закрытые и открытые резервуары; в небольших аппаратах диатомит добавляется к протекающему пиву методом впрыскивания, в больших аппаратах метод впрыскивания объединяется с механическим перемешиванием диатомита. Некоторые дозаторы имеют дозирующий насос, большей частью мембранный, так как ротационные быстро изнашиваются.

К фильтрационному устройству относится также циркуляционный насос и расходомер для контроля производительности фильтра, а также дозировки диатомита. Рабочий процесс при использовании диатомитовых фильтров всех систем приблизительно одинаков. Перед фильтрацией на сита наносят основной слой толщиной около 1,5-2 мм. Грубый диатомит наносят при высокой скорости течения и при противодавлении в 0,1 МПа, чтобы диатомитовый слой хорошо прилегал. В дозаторе диатомит перемешивается с необходимым объемом пива или воды, краны 1-4 (см. рис. 98) устанавливают на циркуляционный насос, дозатор и фильтр и с пуском циркуляционного насоса начинают наносить диатомит.

Рис. 98. Ситовой диатомитовый фильтр: 1-4 - трехходовые краны; 5,7 - выпускные краны; 6,8 - запорные краны; 9, 10 - воздушные краны; 11, 12 - смотровые стекла; 13 - дозирующий кран; 14 - блокирующий вентиль; 15 - предохранительный клапан; 16 - расходомер; 17 - рама; 18 - промежуточный вкладыш; 19 - сито
Рис. 98. Ситовой диатомитовый фильтр: 1-4 - трехходовые краны; 5,7 - выпускные краны; 6,8 - запорные краны; 9, 10 - воздушные краны; 11, 12 - смотровые стекла; 13 - дозирующий кран; 14 - блокирующий вентиль; 15 - предохранительный клапан; 16 - расходомер; 17 - рама; 18 - промежуточный вкладыш; 19 - сито

Первые порции жидкости загрязнены диатомитом, который в начале фильтрации промывается частично через опорное сито; позже жидкость осветляется. Когда через смотровое стекло будет обнаружена прозрачная жидкость, осторожным открытием кранов 1 и 2 можно переключить на поток пива и циркуляционный насос выключить. При нанесении основного слоя выпускное отверстие иногда прикрывают, чтобы образовалось определенное избыточное давление, при котором наносимый слой остается более рыхлым. При вынужденном прекращении фильтрации, которое всегда связано с опасностью помутнения фильтрата, закрывается впускной кран и только потом выпускное отверстие фильтра. При возобновлении фильтрации сначала открывают впускной кран и только в момент, когда достигается такое же противодавление в сборнике фильтрованного пива или разливочной машине, можно открыть выпускной кран.

Не должно возникать обратное давление, так как оно может нарушить диатомитовый фильтрующий слой. В дозатор сначала поступает только диатомит для нанесения основного слоя. Обычно его принимают от 0,5 до 0,7 кг/м2 фильтрационной поверхности. После нанесения основного слоя воду или пиво оставляют циркулировать, дозатор отключают и наполняют диатомитом на весь процесс фильтрации. Расход и состав диатомита (грубый и тонкий) определяют эмпирически, а именно по помутнению (степень осветления) фильтруемого пива в зависимости от требований к его прозрачности и стойкости, а также от качества диатомита, который имеется в распоряжении. Необходимая доза диатомита колеблется от 60 до 120 г/гл; в Чехословакии дозируют большей частью 80 г/гл.

