Фильтрпрессы являются в настоящее время основными фильтрами в винодельческой промышленности и в корне отличаются от намывных фильтров.
В намывных фильтрах вся камера служит для неотфильтрованного вина. Сита, на которых отлагается фильтрующий слой, представляют собой в фильтре камеры для отфильтрованного вина. Каждый фильтр имеет определенную фильтрующую поверхность (выражаемую в квадратных метрах), изготовленную из тонкой и чувствительной металлической сетчатой ткани.
В фильтрпрессах нет ни общей камеры, ни камеры для нефильтрованного вина, а отдельные плиты составляют попеременно камеры неотфильтрованного и отфильтрованного вина. Так как плиты и фильтрующие пластины в фильтрпрессе наглухо прижаты одна к другой, образуется хорошо уплотненная система камер с круглым отверстием в выступе на входной стороне для вина, поступающего на фильтрацию, и камер отфильтрованного вина с каналом на выходной стороне.
Отдельные плиты в отличие от пустотелых сеток, представляют собой ребристые плиты с каналами между ребрами. Такие плиты гораздо прочнее, и процесс их изготовления значительно проще, чем у сеток. Только первый 30-сантиметровый обеспложивающий фильтр с круглыми элементами и плитами имел пустотелые сетки. Также и новые плиты из нержавеющей стали представляют собой пустотелые сетки или камеры.
Рис. 89. Отверстия в ребристых плитах:
1— сквозной прорез с отводом в раме (Эйцингера); 2—сквозное узкое окно с круглым отверстием вверху и внизу над и под пластиной (Шенка); 3—короткий щелевидный пролом с ребристыми вставленными пластинами из дерева (Страсбургера).
Кислотоупорность фильтрпрессам в настоящее время придают не серебрением, а тем, что отливают их из легкого металлического сплава, который затем покрывают защитным слоем. В то время как сетчатые элементы наплывных фильтров с их тонкими и грубыми сетками составляют пустотелые камеры, которые отделены от общей камеры нефильтрованного вина наплывшей фильтрующей массой, в ребристых плитах фильтрпресса камеры представлены канавками и вставленными в промежуточное пространство между двумя плитами асбестовыми пластинами (рис. 88, вверху). Весь фильтр составлен из последовательно чередующихся камер неотфильтрованного и отфильтрованного вина. Такое устройство фильтров имеет большое преимущество, так как можно увеличить или уменьшить производительность фильтра путем изменения количества плит и пластин, чего нельзя сделать в наплывных фильтрах.
Дальнейшим преимуществом фильтрпрессов является возможность пользоваться фильтровальными пластинами различной проницаемости (рис. 90, 92) в одном фильтре. Можно довести качество фильтрации до обеспложивающей способности. С другой стороны, можно путем вставки рам для инфузорной земли применить в крупных производствах фильтрпрессы полностью или частично в качестве намывных фильтров с инфузорной землей для осветления слизистых или тяжело осветляемых соков и молодых вин, вин типа вермута или для фильтрации дрожжей и т. д. Таким образом, фильтрпресс стал практически универсальным фильтром.
Возможно также и целесообразно при фильтрации очень мутных вин, мути и дрожжевых осадков применять рамы вместо камер, пользуясь различными пластинами, поскольку в этом случае создается больше полезного пространства, чем три установке ребристых плит.
Отдельные типы фильтров в настоящее время по своей конструкции и качеству не отличаются один от другого, разве только различным чередованием отверстий или окон в плитах (рис. 89), арматурой, устройством основания и закрепления центрального шпинделя.
Существенным преимуществом является также то, что вино в фильтрпрессах при закрытой фильтрации не соприкасается с воздухом и не требуется больше наплыва фильтрующей массы, а только возврат первых партий пропускаемого вина, помимо промывания.
Из небольших фильтров жидкость может быть почти полностью вытеснена до небольшого остатка мути. Если же выдавливать остатки вина водой, то и в больших фильтрах никаких потерь вина не наблюдается.
