硅藻土与板框过滤

硅藻土与板框过滤冯东方 王永 张尧（中国江苏三得利食品有限公司 222023）摘要：目前世界上使用的助滤剂中，硅藻土助滤剂占75%-80%，我国啤酒的第一级过滤大多采用硅藻土过滤。它的特点是能有效除去液体中1微米甚至0.1微米的微粒或微生物。由于硅藻土的种类复杂和多孔性，硅 藻土制品具有较好的过滤性能与吸附性能，是近代啤酒工业用的最广泛的一种助滤剂。而板框过滤机由于 其结构简单，操作方便，容易控制浊度,废硅藻土排放用水较少等优点在国内啤酒过滤中被广泛应用。本 文将对硅藻土（矿床）的形成、性质、制成助滤剂的加工等并结合我公司板框过滤机使用硅藻土助滤剂的具 体情况进行说明。【关键词】 助滤剂 硅藻土 板框过滤1. 硅藻土的性质1.1 硅藻是一种古代单细胞水生植物藻类，硅藻土是硅藻和其它微生物生物化学沉积成 的硅质沉积岩化石。我国硅藻土矿床大多形成于第三纪和第四纪，且与玄武岩密切共生。 中国硅藻土矿产资源较丰富，资源量在20亿吨以上，位居世界前列。以吉林省矿床数最多，储量也最多， 属于优质土。1.2 硅藻土的化学组成原硅藻土主要化学成份：SiO 6373 %、AI0 1317%、Fe O 2.81 5%、CaO 0.4%、，MgO 0.9%、22 32 3KO2.1%、NaO 0.44%、TiO 0.65%、P O和有机质。助滤剂硅藻土 Si O含量通常80%左右，最高可达94%。2222 52优质硅藻土的氧化铁（Fe2O3）含量一般为11.5%，氧化铝（AI2O3）含量为38%。PH值6.5-7.5。化学 稳定性高，除溶于氢氟酸以外，不溶于任何强酸，但能溶于强碱，不会对啤酒的风味产生不利的影响。1.3 硅藻土的物理特点硅藻土在显微镜下观察，有各种形状，如圆盘状、针状、筒状、羽状等。助滤剂样品应是白色、淡 黄色或浅红色粉末，它的特点是具有多孔结构、高孔隙率、密度低、质软、比表面积大、吸附性能强、悬 浮性能好、无毒和无味等。松散密度为0.3-0.5g/cm3,莫氏硬度为11.5 （硅藻骨骼微粒为4.5-5ym）,孔 隙率达80-90%，能吸收其本身重量1.5-4倍的水，是热、电的不良导体，熔点1650-1750。1.3 助滤剂硅藻土的加工 天然硅藻土含有有机物、沙石、粘土、可溶性碳酸盐和铁等，这些物质都必须充分煅烧除去，才能 用做过滤介质，硅藻土焙烧品加工通常是将矿石粉碎后在转炉内600800C高温焙烧，再用旋风分离器筛 选分成不同的“粒级”，根据煅烧温度和“粒级”分别收集，就得到容易渗透的“细硅藻土”和“中硅藻 土”如果在添加流体材料（如碳酸钙）的情况下，1000C高温下，将已经煅烧了的硅藻土再次焙烧使之 粘合在一起，形成较大的颗粒，这就是白色的粗硅藻土。硅藻土助滤剂的主要过滤性能指标有：渗透率 （Darcy）、真密度（g/cm3）、不变堆密度（g/ml）等。2 啤酒板框过滤：2.1 过滤原理：流体过滤的达赛（Darcy）公式PAQ=巾Ln其中：Q 流量（ml/s） ; n 黏度（PaS） ;P压差（Pa） ;L 一 过滤介质厚度（cm） ;A 过 滤面积（cm2）;巾一过滤介质的透性系数（Darcies）上式说明，过滤速度与压差、过滤面积成正比，与流体黏度和过滤介质厚度成反比。2.2 板框过滤机板框式硅藻土过滤机由多组滤板和滤框交替排列而成，板与框用机架支撑，在滤板的两边覆盖以过滤 纸板，板和框之间彼此密封，过滤机压紧后在两个滤板和滤框之间形成空腔，用以容纳硅藻土涂层。板框过滤机本身需要使用过滤支撑纸板，滤纸为纤维和缩合树脂制成，具有一定的强度，可以清洗并 能够长时间使用。使用支撑滤纸可以保证硅藻土过滤层稳定，防止出现滤层击穿的现象，还能够保证清酒 浊度。过滤结束后的废硅藻土排放用水量明显少于其他类型的过滤机。缺点是要经常更换过滤纸板。2.3 滤纸上机和“排空”把滤纸按照顺序均匀地悬挂于滤板上，用清水全面浸洗，浸泡透彻，要保证一定的时间（15min左 右），调整纸板后关机压紧。CIP之前通水循环时需要完全排除滤机中的空气，再用7080C的热水CIP 30min,保证过滤机接触酒液的部分无菌。“排空”是通过旁通阀门的连续而快速开启和关闭操作，导致 过滤机内压力连续的变化，使气泡脱离滤纸（框）而脱离排出的。2.4 硅藻土“预涂”为了能够形成稳定的预涂层，对助滤剂粒度的分布要有一定的要求，以使其具有架桥特性。用做预 涂层的助滤剂中，比滤纸空隙大的颗粒最少要占15%。预涂是将助滤剂以循环的方式预涂在滤纸上，预涂可根据滤机的过滤面积，不可太快或太慢，否则会 造成预涂层不平、厚度不均的现象导致过滤前期浊度偏高。