Фильтрация вина





Фильтрацией называется операция отделения твердой фазы вещества от жидкой при помощи пористой перегородки.

Процесс фильтрации основан на задержании твердых взвешенных частиц пористыми перегородками, способными пропускать жидкость и удерживать на своей поверхности частицы твердой фазы.

В результате непосредственного контакта суспензии с поверхностью пористой перегородки жидкая фаза вследствие разности-давлении по одну и по Другую сторону перегородки проходит через поры перегородки и собирается в виде освобожденного от твердых частиц фильтрата; твердые же частицы задерживаются на поверхности перегородки, образуя слой осадка.

Техника фильтрации использует этот увеличивающийся по мере протекания процесса слой осадка на перегородке в качестве фильтрующей среды, стремясь при этом свести до минимума гидравлическое сопротивление осадка. Осадок, отлагающийся на поверхности фильтрующей перегородки, является одним из важнейших факторов, в большинстве случаев решающим успех процесса фильтрации. От характера осадка и толщины его слоя зависит и производительность фильтра, и расход энергии на продвижение жидкости через фильтрующий слой.

Диаметр пор или канальцев, через которые проникает жид-1 кость, должен находиться в соответствии со степенью дисперсности частиц мути. Чем мельче последние, тем меньшие поры должен иметь фильтр. Величина взвешенных частиц может колебаться в весьма широких пределах - от долей миллиметра до весьма малых размеров, выражающихся в нескольких .миллимикронах.

Сама жидкость представляет собой среду, включающую отдельные частицы, величина которых колеблется от 1 р до 0,01 тц. Под словами «прозрачность» и «чистота» жидкости разумеются разные понятия. Прозрачная жидкость-это такая жидкость, в которой содержатся частицы, не превышающие 1 ц., и которая хорошо пропускает свет.

Чистая жидкость - вполне однородная среда, не содержащая взвешенных частиц, иначе говоря, частицы ее не превышают 1 тц. Обыкновенный микроскоп не улавливает частиц, имеющих размер меньше 0,2 р, но эти частицы обнаруживаются при помощи ультрамикроскопа, дающего возможность видеть отражение света от взвешенных в жидкости частиц, размеры которых очень малы (3-10 игр).

В вине, особенно молодом, можно наблюдать частицы всех размеров. За время выдержки величина взвешенных частиц меняется. Особенно резкое изменение величины частиц наблюдается у молодых вин в первый период их жизни. Объясняется это тем, что окисляемые кислородом воздуха дубильные вещества, а также белковые (коллоиды) сначала выпадают в очень раздробленном состоянии, а затем в результате коагуляции увеличиваются в размере.

Один и тот же фильтрующий слой может дать неодинаковые результаты при фильтровании двух различных мутных вин. Одно из них при прохождении через фильтрующий слой оставит на нем все взвешенные частицы, обусловливавшие его муть, и станет вполне прозрачным, а другое, пройдя этот слой, останется по-прежнему мутным, так как частицы его более мелки и порами фильтра не задерживаются.

Таким образом, выбор фильтрующего слоя при фильтровании вин с мутью разного происхождения и различной величиной взвешенных частиц имеет в практике большое значение.

Фильтрующий слой имеет поры или канальцы, диаметр которых сильно колеблется. Канальцы сильно извилисты и представляют собой целый лабиринт, через который должна пройти жидкость.

Действие фильтрации складывается из двух процессов: отсеивания и адсорбции. Если частицы больше пор фильтрующего слоя, происходит их отсеивание. Но задержка взвешенных частиц мути при фильтрации происходит не только с наружной стороны в результате отсеивания, но и внутри фильтрующего слоя в результате адсорбции. Во время фильтрации взвешенные частицы, диаметр которых не позволяет им пройти через входные отверстия, остаются на поверхности фильтрующего слоя. Скопляясь у входных отверстий и загромождая их, частицы образуют второй фильтрующий слой, через который должна пройти жидкость.

По мере фильтрации жидкости слой утолщается и скорость проникновения жидкости через слой прогрессивно уменьшается, пока фильтрация совершенно не прекратится. Помимо закупорки входных отверстий канальцев, в результате отсеивания некоторое количество частиц, имеющих меньший диаметр, чем у канальцев, проникает внутрь их. В результате происходит закупорка канальцев, особенно плотная в тех местах, где имеются изгибы.

Кроме того, некоторые частицы, могущие вполне свободно пройти через канальцы, прилипают к их стенкам (адсорбируются) и по мере накопления затрудняют проход жидкости через них. Степень осаждения (адсорбции) этих мельчайших частиц на поверхности фильтрующего слоя зависит от материала этого слоя и от его физического состояния.

Скорость фильтрации, которая характеризует производительность фильтра, определяется количеством фильтрата, проходящего через 1м2 поверхности фильтрующего слоя в единицу времени. Скорость фильтрации зависит от многих факторов, решающими из которых являются: давление, действующее на суспензию, толщина слоя осадка на фильтре, структура и характер осадка, состав суспензии и температура жидкости.

Влияние давления на скорость фильтрации тесно связано с характером осадка. Различают два типа осадков:

а) осадки из недеформирующихся частиц, главным образом кристаллические несжимаемые осадки;

б) осадки из деформирующихся частиц, главным образом аморфные сжимаемые осадки.

Для несжимаемых осадков взаимное расположение их частиц, а следовательно и размеры пор, через которые протекает жидкость, не меняется с изменением давления. При фильтрации суспензий, образующих несжимаемые осадки, скорость фильтрации растет с увеличением давления на жидкость и при одном и том-же давлении зависит лишь от толщины слоя осадка.

При фильтрации суспензий, образующих сжимаемые осадки, с которыми мы преимущественно встречаемся в винодельческой практике, при постоянном давлении каждый последующий слой осадка находится под меньшим давлением, чем предыдущий, так как падение давления в осадке происходит пропорционально его толщине.

Вследствие этого вышележащий слой осадка менее сжат и богаче жидкостью, чем нижний. Если фильтрация проводится при переменном постепенно увеличивающемся давлении, то сжимаемый осадок по мере увеличения давления сокращается в объеме за счет сужения капилляров, что, в свою очередь, вызывает непропорциональное росту давления изменение скорости фильтрации.

Можно считать, что изменение скорости фильтрации в зависимости от давления в этом случае происходит по параболе. Жидкость через фильтрующий слой обычно проходит под давлением. В открытых фильтрах давление производится столбом жидкости, находящейся над фильтрующим слоем, а в закрытых - создается насосами, применяемыми в винодельческой практике для перекачки вина.

Разность давления по одну и по другую сторону фильтрующего .слоя называется напорным давлением. Казалось бы, чем больше напорное давление, тем больше скорость фильтрации. Для небольших давлений это положение, безусловно, верно- с повышением давления скорость фильтрации возрастает.

При сжатии осадков увеличение скорости фильтрации отстает от роста давления и может наступить такой момент, когда скорость фильтрации перестанет возрастать, несмотря на увеличение давления. Давление, соответствующее этому моменту, называют критическим, и повышение давления за его пределы считают нецелесообразным.

Помимо сжатия фильтрующего слоя, некоторые более мелкие частицы под сильным давлением проникают в отверстия канальцев и засоряют их. Чем большее давление создается в начале фильтрации, тем скорее засоряется фильтр. В современной теории фильтрации исходят из того, что при протекании жидкости через поры осадка на фильтре и через поры фильтрующей перегородки движение жидкости имеет ламинарный характер и, .следовательно, оно подчиняется закону движения жидкостей в капиллярных каналах и может быть выражено уравнением Пуазейля

Применение закона Пуазейля к процессу фильтрации основано на предположении, что течение жидкости сквозь слой осадка и фильтрующую перегородку совершается через большое число круглых капилляров равного радиуса и равной длины. Если число капилляров на 1 м2 фильтра равно п и действительная длина капилляров равна

l=a*h

где h -толщина слоя осадка, а - поправочный коэффициент крволинейности

Таким образом, скорость фильтрации пропорциональна давлению, под которым она происходит, пропорциональна четвертой степени радиуса капилляров, обратно пропорциональна вязкости фильтрующей жидкости р и длине капилляров /, которая определяется толщиной фильтрующего слоя h с поправкой на криволинейность капилляров.

Практически процесс фильтрования можно проводить по двум вариантам:

1) при постоянном давлении и постепенно уменьшающейся скорости фильтрации;

2) при постоянной скорости фильтрации и постепенно возрастающем давлении.

В подавляющем большинстве случаев фильтрация в винодельческой промышленности проводится при постоянном давлении (0,4-0,6 атм) и очень редко при постоянной скорости.

Фильтр работает благодаря отсеивающему действию и адсорбции. Отсеивающее действие наблюдается в том случае, когда сечение пор меньше самых мелких твердых частиц фильтрующей жидкости. Действие фильтра зависит также от концентрации жидкости; для каждой жидкости существует свой оптимум.

Если происходит фильтрация жидкости, в которой размер взвешенных твердых частиц меньше размера пор фильтрующего слоя, то здесь имеют место адсорбция и влияние электрических зарядов частиц. Для улучшения фильтрующей способности фильтра к жидкости добавляют некоторые вещества, имеющие значительную поверхностную активность и придающие осадку в фильтре большую пористость.

