Практически невозможно рассмотреть все проблемы фильтрации вин, однако для понимания их будет полезно попытаться сделать анализ основных явлений, происходящих в процессе фильтрования жидкостей.
Проблемы пропускной способности фильтров.
В данном случае речь идет о прозрачных винах, свободных от коллоидов, которые вызывают забивание фильтра. Расчеты, производимые на основе некоторых идеальных условий, позволяют предвидеть, как будет изменяться пропускная способность фильтра в зависимости от различных факторов. Затем можно будет оценить, в какой степени эта теория применима к обычным условиям фильтрации вин.
Обозначим через V объем жидкости, протекающей через фильтр за время tи через и пропускную способность, или скорость протекания, что соответствует объему жидкости, протекающей через фильтр за единицу времени, и которая соответственно равна V/t. Когда данная жидкость проходит под давлением р через капиллярную трубку длиной I и диаметром d, пропускная способность по закону Пуазье будет равна:
где с — постоянная величина; μ — вязкость жидкости, зависящая от температуры.
Предполагая, что фильтрующий слой с поверхностью 5 и толщиной Е состоит из большого количества прямолинейных каналов, похожих на упоминавшуюся выше трубку длиной l, число которых на единицу площади обозначим через п, что для всей площади составит Sn, пропускную способность этого фильтрующего слоя можно определить по формуле
Считая для упрощения
, для данной фильтрующей поверхности, проходимой данной жидкостью при данной температуре, получаем
Совершенно ясно, что поры фильтра, образуемые промежутками между маленькими, плотно примыкающими одна к другой частицами или взаимно переплетающимися волокнами, не имеют правильной формы (за исключением мембран из сложных эфиров целлюлозы); другими словами, п и d представляют собой фиктивные величины, но, являясь средними данными, позволяют производить расчеты в первом приближении. Прежде всего, пропускная способность явно пропорциональна фильтрующей поверхности S. Кроме того, из опыта следует, что пропускная способность обратно пропорциональна толщине фильтрующего слоя.
Так, Дюкло испытывал пористую пластину толщиной 3,35 мм, которую он в дальнейшем уменьшил до 1,62 мм, и констатировал, что при отношении величин толщины 2,07 отношение значений пропускной способности было 2,06. Для тканей, намытых инфузорной землей, точность согласно этому закону достаточно хорошая; в одном из опытов, проведенных авторами, матерчатый фильтр площадью 63 см2 намывали постепенно возрастающими количествами инфузорной земли (2, 4, 8 г); продолжительность прохождения 1 л одного и того же вина при одном и том же давлении составляла соответственно (беря средние значения из нескольких опытов) 810, 1125 и 1995 с, из которой следует вычесть время прохождения жидкости через ткань, поддерживающую инфузорную землю, равное 480 с, в результате получаются окончательные значения: 330, 645 и 1515 с. Эти числа относятся между собой, как 1:1,95:4,59. Для асбестовых или целлюлозных фильтров проверка получается весьма приближенной, так как трудно создать однообразные слои одинаковой плотности по всей поверхности слоя.
С другой стороны, отношение скоростей прохождения двух разных вин или вина и воды было в идентичных условиях почти одинаковым с отношением их вязкостей. Количество проходящего через фильтр вина, имеющего вязкость 2 по отношению к воде, составляло лишь половину количества воды. Фактически вина при одинаковой температуре имеют относительно малые различия по вязкости, не оказывающие заметного влияния на пропускную способность фильтров. Когда температура повышается до 25°С, вязкость понижается почти наполовину, а пропускная способность возрастает в два раза.
Для тканевых фильтров, намытых инфузорной землей, пропускная способность грубо пропорциональна давлению. Если же фильтрующий слой образуется путем осаждения суспензии порошка целлюлозы или асбеста, такой слой уплотняется под давлением. Чем оно выше, тем больше становится пропускная способность, но это увеличение далеко не пропорционально повышению давления. Когда асбест и целлюлозу применяют в виде заранее изготовленных пластин, что сейчас стало общим правилом, во время фильтрации почти не происходит уплотнения слоя и пропускная способность бывает достаточно пропорциональной давлению. Известно также, что при фильтровании вин такими способами не рекомендуется применять высокие давления.
Проблемы забивания фильтров.
В данном случае рассматриваются вина, более или менее насыщенные частицами мути или слизями, вызывающими забивание фильтра. Забивание выражается в уменьшении пропускной способности по мере того, как частицы задерживаются на фильтрующей поверхности. Предыдущее отношение может быть записано в виде следующего равенства:
где D — величина, обратная пропускной способности или продолжительности протекания; t — время, необходимое для протекания единицы объема.
Значение этого отношения заключается в следующем. Прежде всего, фильтрующий слой с однородной структурой и толщиной Е можно рассматривать как образованный наложением двух фильтрующих слоев с толщиной Е1 и Е2, т. е. E = E1+E2, отсюда можно записать:
Другими словами, продолжительность прохождения жидкости через всю толщину слоя равна сумме отрезков времени прохождения через каждый из двух слоев, принимаемых за самостоятельный и фильтрующий, под одинаковым давлением р. Если сейчас рассматривать два наложенных один на другой фильтрующих слоя, имеющих толщину соответственно Е и Е' и состоящих из различных материалов с различными степенями проницаемости, которым соответствуют константы С и С', то можно написать:
Так, для фильтра, состоящего из ткани, на которую наложено намывное вещество, время, необходимое для прохождения сквозь эту систему, равно времени, необходимому для прохождения сквозь ткань и намывной слой, считая каждый отдельным слоем. Если вино содержит взвешенные частицы, которые свободно проходят через процеживающий фильтр, эти частицы, осаждаясь на фильтрующий слой, образуют новый наложенный слой. Толщина этого слоя возрастает по мере того как продолжается фильтрование пропорционально объему жидкости V, которая прошла сквозь фильтр. Иначе говоря, изменяющуюся толщину этого слоя можно выразить через kV, где k — постоянная величина, которая тем больше, чем мутнее вино и чем меньше проницаемость слоя, образованного взвешенными частицами.
Таким образом, закон аддитивности времен протекания записывается так: 
В этом соотношении выражение E/CSp означает длительность первоначального прохождения жидкости, когда V=0, которое в дальнейшем будет обозначаться через D0. Заменяя выражение
на К, не изменившееся
на протяжении всего времени фильтрации, получаем выражение продолжительности прохождения жидкости (величина, обратная пропускной способности) в момент, когда количество жидкости прошло сквозь фильтр: 
Даже относительно процеживающих фильтров можно было бы сделать некоторые оговорки. В частности, ниже будет показано, что забивающие коллоиды проникают на некоторую глубину внутрь фильтра, даже в мембраны, выполненные из коллодия. В целом предыдущее соотношение может иногда и не подтверждаться, но когда оно подтверждается, а это констатируют во многих случаях, можно считать, что задержание частиц происходит главным образом за счет наложения одного фильтрующего слоя на другой.
Когда пропускная способность начинает заметно понижаться, член KV уравнения, приведенного выше, относящийся к осадку, мути, становится доминирующим относительно постоянной величины D0, относящейся к самому фильтру. И тогда именно слой примесей регулирует пропускную способность, которая становится практически независимой от природы и проницаемости фильтрующего слоя.
Преимущества фильтров с непрерывным намыванием, которые вытеснили фильтровальные системы с периодическим нанесением фильтровального слоя, заключаются именно в невозможности образования задерживаемыми чужеродными частицами гомогенного слоя, пленки, малая пористость которой в конечном счете определяет пропускную способность фильтрующей поверхности.
Измерение интенсивности забивания фильтров.
Вина ведут себя весьма различно по отношению к одной и той же фильтрующей поверхности, применяемой в одних и тех же условиях. Некоторые вина очень мало закупоривают фильтры, и пропускная способность снижается постепенно. Другие забивают их очень быстро. Не существует никакой связи между интенсивностью помутнения вина и интенсивностью забивания той или иной фильтрующей поверхности. Существует также понятие «фильтруемость вина», которое обратно понятию «забивание». Не обязательно фильтруемость вина должна быть лучше, если оно более прозрачно.
Интенсивность забивания фильтров (фильтруемость вина) можно выражать относительно простыми единицами измерения. Так, показатель забивания (кольматажа) фильтра можно определять простыми способами, но позволяющими производить эффективные сравнения. Можно отмечать изменения пропускной способности с начала до конца фильтрования или строить кривые фильтрации. Именно метод измерения интенсивности забивания фильтров позволил выяснить природу наиболее забивающих веществ и их поведение при обработках, которым подвергается вино (Риберо-Гайон и Пейно, 1961). Эти авторы описали устройство, в котором используется воронка Бюхнера диаметром 4,5 см. В эту воронку помещен фильтрующий слой асбеста, работающий под легким разрежением (около 5 см рт. ст.). После пропитки фильтра вином измеряют продолжительность прохождения через него первых 50 см3 вина. Измерение возобновляют после пропускания 500 см3 вина. Для выражения способности к забиванию фильтра берут разность между продолжительностями прохождения (в секундах) первых 50 см3 и последних 50 см3 вина. Авторы установили, что эта разность в зависимости от вин может иметь самые различные значения (от нескольких секунд до 1000 и даже нескольких тысяч секунд у некоторых молодых вин). В настоящее время для таких измерений используют лабораторную аппаратуру, описанную выше (см. рис. 6.17 и 6.18). В зависимости от площади и природы слоя показания прибора могут относиться к более или менее значительным объемам.
Лоранти (1974) определял показатель кольматажа путем пропускания жидкости сквозь мембрану из сложного эфира целлюлозы площадью 3,9 см2 с порами 0,65 мкм (рис. 6.25). Давление устанавливают постоянное (2 бара). Время измеряют для двух последовательно пропускаемых фракций по 200 см3 или, лучше (Деску и сотрудники, 1976), для четырех фракций по 100 см3. Пусть
означают эти последовательные фракции, тогда показатель кольматажа будет равен 
. Поскольку при прохождении первой фракции возникает определенное торможение пропускной способности на новой мембране, авторы предусматривают видоизмененный показатель кольматажа, равный 
Дюбурдье и сотрудники (1976) проводили испытания при постоянном давлении 0,6 бар с фильтровальной бомбой на диатомите (см. рис. 6.18) и использовали источник сжатого азота. Барботаж этого газа в аппарат поддерживает фильтрующую добавку в состоянии суспензии.
Рис. 6.25. Аппарат для измерения показателя кольматажа фильтровальной мембраны (резервуар вместимостью 400 см3 под давлением, подложки мембраны площадью 4 см2).
Соответственна фильтруемой жидкости к бомбе приспосабливали поддерживающие диски, обеспечивающие различные площади рабочей поверхности (4,63 и 23,2 см2). C помощью данных девяти измерений объема и времени была построена кривая фильтрации. При отсутствии кольматажа, т. е. для более значительных намывов диатомита, чем производимых в обычной практике, графики в логарифмических координатах представляют собой прямые линии.