С другой стороны, зарядка и освобождение фильтрпрессов не всегда просты. Поскольку фильтрпрессы в настоящее время должны выдерживать давление до 4 ати, а специальные фильтры до 8 ати, большое значение приобретает выбор наиболее подходящих прокладочных колец для соответствующего типа фильтра во избежание протекания фильтра.
По этой причине устройство фильтрпресса значительно улучшено тем, что в настоящее время почти у всех фильтров с площадью от 20 до 40 м3 затвор осуществляется центральным шпинделем в различных вариантах вместо 4—6 боковых шпинделей с винтовой нарезкой. Только у больших фильтров (60 м2) по техническим соображениям сохранены 4 боковых шпинделя (рис. 60 и 96).
Чтобы разобраться в устройстве фильтрпресса, необходимо познакомиться с своеобразием ребристых плит. Как показано на рис. 88, поверхности этих нормальных плит разделены с обеих сторон в вертикальном направлении на ребра и бороздки. Эти ребра и каналы прерываются наверху и внизу у так называемых угловых круглых отверстий (окон) поперечными желобками или прорезями (рис. 89, 1, 2, 3). Желобки служат для равномерного распределения вина на поверхности плиты и, вместе со вставленными фильтрпластинами, представляют собою фактически камеру.
Вход и выход вина происходит через круглые отверстия, которые каналами соединяются с окнами (рис. 88, заштрихованная часть). Раньше выступы с круглыми отверстиями устраивались сбоку плит (Зейтц, Хилые), затем с целью лучшего вытеснения воздуха и опорожнения поместили их над плитой и под плитой (Шенк). Выпущенный в последнее время фирмой Зейтц фильтр марки Аристон Ζ имеет плиты с верхним круглым отверстием сбоку и с нижним под плитой. В зависимости от этого плиту с отверстиями устанавливают в сторону входа или выхода. С обеих сторон она становится камерой мутного или отфильтрованного вина вследствие того, что обе стороны соединены между собой окнами (рис. 90). Поэтому фильтрующие пластины должны быть установлены гладкой стороной к обеим поверхностям камеры фильтрованного вина и, следовательно, шероховатой стороной к обеим поверхностям мутного вина.
Из рисунков 88 и 90 видно, что окна с отверстиями соединены узкой прорезью (шлицом), расширяющейся в сторону окон. Этот соединительный канал в последнее время в фильтрах, выпускаемых фирмой Зейтц, расширен и на углах закруглен, что облегчает очистку этих частей фильтра. В связи с этим, правда, могут возникнуть потоки в том случае, если фильтр работает с небольшим количеством пластин и слишком высокой скоростью прохождения жидкости. Чтобы этого избежать, надо всегда пользоваться противодавлением и не следует фильтровать с большой скоростью.
Рис. 90. Разрез устаревшей модели фильтрпресса (Аристон) с поворотной камерой (боковое окно на стороне крышки, обращенной к мути): 1—подвижная крышка; 2—вторичный фильтр, вино первого фильтрования; 3—поворотная камера, предварительный фильтр; 4—камера чистого вина, вино второго фильтрования; 5—выход прозрачного вина; 6-камера мути; 7—вход мутного вина; неподвижная крышка. Система камер мути предварительного фильтра сильно пунктирована, система камер для прозрачной жидкости предварительного фильтрования и система камер мути вторичного фильтрования, соответственно их одинаковому значению, слабо пунктирована. Камера для прозрачного вина вторичного фильтрования не пунктирована, а—канал, связывающий мутную сторону с манометром; б— вертикальный канал, связывающий чистую камеру с поворотной камерой; в—канал, связывающий стороны прозрачного вина предварительного фильтра (соответствует стороне мути последующего фильтрования; г—крышка, закрывающая вход фильтра; д—расположение круглого отверстия в старых крышках.
Завод Шенка с целью избежать этих потоков в выпускаемых им фильтрах предусматривает очень узкие каналы, чтобы автоматически создать скоростной напор. Это устройство, однако, затрудняет очистку фильтров. В фильтре с площадью 60 м2 (рис. 108) можно среднюю часть открыть для лучшей очистки. Также и в фильтрах Гильге для очистки направляющих каналов можно открыть решетки окон.