要求循环排空时使用活性炭水，然后用脱氧水 顶过滤机，并排出管道中和过滤机的气泡后可以进行预涂。助滤剂预涂量与过滤面积成正比，使过滤介质上形成1.54mm厚的预涂层，预涂用量为lKg/m2左右。 过滤啤酒的预涂粗细土比例可根据酵母菌和絮凝质蛋白多少，发酵期长短和滤后清酒要求的浊度灵活搭 配。预涂一般分两次或三次预涂。第一预涂层又称为基础预涂层，硅藻土使用量大约为整个预涂量的70%。 它已经能够阻止很细的过滤介质，但它不起过滤作用。第二预涂层称为安全层。是控制预涂层是否均匀的 重要环节。两次预涂为：（1）第一层使用粗土预涂，比如用 8%浓度预涂浆，15 分钟的时间输入完毕，第 一层预涂后对循环水测定浊度。（2）第二层使用粗细土按照比例混合或中细土预涂。比如第二层用中细土 8%浓度,15分钟内输入完毕，完毕后测定循环水的浊度，合格后可以进行滤酒。总之，预涂操作时应注意：（1）预涂之前排尽过滤系流内残留的气体、气泡；（2）保持过滤机内压力 的稳定，（特别是由预涂转为正常过滤，切换阀门时），防止滤层起泡或脱落，一旦出现此现象，检查镜处 的液体会迅速变混，此时必须重新进行预涂循环，以待滤液变清且浊度分析合格后再行过滤。2.5 过滤与硅藻土添加。过滤开始，打开酒液管道来的所有阀门，同时打开硅藻土流加阀和硅藻土添加泵，保持贮酒液与硅 藻土添加浆连续不断地流入过滤机。硅藻土的添加：按一定比例把硅藻土添加浆均匀分散地加入在滤液中并送入过滤机，它是整个滤程与 浊度重要的环节。添加量：添加泵的添加多少与流量和滤前粘度有密切关系。添加量应以控制进出口压差均衡上升为准。 啤酒过滤添加硅藻土一般控制在 0.61.2kg/T 啤酒 。压差急剧上升说明添加量不足（或细土比例过大）； 压差上升太慢，说明添加量过多（或粗土比例过大），助滤剂利用率不足。过滤期间一般不要人为的减少 酒液的流量，因为压力冲击和流量不均匀都会造成预涂层起泡或脱落，造成滤液浑浊至停机。压差控制：一般压差上升 0.020.03Mpa/h 的情况下可以正常滤酒。通过添加量的控制来控制压差。 最终压差上升到某个范围则可以停止过滤了。我公司要求过滤机进出口压差达到0.4Mpa时即可停止滤酒， 排放硅藻土，清洗滤板、滤框，更新滤层，重新进行过滤操作。2.6 啤酒过滤的其他事项过滤过程应该尽量控制氧的吸入。过滤中氧的侵入途径有：预涂中排空不彻底有残存气泡、添加用CO2的纯度不够、脱氧水DO太高、罐背压N2或CO2纯度太低等方面。我们在操作过程中需要注意以下 问题： 减少酒头、尾的量，减少DO值很高的酒头、酒尾添加操作；过滤之前使用脱氧水将所有管道中的空气顶出来。管道包括，第二下酒前的滤酒管道、过滤前槽到过滤机的管道、送酒（回流）管道等。关于管道：设计时避免管径突然缩小；布置合理，带排气装置；排除管道中任何气囊；CO2可用于管道 系统的压空。添加槽等用惰性气体背压。贮酒罐、过滤前槽、酒头酒尾暂贮槽、硅藻土混合槽为了防止CO2逸出，贮酒液来应该有一定的压力。 减少清酒罐中出现涡流现象。2.6 过滤故障因果分析图（主要为本公司情况）a. 滤出酒液浊度高原因预涂:粗细土预涂比例错误助滤剂用量不足过滤机排气不完全f械泄漏（滤板、垫圈集流管）预涂流速太慢沉积预涂流速太快工过滤支撑板脏1预涂浆浓度太低出口反压（注2）助滤剂太粗机械漏土（滤纸破损, 垫圈、集流管漏）预涂及过滤阀门开合不当（注1）空气进入过滤机注释:压力有波动原液的浊度变化2.高的反压会减少过滤压 差。使用过滤机出口的转 换泵可以避免高反压差。1.预涂层出现气泡会 导致预涂遭到破坏并 引起漏土，气泡可能是 由局部加热或未溶于 水的气体造成。滤酒浊度高 故障过滤:注释:b.周期短、压差高、过滤慢的原因注释:预涂:预涂液中有悬浮 杂质（酵母）由于位置低或添加罐涡 流使泵中进入空气3.若预涂完毕后的循环时间 过长，被除去的杂质越来越多。 留在预涂表面的杂质可能形成 一个不可穿透的面层，使滤速过滤机中进入空气X降低、压力上升。7* x周期短、压差一助滤剂型号不正确一*/添加管道堵塞J高、流速低滤纸脏泵吸入空气1如果进口管太小，磨擦损 失会影响给料泵的性能，如 果出口管道太小，磨擦损失 会产生过滤的反压。预涂及添加粗细土搭配不对管道太小（注1）添加速度变动太大添加速度太快或太慢 使用未过滤的或不清洁的 液体作为过滤预涂液酒液浊度的变化添加速度不均.出口管道阻塞（注2）由于过滤循环导致周期缩短（注3）2.过滤冷冻的水溶液在出 口管道中可能形成冰块或 者产品能在其中凝固。过滤:注释: