Процесс фильтрования в фильтр-прессе (майш-фильтре)
Перед фильтрованием необходимо провести подготовительные работы по сборке пресса и зажатию плит и камер. При работе с перерывами или перед проведением первой варки раз в неделю фильтр рекомендуется предварительно нагреть горячей водой (расход воды на 5 т засыпи составляет около 80 гл).
2.4.6.1. Заполнение фильтра следует производить однородным материалом, так как в противном случае последующее выщелачивание в ходе отдельных процессов фильтрования окажется невозможным. Для выполнения этого требования воздух при заполнении фильтра должен удаляться через краны или через центральный вентиляционный канал. Затор, заполняющий фильтр, должен обладать абсолютно одинаковыми свойствами и не должен расслаиваться. Он должен вытекать из заторного чана в виде гомогенной смеси и в том же виде попадать в каждую камеру, что возможно только при условии эффективной работы месильного органа и наличия конического или сводчатого днища, препятствующих оседанию затора. Большое значение для однородности затора имеют также свойства помола. Расход затора при его перекачивании составляет обычно 1,5-2 м/с и не должен изменяться в трубопроводах. Чтобы добиться по возможности равномерного распределения затора в крупных фильтрах, проводится дросселирование кранов, обычно расположенных рядом с местом поступления затора. В закрытых централизованных системах фильтрования сусло начинает стекать лишь после того, как будет превышен уровень верхней фильтрационной трубы (перелива). Заполнение должно происходить так, чтобы давление в фильтре было по возможности минимальным. Так, например, в начале перекачивания насос можно включить на полную мощность до тех пор, пока «не потекут» все краны, после чего производительность насоса снижают примерно на 20 % до тех пор, пока фильтр не заполнится, то есть пока затор не выступит в канале для удаления воздуха. К концу слива затора число оборотов насоса постепенно увеличивают до первоначального значения. В обычных условиях избыточное давление не должно превышать 0,3 бара; следствием слишком быстрого повышения давления является сильное спрессовывание дробины, которая слишком уплотняется и выщелачивается неравномерно. Большое значение при этом имеет качество помола, которое следует подобрать таким образом, чтобы объем дробины соответствовал емкости фильтра (см. раздел 2.2.1). Использование слишком грубого помола требует более высокого давления для перемещения дробины в фильтр, в результате чего сопротивление дробины повышается, выщелачивание затрудняется, а продолжительность фильтрования увеличивается. При этом возникает риск разрыва салфеток. Вместе с тем помол не должен быть слишком тонким, так как содержащаяся в нем мука из оболочек не только засоряет фильтровальные салфетки, но и отрицательно влияет на качество пива. Содержание мелкой пудры не должно превышать 18 %. Из слишком тонкого помола получается очень небольшой объем дробины, которым невозможно заполнить камеры майш-фильтра.
Для изменения в определенных пределах емкости фильтра и приспосабливать ее к тем или иным условиям, иногда вставляют или удаляют лишние плиты.
Заполнение фильтра длится 25-35 мин. При наличии отдельных кранов фильтрование первого сусла начинается сразу, а при центральном сливе - после заполнения фильтра. Заканчивается фильтрование одновременно с окончанием перекачивания затора. Изначально мутное сусло не возвращалось в заторный чан во избежание разжижения находящегося там затора. Кроме того, в мутном сусле в достаточном количестве присутствуют мельчайшие частицы мути, которые изменяют гомогенность оставшегося сусла и тем самым вызывают изменение консистенции содержимого камер, находящихся рядом со впускным отверстием для затора. В результате происходит снижение выхода. При высоком давлении в фильтре целесообразно перекачивать затор из канала для удаления воздуха, чтобы тем самым излишне не менять производительность насоса. При использовании плохо растворенного солода или несоложеных материалов продолжительность фильтрования не изменяется (или меняется незначительно). Высокая скорость фильтрования обусловлена большой площадью фильтрации. Благодаря тому, что процессы перекачивания затора и фильтрования первого сусла совпадают по времени, и тем самым отпадает необходимость выдерживания пауз или перекачивания мутного сусла, то по сравнению с фильтр-чаном выигрыш во времени составляет 60-90 мин.
По окончании перекачивания заторный чан и трубопроводы очищают от дробины и остатков сусла путем промывки горячей водой. Для обеспечения полного стекания первого сусла все краны оставляют открытыми еще в течение примерно 5 мин. В традиционных конструкциях заторного фильтр-пресса с полипропиленовыми салфетками эту технологию можно модернизировать следующим образом. Фильтрование является закрытым уже для первого сусла. При перекачивании затора сусло начинает стекать лишь после заполнения камер, то есть когда уровень сусла в идущей вверх фильтрационной трубе превысит уровень в канале для затора. Благодаря этому дробина плотно прилегает к поверхности салфетки и образует рыхлый фильтрующий слой. Если фильтрационную трубу приподнять, например, на 50 см выше верхнего края фильтра, то образуется незначительное противодавление, способствующее более равномерному распределению затора. Большое значение имеет удаление воздуха из камер в каждой фазе перекачивания. После заполнения камер удаление воздуха следует периодически. Вопреки существовавшим раньше мнениям еще очень мутное сусло в начале процесса в течение 2-5 мин перекачивают обратно в заторный чан, благодаря чему мутность снижается примерно на 50 %, а содержание твердых частиц - на 15-20 %. Потерь выхода экстракта при прочих оптимальных условиях не происходит.
По такой технологии перекачивание затора происходит относительно быстро, примерно за 30 мин. Этим способом пытаются получить более равномерное распределение затора. Так как сусло начинает поступать примерно через 7 мин, а еще 2-3 мин мутное сусло перекачивается обратно, то стекание первого сусла заканчивается приблизительно через 20 мин. Если салфетки чистые, а засыпь или распределение помола сбалансированы, то избыточное давление не превысит 0,3 бар даже без снижения производительности насоса.
2.4.6.2. Выщелачивание дробины в фильтр-прессе осуществляется с той же скоростью, что и в фильтр-чане. В противном случае существует риск неравномерного вымывания сусла из отдельных лепешек дробины. При этом вода проходит в обратном по сравнению с суслом направлении - она поступает из канала для подачи воды в плиты, последовательно проходит через салфетку и слой дробины и через салфетку следующей плиты достигает фильтрационного крана. Сусло стекает только через каждый второй кран, так как все промежуточные краны, расположенные меду ними, закрыты. Как правило, сусло, стекающее из фильтр-пресса, даже более прозрачно, чем сусло из фильтр-чана. Промывание дробины осуществляется сверху или снизу. Более распространен последний вариант, однако выщелачивание наиболее эффективно только в том случае, если каналы подачи воды расположены на стороне, противоположной сливу сусла. Отведение сусла производится или через фильтрационные краны, или через универсальный кран, установленный на подвижной торцевой стороне, при этом все фильтрационные краны закрыты или переключены на центральный канал для сусла. Этот канал соединен с куполом, который позволяет создать небольшое противодавление и гарантирует полное заполнение фильтр-пресса.
Избыточное давление в фильтре в начале фильтрования промывных вод не должно превышать 0,3-0,4 бар, однако в процессе фильтрования оно повышается до 0,8-1,0 бар. Этого значения не следует превышать, хотя для старых хлопчатобумажных салфеток это может потребоваться (от 0,7 до 1,5 бар). Более высокое давление приводит к образованию каналов в фильтрационных лепешках и тем самым к неравномерному выщелачиванию дробины. Процесс промывания дробины можно контролировать на отдельных фильтрационных кранах. Так как в камерах, расположенных с противоположной от нодачи затора стороны, наблюдается повышенная концентрация последней промывной воды, то в них следует более интенсивно подавать промывную воду. Эти различия вызываются неравномерным заполнением камер. Так как уровень последней промывной воды в фильтр-прессе всегда немного выше, чем в фильтрационном чане, то имеющееся количество воды для промывания дробины обычно используется полностью. Остатки последней промывной воды удаляют подачей сжатого воздуха. На фильтрование промывных вод в фильтр-прессе требуется 90-100 мин, и, таким образом, общая продолжительность фильтрования составляет около 120-130 мин.
Выщелачивание дробины можно улучшить путем специального вытеснения первого сусла из камер фильтр-пресса, плавным повышением расхода воды и, наконец, за счет поддержания постоянной продолжительности фильтрования. При фильтровании сусла для получения более крепкого экспортного пива количество воды по сравнению с суслом для лагерного пива сокращается. В этом случае благодаря снижению скорости фильтрации и поддержанию постоянной продолжительности фильтрования можно добиться соответственно более глубокого выщелачивания. Для получения большего объема воды зачастую также используют высокую концентрацию первого сусла (например, на уровне 20 %).
Распространенная в настоящее время технология предусматривает начало фильтрования промывных вод при закрытом фильтровании лишь после того, как произойдет вытеснение первого сусла из пространства между салфетками и плитами для подачи воды, которая подается сверху. Только после этого сток промывных воды проходит с возрастающей скоростью. Для достижения по возможности равномерного выщелачивания дробины необходимо, как показано выше, противодавление не менее 500 мм вод. ст., создаваемое за счет подъема фильтрационной трубы. Для создания более высокого противодавления в трубе для стекания сусла необходима задвижка. Так как в промывной воде может содержаться воздух, его необходимо периодически удалять так, чтобы заполнение системы всегда поддерживалось на уровне верхнего края камер.
Одна из систем фильтрования позволяет промывать дробину в противоположном направлении после каждой варки, то есть камеры для воды при фильтровании одной варки становятся при фильтровании следующей варки камерами для сусла и т. д. Преимуществом такого способа является то, что полипропиленовые салфетки не испытывают односторонних деформаций.
2.4.6.3. При разборке фильтра необходимо проверить состояние отдельных фильтрационных лепешек, что позволяет определить степень заполнения камер. На разборку и сборку фильтра на 2 τ засыпи двое рабочих затрачивают около 40 мин. Автоматическое разжимное устройство за то же самое время позволяет обслуживать фильтр на 5-6 т, а фильтр на 10-12 т засыпи с не требующими замены фильтрующими салфетками из полимерных материалов один рабочий снаряжает примерно за 30 мин.
2.4.6.4. Качество фильтрования в фильтр-прессе, как правило, несколько хуже, чем в фильтр-чане, поскольку при почти повсеместном использовании фильтрационных салфеток из полимерных материалов первое сусло всегда остается мутным, а первый долив осветляется очень медленно (правда, затем получается совершенно прозрачное сусло). Содержание твердых частиц в отфильтрованном сусле колеблется в зависимости от технологии и размера пор фильтровальных салфеток от 800 до 450 мг/л, причем при использовании насосов для мутного сусла эти показатели снижаются на 15-20 %. В зависимости от мутности сусла йодная реакция при кипячении сусла усиливается.
При верхнем заполнении камер отмечается поглощение воздуха, так как находящийся в камерах воздух улетучивается под действием турбулентности затора. При известных условиях воздух проникает в сусло через устройство измерения экстрактивности. Существенному поглощению кислорода способствует наличие кислорода в промывных водах, содержание которого при закрытых накопителях горячей воды в верхних точках трубопровода (несмотря на высокие температуры) может составлять 8-10 мг/л. В принципе работа с противодавлением исключает поглощение воздуха и способствует его удалению из фильтра. Окисление сусла может происходить также при продувке заторного фильтр-пресса воздухом в конце процесса фильтрования, когда воздух попадает в сусловарочный котел. В этом случае успешно применяют подачу последней промывной воды, полученной при прессовании дробины, в небольшую емкость и подмешивание ее через 10-15 мин (после подъема пузырьков воздуха) к кипятящемуся суслу. В хорошо отрегулированных заторных фильтр-прессах поглощение кислорода составляет 0,2-0,5 мг/л.
2.4.6.5. Преимуществом фильтр-пресса является его независимость от качества солода или количества несоложеного сырья. Он гарантированно обеспечивает 8-9, а порой и 10 варок/сут. Выход экстракта при переработке солода средней и хорошей растворимости примерно на 0,7 % ниже лабораторного выхода экстракта, и тем самым выше выхода экстракта для фильтр-чана (при этом многое зависит от конструкции фильтра, свойств фильтровальных салфеток и качества помола). Засыпь, рассчитанная на равномерное заполнение камер, остается постоянной, но путем использования пустой плиты в варках небольшого объема или при слабой концентрации часть площади фильтра можно отключить. Зачастую главный налив рассчитывают без запаса (концентрация первого сусла 20-21 %), чтобы получить больше воды для выщелачивания дробины. Это не вызывает опасений с точки зрения качества, так как короткая продолжительность фильтрования компенсирует возможное влияние на содержание полифенолов. Высокие эксплуатационные затраты, обусловленные использованием хлопчатобумажных фильтровальных салфеток и их коротким сроком службы, а также затратами на промывание и рабочую силу, при работе с салфетками из полимерных материалов и применении частичной автоматизации настолько снизились, что экономические показатели фильтр-пресса и фильтр-чана при одинаковом количестве выработанного сусла в сутки примерно сравнялись. Описанный выше заторный фильтр-прессс можно автоматизировать. При опорожнении фильтра сжатым воздухом количество сточных вод составляет менее 1 гл/т засыпи при условии добавления к дробине воды, отделяемой при транспортировке дробины.