Плиты фильтра ограничиваются несколько приподнятыми бортами (рис. 88,5), которые при завинчивании плит вместе создают замыкание. В собранном и завинченном фильтре между правильно установленными плитами образуется промежуточное пространство шириной около 4 мм, заполняющееся вставляемым фильтрующим слоем (пластиной) (рис. 88, вверху).
Входящее вино распределяется одновременно по всем камерам нефильтрованного вина, заполняет их, протекает через установленные фильтрующие слои, внутри и на поверхности которых задерживается муть.
Правильная установка собранного фильтра зависит от двух условий: во-первых, пластины должны быть достаточно плотно сжаты, но не чрезмерно, так как в этом случае они впрессуются в каналы и затормозят (замедлят) скорость прохождения вина, и, во-вторых, уплотнительные кольца должны быть правильно установлены у отверстий.
Рис. 91. Фильтровальная плита Зейтца 1 и стальная плита без покрытия лаком 2.
Заводы, выпускающие фильтры, маркируют соответствующие плиты и уплотнительные кольца краской. Для крайних плит или крышек предусматриваются большей частью специальные уплотнительные кольца.
Выпускаемые до настоящего времени плиты фильтров изготовляют из сплава алюминия и покрывают антикоррозийным лаком. Такие плиты не в состоянии продолжительное время противостоять механическим воздействиям (пропарке, давлению, ударам). Недостаточно стойким является этот лак, так же как и сам сплав, по отношению к щелочи.
Выпущенные заводами Зейтца в 1954 г. так называемые плиты Сеталь из особого сплава не имеют этих недостатков (рис. 91).
Плиты из искусственных (синтетических) материалов (миполам и др.) не оправдали себя на практике и в винодельческой промышленности не применяются. При стерилизации их нельзя подвергать пропарке. Для стерилизации их надо ополаскивать в течение 5 мин. 1,5%-ным раствором сернистого ангидрида, что отрицательно отражается на металлических частях фильтрпресса.
Пластины из высококачественной стали, применяемые в отдельных отраслях промышленности, слишком дороги. Они были бы, однако, идеальными фильтрующими плитами. Они не представляли бы систему каналов, а фильтрэлементы, у которых к пустотелой раме привинчены две сетчатые пластинки, легко поддающиеся очистке и облегчающие равномерное распределение фильтрата.
Поворотная камера в фильтрпрессе (рис. 90 и 92) дает возможность проводить две фильтрации в одном рабочем процессе: предварительную и окончательную на одном и том же фильтре. В данном случае фильтр должен состоять из 12, а лучше из 20 плит.
Соотношение, в котором должны быть установлены плиты, 3:1 (т. е. примерно 9 плит предварительной фильтрации и 3 плиты обеспложивающей), или 3 :2 (соответствующее 6 плитам и 4), или 2:1, зависит всецело от поставленной задачи фильтрации и свойств вина.
Преимущество наличия поворотной камеры заключается в лучшем использовании фильтровальных пластин. Схема работы показана на рис. 90. Здесь поворотная камера составляет последнюю камеру мутного вина предварительной фильтрации. Предварительно отфильтрованное вино направляется не на выход, а назад — на обеспложивающую (окончательную) фильтрацию. Для этого нормальный выход вина из фильтра закрывается крышкой г. Поворотная камера, с одной стороны, служит камерой мутного вина, с другой — камерой отфильтрованного. Таким образом, направление вина в фильтре окончательной фильтрации противоположно направлению в фильтре предварительной фильтрации. На это обстоятельство необходимо обратить особое внимание при сборке фильтра. В случаях, если крышки фильтра представляют собой камеры для мутного вина, установка плит производится по четным номерам, а если крышка является камерой отфильтрованного вина,— по нечетным номерам (рис. 90 и 92). Так же необходимо поступить, если передняя крышка является камерой отфильтрованного вина, а задняя — мутного.
