СПОСОБ ФИЛЬТРАЦИИ НАПИТКОВ И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ УСТАНОВКА
METHOD FOR BEVERAGES FILTRATION AND CORRESPONDING INSTALLATION

Данное изобретение относится к способу и установке для процеживания напитков, тип которых указан в ограничительной части пунктов 1 и 11 формулы изобретения. В частности, изобретение относится к способу и установке для процеживания вина путем фильтрации.
Напитки, получаемые из фруктов или зерна, как правило, содержат суспензионные включения, которые либо представлены в жидкости в виде коллоида, либо осаждаются на дно емкости в виде осадка.
Согласно известному уровню техники при процеживании вина, поступающего из бродильного танка, вино принято обрабатывать отдельно от осадка (так называемого отстоя), находящегося в нижней части танка.
Для процеживания вина используют, например, фильтрационные установки. Отстой или осадок обрабатывают отдельно или вообще сливают, поскольку существующие фильтрационные установки предназначены для обработки только вина, но не отстоя или осадка, которые имеют гораздо большую по сравнению с вином долю суспензионных включений. Лишь в случае очень больших винодельческих предприятий иногда бывает целесообразно использовать для процеживания отстоя отдельную линию обработки, позволяющую получать из этого отстоя по меньшей мере вино невысокого качества. На небольших винодельческих предприятиях данная процедура не имеет смысла по причине высоких затрат.
Соответственно, задача настоящего изобретения состоит в устранении обозначенной выше проблемы.
Согласно изобретению поставленная задача решена путем создания объектов, раскрытых в пунктах 1 и 11 формулы.
В пункте 1 раскрыта фильтрационная установка для процеживания мутного напитка, в частности мутного вина, поступающего из по меньшей мере одного танка, в котором образовался дрожжевой отстой, путем тангенциальной фильтрации, отличающаяся наличием: (а) первого фильтрационного контура, имеющего по меньшей мере один фильтрационный модуль, содержащий по меньшей мере один или более фильтрующих элементов с каналами первого диаметра, (б) предпочтительно параллельный ему второй фильтрационный контур, имеющий по меньшей мере один фильтрационный модуль, содержащий по меньшей мере один или более фильтрующих элементов с каналами второго диаметра, который больше первого диаметра.
В пункте 11 раскрыт способ фильтрации мутного напитка, в частности мутного вина, поступающего из по меньшей мере одного танка, в котором образовался отстой, посредством установки по одному или нескольким пп.1-10, причем (а) либо (а1) мутный напиток процеживают в первом фильтрационном контуре, содержащем фильтрационные модули, имеющие каналы меньшего диаметра, и выводят его, либо (а2) мутный напиток процеживают параллельно в обоих фильтрационных контурах, содержащих фильтрационные модули, имеющие каналы меньшего диаметра, и фильтрационные модули, имеющие каналы большего диаметра, и выводят его; (б) затем нефильтрованную жидкость, оставшуюся после этапа (а), и/или отстой мутного напитка процеживают во втором фильтрационном контуре, содержащем фильтрационные модули, имеющие каналы большего диаметра, и выводят их.
Поскольку в соответствии с изобретением в фильтрационную установку встроен по меньшей мере один второй фильтрационный модуль, содержащий один или более фильтрующих элементов, проточные каналы которых имеют больший диаметр, чем проточные каналы фильтрующих элементов первого фильтрационного модуля, становится возможным не только процеживать обрабатываемое вино в фильтрующих элементах с каналами меньшего диаметра, но и отфильтровать нефильтрованную жидкость и/или отстой, а именно в фильтрационных модулях с каналами большего диаметра. Такое техническое решение является предпочтительным, поскольку получаемый в этом случае фильтрат благодаря его свойствам, как правило, все еще можно продавать как вино.
Благодаря наличию модулей с каналами большего диаметра также становится возможным отфильтровать отстой, имеющий значительно более высокую вязкость, чем обрабатываемый мутный напиток. По завершении фильтрации вязкость этой "пастообразной" концентрированной/нефильтрованной жидкости, оставшейся при фильтрации отстоя, может более чем в 10 раз (например, в 30 раз) превышать вязкость фракции, оставшейся при фильтрации вина.
