Фільтрація вина

Фільтрацією називається операція відділення твердої фази речовини від рідкої за допомогою пористої перегородки.
Процес фільтрації заснований на затриманні твердих зважених частинок пористими перегородками, здатними пропускати рідину і утримувати на своїй поверхні частинки твердої фази.
В результаті безпосереднього контакту суспензії з поверхнею пористої перегородки рідка фаза унаслідок різниці тиску по одну і по іншу сторону перегородки проходить через пори перегородки і збирається у вигляді звільненого від твердих частинок фільтрату; тверді ж частинки затримуються на поверхні перегородки, утворюючи шар осаду.
Техніка фільтрації використовує цей шар осаду, що збільшується у міру протікання процесу, на перегородці як середовище, що фільтрує, прагнучи при цьому звести до мінімуму гідравлічний опір осаду. Осад, що відкладається на поверхні перегородки, що фільтрує, є одним з найважливіших чинників, в більшості випадків вирішальним успіх процесу фільтрації. Від характеру осаду і товщини його шару залежить і продуктивність фільтру, і витрата енергії на просування рідини через шар, що фільтрує.
Діаметр пір або канальців, через які проникає рідина, повинен знаходитися відповідно до ступеня дисперсності частинок муті.

схематічеський розріз шару

Чим дрібніше останні, тим менші пори повинен мати фільтр. Величина зважених частинок може коливатися у вельми широких межах — від доль міліметра до вельми малих розмірів, що виражаються в декількох мілімікронах. Сама рідина є середовищем, що включає окремі частинки,
величина яких коливається від 1 P до 0,01 мp
Під словами «прозорість» і «чистота» рідини розуміються різні поняття. Прозора рідина — це така рідина, в якій містяться частинки, що не перевищують 1 P, і яка добре пропускає світло.
Чиста рідина — цілком однорідне середовище, що не містить зважених частинок, інакше кажучи, частинки її не перевищують 1 мp.
Звичайний мікроскоп не уловлює частинок, що мають розмір менше 0,2 мp, іо ці частинки виявляються за допомогою ультрамікроскопа, що дає можливість бачити віддзеркалення світла від зважених в рідині частинок, розміри яких дуже малі (3-10 мp).
У вині, особливо молодому, можна спостерігати частинки всіх розмірів. За час витримки величина зважених частинок міняється. Особливо різка зміна величини частинок спостерігається у молодих вин в перший період їх життя. Пояснюється це тим, що окислювані киснем повітря дубильні речовини, а також білкові (колоїди) спочатку випадають в дуже роздробленому стані, а потім в результаті коагуляції збільшуються в розмірі.
Одін і той же шар, що фільтрує, може дати неоднакові результати при фільтруванні двох різних каламутних вин. Одне з них при проходженні через шар, що фільтрує, залишить на нім всі зважені частинки, що обумовлювали його муть, і стане цілком прозорим, а інше, пройшовши цей шар, залишиться як і раніше каламутним, оскільки частинки його дрібнішими порами фільтру не затримуються.
Таким чином, вибір шару, що фільтрує, при фільтруванні вин з муттю різного походження і різною велічиной зважених частинок має в практиці велике значення.
Шар (мал. 97), що фільтрує, має пори або канальці, діаметр яких сильно коливається. Канальці сильно звивисті і є цілим лабіринтом, через який повинна пройти рідину.
Дія фільтрації складається з двох процесів: відсіювання і адсорбції. Якщо частинки більше пір шару, що фільтрує, відбувається їх відсіювання. Але затримка зважених частинок муті при фільтрації відбувається не тільки із зовнішнього боку в результаті відсіювання, але і усередині шару, що фільтрує, в результаті адсорбції.
