Основные принципы фильтрации газов на пищевых предприятиях Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

HI ОБОРУДОВАНИЕ

УДК 663

Основные принципы фильтрации газов на пищевых предприятиях

А. Емельянов

ЗАО «Фильтрмедиа»

Цель данной публикации — обратить внимание сотрудников пищевых предприятий на возможные риски, связанные с использованием загрязненных и нестерильных газов в процессе производства продуктов питания. Рассмотрим постадийную очистку газов от механических, микробиологических и других загрязнений.

Для начала необходимо рассмотреть источник и природу загрязнения. Воздух или другие газы, поступающие в компрессор для сжатия и/или сжижения, содержат, как правило, грубые, различимые глазом включения, микроорганизмы и посторонние запахи. Кроме того, сами компрессоры пред-

:PI

I-т-V voi /:■

Исходный газ У ^ «-*-

F04

F01 F03

P101 г^-1 Pl02 PI03 f—P106

Pl..

V04

X

r^T-, Pl02 PI03 f—Plot ■ ï ' I ï ? V0.

'Г

Y

Pl07 Pl

ITD

; V05

T *

.■407 V06

Стериль

F05

PI04 ■—- PI05

Пар

V02 -tiii-

ij

D.Î

V03

Рис. 1. P&ID схема стерильной фильтрации воздуха: F01 — механический фильтр; F02 — коалесцер; F03 — угольный фильтр; F04 — стерилизующий фильтр; F05 — фильтр для очистки пара; PI01-PI06 — манометры с трубной резьбой; PI07 — манометр с гигиеническим подсоединением накидной гайкой; V01-V05 — клапаны запорные; V06, V07 — клапаны запорные асептические; ITD — прибор проверки целостности картриджа

ставляют собой источник загрязнения побочными продуктами. Вследствие диспергирования и испарения в компрессоре смазочного масла образуются аэрозоли. При высокой влажности воздуха или другого газа на входе в сжатом или сжиженном газе образуются аэрозоли и капли влаги. В результате трения движущихся частей в газ попадают также продукты износа оборудования. Все это уменьшает работоспособность оборудования, установленного далее по потоку газа: клапанов, форсунок, контрольно-измерительных приборов и т. д. На предприятиях, где технологический воздух или другие газы контактируют с продуктом (аэрация, карбонизация и т. п.), наибольшую опасность представляют посторонняя микрофлора и химические соединения, которые негативно сказываются на качестве продукта.

Вышеперечисленные загрязнения можно разделить на следующие виды:

• продукты коррозии или износа (механические примеси);

• аэрозоли масла и влаги;

• химические соединения (запахи);

• микроорганизмы.

Очевидно, что наличие различной природы загрязнений требует соответствующей подготовки воздуха и газов.

Принципиальная схема фильтрации газов представлена на рис. 1.

Механическая фильтрация газов

Для удаления механических примесей наиболее эффективно применение глубинных фильтровальных материалов. Их название происходит от механизма удержания загрязнений. В процессе фильтрации наиболее грубые механические частицы удерживаются на по-

40 ПИВО и НАПИТКИ

5 • 2014

ОБОРУДОВАНИЕ

верхности фильтровального материала (удержание поверхностью). Более же мелкая фракция, проходя в поры, удерживается в толще глубинного материала (глубинное удержание), т. е. фильтровальный материал работает как поверхностью, так и «глубиной». Причем основная масса механических примесей улавливается с применением именно механизма глубинного удержания.

Структура фильтровального материала (рис. 2) позволяет улавливать наиболее грубые механические примеси на наружном слое фильтровального материала, более тонкие частицы в средних слоях, а наиболее мелкодисперсную фракцию частиц — в слое, определяющем рейтинг фильтра, то есть самом глубинном слое материала.

Показателем эффективности работы фильтров для удаления механических примесей является грязеемкость, т. е. количество загрязнений, которое может удержать фильтроэлемент.

Цикл работы фильтра начинается с момента установки и заканчивается при достижении максимального перепада давления, указанного в технической документации.

5-8 %

г

да*?

Условная

механическая частица

Г-^С

r>i

Направление потока

I

tOOOi

Фильтровальный материал

70-75 %

Рис. 2. Распределение частиц по глубине фильтровального материала

Удаление аэрозолей, масла и влаги

После удаления грубых механических примесей воздух необходимо очистить от аэрозолей масла и влаги. Для этих целей наиболее эффективно применение коалесцеров.

Особенность этих фильтров в том, что поток воздуха идет изнутри картриджа наружу, в то время как для других фильтров характерно направление снаружи картриджа внутрь. По мере

прохождения потока через несколько слоев фильтровального материала с последовательно увеличивающимися порами (рис. 3) происходит слияние мелких капель аэрозолей в более крупные (коалесцирование), которые затем стекают по внешней поверхности картриджа и накапливаются в корпусе. Для увеличения пространства, заполняемого конденсатом, корпус коалесцера устанавливается как бы «вверх ногами». Слив конденсата осу-

Оборудование и расходные материалы для фильтрации пива, безалкогольных напитков, соков, минеральной,столовой и питьевой воды

ФИЛЬТРМЕДИА

МЫ ПРЕДЛАГАЕМ РЕШЕНИЕ

Фильтркартон • Кизельгур • Фильтрующие модули • Плиссированные и глубинные картриджи Тангенциальная фильтрация • Мембранные картриджи • Рамные и модульные фильтры