Крышки или торцовые стенки фильтров изготовляются особенно прочными. В принципе они одинаковы, в действительности же они имеют одно характерное отличие. В старых фильтрах типа Аристон внутренняя поверхность крышки была камерой для мутного вина, в новых конструкциях — она служит камерой для отфильтрованного вина (рис. 90 и 92). В некоторых других конструкциях фильтров передняя стенка выполняет функцию камеры отфильтрованного вина, а задняя — мутного; в этих случаях количество вставляемых плит нечетное. В фильтрах под давлением крышки служат прессующими плитами и в процессе фильтрации не участвуют. Ребристая плита, вставленная в этих фильтрах, образует полукамеру.
Рис. 92. Разрез через фильтрпресс с поворотной камерой (Зейтц — Аристон) с угловым окном О на стороне профильтрованного вина.
Проходы, образующиеся в собранных фильтрах сквозь верхние и нижние отверстия на стороне мутного и отфильтрованного вина, связаны, в свою очередь, между собой вертикальными трубами. В фильтрпрессах старой конструкции большей частью это достигается вертикальным соединением труб, устанавливаемых в крышке (рис. 90), а в новых конструкциях — вне крышки (рис. 93), или вертикальное соединение труб совсем отсутствует (рис. 97). Вырезанный в крышке канал у фильтров некоторых типов очень трудно поддается чистке. В нем с течением времени отлагается толстый слой мути и дрожжей. Периодическая их очистка обязательна, тем более, что грязь не видна и обнаружить ее можно только по влиянию на вкус вина.
Безусловно, следует предпочесть внешнее соединение потому, во-первых, что оно состоит из гладкой трубы, и, во-вторых, что его легко можно чистить бутылочными щетками. Из этих соображений конструкция, показанная на рис. 108, лучше, чем показанная на рис. 96.
Арматура фильтра состоит из входных и выходных вентилей, смотровых стекол, манометров и спускных или продувных кранов.
Среди входных вентилей больше распространен не кран, а прямоточный вентиль, чтобы можно было отрегулировать скорость прохождения вина точнее и без толчков (рис. 93).
Гильге применяет в этих случаях особый чувствительный регулирующий вентиль, который поддается пропарке, противостоит действию инфузорной земли и может быть использован как регулятор давления и как быстродействующий затворный прибор.
Зейтц применяет в своем фильтре Зенит (общей площадью 40 м3) (рис. 93) второй прямоточный вентиль в вертикальном соединении при входе в фильтр, которым может быть закрыт верхний ряд, образуемый круглыми отверстиями, через которые проходит мутная жидкость (вход густой мутной жидкости предусмотрен только снизу).
Смотровые стекла располагали раньше в тупике, не на линии прохода жидкости. В настоящее время они показывают степень осветленности вина в потоке.
В фильтрах завода Колумбит они расположены в вертикальных трубчатых соединениях, смонтированных спереди крышки фильтра (рис. 98).
В последнее время в некоторых фильтрах рядом с входным вентилем устанавливается дополнительный вентиль, предназначенный для выпуска воздуха из шлангов (рис. 93).
Выпускной вентиль в фильтрах Зейтца смонтирован на крышке с другими приборами в группе, включающей смотровое стекло, входной вентиль для предварительной фильтрации и вентиль для осветленного вина, вентиль для соединения с паропроводом и пробный кран. По желанию заказчика завод Зейтца устанавливает счетчик при выходе из фильтра (рис. 93).
Рис. 93. Оборудование арматурой Зейтц—Зенит. Два косых входных вентиля (оправа внизу) с вентилем для выпуска воздуха из шланга. Блок из арматур у выхода из фильтра (слева вверху) с вентилями для предварительно отфильтрованной и полностью отфильтрованной жидкости и присоединяющими пар. Два добавочных боковых вентиля для центрального стержневого выключения.
Завод Гильге выпускает фильтры с закрытой отвинчивающейся арматурной головкой, устанавливаемой на крышке фильтра. Для более действенного контроля фильтрации через инфузорную землю завод изготовляет с 1954 г. по специальному заказу так называемую контрольную арматуру Секура (рис. 94 и 95). Эта арматура состоит из освещаемого смотрового стекла, установленного в вертикальном трубчатом соединении в направлении прохода жидкости и состоящего из двух частей, предназначенных соответственно для мутного и для осветленного вина. Первая оптически показывает наслоение камер фильтрующей массой, а вторая — по рассеянию лучей (эффект Тиндаля) наличие коллоидных частиц, остающихся еще в фильтрате. На выходе струи установлен счетчик. Описанная арматура, применяющаяся в основном при фильтрации пива, значительно облегчает контроль процесса фильтрации.
Рис. 95. Автоматическое управление при фильтрации при помощи прибора Гильге (гильгематик), установленного при входе вина справа. Фильтр Рекс имеет центральный шпиндель и закрытую арматурную головку на крышке.
Рис. 94. Контрольная арматура для фильтрования инфузорной землей.
В фильтрах с ребристыми плитами, с непрочными поверхностными фильтрующими слоями характерным является отделение волокон фильтрующего слоя. Ребристые плиты со своими бороздками шириной 2 мм способствуют этому в большей степени, чем гладкие сита. Отделение волокон зависит главным образом от применяемого давления. Необходимо учесть, во-первых, что давление имеется только в камере мутного вина и лишь в случае противодавления — в камере отфильтрованного вина, и, во-вторых, то обстоятельство, что многие фильтрующие пластины при чересчур высоком давлении в камере давления довольно глубоко впрессовываются в бороздки камер отфильтрованного вина (рис. 88, верхний). Вследствие этого наружные слои фильтрующей массы рвутся, и протекающее в этом узком пространстве вино увлекает с собой волокна. Чрезмерное вдавливание фильтрмассы в бороздки происходит и в том случае, если уплотнительные кольца ослаблены, что отражается также на производительности фильтра.
Для устранения волокон устанавливают ловушки, или, лучше, вставляют впереди на стороне отфильтрованного вина специальную пластину системы Шенка для придания прочности, или применяют фильтрующие слои из прочной массы.
В связи с этим заводы указывают для каждого вида фильтров максимальное давление. Применение более высоких давлений без соответствующего противодавления особенно опасно у обеспложивающих фильтров. Вина, содержащие значительное количество углекислого газа, также целесообразнее фильтровать с противодавлением в 3—4 м вод. ст. Может случиться, что в противном случае выделяющийся углекислый газ будет вспучивать пластины и сделает их излишне проницаемыми. В фильтрах с двумя манометрами противодавление можно установить прямо по манометрам. При одном манометре можно установить разницу в давлениях при свободном и при заторможенном вытекании жидкости. Если, например, давление в фильтре при свободном вытекании равно 6 м, а после заторможения — 9 м, то противодавление равняется 3 м. Также и при более высоких давлениях, к примеру: 10 м до торможения и 13 м после торможения, противодавление составляет 3 м вод. ст.
Производительность фильтра зависит в основном от равномерности давления. Если оно неравномерно или наблюдаются большие перепады давления, толчки, отдача толчков (при наполнении или противодавлении), то производительность фильтра и качество фильтраций резко снижаются.
Завод Гильге выпустил в 1952 г. электрический автоматический регулятор давления (гильгематик), который может быть установлен на фильтре в виде дополнительного прибора. Регулятор обеспечивает выпуск воздуха из шлангов и всей системы фильтра, регулирует по заранее установленным параметрам давление во время процесса фильтрации и автоматически выключает фильтр (рис. 95).
Вследствие специального устройства ребристых фильтров к заводам-изготовителям предъявляются следующие четыре требования: во-первых, плиты должны находиться в одной плоскости, что в начале работы почти всегда и бывает; во-вторых, их поверхность должна быть гладкой, с округленными ребрами, без острых граней и углов или пузырьков лака; в-третьих, ребра должны быть расположены на равных расстояниях одно от другого и на одинаковой высоте; дефектов литья быть не должно. В особенности это касается окон, которые не отливают вместе с плитами, а изготовляют отдельно. Наконец, в-четвертых, соединительный канал между окном и круглым отверстием должен также быть изнутри возможно более гладким. Расстояние между ребрами и бороздками должно быть одинаковым. Это объясняется условиями давления: фильтрующая пластина чаще всего продавливается и прежде всего повреждается и срывается в тех местах, где ребра наиболее удалены друг от друга. Из этих соображений и целесообразность поперечных канавок в некоторых плитах возбуждает сомнение.
Современные фильтрпрессы изготовляют на давление до 5—8 ати, чтобы их можно было использовать также при изобарическом перекачивании или при розливе игристых вин после брожения в акратофорах или шипучих вин, для фильтрации дрожжей в напорных танках и других жидкостей, находящихся под давлением. Поэтому эти фильтры снабжены особенно прочными крышками, укрепленными резиновыми уплотнительными кольцами и особыми прижимными приспособлениями.
Рис. 96. Универсальнее фильтрпресс Зенит Зейтца с центральным шпинделем и 4 ходовыми валиками, напорной крышкой и современным набором арматуры.
Прижимные приспособления. Фильтры старых моделей и большие, с поверхностью 60 м2, надо закреплять стягивающим винтом, а для большинства современных фильтров применяют центральные нажимные винты различных конструкций, из которых каждая имеет свои преимущества (рис. 96— 98).
Наиболее практичными на производстве оказались фильтры с плитами величиной 40X40 см, способные, в зависимости от назначения, работать с 5—60 пластинами. К этому типу принадлежат модели Аристон и Зенит завода Зейтца, Оптимус завода Колумбит и др. Фильтры меньшей величины вследствие их подвижности особенно подходят для небольших подвалов, для фильтрации вин в бочках емкостью до 120 дкл и для розлива в бутылки.
Рис. 97. Фильтрпресс Гном 224 Шенка (фильтр 20 см с 24 рамами); хорош для стерильного розлива в бутылки вина, находящегося в бочках емкостью до 120 дкл, с равномерным истечением благодаря хорошему распределению входящей жидкости.
Рис. 98. Фильтрпресс (40 м2) Оптимус завода Колумбит с нагрузкой до 60 пластин или для фильтрации через слой инфузорной земли, до 20 рам. Центральный шпиндель; смотровые стекла смонтированы на восходящих трубах.
Фильтры большей величины с количеством рам больше 20 предназначаются для крупных производств и одинаково хороши для комбинированной фильтрации с обходной камерой, включая фильтрацию с инфузорной землей.
В большинстве случаев виноделы предпочитают приобретать слишком малые фильтры, т. е. с небольшим количеством рам. В результате, пользуясь такими фильтрами, их почти всегда перегружают, что отрицательно отражается на качестве фильтрации. Фильтрующие слои в этом случае повреждаются гораздо чаще, чем в фильтрах с большей общей поверхностью. Кроме того, через большой фильтр проходит часто больше вина, чем его содержится в бочке в 60 или 120 дкл, и фильтрация через большие фильтры выгоднее.
Хорошо оправдали себя в производстве для фильтрации вин в бочках вместимостью 60 и 120 дкл фильтры размером 20X20 см типа Гном завода Шенка (рис. 97) или типа Пилот завода Зейтца. К этому типу относится и фильтр 32X32 см типа Регулус завода Гильге. Производительность этих фильтров часто недооценивается. Благодаря удачной технике потока и продуманной конструкции они оказались очень хорошими, выгодными при розливе в бутылки и особенно надежными для обеспложивающей фильтрации. Удобство пользования ими представляет особый интерес для небольших производств. Они хороши и для фильтрации жидкостей с повышенным содержанием спирта и вообще для небольших количеств вина. Фильтрующую поверхность можно увеличить до 24 рам, что по площади соответствует фильтру размером 40 м2 с 6 рамами, но превосходит его по производительности, так как технически выгоднее пропустить вино одновременно через 24 небольших поверхности, чем через 6 больших. Хотя общая величина фильтрующей поверхности в обоих случаях одинакова, но распределение жидкости в первом случае лучше.
Фильтры с поверхностью 60X60 см (Зенит Зейтца и т. п.) предназначены для больших предприятий. Производительность этих фильтров очень значительна, и они выгодны для фильтрации ординарных бочковых вин (рис. 108).
В известных случаях, применяя инфузорную землю, можно сделать выбор между осветляющей центрифугой, иногда проще выполняющей задачу предварительного осветления и фильтром с 60 рамами. В большинстве случаев это вопрос о многостороннем использовании аппаратов.