При этом оба фильтрационных модуля могут совместно использовать одно и то же периферическое оборудование (насосы, управляющие устройства и т.д.), которые в любом случае должны иметься в фильтрационной установке даже для одного фильтрационного контура.
Таким образом, по сравнению со случаем использования дополнительной отдельной установки для обработки отстоя данное изобретение дает существенные экономические выгоды.
В предпочтительном случае в установке предусмотрены средства переключения между первым и вторым фильтрационными контурами, преимущественно клапаны или перекидные колена.
Предпочтительные варианты изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы.
Далее изобретение описано более подробно на примере одного из его вариантов, раскрытого со ссылкой на чертежи.
На чертежах показано следующее.
Фиг.1 схематично изображает предложенную фильтрационную установку для процеживания вина.
Фиг.2a и 2b изображают сечения двух разных мембранных фильтрационных модулей.
Фиг.3 изображает примерные графики изменения во времени расхода фильтрата и трансмембранного давления в конце фильтрации.
Фиг.4 изображает примерные графики изменения во времени объема фильтрата, расхода фильтрата и трансмембранного давления в конце фильтрации.
На фиг.1 схематично изображена предложенная фильтрационная установка для процеживания вина путем тангенциальной фильтрации.
Эта фильтрационная установка в предпочтительном случае оснащена питающим баком 1, который подсоединен к ней выше по ходу потока и имеет в верхней части цилиндрическую, а в нижней части - коническую форму. В питающий бак загружают обрабатываемую суспензию, например мутное вино из бака или дрожжевой отстой из бродильного танка (бродильный танк на чертеже не показан).
В данном случае питающий бак 1 сообщается с фильтрационной установкой 4 через первый трубопровод 2, предпочтительно подсоединенный к верхней части питающего бака 1, и второй трубопровод 3, предпочтительно подсоединенный к нижней точке конической части бака 1.
Трубопровод 3 используется в качестве подводящего трубопровода, подающего мутное вино из питающего бака в фильтрационную установку 4. Верхний трубопровод 2 представляет собой обратный трубопровод, возвращающий фильтрат из фильтрационной установки 4 в питающий бак 1 (при чистке, см. ниже). В данном случае к трубопроводу 3 подсоединен питающий насос 5, при помощи которого суспензию можно направлять в фильтрационную установку 4.
Фильтрационная установка имеет несколько фильтрационных модулей 6, 7 (предпочтительно два или более). Фильтрационные модули 6, 7 предпочтительно включают в себя один или более фильтрующих элементов с керамическими мембранами, эксплуатируемых в режиме тангенциальной фильтрации.
С этой целью каждый фильтрующий элемент содержит одно или более керамических тел 8 (см. фиг.2), которые предпочтительно имеют прямую трубчатую форму. Сквозь эти тела проходят каналы 9, 10, пропускающие через себя процеживаемую суспензию.
Фильтрационная установка 4, 5 содержит по меньшей мере два (в данном случае ровно два) фильтрационных контура 11, 12. Для поддержания требуемого потока 11, 12 жидкости в этих двух контурах 11, 12 предусмотрен насос 13, используемый совместно обоими контурами.
Суспензия, поступающая из подводящего трубопровода 3, сначала попадает в насос 13.
Затем суспензия при помощи насоса 13 подается либо в первый фильтрационный контур 11, либо в параллельный ему второй фильтрационный контур 12, либо параллельно в оба контура 11, 12.
Первый фильтрационный контур образован по меньшей мере следующими компонентами: трубопровод 14 с клапаном 15, по меньшей мере один фильтрационный модуль 6, подсоединенный за трубопроводом 14, трубопровод 16 с клапаном 17 и трубопровод 18 с клапанами 19, 20, причем трубопровод 18 в свою очередь сообщается с трубопроводом 13.