\Ч

ЗАО «ФИЛЬТРМЕДИА» г. МОСКВА, СРЕТЕНСКИИ БУЛЬВАР, 6/1, СТР.1, ОФИС 38 +7 (495) 623 19 25, +7 (495) 625 32 94, факс +7 (495) 628 21 44, www.filtermedia.ru, email: info@filtermedia.ru

5 • 2014

ПИВО и НАПИТКИ 41

ОБОРУДОВАНИЕ^

ществляется при помощи клапана, установленного в так называемом «колоколе» корпуса. Аэрозоли имеют размер капель преимущественно от 0,1 до 1 мкм. Причем из-за особенностей физико-химического взаимодействия капель и фильтрующей среды хуже всего улавливаются аэрозоли размером порядка 0,3 мкм. Поэтому для обеспечения высокой эффективности удаления (около 99,98%) рекомендуется применять коалесцирующий материал, имеющий рейтинг 0,3 мкм. Подбор коа-лесцеров в пищевой промышленности, как правило, осуществляется по производительности системы подачи воздуха при определенном давлении и температуре. Критические значения этих величин должны указываться в документации. Подготовленный таким образом воздух уже не представляет опасность для установленного далее оборудования и может использоваться для технических нужд.

Удаление запахов

Следующий этап обработки газов — удаление запахов — предназначен в основном для воздуха или других газов, влияющих на органолептические характеристики продукта. Наиболее эффективно для этих целей применение картриджей из активированного угля.

Процесс удаления запахов представляет собой поглощение примесей из газа. Как правило, в качестве адсорбента применяется гранулированный активированный уголь, состоящий из множества беспорядочно расположенных микрокристаллов графита. В конструкции лучших современных угольных картриджей предусмотрен удерживающий слой с рейтингом по жидкости около 5 мкм, предотвра-

щающий возможность попадания частиц угля в технологический поток. Наиболее предпочтителен для применения в пищевой промышленности активированный уголь, получаемый из скорлупы кокосового ореха. Аналогично коалесцерам, подбор угольных картриджей в пищевой промышленности, как правило, осуществляется по производительности системы подачи воздуха при определенном давлении и температуре. Критические значения этих величин указываются в документации. Перепад давления на картридже практически не изменяется с течением времени и необходим для определения сопротивления в системе.

Стерильная фильтрация газов

Вопрос оптимального выбора фильтра из огромного количества предложений от производителей, многие из которых предлагают на первый взгляд идентичные продукты, наиболее остро стоит при стерилизующей фильтрации воздуха.

Наиболее важен правильный, корректный подбор стерилизующего фильтра, так как даже единичные проскоки микроорганизмов могут привести к микробиологической нестабильности, а иногда даже к потере партии продукции и инфицированию технологического оборудования. Большинством производителей стерилизующих фильтров рекомендуется использование мембраны PTFE (политетрафторэтилен). Толщина лучших мембран составляет порядка 100 мкм, поэтому при улавливании загрязнений наиболее эффективен механизм удерживания поверхностью. Абсолютный рейтинг мембраны составляет 0,2 мкм по жидкости, для сухого газа — 0,003 мкм. Для достижения стерильности необходимо исходить

из концентрации микроорганизмов в фильтруемой среде, поскольку фильтр характеризуется гарантированным удалением определенного количества микроорганизмов на единицу поверхности (сокращение титра). Максимальная величина сокращения титра определяется изготовителями фильтров и должна указываться в технической документации. Причем эта информация должна сопровождаться указанием конкретных микроорганизмов, с помощью которых он тестирован. Например, стерилизующий фильтр для воздуха и других газов «Emflon PFR» характеризуется сокращением титра в жидкой фазе: 107 на 1 см2 фильтровального материала, тестовый микроорганизм — Brevundimonas diminuta.

Любой стерилизующий фильтр необходимо время от времени стерилизовать паром в течение 30 мин. Максимально возможное суммарное количество времени, затраченное на все циклы стерилизации, называется кумулятивным временем стерилизации, и оно должно указываться в документации. По этому параметру определяется срок службы стерилизующего фильтра.

Еще один важный показатель при выборе стерилизующего фильтра — его целостность после проведения многократных паровых стерилизаций. Каждый производитель может указывать различные виды тестирования, поэтому сравнение их эффективности и корректности должно проводиться индивидуально для каждого типа филь-троэлемента.

В заключение необходимо отметить, что данная статья содержит общую ознакомительную информацию, которая необходима при подборе фильтров для фильтрации газов. При решении конкретной задачи по фильтрации газов на предприятии рекомендуется обращаться за консультациями к производителям фильтрационного оборудования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Давидян, Г. Г. Управление загрязнением / Г. Г. Давидян // Индустрия напитков. — 2004. — № 1, 4, 6.

2. Борисов, Б. А. Фильтрация в пищевом производстве — критерии выбора и использование в технологических средах / Б. А. Борисов // Молочная промышленность. — 2005. — № 3.

3. Информационно-технические бюллетени корпорации Pall.

4. Давидян, Г. Г. Эффективная очистка воздуха и других газов / Г. Г. Давидян, А. Кайтуков // Индустрия напитков. — 2008. — № 3. <S

42 ПИВО и НАПИТКИ 5 • 2014