К числу этих веществ относятся кизельгур, активированный уголь, каолин, бентонит, целлюлоза и другие материалы, применяемые при фильтрации. Материал для образования фильтрующего слоя должен пропускать через себя все вещества, растворенные в вине, и удерживать находящиеся во взвешенном состоянии.

В качестве фильтрующего материала не могут быть применены растительные и животные полупроницаемые перепонки и оболочки, препятствующие прохождению коллоидов, которые содержатся в вине в растворенном состоянии.

Фильтрующий слой образуется перегородкой фильтра и отлагающимся в ней осадком. В качестве перегородок в фильтрах применяются хлопчатобумажные, льняные и шерстяные (редко) ткани, а также жесткие металлические сетки, асбестовые, целлюлозные, асбесто-целлюлозные пластины, а также пластины из коллодия на целлюлозе, а в последнее время - пленки из перлона.

Некоторые из этих материалов, например ткани и сетки, имеют поры относительно очень большого диаметра, которые без определенной предварительной обработки не могут задерживать очень мелкие частицы, в частности бактерии. Поэтому для создания фильтрующего слоя, который задерживал бы мельчайшие взвешенные частицы, необходимо уменьшить диаметр пор тканей.

При фильтрации очень мутных вин фильтрующий слой иногда создают при помощи самих взвешенных в вине, образующих муть частиц. Для этого через ткань фильтра пропускают мутное вино без какой-либо предварительной обработки. Обычно для создания фильтрующего слоя в вино перед фильтрацией вводят размельченный асбест, глину, целлюлозу, кизельгур (последний в настоящее время получил признание благодаря присущему ему свойству задерживать сложные вещества).

Чаще всего для этой цели применяется асбестовая фильтрационная масса. Эта масса изготовляется нескольких сортов, которые различаются между собой длиной волокна. Во все сорта добавляется целлюлоза. Смешение асбеста с целлюлозой увеличивает его набухаемость и «цепкость», т. е. способность плотно приставать к металлическим сеткам. Помимо этого, с добавлением целлюлозы увеличивается пропускная способность фильтрующего слоя.

Так, для столовых вин с тонкой, трудно удаляемой мутью применяется коротковолокнистый чистый асбест, для молодых вин с более грубой мутью, а также для сладких - асбест с примесью целлюлозы.

Иногда для разрушения коллоидной системы вина, затрудняющей фильтрацию, кроме указанных веществ, в фильтрующую массу добавляют также оклеивающие материалы: желатин, рыбий клей и другие. Эта операция (оклейка фильтра) имеет тот недостаток, что в результате ее значительно уменьшается производительность фильтра.

Фильтры.

Среди применяемых в настоящее время в винодельческой промышленности систем фильтров основными являются намывные фильтры и фильтрпрессы. Эти фильтры выпускаются различных конструкций, изготовляются из разных материалов и различаются между собой по размерам и производительности.

Матерчатые фильтры

с большой производительностью еще применяются на современных предприятиях. Асбестовые намывные фильтры, в свое время имевшие широкое распространение на винодельческих предприятиях, в настоящее время вытеснены приспособленными для фильтрации различных вин и виноматериалов универсальными фильтрпрессами (иначе называемыми пластинчатыми фильтрами). Все же асбестовые фильтры еще и теперь встречаются на многих предприятиях и служат для фильтрации бочкового вина, предварительного осветления . и фильтрации дрожжей.

Намывные фильтры.

Ци л и н д р и ч е с к и й фильтр. Одним из наиболее распространенных фильтров, имеющихся почти в каждом винодельческом хозяйстве, является цилиндрический намывной фильтр. Он представляет собой медный или железный, вылуженный внутри цилиндр с краном внизу для выхода чистого вина и с ручками по бокам для удобства переноски. В этот цилиндр вставляется другой цилиндр, нижняя часть которого сделана из редкой прочной металлической сетки, служащей для предохранения тонкой густой внутренней сетки, на которой создается асбестовый фильтрующий слой. Дно сетчатого цилиндра для увеличения фильтрующей поверхности вдается конусообразно внутрь. Сетчатая часть цилиндра внутри отделяется от верхней перегородкой с отверстиями, служащей для равномерного распределения и ослабления силы струи поступающего вина.

При работе фильтр устанавливают на возвышении с таким расчетом, чтобы выходной кран был расположен выше стоящей на полу бочки для фильтрованного вина. Бочку с мутным вином помещают над фильтром. Вино поступает в фильтр через шланг, соединенный с краном, вставленным в чоповое отверстие верхней бочки. Подача вина в некоторых фильтрах регулируется автоматическим запором с поплавком, находящимся в верхней части фильтра. Цилиндрический фильтр приспособлен для открытого фильтрования с доступом воздуха. Производительность фильтра, в зависимости от его размера, от 10 до 25 дкл/час. Цилидричеекие фильтры применяются на винзаводах для фильтрации малых количеств вин и дрожжевых осадков.