Второй фильтрационный контур 12 образован по меньшей мере следующими компонентами: трубопровод 18 с клапанами 19, 20, трубопровод 21 с клапаном 22, один или предпочтительно несколько фильтрационных модулей 7 и трубопровод 23 с клапаном 24, причем трубопровод 23 в свою очередь сообщается с трубопроводом 18.
Кроме того, предусмотрен подводящий трубопровод 25, предназначенный для подачи такой текучей среды, как газ. В данном случае этот трубопровод выходит в трубопровод 18.
Также предусмотрен отводящий трубопровод 26, предназначенный для вывода фильтрата из фильтрационных модулей 6, 7. В отводящий трубопровод 26 встроен клапан 27. Если этот клапан открыт, трубопровод 26 сообщается с обратным трубопроводом 2, ведущим к питающему баку, вследствие чего фильтрат можно подавать обратно в питающий бак 1, например во время чистки.
С отводящим трубопроводом 26 сопряжено чистящее устройство 28, обеспечивающее чистку фильтрующих элементов.
Существенным в изобретении является то обстоятельство, что в двух разных фильтрационных контурах 11, 12 установлены фильтрующие элементы (предпочтительно керамические элементы) по меньшей мере двух разных типов, имеющие каналы 9, 10 по меньшей мере двух различных диаметров.
Процеживаемая суспензия течет через каналы 9, 10 по мембране 8 фильтрующих элементов, при этом часть потока проходит через мембрану 8 как фильтрат и выводится с носителем (отводящий трубопровод 26).
В предпочтительном случае фильтрационный модуль 7 содержит один или несколько фильтрующих элементов, в частности керамических элементов, с большим диаметром каналов, а фильтрационный модуль 6 - один или несколько фильтрующих элементов, в частности керамических элементов, с меньшим диаметром каналов.
В фильтрационном модуле 7 контура 12 предпочтительно предусмотрен только один фильтрующий элемент с каналами 9 большего диаметра, в то время как в контуре 12 предусмотрено несколько, например шесть, фильтрующих элементов с каналами меньшего диаметра. Это соотношение зависит от размера фильтрационной установки.
Например, каналы 9 фильтрующих элементов первого фильтрационного модуля 6 могут иметь диаметр менее 23 мм, в частности 1-2 мм, в особенности предпочтительно 1,3 мм (см. фиг.2а).
Напротив, каналы 10 по меньшей мере одного фильтрующего элемента второго фильтрационного модуля 7 могут иметь диаметр более 6 мм, предпочтительно 8 мм (см. фиг.2b).
Данная установка функционирует следующим образом.
Процеживаемое вино подают из питающего бака 1 в насос 13 фильтрационной установки 4 посредством подводящего трубопровода 3 и насоса 5.
Мутное вино содержит такое количество твердых веществ, что его можно процедить лишь в фильтрационном контуре 11, содержащем фильтрационные модули 6, имеющие фильтрующие элементы с каналами 9 меньшего диаметра.
Поэтому процеживаемое, пока еще мутное, вино А при помощи насоса 13 сначала направляют в первый мембранный фильтрационный модуль 6 через мембранную поверхность каналов 10 первого мембранного фильтрационного модуля 6. При этом вино предпочтительно перетекает со сравнительно низкой скоростью, предпочтительно составляющей приблизительно 1-4 м/с, преимущественно 2 м/с. Фильтрат, т.е. в данном случае очищенное вино, выводят посредством отводящего трубопровода 26.
Для предотвращения закупорки пор мембран предусмотрено чистящее устройство 26, которое в предпочтительном случае представляет собой устройство обратной промывки, установленное на отводящем трубопроводе 26.
Посредством этого устройства фильтрат можно периодически подавать в обратном направлении, в результате чего поры мембранной поверхности в первом мембранном фильтрационном модуле 6 станут снова незакупоренными.
В зависимости от способности вина к фильтрации процесс фильтрации может продолжаться в течение нескольких часов, вплоть до нескольких дней. После фильтрации мембранную поверхность путем чистки снова приводят в исходное состояние.
