Pin
Send
Share
Send


Filtrace je mechanická nebo fyzická operace, při které jsou pevné látky odděleny od kapalin (kapalin nebo plynů) ve směsi pomocí média, které se nazývá filtr. Když je směs uvedena do kontaktu s filtrem, filtr umožňuje tekutině projít skrz, ale zadržuje alespoň část pevného materiálu. Kapalina, která prochází filtrem, se nazývá filtrovat, a pevný materiál, který zůstává na filtru, se nazývá zbytek. V závislosti na aplikaci může být izolována jedna nebo obě složky.

Filtrační metody se často používají k odstranění škodlivých látek ze vzduchu nebo vody, například ke snížení znečištění vzduchu nebo k úpravě pitné vody. Chemici často používají filtraci k oddělení materiálů různého chemického složení. V průmyslovém měřítku je filtrace používána mimo jiné v ropném, plynárenském, potravinářském a nápojovém průmyslu a farmaceutickém průmyslu. Obce používají filtrační techniky při čištění odpadních vod a čištění vody.

Metody

Filtrační proces odděluje pevné částice od tekutiny v suspenzi a tekutinou může být buď kapalina nebo plyn (nebo superkritická tekutina). Existují různé metody filtrace. V každém případě jsou částice, které mají být odstraněny, zachyceny filtrem, zatímco tekutina prochází skrz něj.

Nejjednodušší metodou filtrace je průchod suspenze pevné látky v tekutině přes porézní rozhraní, takže pevná látka je zachycena, ale tekutina prochází. Tento princip se spoléhá na rozdíl ve velikosti částic, které tvoří tekutinu, a částic, které tvoří pevnou látku. V laboratoři lze použít Büchnerovu nálevku nebo Hirschovu nálevku, přičemž jako porézní bariéra slouží filtrační papír.

Například experiment prokazující existenci mikroskopických organismů zahrnuje porovnání nefiltrované vody s vodou procházející neglazovaným porcelánem. Pokud je filtrovaná voda ponechána v uzavřených nádobách, zabrání se déle, což ukazuje, že i mikroskopické organismy (jako jsou bakterie) lze z tekutin odstranit vhodně navrženou filtrací.

Některé metody jsou založeny na principu elektrostatické přitažlivosti mezi opačně nabitými částicemi. Tyto typy filtrů mohou být zaneseny nebo jejich aktivní místa mohou být zaplněna nežádoucími materiály. Většina chemických filtrů je však navržena tak, aby mohl být filtr propláchnut chemikálií, která odstraní nežádoucí materiály, což umožní opětovné použití filtru.

Pro oddělení směsi pevných chemických sloučenin může chemik vybrat rozpouštědlo, které rozpouští jednu složku, ale druhou nerozpouští. Když je tato směs filtrována, složka v roztoku prochází filtrem, zatímco druhá je zadržena filtrem. Toto je jedna z nejdůležitějších technik používaných chemiky k čištění sloučenin.

Alternativně, pokud je několik sloučenin v roztoku, může chemik přidat činidlo, které vysráží jednu nebo více sloučenin. Směs může být poté zfiltrována, aby se sraženina oddělila od rozpuštěných materiálů.

Regulace průtoku filtrem

Pro oddělení pevných částic od kapaliny je nejjednodušší technikou umožnit kapalině protékat filtrem gravitací. Pro chemické závody je to obvykle nejúspornější metoda. V laboratoři může být použit tlak ve formě stlačeného vzduchu, aby se urychlil filtrační proces, ačkoli to může ucpat filtr nebo umožnit průchod jemných částic. Alternativně může být kapalina protažena filtrem pomocí čerpadla.

Filtrační média

Existují dva hlavní typy filtračních médií: pevné síto, které zachycuje pevné částice, s pomocí nebo bez filtračního papíru; a vrstvu granulárního materiálu, která zadržuje pevné částice, když se pokoušejí projít. První typ umožňuje, aby pevné částice (tj. Zbytek) byly shromažďovány neporušené; druhý typ to neumožňuje. Druhý typ je však méně náchylný k ucpávání, protože částice mohou být zachyceny na větší ploše. Také, když jsou pevné částice velmi jemné, je často levnější a snadnější zneškodnit kontaminované granule, než vyčistit pevné síto.

Filtrační média lze čistit oplachováním rozpouštědly nebo saponáty. Alternativně mohou být ve strojírenských aplikacích, jako jsou čistírny bazénové vody, vyčištěny zpětným proplachováním.

Příklady prvního typu zahrnují filtrační papír používá se s Büchnerovým trychtýřem, Hirschovým trychtýřem nebo jiným podobným trychtýřem. A slinované sklo je často používán v chemických laboratořích, protože může zachytit velmi jemné částice a částice mohou být odstraněny špachtlí.

Příklady druhého typu zahrnují filtry v čistírnách komunální a bazénové vody, kde zrnitým materiálem je písek. V laboratoři může být filtrační lože vytvořeno z celitu (křemeliny nebo křemeliny) zabaleného v Pasteurově pipetě (mikročástice) nebo naloženého na skleněnou nálevku ze sintrovaného skla.

Při výběru filtračního média je třeba zvážit, zda má filtr následující vlastnosti:

  • Schopnost zachytit pevné částice
  • Minimální odpor, kterým může filtrát protékat
  • Odolnost proti chemickému napadení
  • Minimální náklady
  • Dlouhý život

Filtrační pomůcka

Pro filtrační proces mohou být použity určité pomocné filtrační látky. Často jsou to anorganické minerální prášky nebo organické vláknité materiály. Příklady zahrnují křemelinu, dřevěnou celulózu a jiné inertní porézní pevné látky.

Tyto filtrační pomůcky lze použít dvěma různými způsoby. Mohou být použity jako předběžný nátěr (na filtračním médiu) před filtrací suspenze. Tím se zabrání ucpání filtračního média ze želatinových pevných látek a získá se čirší filtrát. Alternativně mohou být přidány do kaše před filtrací. To zvyšuje poréznost koláče a snižuje odpor koláče během filtrace. V rotačním filtru může být pomocná filtrační látka nanesena jako předběžná vrstva; následně jsou tenké plátky této vrstvy krájeny na dortu.

Použití pomocných filtračních prostředků je obvykle omezeno na případy, kdy je koláč odstraněn nebo kde může být sraženina chemicky oddělena od filtru.

Typy filtrů

  • Gravitační filtr (otevřený systém, který pracuje pouze s tlakem vodního sloupce)
  • Tlakový filtr (uzavřený systém, který pracuje pod tlakem čerpadla)
  • Filtr postranního toku (filtr v uzavřené smyčce, který filtruje pouze část média za cyklus)
  • Kontinuální rotační filtry

Filtrace vs. prosévání

Je důležité nezaměňovat se filtrace s prosévání. Při prosévání existuje pouze jedna vrstva média, kde k separaci velikosti dochází čistě na základě skutečnosti, že frakce částicové pevné látky, která je příliš velká na to, aby mohla projít skrz otvory síta (vědecky nazývaná „nadměrná velikost“) jsou zachovány. Při filtraci je zapojeno vícevrstvé médium, kde jsou zahrnuty i další mechanismy, například přímé zachycování, difúze a odstředivé působení, kde v tomto druhém případě budou také ulpívat ty částice, které nejsou schopny sledovat klikaté kanály filtru. na strukturu média a jsou zachovány.1

Aplikace

Metody filtrace se používají v domácnosti, ve výzkumných laboratořích, v průmyslových procesech a při kontrole znečištění životního prostředí. Například kávový filtr se používá k oddělení vařené kávy od půdy a HEPA filtry se používají v klimatizacích a vysavačích. Některé filtry se používají k čištění okolního vzduchu odstraněním prachu z atmosféry.

Chemici často používají filtraci k oddělení materiálů od směsí různých chemických složení.

V průmyslovém měřítku je filtrace používána mimo jiné v ropném, plynárenském, potravinářském a nápojovém průmyslu a farmaceutickém průmyslu. Obce používají filtrační techniky při čištění odpadních vod a čištění vody.

Filtrace čistí říční toky nebo jiné vodní toky. Pece používají filtraci, aby zabránily znečištění prvků pece částicemi. Pneumatické dopravní systémy často využívají filtraci, aby zastavily nebo zpomalily tok materiálu, který je přepravován, za použití úschovny.

V ledvinách

Ledvina pracuje filtrací krve v glomerulu a následně selektivně reabsorbuje mnoho látek nezbytných pro tělo.

Alternativy

Filtrace je účinnější metoda pro separaci směsí než dekantace, ale je mnohem časově náročnější. Pokud se jedná o velmi malé množství roztoku, může být většina roztoku nasáknuta filtračním médiem.

Alternativou k filtraci je centrifugace - namísto filtrování směsi pevných a kapalných částic je směs odstředěna, aby vytlačila (obvykle) hustší pevnou látku na dno, kde často tvoří pevný koláč. Kapalina výše může být potom dekantována. Tato metoda je zvláště užitečná pro separaci pevných látek, které se nefiltrují dobře, jako jsou želatinové nebo jemné částice. Tyto pevné látky se mohou ucpat nebo projít filtrem.

Poznámky

  1. ↑ Přednášky, postgraduální kurz Filtrace a separace velikosti na katedře chemického inženýrství, University of Lougborough, Anglie.

Reference

  • Cheremisinoff, Nicholas P. 1998. Kapalinová filtrace, 2. ed. Boston: Butterworth-Heinemann. ISBN 0750670479.
  • Meltzer, Theodore H. a Maik W. Jornitz. 2006. Farmaceutická filtrace: Řízení odstraňování organismu. Bethesda, Md: PDA. ISBN 193011477X.
  • Sutherland, Ken. 2007. Příručka k filtrům a filtraci, 5. ed. Oxford: Elsevier. ISBN 978-1856174640.

Externí odkazy

Všechny odkazy byly načteny 10. dubna 2017.

  • Tech Brief: Filtrace. