Вспомогательные фильтрующие средства

Вспомогательные фильтрующие средства - это порошкообразные материалы (такие как кизельгур или перлит), которые намываются на фильтровальную перегородку (ткань или сито), форма и структура которой делают фильтрование возможным в принципе. Фильтрование вообще возможно только благодаря их форме и структуре, однако вспомогательные фильтрующие средства не применимы без фильтрующей перегородки.

В качестве вспомогательных фильтрующих средств в пивоварении используются:

· кизельгур для фильтрования пива;

· перлит для фильтрования сусла.

Кизельгур

Под кизельгуром понимают ископаемые одноклеточные инфузорные водоросли (диатомиты), состоящие из диоксида кремния (SiО₂). Таких водорослей насчитывается более 15 000 видов. Миллионы лет назад они покрывали дно морей и океанов в таком количестве, что с течением времени образовался их толстый слой.

В некоторых местах толщина слоя кизельгура достигает нескольких сотен метров (например, в Ломпоке (Lompoc), штат Калифорния, США), однако во многих месторождениях добыча невыгодна по экономическим причинам. Кизельгур добывают:

· в уже названном Ломпоке, Калифорния;

· в Халиско (Jalisko), Мексика;

· в Мювате (Myvatli), Исландия;

· в Мюрате (Murat), Франция;

· в Аликанте (Alicante), Испания;

· в Арике (Arica), Чили;

· в двух областях в Китае.

Разработка месторождения обычно происходит открытым способом. Кизельгур выкапывают мощными экскаваторами, сортируют по качеству и вывозят на гигантских грузовиках в хранилища под открытым небом. Обработка кизельгура возможна тремя способами.

Высушенный кизельгур

Материал размельчается и высушивается при 400°С в роторных трубчатых печах. При такой обработке сохраняется естественная форма оболочки диатомитов и ее пористость, позволяющая изготовить кизельгур для самого тонкого фильтрования (рис. 4.65).

Кальцинированный (прокаленный) кизельгур

Чтобы можно было изготовить более быстро фильтрующий кизельгур, высушенный материал нагревают до 800°С. Внешние поверхности кизельгура спекаются, образуя крупные частицы. Внутренняя пористая структура и се фильтрационная активность остается без изменений.

Кальцинированный под флюсом кизельгур

Для приготовления еще более быстро фильтрующего кизельгура к сырому диатомиту в печь добавляют в качестве флюса хлорид или карбонат натрия. Температура плавления диоксида кремния (из которого состоят диатомиты) увеличивается, и кизельгур накаляется до 800-900°С. Из-за спекания возникают крупные конгломераты. Неорганические включения (например, оксиды железа или алюминия) переходят в трудно растворимую смесь силикатов и придают крупному, кальцинированному под флюсом кизельгуру почти безупречно белый цвет. Грубый кизельгур используется преимущественно для нанесения предварительного слоя.

Скорость фильтрования в основном зависит от крупности кизельгура.

Чем мельче кизельгур, тем прозрачнее фильтрат, но тем ниже скорость фильтрования. И наоборот, крупные кизельгуры фильтруют быстро, но не так хорошо.

Следовательно, проницаемость и мутность на выходе находятся друг с другом в приблизительной зависимости, о чем свидетельствуют следующие данные:

Сорт кизельгура	Относительный расход	Относительная прозрачность	Для фильтрования пива
Filter-Cel			Тонкий кизельгур
Celite 577 и 505
Standard Super-Cel
Celite 512			Средний кизельгур
Hyflo
Super-Cel
Celite 503
Celite 535
Celite 545
Celite 560			Грубый кизельгур

Важнейшее качество кизельгура - высокая пористость. Вследствие пористости и особой структуры панциря, фильтрующие слои из кизельгура образуют очень мелкопористую систему, которая может задерживать частички мути размером от 0,1 мкм.

Площадь поверхности кизельгура может доходить до 20 м²/г, но это значительно меньше поверхности (400-700 м²/г) и, следовательно, адсорбционной способности силикагелей. Поэтому, по сравнению с ними, адсорбционная способность кизельгура также очень низка.

Важно то, что кизельгур не содержит никаких примесей. Кроме того, важнейшая характеристика кизельгура, влияющая на экономичность фильтрования, - плотность во влажном состоянии. Этот параметр обозначает объем, который кизельгур принимает под давлением. Плотность во влажном состоянии выражается в г/л, для фильтрования лучше всего подходят кизельгуры с плотностью ниже 300 г/л. При равном осветляющем эффекте и производительности, но при более высокой плотности кизельгура придется мириться с большим расходом его при фильтровании и с ускоренным ростом давления на фильтре.

Расход кизельгура может колебаться от 80 до 200 г/гл, составляя в среднем 150-180 г/ гл. Кизельгур - не только очень дорогой вспомогательный материал, его утилизация после использования также требует определенных затрат.

Перлит

Перлит - материал вулканического происхождения, состоящий в основном из силиката алюминия. «Сырой» перлит нагревают до 800°С, при этом содержащаяся в нем вода расширяется и приводит к вспучиванию и растрескиванию перлита. Так образуется стекловидная структура, которую затем измельчают (рис. 4.67).

Возникает легкий и рыхлый порошок, который весит на 20-40% меньше, чем кизельгур. При низких величинах pH перлит выделяет известь и железо, и поэтому его можно применять только для фильтрования сусла, у которого величина pH еще достаточно высокая - 5,4-5,5.

Скорость фильтрования у перлитов также зависит от сорта.

Виды фильтров

В пивоварении для фильтрования применяются следующие виды фильтров:

· намывные фильтры:

Ø намывные рамные фильтр-прессы;

Ø намывные свечные (патронные) фильтры;

Ø намывные дисковые фильтры (фильтры с горизонтально расположенными фильтровальными элементами);

Ø намывные листовые фильтры;

· пластинчатые фильтр-прессы;

· камерные фильтры (например, заторный фильтр-пресс);

· чашечные фильтры (например, масс-фильтр);

· мембранные фильтры.

Для фильтрования пива используются почти исключительно намывные, пластинчатые и мембранные фильтры, масс-фильтр, господствовавший в прежние десятилетия, в настоящее время практически не используется.

Такие виды фильтров, в которых фильтрование происходит поперек фильтровального материала, называют статическими фильтрами или Dead-end-Filter.

Масс-фильтр

Хотя масс-фильтр практически повсеместно вышел из употребления, о нем необходимо кратко рассказать, так как он десятилетиями применялся для фильтрования пива.

При фильтровании на таком фильтре пиво подается сквозь слои фильтрационной массы (толщиной 6 см) и при этом отфильтровывается (рис. 4.68).

Фильтр-масса изготавливается из хлопкового пуха (линта), к которому добавляют 1% асбеста, чтобы достичь более тонкой фильтрации. Но еще до запрета на применение асбеста масс-фильтры практически исчезли с пивоваренных заводов, так как связанные с ними затраты труда и расходы довольно высоки:

· после каждого фильтрования фильтр необходимо разбирать;

· фильтровальные слои из фильтр-массы следует измельчать, промывать и стерилизовать;

· фильтр-массу нужно прессовать в фильтровальные слои;

· фильтр после этого следует снова собирать.

Кроме этого, необходим ряд других вспомогательных работ. Для выполнение всех операций на среднем предприятии необходимы соответствующие трудовые ресурсы.

Среди недостатков масс-фильтра необходимо упомянуть:

· высокие затраты ручного труда на регенерацию фильтра;

· значительные затраты энергии для промывки массы;

· повышенный расход воды для промывки массы;

· слишком малая поверхность фильтрования и, соответственно, низкая производительность фильтра.

Несмотря на это, масс-фильтр еще не «вымер» полностью. Например, пивоваренная компания Курс (Coors), на своем крупнейшем в мире пивоваренном заводе в Голдене (Golden), штат Колорадо (США) - все изготовленное пиво в объеме 23,2 млн гл (1995) и сегодня фильтрует исключительно на масс-фильтрах производства фирмы Enzinger и планирует использовать их в дальнейшем.

Намывные фильтры

Намывные фильтры - это фильтры, в которых фильтрование происходит через вспомогательное фильтрующее средство (чаще всего кизельгур или перлит), намываемое на фильтровальные перегородки.

Намывание слоя необходимо, так как частицы вспомогательного средства, применяемого для текущего дозирования, слишком малы, чтобы удерживаться на фильтрующей опоре (подложке). Поэтому мы должны различать два этапа процесса:

· нанесение фильтрующего слоя;

· фильтрование с текущим дозированием.

Намывка фильтрующих слоев