Во время опорожнения установки при помощи инертного газа фильтрационный контур 12, содержащий фильтрационные модули 7 с каналами 10 большего диаметра, можно использовать для заключительной фильтрации содержимого первого фильтрационного контура 11, содержащего фильтрационный модуль 6 с меньшим диаметром каналов, причем если клапан 17 закрыт, все содержимое выдавливается в фильтрационный модуль 7 через мембраны этого модуля, при этом можно получить дополнительное количество процеженного вина, например, от 20 до 30 литров.
Кроме того, после процеживания мутного вина предпочтительно процеживать отстой из бродильного танка.
Для этого отстой направляют во второй фильтрационный контур 12, оснащенный фильтрационными модулями 7. Переключение между первым и вторым фильтрационным контуром осуществляют путем соответствующего управления или путем переключения клапанов в этих контурах.
Отстой направляют через мембранные поверхности или каналы 10 фильтрационного модуля 7 с каналами большего диаметра, т.е. через второй фильтрационный контур. Первый фильтрационный контур 6 при этом закрывают, чтобы он не засорился. Фильтрат, полученный в результате этой фильтрации, выводят через отводящий трубопровод 26. Как правило, этот фильтрат все еще имеет настолько высокое качество, что его можно продавать как вино или подвергнуть дополнительной обработке. Это является существенным преимуществом, особенно для небольших предприятий.
При процеживании мутного вина, т.е. не нефильтрованной жидкости и/или отстоя, могут быть открыты оба фильтрационных контура 11, 12, так что вино будет протекать также и через фильтрационный модуль 7. В результате работа данной установки не ухудшается, а скорее оптимизируется. Однако при обработке нефильтрованной жидкости, отстоя и т.д. первый фильтрационный контур закрывают.
Чтобы очистить фильтрационную установку, после опорожнения или прекращения работы установки можно при помощи инертного газа опорожнить отдельные мембранные фильтрационные модули, при этом жидкость, которая остается в фильтрационном контуре и в обычных установках представляет собой мертвый объем, можно направлять в последующую обработку через второй мембранный фильтрационный модуль 7.
Во время фильтрационного процесса целесообразно использовать керамические мембранные фильтрующие поверхности, поскольку такие фильтрационные модули имеют особенно большой срок службы.
Согласно альтернативному варианту изобретения вместо концентрации винного отстоя и процеживания вина можно процеживать отстой соков и других напитков, содержащих твердую фазу, или концентрировать их отстой.
Еще одно преимущество предлагаемой фильтрационной установки следует из рассмотрения фиг.3 и 4.
На фиг.3 показана характеристика при опорожнении установки после фильтрации 60 гл, где РФ - расход фильтрата, а ТМД - трансмембранное давление.
На фиг.4 показано соответствующее опорожнение при фильтрации 120 гл, где ОФ - объем фильтрата, РФ - расход фильтрата, ТМД - трансмембранное давление.
2
Таким образом, на обоих графиках (см. фиг.3 и 4) показано опорожнение установки под давлением при помощи CO с целью дальнейшего уменьшения потерь. По окончании фильтрации в установке все еще имеется остаточный объем, который следует использовать. Для этого установку опорожняют под давлением при помощи инертного газа, но из-за недостатка перепуска поток нарушается относительно быстро. Приведенные диаграммы иллюстрируют опорожнение установки под давлением после фильтрации в течение 4-5 часов и 10 часов, чтобы имитировать ухудшение фильтра. Эти диаграммы доказывают, что опорожнение под давлением при помощи газа возможно.
Перечень номеров позиций
Питающий бак
1
Трубопровод
2
Трубопровод
3
Фильтрационная установка
4
Питающий насос
5
Фильтрационные модули
6, 7
Керамические тела
8
Каналы
9, 10
Фильтрационные контуры
11, 12
Насос
13
Трубопровод
14
Клапан
15
Трубопровод
16
Клапан
17
Трубопровод
18
Клапаны
19, 20
Трубопровод
21
Клапан
22
Трубопровод
23
Клапан
24
Подводящий трубопровод
25
Отводящий трубопровод
26
Клапан
27
Чистящее устройство
28