Фильтрованием называется процесс разделения неоднородных систем с твердой дисперсной фазой, основанный на задерживании твердых частиц пористыми перегородками, которые пропускают дисперсионнную среду.
Фильтрование - наиболее простой способ очистки молока, который осуществляется под действием сил тяжести или давления. При фильтровании молоко должно преодолеть сопротивление, оказываемое перегородкой фильтра, выполненной из металла или ткани. При прохождении молока через фильтрующую перегородку на ней задерживаются загрязнения в количестве, пропорциональном объему жидкости, прошедшей через фильтр.
Фильтры бывают периодического и непрерывного действия. Большинство из них работают в закрытом потоке под вакуумом или при избыточном давлении в системе. В зависимости от конструкции их делят на цилиндрические и дисковые. Цилиндрические фильтры периодического действия бывают с одноразовыми и многоразовыми фильтрующими элементами.
Периодически через 15-20 минут необходимо удалять загрязнения из фильтра. Эффективность очистки в значительной мере зависит от давления, при котором происходит процесс фильтрования. Обычно в цилиндрические фильтрационные установки молоко поступает при давлении 2×105 Па.
В настоящее время для фильтрования используются такие ткани, как марля, бязь, миткаль, фланель, ткани из лавсановых и полипропиленовых волокон. Эффективность очистки зависит от структуры ткани. Марля как фильтрующая ткань не обеспечивает необходимого качества очистки, так как через нее проходят все механические примеси, свойственные молоку. Полную очистку молока гарантируют лишь нетканые фильтры. В настоящее время для фильтрования молока используют фильтры различных конструкций. При фильтровании во фляги применяют цедилки с плоской или конусообразной решеткой, на которую закрепляется фильтрующая ткань. Этот способ очистки прост, но трудоемок. Кроме того, в процессе фильтрования на ткани скапливается отфильтрованный осадок, который при дальнейшем фильтровании размывается последующими порциями молока и проникает вместе с ним в емкость.
Существует способ фильтрования молока путем прокачивания его насосом через фильтрующую ткань. Этот способ обычно применяют при заполнении ванн, резервуаров или автомолцистерн. В этом случае на конце трубопровода закрепляется конструкция из металлических решеток с уложенными между ними фильтрами из тканей. Однако этот способ, с точки зрения качества очистки молока, менее эффективен, чем ручное фильтрование. Причиной является то, что механические примеси под действием давления, создаваемого насосом, сильно разбиваются, превращаются в пыль и проходят через фильтр. При проверке механической чистоты молока после такого способа очистки на ватном кружке не обнаруживается отдельных видимых частиц механических примесей, но ватный кружок становится весь серого цвета от слоя мелко раздробленной грязи. При фильтровании под давлением лучшую очистку молока обеспечивают нетканые материалы.
При доении со сбором в молокопровод применяются закрытые молочные фильтры, установленные в линии молокопровода. Такие фильтры входят в конструкцию доильных установок. Молоко, идущее по молокопроводу, проходя через фильтр, направляется в вакуумный охладитель, а затем в резервуар. Если ручное фильтрование позволяет практически использовать любое необходимое количество слоев ткани любой плотности, то в доильных установках эти возможности ограничены их конструктивными особенностями, которые позволяют использовать для фильтрования ткани такой плотности, которые не нарушают вакуумный режим доения. В Швеции разработан фильтр из прессованной бумаги специальной пропитки, который применяются в установке «Альфа-Ла-валь». Во Франции разработан фильтр из волокнистого материала, позволяющий удалять из молока частицы размером 30 мкм.
Таким образом, можно сделать вывод, что плотные нетканые материалы и бязь обеспечивают очистку молока до первой группы, но могут работать без замены при выдаивании до 200 коров. Синтетические ткани (лавсан, капрон) обеспечивают соответствующее качество молока, но не гарантируют очистку молока второй и третьей групп до первой.
Для эффективной очистки молока в доильных установках со сбором молока в молокопровод предложено устанавливать параллельно два молочных фильтра, соединенных между собой в общую систему посредством трехходовых кранов, позволяющих переключать фильтры в процессе доения для замены фильтрующих тканей. Предложенная схема позволяет использовать плотные ткани и улучшать очистку молока и может быть автоматизирована.
Фильтрационные аппараты с тканевыми перегородками имеют ряд недостатков: кратковременность безостановочной работы, необходимость частой разборки для промывки, возможность прорыва ткани, уменьшение производительности фильтров в зависимости от продолжительности работы.
Фильтры обладают преимуществом перед сепараторами-молокоочисти-телями в том случае, если молоко очищается от частиц с плотностью ниже, чем плотность плазмы молока. Фильтр задерживает частицы определенного размера независимо от их плотности. Поэтому, если скот содержится на торфяной подстилке, то фильтры задерживают легкие торфяные частички, чего нельзя достичь с помощью сепараторов-молокоочистителей.
В настоящее время созданы и выпускаются комбинированные пленочно-зернистые фильтры Ф-0,1 М.
Фильтр рассчитан на производительность до 10 м3/час, или до 5 тонн. Он представляет собой цельную конструкцию из двух секций, размещенных внутри корпуса диаметром 215 мм и высотой 280 мм из прозрачного пищевого материала. Верхняя секция грубой очистки изготовлена из нержавеющей сетки с проходными отверстиями диаметром 0,4 мм; для формирования тангенциального (параллельного сетке) потока очищаемого молока в ее центре находится рассекатель. Нижняя секция тонкой очистки заполнена гранулами из белого электрокорунда - шлифзерна или титана, которые удерживает опорная сетка.
Очистка проходит в два этапа. При доении, когда молоко течет в фильтре сверху вниз, проходя пространство между верхним фланцем и фильтрующей сеткой первой секции, оно освобождается от крупных механических примесей, а тангенциальный поток отбрасывает их на периферийные участки, и сетка самоочищается. Затем молоко поступает во вторую - зернистую секцию, где оно окончательно освобождается от примесей.
Мойку (регенерацию) фильтра ведут без разгерметизации корпуса и демонтажа за счет обратного тока промывочной жидкости. Во второй секции за счет того, что моющий раствор поступает снизу вверх, создается режим псевдосжиженного слоя, когда гранулы, поднимаясь вверх, интенсивно перемешиваются, а задержанные ими частицы механических примесей поток подхватывает и выносит сначала в первую секцию, затем за пределы фильтра в сливную линию.
Долговечность фильтрующего материала составляет более 5 лет (марли - 10 дней, вафельной ткани - 45 дней, лавсана - 6 месяцев).
Фильтр можно использовать и за счет молекулярных сил адгезии для холодной очистки молока, благодаря технологии изготовления фильтрующих элементов.