Современные методы фильтрации
В процессе производства вин, начиная от виноградного сусла до розлива готовой продукции в бутылки, многократно применяется процесс фильтрации, практически на каждой технологической стадии. После прессования виноградной мезги, и получения сусла его нужно осветлить, т.е. отделить механические взвеси. После выполнения брожения необходимо отфильтровать полученный виноматериал от дрожжевого осадка. Полученный виноматериал обрабатывают различными веществами – например, бентонитом - с целью его осветления и придания необходимых качеств, после чего необходимо проводить фильтрацию. Вино охлаждают с целью придания стойкости к кристаллическим помутнениям. При этом происходит выпадение винного камня, который тоже надо отделить. В процессе приготовления купажей, во время перевозки или хранения в вине могут появляться различные помутнения. И каждый раз необходимо проводить фильтрацию. Перед розливом вина в тару делают контрольную фильтрацию. А если используется стерильный, холодный розлив, то необходимо фильтровать вино не только от механических примесей, но и от бактерий.
С уверенностью можно сказать, что фильтрационные процессы являются основными при производстве вин, и стоимость фильтрации оказывает значительное влияние на себестоимость продукта. Поэтому ученые во всем мире и фирмы-производители оборудования для виноделия ищут способы удешевления таких операций.
На отечественных предприятиях до сих пор, в основном, применяются традиционные пластинчатые фильтры, в которых в качестве фильтрующего материала используется специальный картон. Многие виноделы даже не знают о других устройствах. Однако в развитых странах широко применяются разнообразные фильтрационные системы – кизельгуровые, вакуумные, мембранные, тангенциальные и др. Каждая из них разработана для использования на определенной стадии производства вина и позволяет снизить стоимость фильтрации, выполнять ее с лучшим качеством и наименьшими потерями.
В этой статье мы рассмотрим несколько типов фильтров, выпускаемых итальянской фирмой «Padovan» и поставляемых на отечественный рынок московской компанией «Милеста»
Намывные диатомитовые фильтры типа «ГРИНФИЛЬТл (GREENFILTER)
Наиболее распространенными являются кизельгуровые, или диатомитовые фильтры с горизонтальными пластинами. Применение таких фильтров практически стало нормой и стандартом в виноделии.
В этих фильтрах в качестве фильтрующего слоя используется диатомит - кизельгур, представляющий собой тонкий порошок известнякового происхождения. В зависимости от применяемой марки кизельгура можно обеспечить требуемую степень фильтрации - от грубой до полирующей. Применение диатомитовых фильтров позволяет значительно снизить расходы на фильтрацию по сравнению с пластинчатыми фильтрами и практически полностью избежать потерь продукта.
Фильтры используются для фильтрации тихих вин, сусла, сиропов и вин с содержанием СО2. Последние изготавливаются в изобарическом исполнении.
Конструкция фильтра представляет собой емкость с коническим днищем в которой горизонтально расположены фильтрующие элементы. Фильтрующие элементы сделаны в виде перфорированных круглых дисков из нержавеющей стали. На верхнюю часть диска приварена нержавеющая сетка с размером отверстий 65 мкм. На эту сетку производится намыв слоя кизельгура, через который идет фильтрация. На одной раме с фильтром установлены емкость для разведения кизельгуровой суспензии с мешалкой, дозирующий насос, подающий насос, трубопроводы, маленький фильтр для дофильтровывания остатков.
Принцип работы фильтра типа «Гринфильтр» (Greenfliter) заключается в следующем. Фильтр наполняют водой или чистым продуктом, текущим по замкнутому трубопроводу. В специальной емкости с мешалкой приготавливают суспензию кизельгурового порошка. Эту суспензию с помощью дозирующего насоса вводят в поток жидкости. Кизельгур удерживается на поверхности сетки фильтрующих пластин, образуя равномерный слой. После намыва необходимого слоя осуществляют основной процесс фильтрования. В фильтруемую жидкость дозирующим насосом постоянно добавляют кизельгуровую суспензию и подают на фильтр. Отделяемые твердые частицы вместе с частицами кизельгура задерживаются фильтрующими элементами, образуя равномерный пористый осадок. Слой осадка постепенно растет. Когда слой нарастает до предельной величины процесс фильтрации прекращается. Отработанный кизельгур смывают водой и намывают новый. После чего фильтр снова готов к работе.
В конструкции есть еще один небольшой фильтр для дофильтровывания остатков с целью избежать потери. Применение кизельгуровой фильтрации позволяет значительно снизить расходы на эту операцию. Например, ориентировочный расход кизельгура составляет около 7 кг на 1000 дал фильтруемого виноматериала. Стоимость кизельгура составляет около 1 доллара (30 руб) за кг. Зарядка фильтра с рабочей площадью 6 м2 составляет около 20 кг. Производительность такого фильтра составляет 600-800 дал/час. Стоимость такой установки около 17 000 долларов США. Простой расчет показывает, что отказ от применения фильтр-картона и переход на кизельгуровый фильтр позволяет уменьшить стоимость фильтрации в 2 и более раза и окупить стоимость фильтра за полгода. Дополнительный плюс таких фильтров это почти полное отсутствие потерь, т.к. не происходит впитывание и протекание виноматериала.
Многолетний опыт, накопленный фирмой «Милеста», показывает, что на всех предприятиях, где были установлены такие фильтры, отношение к ним от недоверчивого вначале очень быстро сменяется абсолютно восторженным. Через несколько месяцев эксплуатации виноделы уже не могут себе представить, как можно без них работать. Кизельгуровые фильтры марки «Гринфильтр» установлены и с успехом эксплуатируются на таких известных предприятиях, как «Фанагория», «Массандра», Национальный виннный терминал», Детчинский завод шампанских вин, завод «Рубин», «Коктебель», «Солнечная Долина», Тульский винодельческий завод и многих других.
Фирма «Милеста» поставляет широкую гамму кизельгуровых фильтров марки «Гринфильтр». От самого маленького площадью 2м2 до фильтров с рабочей площадью 30 м2 и соответственно от производительности 200-300 дал/час до 3000-5000 дал/час. Наиболее распространенными моделями являются «GREENFILTER G5, G6, G9» площадью 5 м2, 6м2, 9м2. производительность таких фильтров 500-600 дал/час, 600-800 дал/час, 900-1200 дал/час соответственно.
Вакуумные диатомитовые фильтры «ТАЙЛОЛЮКл (TAYLOLUX)
В процессе виноделия происходит накопление значительного количества различных густых осадков – сусловых, дрожжевых, клеевых. На отечественных заводах их, в основном, отжимают на сахарных пресс-фильтрах. Это очень длительный и неэффективный процесс. Специально для фильтрации таких осадков фирмой «Padovan» разработаны и выпускаются вакуумные диатомитовые фильтры барабанного типа.
В этих фильтрах в качестве фильтрующего слоя используется диатомит - перлит. Применение таких фильтров позволяет быстро перерабатывать различные осадки не допуская их накапливания. Практически это может происходить в потоке.
Конструкция фильтра «Тайлолюкс» (рис 22) представляет собой барабан из нержавеющей стали, внешняя обечайка которого покрыта нержавеющей сеткой. Барабан погружен в ванну из нержавеющей стали, в которую с помощью винтового насоса подаются осадки. На поверхность сетки предварительно производится намыв слоя перлита толщиной 8-10 см. Процесс намывания слоя перлита аналогичен, как в кизельгуровом фильтре. В конструкции вакуумного фильтра предусмотрена специальная емкость для разведения перлитовой суспензии с мешалкой и дозирующим насосом. Внутри барабана с помощью вакуумного насоса создается разряжение и жидкость высасывается из густых осадков. Твердые частицы налипают на барабан и срезаются специальным ножом вместе с тонким слоем перлита. Практически сухие осадки с ножа падают на ленточный конвейер и перемещаются в бункер для утилизации. Нож медленно двигается по направлению к барабану. Полностью весь слой перлита срезается за 10 часов. После этого фильтр моют и готовят к новому циклу работы.