Цилиндрический матерчатый фильтр ЦМФ-80

Фильтр этот представляет собой медный луженый или стальной, покрытый внутри эмалью цилиндр, смонтированный для удобства передвижения на четырех колесах. Диаметр цилиндра, в зависимости от размера модели, от 60 до 80 см. По осевой линии внутри цилиндра проходит медная луженая трубка диаметром 6-8 см с отверстиями в виде продольных щелей. На эту трубку надевают круглые мешки, внутрь которых вкладывают дренажную сетку, сплетенную из толстого (6-7 мм) шнура. Мешки и дренажные сетки имеют в средней части соответетствующие отверстия, в которые вводят бронзовые луженые кольца с несколькими сквозными отверстиями на внутренней части. Кольцо надевают на трубку и закладывают внутрь мешка таким образом, чтобы слои его располагались no обе стороны, а отверстия в кольце открывались во внутреннюю часть мешка. Кольца, накладываясь одно на другое, образуют канал, сообщающийся с внутренней частью трубки через продольные щелевидные отверстия.

Когда мешки с дренажными сетками уложены и закреплены-специальной гайкой, цилиндр закрывают крышкой, привинчивающейся к нему барашками. Через специальный кран (при открытом воздушном кранике) камера цилиндра наполняется мутным вином, которое, проходя через материю мешка под давлением во внутреннюю его часть где находится дренажная сетка, фильтруется и направляется (через отверстия в кольцах и через щелевидные отверстия) в центральную трубку, сообщающуюся с выводным краном.

Цилиндрические матерчатые фильтры снабжены электронасосами для создания давления и манометрами. Для промывания во время работы они не требуют разборки. Промывка производится пропусканием воды под напором в обратном направлении. Для засорения применяют диатомит, асбест, клеевые вещества: желатин, рыбий клей. Цилиндрические матерчатые фильтры, изготовляемые ремонтно-механическим заводом в Симферополе, имеют 24 мешка с фильтрующей поверхностью 80 м2, производительность от 350 до 800 дкл/час, габариты (в мм): 1250X750X1000

Большая производительность и простота эксплуатации обусловили большую распространенность этих фильтров на наших крупных заводах. Изготовляются они разных размеров. В больших производствах, где работает много матерчатых фильтров, мешки обычно промывают в специальных вращающихся барабанах.

Фильтры с металлическими сетками (асбестовые фильтры). Фильтр ФА-ilO, изготовляемый Орловским машиностроительным заводом, представляет собой прямоугольный медный вылуженный внутри ящик, сверху закрывающийся крышкой, в котором помещены 10 фильтрующих рам. Каждая рама представляет собой сделанный из труб прямоугольник, обтянутый с обеих сторон тонкой сеткой из нержавеющей стали. Между этими сетками находятся еще три сетки-две каркасные, прилегающие к тонким сеткам, и внутренняя твердая, сделанная из толстой проволоки, служащая дренажем. Трубы рам сообщаются с пространством между сетками. Камера фильтра горизонтальной решеткой разделена на две части-верхнюю и нижнюю.

Когда фильтр собран, рамы поставлены на свои места и закреплены, камеру закрывают крышкой, которую прижимают болтами. При зарядке фильтра 150-200 л вина, хорошо перемешанного с асбестом, перекачивают насосом через боковые краны в герметически закрытый фильтр. Вино под давлением проходит внутрь рамы, а волокна асбеста постепенно откладываются слоями на тонких сетках, забивая их отверстия. Вслед за этим через боковые краны накачивается подлежащее фильтрации вино.

Вино через патрубок поступает в верхнюю часть камеры , откуда через решетку стекает в нижнюю часть , где расположены рамы, и таким образом заполняет всю камеру. Под давлением вино проходит фильтровальную, каркасную сетки и поступает в пространство, образованное дренажной сеткой.

Отсюда по сточным патрубкам 7 вино попадает в сборный трубопровод , по которому направляется к выходному крану . За степенью прозрачности вина наблюдают через смотровое стекло. Отработанный фильтрующий слой легко снимается. Техническая характеристика фильтра ФА-10: производительность 125 дкл/час, число рам 10, фильтрующая поверхность 6- 8 м2, рабочее давление 0,3 кг/см2, габариты (в мм): 720хм00х Х1360, вес 280 кг.

 Flag Counter

В данный момент сайт просматривает 14  чел.  
Все наполнение сайта носит исключительно информационный характер и не является публичной офертой.
г. Владимир |filimonov.vladimir.ru | 2014 г.