Під час фільтрації зважені частинки, діаметр яких не дозволяє їм пройти через вхідні отвори, залишаються на поверхні шару, що фільтрує. Нагромаджуючись у вхідних отворів і захаращуючи їх, частинки утворюють другий фільтрующий
шар, через який повинна пройти рідину. У міру фільтрації рідини шар товщає і швидкість проникнення рідини через шар прогресивно зменшується, поки фільтрація абсолютно не припиниться.
Окрім закупорки вхідних отворів канальців, в результаті відсіювання деяка кількість частинок, що мають менший діаметр, чим у канальців, проникає всередину їх. В результаті відбувається закупорка канальців, особливо щільна в тих місцях, де є вигини. Крім того, деякі частинки, що можуть цілком вільно пройти через канальці, прилипають до їх стінок (адсорбуються) і у міру накопичення утрудняють прохід рідини через них. Ступінь осадження (адсорбції) цих найдрібніших частинок на поверхні шару, що фільтрує, залежить від матеріалу цього шару і від його фізичного стану. Швидкість фільтрації, яка характеризує продуктивність фільтру, визначається кількістю фільтрату, що проходить через 1 м2 поверхні шару, що фільтрує, в одиницю часу. Швидкість фільтрації залежить від багатьох чинників, вирішальними з яких є: тиск, що діє на суспензію, товщина шару осаду на фільтрі, структура і характер осаду, склад суспензії і температура рідини. Вплив тиску на швидкість фільтрації тісно пов’язаний з характером осаду. Розрізняють два типи опадів:
а) осідання з частинок, що не деформуються, головним чином кристалічні нестискувані осідання;
б) осідання з частинок, що деформуються, головним чином аморфні стискувані осідання.
Для нестискуваних опадів взаємне розташування їх частинок, а отже і розміри пір, через які протікає рідина, не міняється із зміною тиску. При фільтрації суспензій, створюючих нестискувані осідання, швидкість фільтрації росте із збільшенням тиску на рідину при одному і тому ж тиску залежить лише від товщини шару осаду. При фільтрації суспензій, створюючих стискувані осідання, з якими ми переважно зустрічаємося у виноробницькій практиці, при постійному тиску кожен подальший шар осаду знаходиться під меншим тиском, чим попередній, оскільки падіння тиску в осіданні відбувається пропорційно його товщині. Внаслідок цього вищерозміщений шар осаду менш стислий і багатше рідиною, чим ніжній. Якщо фільтрація проводиться при змінному тиску, що поступово збільшується, то стискуваний осад у міру збільшення тиску скорочується в об’ємі за рахунок звуження капілярів, що, у свою чергу, викликає непропорційне зростанню тиску зміна швидкості фільтрації. Можна вважати, що зміна швидкості фільтрації залежно від тиску в цьому випадку відбувається по параболі.
Рідина через шар, що фільтрує, зазвичай проходить під тиском. У відкритих фільтрах тиск чиниться стовпом рідини, що знаходиться над шаром, що фільтрує, а в закритих — створюється насосами, вживаними у виноробницькій практиці для перекачування вина.
Різниця тиску по одну і по іншу сторону шару, що фільтрує, називається напірним тиском. Здавалося б, чим більше напірний тиск, тим більше швидкість фільтрації. Для невеликого тиску це положення, безумовно, вірно — з підвищенням тиску швидкість фільтрації зростає.
При стискуванні опадів збільшення швидкості фільтрації відстає від зростання тиску і може наступити такий момент, коли швидкість фільтрації перестане зростати, не дивлячись на збільшення тиску. Тиск, відповідний цьому моменту, називають критичним, і підвищення тиску за його межі вважають за недоцільне.

уравненієм Пуазейля

помімо стискування шару, що фільтрує, деякі дрібніші частинки під сильним тиском проникають в отвори канальців і засмічують їх. Чим більший тиск створюється на початку фільтрації, тим швидше засмічується фільтр.
У сучасній теорії фільтрації виходять з того, що при протіканні рідини через пори осаду на фільтрі і через пори перегородки, що фільтрує, рух рідини має ламінарний характер і, отже, воно підкоряється закону руху рідин в капілярних каналах і може бути виражене рівнянням Пуазейля.
Застосування закону Пуазейля до процесу фільтрації засноване на припущенні, що перебіг рідини крізь шар осаду і перегородку, що фільтрує, здійснюється через велике число круглих капілярів рівного радіусу і рівної довжини. Якщо число капілярів на 1 л2 фільтру рівне і дійсна довжина капілярів равна
Швидкість фільтрації, віднесена на 1 л2 перетину фільтру, може бути виражена так: Таким чином, швидкість фільтрації пропорційна тиску, під яким вона відбувається, пропорційна четвертому ступеню радіусу капілярів, назад пропорційна в’язкості рідини, що фільтрує, і довжині капілярів, яка визначається товщиною шару h, що фільтрує, з поправкою на криволінійність капілярів.
Практично процес фільтрування можна проводити по двох варіантах:
1) при постійному тиску і швидкості фільтрації, що поступово зменшується;
2) при постійній швидкості фільтрації і поступово зростаючому тиску.
У переважній більшості випадків фільтрація у виноробницькій промисловості проводиться при постійному тиску (0,4-0,6 атм) і дуже рідко при постійній швидкості.
Фільтр працює завдяки відсіваючій дії і адсорбції. Відсіваюча дія спостерігається у тому випадку, коли перетин пір менше найдрібніших твердих частинок рідини, що фільтрує. Дія фільтру залежить також від концентрації рідини; для кожної рідини існує свій оптимум. Якщо відбувається фільтрація рідини, в якій розмір зважених твердих частинок менше розміру пір шару, що фільтрує, то тут мають місце адсорбція і вплив електричних зарядок частинок. Для поліпшення здатності фільтру, що фільтрує, до рідини додають деякі речовини, що мають значну поверхневу активність і що додають осідання на фільтрі велику пористість. До цих речовин належать кизельгур, активоване вугілля, каолін, бентоніт, целюлоза та інші.
Матеріали, вживані при фільтрації. Матеріал для утворення шару, що фільтрує, повинен пропускати через себе всі речовини, розчинені в провині, і утримувати що знаходяться в зваженому стані, Як матеріал, що фільтрує, не можуть бути застосовані рослинні і тваринні напівпроникні перетинки і оболонки, що перешкоджають проходженню колоїдів, які містяться в провині в розчиненому стані.
Шар, що фільтрує, утворюється перегородкою фільтру і осадом, що відкладається в ній.
Як перегородки у фільтрах застосовуються бавовняні, льняні і шерстяні (рідко) тканини, а також жорсткі металеві сітки, азбестові, целюлозні, асбесто-целлюлозные пластини, а також пластини з колодія на целюлозі, а останнім часом — плівки з перлона.
Деякі з цих матеріалів, наприклад тканини і сітки, мають пори відносно дуже великого діаметру, які без певної попередньої обробки не можуть затримувати дуже дрібні частинки, зокрема бактерії. Тому для створення шару, що фільтрує, який затримував би найдрібніші зважені частинки, необхідно зменшити діаметр пір тканин.
При фільтрації дуже каламутних вин шар, що фільтрує, іноді створюють за допомогою самих зважених в провині, створюючих муть частинок. Для цього через тканину фільтру пропускають каламутне вино без якої-небудь попередньої обробки.
Зазвичай для створення шару, що фільтрує, у вино перед фільтрацією вводять размельченний азбест, глину, целюлозу, кизельгур (останній в даний час отримав визнання завдяки властивій йому властивості затримувати складні речовини ).
Найчастіше для цієї мети застосовується азбестова фільтраційна маса. Ця маса виготовляється декількох сортів, які розрізняються між собою довжиною волокна. У всі сорти додається целюлоза. Змішення азбесту з целюлозою збільшує ту, що його набухає і «чіпкість», тобто здатність щільно приставати до металевих сіток. Окрім цього, з додаванням целюлози збільшується пропускна спроможність шару, що фільтрує. Так, для столових вин з тонкою муттю, що важко видаляється, застосовується коротковолокнистий чистий азбест, для молодих вин з грубішою муттю, а також для солодких — азбест з домішкою целюлози.
Іноді для руйнування колоїдної системи вина, що утрудняє фільтрацію, окрім вказаних речовин, в масу, що фільтрує, додають також обклеюючі матеріали: желатин, риб’ячий клей та інші. Ця операція (обклеювання фільтру) має той недолік, що в результаті її значно зменшується продуктивність фільтру.
Фільтри. Серед вживаних в даний час у виноробницькій промисловості систем фільтрів основними є намивні фільтри і фільтрпресси. Ці фільтри випускаються різних конструкцій, виготовляються з різних матеріалів і розрізняються між собою по розмірах і продуктивності.
Матерчаті фільтри з великою продуктивністю ще застосовуються на сучасних підприємствах.
Азбестові намивні фільтри, що свого часу мали широке розповсюдження на виноробницьких підприємствах, в даний час витиснені пристосованими для фільтрації різних вин і віноматеріалов універсальними фільтрпрессамі (інакше званими пластинчастими фільтрами). Все ж таки азбестові фільтри ще і тепер зустрічаються на багатьох підприємствах і служать для фільтрації бочкового вина, попереднього освітлення і фільтрації дріжджів.
Намивні фільтри. Циліндровий фільтр. Одним з найбільш поширених фільтрів, наявних майже в кожному виноробницькому господарстві, є циліндровий намивний фільтр (мал. 98). Він є мідним або залізним, вилудженим усередині циліндром з краном внизу для виходу чистого вина і з ручками з боків для зручності перенесення.

циліндрічеський фільтр

В цей циліндр вставляється інший циліндр, нижня частина якого зроблена з рідкісної міцної металевої сітки, службовки для оберігання тонкої густої внутрішньої сітки, на якій створюється азбестовий шар, що фільтрує. Дно сітчастого циліндра для збільшення поверхні, що фільтрує, вдається конусоподібно всередину. Сітчаста частина циліндра усередині відділяється від верхньою перегородкою з отворами, службовкою для рівномірного розподілу і ослаблення сили струменя вина, що поступає.
При роботі фільтр встановлюють на піднесенні з таким розрахунком, щоб вихідний кран був розташований бочки, що вище стоїть на підлозі, для фільтрованого вина. Бочку з каламутним вином поміщають над фільтром. Вино поступає у фільтр через шланг, сполучений з краном, вставленим в чоповоє отвір верхньої бочки. Подача вина в деяких фільтрах регулюється автоматичним замком з поплавцем, що знаходиться у верхній частині фільтру. Циліндровий фільтр пристосований для відкритого фільтрування з доступом повітря. Продуктивність фільтру, залежно від його розміру, від 10 до 25 дкл/час. Ци- ліндрічеськие фільтри застосовуються на вінзаводах для фільтрациі малих кількостей вин і дріжджових опадів.
Циліндровий матерчатий фільтр ЦМФ-80.
Фільтр цей є мідним лудженим або сталевим, покритим усередині емаллю циліндр, змонтований для зручності пересування на чотирьох колесах (мал. 99). Діаметр циліндра, залежно від розміру моделі, від 60 до 80 див. По осьовій лінії усередині циліндра проходить мідна луджена трубка діаметром 6-8 см з отворами у вигляді подовжніх щілин.

циліндрічеський матерчатий фільтр

На цю трубку надягають круглі мішки, всередину яких вкладають дренажну сітку, сплетену з товстого (6-7 мм) шнура. Мішки і дренажні сітки мають в середній частині відповідні отвори, в які вводять бронзові луджені кільця (мал. 100) з декількома крізними отворами на внутрішній частині.

кольцо для мішка фільтру

Кільце надягають на трубку і закладають всередину мішка так, щоб шари його розташовувалися по обидві сторони, а отвори в кільці відкривалися у внутрішню частину мішка. Кільця, накладаючись одне на інше, утворюють канал, що сполучається з внутрішньою частиною трубки через подовжні щілиновидні отвори.
Коли мішки з дренажними сітками укладені і закріплені спеціальною гайкою, циліндр закривають кришкою, що пригвинчується до нього баранчиками. Через спеціальний кран (при відкритому повітряному кранику) камера циліндра наповнюється каламутним вином, яке, проходячи через матерію мішка під тиском у внутрішню його частину (де знаходиться дренажна сітка), фільтрується і прямує через отвори в кільцях і через щілиновидні отвори в центральну трубку, що сполучається з вивідним краном.
Циліндрові матерчаті фільтри забезпечені електронасосами для створення тиску і манометрами. Для промивання під час роботи вони не вимагають розбирання. Промивка проводиться пропусканням води під натиском у зворотному напрямі. Для засмічення застосовують діатоміт, азбест, клейові речовини: желатин, риб’ячий клей.
Циліндрові матерчаті фільтри, що виготовляються ремонтно-механічним заводом в Сімферополі, мають 24 мішки з поверхнею 80 м2, що фільтрує, продуктивність від 350 до 800 дкл/час, габарити (у мм): 1250X750X1000.
Велика продуктивність і простота експлуатації зумовили велику поширеність цих фільтрів на наших крупних заводах. Виготовляються вони різних розмірів.

вращающийся барабан для миття фільтрів

У великих виробництвах, де працює багато матерчатих фільтрів, мішки зазвичай промивають в спеціальних барабанах, що обертаються (мал. 101).
Фільтри з металевими сітками (азбестові фільтри). Фільтр ФА-10 (мал. 102), що виготовляється Орловським машинобудівним заводом, є прямокутним мідним вилудженим усередині ящиком, що зверху закривається кришкою, в якому поміщено 10 рам, що фільтрують.

фільтр ФА-10

Кожна рама є зробленим з труб прямокутником, обтягнутим з обох боків тонкою сіткою з неіржавіючої сталі. Між цими сітками знаходяться ще три сітки — дві каркасні, прилеглі до тонких сіток, і внутрішня тверда, зроблена з товстого дроту, службовка дренажем. Труби рам сполучаються з простором між сітками. Камера фільтру горизонтальними гратами розділена на дві частини — верхню і ніжнюю.
Коли фільтр зібраний, рами поставлені на свої місця і закріплені, камеру закривають кришкою, яку притискують болтами. При зарядці фільтру 150-200 л вина, добре перемішаного з азбестом, перекачують насосом через бічні крани в герметично закритий фільтр. Вино під тиском проходить всередину рами, а волокна азбесту поступово відкладаються шарами на тонких сітках, забиваючи їх отвори. Услід за цим через бічні крани накачується підмет фільтрації вино.
Вино через патрубок 1 поступає у верхню частину камери 2, звідки через грати стікає в нижню частину 3, де розташовані рами, і таким чином заповнює всю камеру. Під тиском вино проходить фільтрувальну 4, каркасну 5 сіток і поступає в простір, утворений дренажною сіткою 6. Звідси по стічних патрубках 7 вино потрапляє в збірний трубопровід 8, по якому прямує до вихідного крана 9. За
ступенем прозорості вина спостерігають через оглядове скло 10. Відпрацьований шар, що фільтрує, легко знімається (мал. 103)

снятіє відпрацьованого фільтру

. Технічна характеристика фільтру ФА-10: продуктивність 125 дкл/час, число рам 10, що фільтрує поверхню 6 — 8 м2, робочий тиск 0,3 кг/см2, габарити (у мм): 720хно0х Х1360, вага 280 кг Фільтрпресси. Останнім часом широкого поширення у виноробницькій промисловості набули фільтрпресси (пластинчасті фільтри), що замінили собою на вінзаводах фільтри різних систем, вина, що раніше застосовувалися для фільтрування.
Фнльтрпресс «Прогрес» (мал. 104), що виготовляється Бердичівським машинобудівним заводом, складається з 45 силуанових плит, змонтованих на візку.

фільтр "Прогресс"

Одна з крайніх плит нерухома, інша переміщається. Між ними поміщені плоскі прямокутні плити, що пересуваються, між якими поміщаються пластини, що фільтрують, з азбесту, суміші азбесту з целюлозою і діатомітом. Ці пластини ділять простір між двома плитами на дві камери, що утворюються завдяки ребристій поверхні плит. Таким чином, під час роботи фільтру можна розрізняти парні і непарні камери, одні з яких наповнені таким, що поступає на фільтрацію каламутним, а інші — минулим через пластину фільтрованим вином. Кожна плита на двох своїх кутах з одного боку має виступи з круглими отворами (мал. 105).

схема проходження вина у фільтропрессе

Парні пластини мають виступи з одного боку, а непарні — з протилежною. У зібраному виді плити і поміщені між ними пластини стискуються закріпним гвинтом. Отвори у виступах, що знаходяться на кутах плит, щільно притиснуті одне до іншого, утворюють канали. Два канали з одного боку плит сполучено з парними камерами і два канали з протилежного боку — з непарними.
Процес фільтрації на фільтрпрессах відбувається таким чином. Для фільтрації каламутне вино нагнітається в канали, сполучені з парними камерами. Пройшовши пластини, що фільтрують, під натиском, вироблюваним насосом, вино потрапляє в непарні камери (див. мал. 105), а звідси — в сполучені з ними канали, по яких фільтроване вино через відвідний кран виходить назовні.
Перевага фільтрпрессов полягає в тому, що вони придатні для фільтрації як молодих вин, так і вин витриманих, з легкими помутніннями і опалесценцией. Залежно від характеру помутніння вина застосовуються пластини, що фільтрують, з різною пористістю, залежно від якої пластини позначаються номерами від 1 до 7.
Пластини для фільтрпрессов виготовляються з суміші азбесту, целюлози і кизельгуру (діатоміту). Чим більше номер пластини, тим вище в ній зміст азбесту і тим сильніше її освітлююча дія.
Пластани № 6 і 7, окрім властивості очищати вина з найтоншими помутніннями, володіють здатністю знепліднювати вина. Таким чином, фільтрпоресси з відповідними номерами пластин є стерилізуючими фільтрами. При використанні фільтрпресса для стерилізації необхідно заздалегідь профільтрувати вино через звичайний фільтр (матерчатий або азбестовий) або через фільтрпресс з відповідними пластинами (№ 3-б). Тільки за цієї умови забезпечується нормальна праця фільтру таким, що стерилізує. При цьому замість стерилізуючих пластин застосовуються мембранні плівки. Продуктивність фільтрпресса залежить від числа плит і номера пластин. Максимальна продуктивність 300 дкл/час.
Окрім описаного вище фільтрпресса, в нашому виноробницькому виробництві застосовуються швейцарські фільтри «Технохимія» такого ж пристрою. Продуктивність цих фільтрів залежить від розміру і числа пластин. Велика модель цих фільтрів має пластини 60Х60 см, мала 40X40 див. Число пластин доходить до 150 (див. таблиці. 23).
Фільтрпресси треба визнати найбільш досконалими фільтрами у виноробницькій промисловості.
Для закритої фільтрації при розліве вин застосовуються переважно фільтрпресси менших розмірів.
Фільтрація з кизельгуром. У Західній Европе широко застосовується освітлення вин шляхом фільтрації з кизельгуром.
Кизельгур (трепел, діатоміт, земля інфузора) є залишками (панцирі) стародавніх відкладень морських (діатомових) водоростей. Перевагою кизельгуру є особлива форма його частинок (панцирів), що дає велику поверхню фільтрації. Для фільтрації з кизельгуром застосовуються звичайні фільтрпресси з додаванням до них особливих рам (мал. 106), що фільтрують, з чотирма отворами.

расположеніє спеціальних рам у фільтропрессе

Два з них служать для введення підмета фільтрації вина і два — для виходу фільтрованого вина. Рами встановлюються у фільтрі таким чином, що за кожною з них слідує звичайна фільтропластіна 2, покрита подвійною серветкою прокладки. Кизельгур рівномірно подається у фільтр спеціальним дозуючим апаратом без доступу повітря, при цьому утворюється шар, що фільтрує, який може працювати протягом 6-10 годин, після чого для видалення шару кизельгуру з серветок фільтр промивається водою.
Продуктивність фільтру при фільтрації з кизельгуром визначається числом встановлених рам. У фільтру розміром 40X40 см при п’яти додаткових рамах продуктивність дорівнює 130-150 дкл/час і при 15 додаткових рамах — 400-450 дкл/час; у фільтру розміром 60X60 см при трьох додаткових рамах продуктивність дорівнює 130- 150 дкл/час, при 24 рамах- 1050-1190 дкл/час.
Витрата кизельгуру на камеру розміром 40X40 см складає 1 кг, на раму 60X60 см — 3 кг, або 200-250 грама на 1 гл провина.
Для зарядки фільтру кизельгуром застосовуються дозіруюшие апарати напівавтоматичної і автоматичної дії. Напівавтоматичний апарат (мал. 107) є колонкою, в якій готують суміш кизельгуру з вином.

схема фільтрації при застосуванні напівавтоматичного апарату

При подачі вина на фільтрацію частина його направляють по особливому трубопроводу через апарат, де воно захоплює за собою кизельгур і знов зливається в загальний потік. Напівавтоматичний дозуючий апарат не забезпечує точного дозування кизельгуру.
оскільки вона міняється із зміною швидкості потоку вина.

аппарат "Аудос"

Фірмою Зейтц (ФРН) останнім часом випущений автоматичний дозуючий апарат «Аудос» (мал. 108), який забезпечує точне дозування.

«Технологія вина» Українська мова

social position