Филтрирање у пиварству помоћу мреже од нерђајућег челика: Од филтрирања сладовине до финог филтрирања

Филтрација жичаном мрежом од нерђајућег челика у пиварству је употреба прехрамбене 304/316L плетене жичане мреже, синтероване жичане мреже и перфорисаног сита за одвајање чврстих материја од сладовине и пива у свакој фази производње — од лажног дна цедне каце које подржава слој зрна од 30–40 cm и сакупља прву сладовину кроз прорезе од 0,7–1,2 mm или плетено платно од 20–60 mesh, до синтерованих уложака од нерђајућег челика који полирају готово пиво на 1–5 микрона пре паковања. Будући да је медијум од метала, чисти се на лицу места врућом каустиком и паром и поново користи кроз стотине CIP (чишћење на лицу места) циклуса, уместо да се баца након сваке серије као филтер-плоче или полимерни улошци.

Та могућност поновне употребе мења економију пиваре како се она шири. Од занатског система од 20 хектолитара до комерцијалног постројења са више кувања, филтрациона линија ради на врућој и хладној страни, а мрежа од нерђајућег челика има улогу у сваком кораку. То је иста породица материјала коју инжењери компаније KAIFIL пројектују за ширу примену у преради хране и пића, а у пиварству пружа исте три предности: медијум који се може чистити, поновљиве микронаже и без потребе за куповином, складиштењем или одлагањем потрошног помоћног средства за филтрирање.

Филтрациона линија у пиварству: од вруће до хладне стране

Свака серија пива пролази кроз исти редослед изазова у одвајању чврстих материја, па је корисно мапирати их пре избора медијума. Чак и пре укомљавања, већина пивара филтрира улазну процесну воду и воду за кување на 5 µm или финије — штитећи размењиваче топлоте, пумпе и контролне вентиле, и уклањајући честице које могу изазвати неуједначен екстракт и непожељне укусе. Затим сама варионица намеће три класична задатка: цеђење (одвајање слатке сладовине од слоја зрна), уклањање труба (одвајање коагулисаних протеина и остатака хмеља из кључале сладовине) и хлађење сладовине.

Ферментација мења изазов. Готово пиво — сада названо младо пиво — јесте осетљив производ који носи квасац и колоиде који узрокују замућење, а подрум доноси још два задатка: грубу филтрацију за уклањање квасца и фину филтрацију (полирање) како би пиво постало бистро и стабилно за паковање.

Врућа и хладна страна захтевају различито инжењерско пројектовање. Изнад 80 °C, микробиолошки ризик је практично нула, па је филтрација чисто проблем одвајања чврстих материја и доминирају груби медијуми са великом отвореном површином. На хладној страни, пиво се налази на температури између 0 и 10 °C, сваки део опреме мора бити хигијенски, а кисеоник постаје непријатељ: растворени кисеоник (DO) који се апсорбује у филтеру убрзава старење пива, због чега се преферирају затворени системи под притиском. Жичана мрежа ради на обе стране — разлика је у финоћи филтрације и протоколу чишћења.

Цеђење: слој зрна и лажно дно

Цеђење је први озбиљан задатак филтрације у варионици, а принцип се често погрешно разуме: филтерски медијум није челик — то је сам слој зрна. Лажно дно једноставно држи збијени слој јечмених љуски на месту и омогућава дренажни пут за бистру сладовину. Слој дубине 30–40 cm делује као природни дубински филтер: фине честице скроба и фрагменти љуске остају заробљени између зрна док сладовина отиче. Због тога цеђење функционише иако су отвори на лажном дну далеко већи од честица које се уклањају.

Доминирају две геометрије лажног дна. Сита са клинастом жицом (V-профил) са отворима прореза од 0,7–1,2 mm нуде велику отворену површину и отпорна су на зачепљење, јер се профил прореза шири наниже и омогућава чврстим материјама да пропадну уместо да се заглаве. Алтернативно, равно плетено платно од нерђајућег челика од 20–60 mesh — са распоном отвора од приближно 0,85 mm до 0,25 mm — поставља се преко перфорисане потпорне плоче, пружајући глатку површину која се лако чисти. KAIFIL такође испоручује перфорисане филтерске цеви од нерђајућег челика за лаутер туне и мешалице за укомљавање где се цевасти колектор преферира у односу на равну плочу.

Отакање је осетљив процес балансирања. Прва сладовина је мутна, па се рециркулише — ворлауф (vorlauf) — током 10–20 минута док не постане бистра; ово „слегање“ слоја је оно што чини наредну сладовину бистром. Механизам за растресање периодично засеца слој како би се одржао уједначен проток и спречило стварање канала. Типичне брзине отакања су 5–10 hl/m²·h: пребрзо и слој се збија, принос екстракта опада, а сладовина се замућује; преспоро и бистрење се развлачи на три сата или више. Правилно специфицирано лажно дно такође равномерно распоређује проток кроз целу посуду, што више зависи од геометрије прореза и слободне површине него од самог челика.

За веома велика постројења, филтери за комку — плочасто-рамовске пресе које користе мембрану и филтерско платно — могу завршити комплетно цеђење за један до два сата и издвојити до два процента више екстракта у односу на лаутер тун. Они су права алтернатива, али троше потрошно платно, док лаутер тун са лажним дном остаје стандард у занатском пиварству и пиварама средње величине, са нерђајућом мрежом као кључном компонентом.

Бистрење сладовине: Одвајање талога у вирпулу

Након кувања, сладовина улази у вирпул тангенцијално брзином од неколико метара у секунди, покрећући кружно струјање у целој посуди и стварајући познати ефекат „шољице чаја“. Коагулисани врући талог — денатурисани комплекси протеина и полифенола углавном у опсегу од 20–100 µm — као и цео хмељ и остаци хмеља, сакупљају се у облику конуса у центру. Након мировања од 20–30 минута, бистра сладовина се одводи кроз бочни излаз, остављајући конус талога иза себе.

Вирпул уклања већи део чврстих материја, али то није фино филтрирање. Сладовина која излази из вирпула обично и даље носи око 50–200 mg/L суспендованих материја, а фине честице хладног талога — у распону од испод једног микрона до приближно 10 µm — формирају се тек касније, како се сладовина хлади. Зато већина пивара поставља сито или филтер између вирпула и хладњака сладовине. Плетена жичана корпа од 40–100 mesh задржава честице хмеља и груби талог који би иначе зачепили плочасти размењивач топлоте, аерисали сладовину или се наталожили у ферментору — а сито са великом слободном површином одржава пад притиска испод 0,1 bar како не би пригушило одвод. Ово је управо задатак који покрива наш водич за жичане филтер корпе у индустрији хране и пића.

Вреди напоменути постојање компромиса: агресивно уклањање талога побољшава ферментацију и бистрину пива, али такође уклања неке масне киселине и хранљиве материје које су потребне квасцу, па многе пиваре намерно остављају контролисану количину финог талога у сладовини. Сито би стога требало димензионисати за задржавање чврстих материја, а не за максималну чистоћу — што је важна ставка када се иста мрежа специфицира за цело постројење.

Филтрирање на хладној страни: Грубо и фино филтрирање пива

Када се ферментација заврши, младо пиво носи ћелије квасца (приближно 5–10 µm) и протеине и полифеноле који узрокују замућење, а који би иначе изазвали хладно замућење у паковању. Овде филтрирање помоћу филтер патрона оправдава своју улогу.

Грубо филтрирање је први пролаз, и оно уклања већи део квасца и грубог замућења. Плисирана патрона од нерђајућег челика са оценом филтрације од 5–10 µm је одличан избор: плисирана конструкција пакује велику површину филтрирања у кратко кућиште, тако да мала компактна јединица подноси велики проток, а пошто је филтерски медијум од метала, може се испирати повратним током и чистити уместо да се баци. За пиваре које још увек користе наплавне филтере са дијатомејском земљом (кизелгуром), прелазак на вишекратну мрежу елиминише руковање прашином кристалног силицијум-диоксида, одлагање истрошеног помоћног средства за филтрирање и рад на наношењу наплавног слоја и стругању. KAIFIL-ов набране филтер патроне су конструисане управо за ову намену.

Фина филтрација је завршни пролаз, и она своди пиво на 1–5 µm ради добијања бистрог, стабилног производа. Синтероване патроне од нерђајућег челика су главни ослонац овде: петослојна синтерована мрежа формира круту структуру за дубинску филтрацију са дефинисаном величином пора која се не савија и не помера под притиском, а иста патрона се може стерилисати паром на 121 °C, испирати повратним током и користити годинама. Многе KAIFIL-ове синтероване филтер патроне од жичане мреже се производе као директне замене за увозне елементе — исте дужине, истих заптивних површина, истог кућишта — тако да пивара никада није везана за једног OEM произвођача. Фино филтрирано пиво обично напушта филтер са замућењем испод 1 EBC, а неки произвођачи додају стерилни корак од 0.45–0.65 µm пре паковања ради дужег рока трајања.

Одређивање димензија је једноставно. Синтерована патрона од 20 инча (508 mm) са номиналном филтрацијом од 5 µm обично пропушта око 1–2 m³/h грубо филтрираног пива при радном паду притиска од 0.5–1.0 bar, тако да је укупан број патрона одређен максималним капацитетом пиваре. Будући да је проток кроз било који порозни медијум обрнуто пропорционалан вискозности течности — а пиво на 8–10 °C је приметно ређе него пиво на 1–2 °C — рад филтра за фину филтрацију на неколико степени вишој температури може повећати проток за приближно 20 процената, по цену прихватања нешто веће замућености. Због тога већина пивара које производе лагер пиво и даље филтрира на хладно, на 0–4 °C.

Плетена, синтерована или набрана? Избор медијума према фази

Избор правог медијума своди се на три питања: колика је слободна површина потребна за рад, колико фина мора бити номинална филтрација и како ће се елемент чистити.

Обично и холандско ткање жичане мреже представљају основне градивне блокове. Обично ткање, са квадратним отворима, пружа највећу слободну површину и природан је избор за вирпул сита и цедила. Холандско ткање — кепер холандска конструкција са густо пакованом фином жицом — обезбеђује филтрацију до неколико микрона, док остаје далеко чвршће и погодније за испирање повратним током од упоредивог филтра од тканине, због чега се често користи као радни слој у синтеросаним ламинатима и као предфилтер испред патрона за фину филтрацију.

Синтерована мрежа узима ткану жицу и спаја слојеве у круту плочу: више слојева је дифузионо спојено под топлотом и притиском, стварајући чврст елемент са дефинисаном величином пора који се може агресивно чистити, испирати повратним током и стерилисати без савијања. Набране патроне од нерђајућег челика уместо тога пресавијају један слој мреже како би вишеструко повећале површину филтрације, обезбеђујући висок проток при средњим номиналним вредностима у компактном елементу.

Опште правило: што је фаза ранија и топлија, то је медијум грубљи и отворенији; што је ближи паковању, то је финији и крући. Пивар који купи одговарајући елемент за сваку фазу добија већи проток, мање замена филтера и краћи CIP.

304 против 316L и усклађеност за контакт са храном

Сав нерђајући челик за контакт са храном који се користи у пиварству потиче из серије 300. Тип 304 је стандард за сита и филтере на врућој страни, где је изложеност хлоридима ниска, а уштеда трошкова реална. Тип 316L додаје 2–3 процента молибдена, што значајно побољшава отпорност на питинг (тачкасту корозију) у растворима за CIP који садрже хлориде и на агресивне наизменичне циклусе базе и киселине током прања у пивари — што је разлог зашто се преферира за кертриџе на хладној страни и за било коју компоненту у контакту са производом која је изложена фосфорној или лимунској киселини на повишеној температури.

Слово „L“ у ознаци 316L је подједнако важно као и молибден. Нискоугљенични челик (максимално 0,03 процента) спречава издвајање хром-карбида на шаву, тако да заварени кертриџ задржава своју отпорност на корозију дуж шавова уместо да постане осетљив и подложан интеркристалној корозији. Обе класе су усклађене са FDA прописима за контакт са храном за опрему за вишекратну употребу у прехрамбеној индустрији према америчким прописима, а практично правило за пиваре је једноставно: ако пиво долази у додир са њим, а купујете једном за дуг век трајања, изаберите 316L.

Могућност CIP чишћења и хигијенски дизајн

Нерђајућа мрежа оправдава своју инвестицију током чишћења. Типичан CIP циклус у пивари користи 1–3 процента натријум-хидроксида на 75–85 °C, након чега следи испирање киселином и врућом водом; синтеровани кертриџи се додатно могу стерилисати паром на 121 °C и повратно испирати како би се уклонио колач од квасца. Метал преживљава хиљаде оваквих циклуса. Полимерни медијуми — чак и PVDF — деградирају под дејством вруће базе, замарају се услед вишекратног повратног притиска и на крају испуштају честице медијума у пиво. У периоду од пет година, елемент од нерђајућег челика обично побеђује у погледу укупних трошкова, упркос почетној набавној цени која је неколико пута већа од једнократног кертриџа. Избори у дизајну који чине да се филтер заиста може чистити CIP поступком — завари без зазора, кућишта са потпуним дренирањем, без слепих крајева, санитарни прикључци — детаљно су покривени у нашем Дизајн филтера од нерђајућег челика погодног за CIP чишћење водич.

Контрола кисеоника је други разлог зашто је хладна страна осетљива. Растворени кисеоник изнад приближно 50 ppb при паковању мерљиво убрзава старење готовог пива, а сваки филтер је потенцијална тачка продора кисеоника. Затворена филтрација помоћу мреже под притиском овде има структурну предност у односу на филтере са наносом: нема мешања прашкасте суспензије, нема помоћног средства за филтрирање за претходни нанос и нема отворене посуде током замене. Са кућиштима испраним гасом и правилним одзрачивањем, савремени филтерски систем од нерђајућег челика одржава унос DO знатно испод циљне вредности за паковање — из серије у серију.

FAQ

Која величина окаца или прореза се користи за лажно дно каце за цеђење? Лажна дна од профилне жице (wedge-wire) обично користе отворе прореза од 0,7–1,2 mm; лажна дна од ткане мреже од нерђајућег челика користе 20–60 mesh, што је опсег отвора од приближно 0,25–0,85 mm. Слој тропа врши стварно филтрирање — сито га само подржава и омогућава дренажу.

Да ли мрежа од нерђајућег челика може заменити филтрацију дијатомејском земљом (кизелгуром)? Да. Груби филтер од 5–10 µm праћен финим филтером од 1–5 µm уклања квасац и замућење без DE, елиминишући руковање прашином од кристалног силицијум-диоксида, одлагање искоришћеног помоћног средства за филтрирање и рад на наношењу претходног слоја. Елементи од нерђајућег челика се могу испирати повратним током и поново користити, што оправдава веће почетне трошкове.

Који степен филтрације у микронима чини пиво бистрим? Већина фине филтрације се одвија на 1–5 µm, а неки произвођачи додају стерилни корак од 0,45–0,65 µm пре паковања. На 1–5 µm, синтеровани патрони од нерђајућег челика уклањају колоиде који узрокују замућење и преостали квасац, обично остављајући запаковано пиво са замућеношћу испод 1 EBC.

Колико трају синтеровани патрони од нерђајућег челика? Уз правилно CIP чишћење и испирање повратним током, неколико година непрекидне употребе у пивари — стотине циклуса филтрације — пре него што буде потребна замена. Та могућност поновне употребе је главни економски разлог за коришћење медијума од нерђајућег челика у односу на једнократне патроне.

Да ли је нерђајући челик 304 или 316L бољи за филтрацију пива? 316L се преферира за употребу у контакту са производом и на хладној страни јер његов садржај молибдена пружа отпорност на питинг корозију изазвану хлоридима и на напонску корозију услед каустичних/киселих CIP средстава; 304 је прихватљив, економичнији избор за сита на топлој страни са ниским садржајем хлорида. Када сте у недоумици, изаберите 316L.

Не постоје две пиваре које користе идентичне линије за филтрацију — геометрија посуда, профил замућености и брзина линије за паковање се разликују — тако да се стандардни елементи ретко савршено уклапају. Управо то KAIFIL производи: прилагођену плетену жичану мрежу, синтероване кертриџе, плисиране елементе и перфорисане цеви израђене према вашим димензијама и спецификацији микронаже, укључујући директне замене за увозне кертриџе како никада не бисте били везани за једног добављача. Без обзира на то да ли сте пивара која модернизује свој подрум или OEM произвођач опреме за пиварство који дефинише филтрацију за нову варионицу, пошаљите нам свој проток, циљану микронажу и величину прикључка, а ми ћемо препоручити одговарајући филтерски медијум и понудити комплетан сет елемената или филтерску јединицу. Контактирајте KAIFIL данас за прилагођену спецификацију мреже и цену.