Цель фильтрования - сделать пиво настолько стойким, чтобы в нем на протяжении длительного времени не возникло бы никаких видимых изменений и пиво сохраняло бы свой внешний вид.

Виды фильтрования

Фильтрование происходит следующим образом. Мутная жидкость (нефильтрат) благодаря фильтрующей перегородке разделяется на прозрачный фильтрат и фильтровальный остаток или фильтровальный слой. Движущей силой данного процесса всегда является разность давлений на входе в фильтр и на выходе из него.

Давление на входе всегда больше давления на выходе Чем больше разность давлений, тем выше сопротивление фильтра, которое является следствием фильтрования. Сопротивление особенно сильно возрастает в конце фильтрования.

Механизмы осаждения

При фильтровании различают следующие механизмы осаждения частиц (рис. 4.59):

· поверхностное фильтрование (фильтрование по принципу сита) (1), частицы не могут проникнуть в поры фильтровальной перегородки, остаются на поверхнос ти и образуют все более толстый слей. С увеличением этого слоя фильтрование становится все более глубоким, но поток все время уменьшается, к этому виду относится и тангенциально-поточное фильтрование (Cross-Flow-Filtration), о котором будет сказано ниже;

· глубинное фильтрование,все шире применяются высокопористые материалы, которые обладают развитой поверхностью и лабиринтной структурой, так что жидкость вынуждена проходить большой путь. При этом частицы осаждаются

Ø благодаря механическому эффекту, застревая из-за своего размера в толще материала (2), поры медленно забиваются, и проницаемость фильтра падает,

Ø благодаря адсорбции(3), тонкие частицы несут электрический заряд, отличный от заряда поверхности, и из-за этого они адсорбируются

Поверхностный и адсорбционный механизмы фильтрования действуют, как правило, одновременно.

Фильтрующие перегородки

В качестве фильтрующих перегородок могут служить:

· Сита всех видов,например, металлические и щелевые сита или сита в виде нави той профильной проволоки, как в свечных фильтрах.

· Металлическая или текстильная ткань,металлическая ткань лучше моется и дезинфицируется, хотя современные тек стильные ткани, например, на основе полипропилена (см. заторный фильтр-пресс) по многим позициям не уступают металлическим, но они не применяются для фильтрования пива, так как хуже стерилизуются

· Фильтрующие слоииз целлюлозы, хлопка, кизельгура, перлита, стеклянных нитей и других материалов (асбест запрещено при менять из-за его вреда для здоровья). Сегодня предлагаются и широко применяются фильтрующие слои различного спектра действия, вплоть до стерилизующего фильтрования.

· Насыпные материалы,например, гравий для фильтрования воды, намывные слои из вспомогательных фильтрующих средств.

· Пористые материалы, такие как металло-керамические сплавы или спеченные металлы, используемые для подачи воздуха в жидкость

Мембраны, применяемые во все большей степени, они изготовляются из полиуретана, полиакрила, полиамидов, полиэтилена, поликарбоната, ацетатцеллюлозы и других материалов. Мембраны очень тонки (0,02-1 мкм) и во избежание разрыва их накладывают на подложку с крупными порами

Мембраны изготавливают путем пропитки, орошения или намывания. Поры образуются путем

· плавления порообразующих солей с их последующим растворением;

· протравливания.

Применяя различные материалы, можно изготавливать мембраны с любым желаемым размером пор (рис. 4.60), позволяющим отфильтровывать вещества с любым размером молекул.

Так как при таком фильтровании работают с очень мелкими порами, то различают

· микрофильтрацию, происходящую в области мкм (10^-1 до 10 мкм) и

· ультра- или нанофильтрацию, происходящую в области нм (10³ - 10* мкм).

На рис. 4.61 показаны размер частиц и пор, с которыми мы имеем дело при фильтровании.

Следует обратить внимание, что каждое деление шкалы справа налево в 10 раз меньше предыдущего. Итак, мы имеем дело с мембранами, обладающими чрезвычайно мелкими порами.

Нельзя пустить пиво поперек тонкой мембраны, как при статическом фильтровании, иначе

· мембрана немедленно забьется;

· разница давлений разорвет тонкую мембрану.

Поэтому пиво подается вдоль мембраны и ее постоянно промывает, так что может образоваться только ограниченный слой осадка, микроорганизмы и загрязнения в виде:

· нефильтрата или концентрата(ратентата) остаются;

· фильтрат или пермеатпроходит сквозь мембрану.

Этот способ фильтрования называется тангенциально-поточным фильтрованием илифильтрацией в поперечных потоках (Cross-Flow-Fill ration).

Так как только часть жидкости проникает через поры, а большая часть протекает вдоль мембраны, необходима большая мембранная поверхность. Чтобы уменьшить габариты фильтра, мембраны зачастую сворачивают в рулон. Две мембраны, закрепленные на пористой подложке толщиной около 0,7 мм, заклеивают с трех сторон, накладывают сверху и снизу дистанционные прокладки (0,5 мм) и сворачивают в рулон. Такая комбинация из мембран, подложки и прокладок называется рулонным фильтрующим спиральным модулем (рис. 4.62).

Для повышения производительности установки параллельно включают несколько (иногда довольно много) таких фильтровальных модулей. Установка тангенциально-поточного фильтрования (рис. 4.63) всегда состоит из ряда таких модулей, делающих ее легко узнаваемой.

Особый вид мембран - полые волокнас толщиной стенок 10-25 мкм, диаметром 50-200 мкм и длиной 2-3 м. Полые волокна могут применяться только для абсолютно прозрачных жидкостей, так как они легко забиваются. Мы встретимся с такими мембранами, когда будем рассматривать метод диализа при производстве безалкогольного пива. Модули из полых волокон, которые могут иметь U-образную форму или быть вытянутыми, позволяют разместить 20 000 м² мембранной поверхности в 1 м³ помещения.

Вместо мембран для микрофильтрации сегодня все больше применяются керамические материалыс очень тонкими каналами. В мультиканальном элементе каждый канал окружен мелкопористым керамическим материалом, от структуры которого зависит тонкость фильтрации. Благодаря параллельному подключению многих элементов и модулей можно достичь большей производительности установки (см. раздел 4.5.2.8).

Следует четко представлять себе, что при тангенциально-поточном фильтровании через мембраны проходит лишь небольшая часть фильтрата. Чтобы просочилось достаточное количество фильтрата, нефильтрат, обогащающийся взвешенными частицами осадка, должен циркулировать многократно (см. раздел 4.5.2.6).