Применение фильтров «Тайлолюкс» позволяет быстро перерабатывать густые осадки не допуская их накапливания. Также, как и в случае с кизельгуровыми фильтрами «Гринфильтр» получается значительная экономия средств. Осадки, подаваемые на фильтрацию могут содержать до 40% сухих веществ.
Существует большая гамма моделей, начиная с площади фильтрующей поверхности 3 м2 до 70 м2. Соответственно производительность колеблется от 25 дал/час до 800 дал/час. густых осадков. Наиболее популярными являются модели «TAYLOLUX 3, 6, 10». Их площади фильтрации и производительности соответственно: 3 м2 – 25 дал/час, 6м2 – 60 дал/час, 10м2 – 100 дал/час. Стоимость таких фильтров составляет 16 000 – 30 000 долларов.
Мембранные тангенциальные фильтры типа «НИТОл (NITOR).
Одним из последних достижений в технике фильтрации являются мембранные тангенциальные фильтры. Другое название «кросс-флоу» _____. Фильтрование осуществляется тангенциальным потоком через полипропиленовые мембраны с размером пор 0,2 мкм. Эти системы позволяют фильтровать жидкости с большим содержанием взвесей сразу до стерильного уровня, причем, без применения расходных фильтрующих материалов. Это стало возможным после разработки новой конструкции и специальных материалов, применяющихся для изготовления мембран.
Тангенциальный фильтр устроен следующим образом
Фильтрующие элементы (мембраны), представляющие из себя множество тонких полипропиленовых пористых трубочек диаметром около 2 мм, помещеных в трубчатый корпус фильтра диаметром около 150 мм. Фильтруемая жидкость из накопительной емкости с помощью насоса подается в корпус фильтра и с большой скоростью двигается вдоль мембран. Часть жидкости просачивается сквозь поры внутрь мембранн. Чистая отфильтрованная жидкость собирается изо всех мембранн и откачивается насосом. Вследствие того, что нет большого перепада давления между внешней и внутренней стороной мембран, не происходит их засорения. Насос, откачивающий отфильтрованную жидкость периодически переключается на несколько секунд в реверсивное направление, создавая гидроудар в мембране. За счет этого твердые частички, осевшие на поверхности мембраны, слетают с нее и увлекаются потоком загрязненной жидкости. Таким образом мембраны самоочищаются. Концентрация взвесей в жидкости, двигающейся по замкнутому контуру, постепенно увеличивается. Когда она достигает определенного предела, ее отправляют на фильтрацию обычным способом, например на вакуумный фильтр.
В конструкции фильтра обычно установлено несколько корпусов с мембранами. В зависимости от их количества меняется производительность фильтра. Обычно срок службы таких мембран составляет 6-7 лет, после чего их необходимо поменять.
Фирма «Padovan» производит фильтры марки «Нитор» разной производительности – от 300 дал/час и выше. Эти фильтры представляют собой полностью автоматические устройства, управляемые микропроцессором. Несмотря на более высокую стоимость по сравнению с другими системами (кизельгуровые, пластинчаты, мембранные фильтры) фильтры марки «Нитор» находят все большее распространение, т.к. себестоимость процесса фильтрации на них значительно ниже. Стоимость таких установок начинается от 40-50 тыс. долларов.
Пластинчатые фильтры типа «МАСТЕР ИНОКл (MASTER INOX)
Фирма «Милеста» поставляет также и традиционные пластинчатые фильтры марки «Мастер Инокс», в которых в качестве фильтрующего материала используется фильтр-картон. Обычно применяются фильтры с размерами пластин 40х40 см, 60х60 см и реже 100х100 см. Количество пластин колеблется от 21 пластины до 251 в зависимости от необходимой производительности фильтрации. В последнее время такие фильтры используются только для контрольной фильтрации вин перед розливом.
Пластины изготавливаются из специального долговечного пластика «Нурил», либо из нержавеющей стали, если необходима обработка паром.
В качестве дополнительной опции возможна установка разделительной пластины для одновременной фильтрации жидкости на двух разных фильтр-картонах, или фильтрации одновременно двух разных вин на одном фильтре.