После открытия крана 1 и 2 и отключения циркуляционного насоса пиво проталкивается через фильтр давлением, создаваемым компенсатором. Дозировку диатомита регулируют дозирующим краном 13 согласно скорости течения; убыль проверяют по смотровому стеклу дозатора. При поступлении в фильтр пиво сначала преодолевает только сопротивление основного слоя и сит. Давление умеренно повышается только позже, однако оно не должно увеличиться больше, чем на 0,02 МПа/ч. Более высокое давление образуется при использовании смеси диатомита неподходящего состава, недостаточной дозировке диатомита на 1 гл фильтруемого пива, засоренности сита и т. д. Надо учитывать также, что давление повышается и при увеличении слоя диатомита при нанесении. Через 6-8 ч давление обычно такое высокое (0,35 МПа и больше), что ситовой фильтр, в котором нарастание слоя не ограничено недостатком места, следует вычистить и снова нанести основной слой. У ситовых фильтров обычно принимают производительность от 3,5 до 4 гл/(м2•ч) и максимальное время эксплуатации 10 ч с одним основным слоем. Обычно изготавливаемые ситовые фильтры имеют производительность до 250 гл/(м2•ч), а иногда и больше. После окончания фильтрации пиво осторожно выдавливают сначала из дозатора (пока он закрыт), а потом из фильтра. У ситовых фильтров можно снизить долю смарочного пива, если для нанесения слоя вместо воды используется пиво. Пиво должно быть отфильтровано, чтобы в основной слой не попали дрожжи, которые из-за изменения давления могут освободиться и вызвать помутнение.

Из ситовых фильтров наиболее распространены фильтры Niagara (National Filter Corp. USA) и Bowser International (USA). В Чехословакии на металлургическом комбинате "Дестила" в Брио изготовляют ситовые фильтры (рис. 99) производительностью от 80 до 100 гл/(м2•ч); фильтр имеет емкость 850 л, дозатор емкостью 600 л, активная фильтрационная поверхность сит около 17 м2; производственное давление 0,4 МПа (испытанное на давление 0,6 МПа). Дозатор работает способом впрыскивания. Производительность фильтра за 7 ч от 500 до 600 гл. К фильтру поставляют два набора сит по 13 шт., так что один набор всегда может быть в чистке.

Рис. 99. Диатомитовый ситовой фильтр (Дестила)
Рис. 99. Диатомитовый ситовой фильтр (Дестила)

Преимущество вертикальных ситовых фильтров заключается в небольшом расходе рабочего пространства, легкой чистке и обслуживании. Недостатком их является то, что нанесение диатомита на вертикальные сита затруднительно.

Горизонтальные фильтры с несущими пластинами

Вертикальные фильтры, применяемые в США преимущественно для предварительной фильтрации пива, не пригодны в европейских условиях. Диатомиты европейского происхождения труднее наносить, они имеют разную объемную массу, так что в верхней части вертикальных сит всегда наносят более тонкий слой, часто недостаточный. Поэтому были разработаны горизонтальные рамные фильтры, сначала с ситами, а позднее с несущими пластинами, которые лучше отвечают европейским условиям, их можно использовать и для предварительной фильтрации и для фильтрации до полной прозрачности.

Рамные фильтры с несущими пластинами сконструированы так, как обычные пластинчатые фильтры. Через раму (решетку), которая предназначена для спуска фильтрованного пива, перевешена несущая пластина (рис. 100). Всегда между двумя рамами образуется камера глубиной 3-4 см, в которую втекает пиво с примесью диатомита. Обычные размеры рам 400 X 400, 600 X 600 и 800 X 800 мм. Чтобы они не были слишком длинными, фильтры с несущими пластинами изготавливают производительностью до 200 гл/(м2•ч). Фильтры больших размеров сжимаются гидравлически.

Рис. 100. Диатомитовый фильтр с несущими пластинами (Зайтц)
Рис. 100. Диатомитовый фильтр с несущими пластинами (Зайтц)

В качестве основы для нанесения диатомита у этих фильтров сначала испытывали перлоновые салфетки.

Однако на тонкие салфетки он наносился плохо, основной слой не имел достаточной связанности (прочности).

Поэтому перешли на более прочные несущие пластины из целлюлозы (картон). Они имеют толщину от 1,5 до 2,5 мм, сами не обладают фильтрационной способностью и служат только как основа для нанесения основного фильтрующего слоя. На пластине диатомит распределяется равномерно, фильтрация более безопасна, слой не рвется и не образует каналы. Кроме того, к перемене давления фильтр с несущими пластинами не так чувствителен как ситовой фильтр.

Процесс фильтрации у этих фильтров такой же, как у ситовых. Основной слой однако наносят водой, чтобы в несущие пластины не проникли дрожжи, которые снижают срок службы пластин. Основной слой должен иметь толщину 2 мм. Лучше наносить основной слой более высокий и снизить дозировку при дальнейшей работе. Доля смарочного пива у рамных фильтров незначительна; вода легко отделяется от пива. Чтобы диатомит глубоко не проник в несущие пластины, основной слой наносят с противодавлением около 0,15 МПа, что достигается прикрытием выпускного крана.

Рекомендуется начинать фильтрацию с большой дозы диатомита (около 100 г/гл) и спустя 2-3 ч дозу постепенно снижать, пока давление не поднимется до 0,02-0,03 МПа/ч. В особых случаях при удалении холодного помутнения из охлажденного пива или после использования осадителей можно применять тонкий диатомит или добавку бентонитов, активированного угля и т. д. В фильтрах с несущими пластинами необходимо поддерживать равномерную скорость течения и предупреждать резкие изменения давления. Скорость течения устанавливают так, чтобы фильтр имел производительность от 3 до 3,5 гл/(м2•ч). При низкой скорости [ниже 2 гл/(м2•ч)] может быть унесен недостаточно нанесенный диатомит. По количеству добавленного диатомита камеры фильтра заполняют за 6-8 ч, и фильтр можно выключить.

По окончании фильтрации через фильтр пропускают воду; при выпуске всегда открывают выпускной кран. После открытия фильтра нанесенный диатомит вымывается с отдельных несущих пластин сильной струей воды. Его нельзя соскабливать, только в редких случаях пятна с несущих пластин устраняют мягкой щеткой при слабом притоке воды. После промывки фильтр сжимают без изъятия несущих пластин. Пластины зажимают и промывают холодной водой, обязательно в направлении фильтрации, чтобы они не прогнулись внутрь камер. После промывки фильтр стерилизуют горячей водой или паром точно так же, как пластинчатый фильтр. Новые несущие пластины перед закладкой следует хорошо пропитать водой и выравнять их. Будучи сухими они могут деформироваться в полой части рамы. При хорошем уходе пластины можно использовать 20 раз. Расходы, связанные с закупкой пластин, снижаются по сравнению с ситовыми фильтрами за счет меньшего потребления диатомита. Основное достоинство - безопасность фильтрации. Фильтры такой системы изготавливают на заводах "Фильтрокс" (Швейцария), "Шенк", "Зайтц", "Енцингер" (ФРГ); в Чехословакии их не производят.

Диатомитовые фильтры с автоматической чисткой

Стремясь снизить расходы на обслуживание фильтров, создали улучшенные ситовые фильтры, которые после фильтрации не разбирают, а нанесенный диатомит удаляют из них сильной струей воды или центробежной силой при вращении фильтрующего элемента.

Фильтры этого типа могут быть вертикальными и горизонтальными. Элементы изготовлены из металлической сетки, как в ситовых фильтрах, или же целиком металлическими с микропорами. Общий вид горизонтального фильтра с автоматической чисткой представлен на рис. 101. Рубашка фильтра представляет собой горизонтальный цилиндр из нержавеющей стали, который можно снять для доступа к системе элементов. Фильтрационные элементы круглые, внутри с решеткой, покрытой тонкой сеткой. Они насажены на полый вал и отделены дистанционными кольцами.

Рис. 101. Горизонтальный диатомитовый фильтр с автоматической чисткой (Gasquet)
Рис. 101. Горизонтальный диатомитовый фильтр с автоматической чисткой (Gasquet)

Решетка элементов предназначена для слива пива, которое втекает через узкую щель в полый вал и далее в выпускное отверстие фильтра. На полом валу элементы могут вращаться. В ротационное движение они приводятся по окончании фильтрации. При впуске воды в полый вал (в обратном направлении) из этих элементов через несколько минут устраняется нанесенный диатомит. У фильтра простой конструкции, изображенного на рис. 101, после съема рубашки его элементы промываются при вращении. Во вращательное движение они приводятся небольшим электромотором и зубчатой передачей на полом валу. В ванне под фильтром улавливается диатомит (если он не спускается непосредственно в канализационную систему). Спуск использованного диатомита в канализационную сеть в подавляющем большинстве стран запрещен.

Вертикальные фильтры работают по тому же принципу, что и горизонтальные, однако их производительность выше. Схема вертикальных самоочищающихся фильтров дана на рис. 60. Они широко применяются во Франции и Италии.

Фильтрация пива диатомитом очень широко распространилась и в последние годы на многих пивоваренных заводах полностью заменила фильтрацию фильтромассой. С технологической точки зрения она выгодна потому, что дает возможность придерживаться постоянной скорости течения и одинакового качества фильтра в процессе всей фильтрации. Применяя диатомит разной зернистости, легко можно изменить степень фильтрации. Добавка других реагентов, особенно адсорбционных, одновременно с диатомитом легка и эффективна. С экономической точки зрения существенно, что полностью исключается промывка фильтромассы, а при использовании самоочищающихся фильтров работа обслуживающего персонала сводится до минимума.

Давно нет сомнения в том, что диатомит подходит также для предварительной фильтрации, в последнее время изменились мнения относительно полной фильтрации пива диатомитом. Результаты сравнительных испытаний разных способов фильтрации не всегда были однозначными. Кроме того, раньше диатомиту приписывали и сорбционное воздействие. Де Клерк, однако, указывал и ранее, что диатомит обладает незначительной сорбционной способностью. Работы последних лет [10] свидетельствуют о том, что современный рафинированный химически чистый диатомит - абсолютно нейтральный продукт, обеспечивающий фильтрацию только своей структурой, адсорбционные свойства не были обнаружены. О испытаниях, проводимых в Чехословакии, сообщал Клазар [11] и в последнее время Обргел, Сложил и Потешил [12].

Другие способы фильтрации на намывных фильтрах

Намывные фильтры можно использовать и с другими фильтрационными материалами, такими, как перлит, бентониты и т. д. На чехословацких пивоваренных заводах нет опыта работы с этими материалами.

Фильтры с катушками

В последнее время на американских пивоваренных заводах применяются также катушечные фильтры, известные в химической промышленности. Они состоят из перфорированной трубки из нержавеющей стали, на которую надеваются катушки из отбеленного, длинноволокнистого хлопка, намотанного накрест. Плетение имеет толщину около 15 мм и в зависимости от плотности может улавливать частицы от 5 до 1 мкм. Катушки насажены вертикально в отверстие в сдвоенном дне фильтра. Пиво поступает в фильтр снизу, проходит через фильтрационную катушку в перфорированную трубку и через двойное дно в выпускное отверстие фильтра. Катушки могут иметь различную высоту. В зависимости от высоты и числа катушек фильтр имеет производительность от 100 до 500 гл/(м2•ч). По окончании фильтрации катушки промывают холодной водой в обратном направлении. Фильтр можно использовать снова, не разбирая, после стерилизации горячей водой или паром. Долговечность катушек довольно велика; фильтр может находиться в производстве несколько недель без замены катушек.

Фильтрационный эффект преимущественно адсорбционный, поэтому такой фильтр заменяет прежде всего пластинчатые фильтры для окончательной фильтрации. Преимуществом фильтров с катушками является небольшой объем, возможность повышать производительность добавлением новых катушек и незначительная трудоемкость. Недостатки заключаются в том, что катушки при недостаточной предварительной фильтрации быстро забиваются. В пивоваренной промышленности нет большого опыта работы с этими фильтрами [13].

предыдущая главасодержаниеследующая глава





ПОИСК:





© WINE.HISTORIC.RU, 2001-2021
При использовании материалов сайта активная ссылка обязательна:
http://wine.historic.ru/ 'Виноделие как искусство'
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной
1500+ квалифицированных специалистов готовы вам помочь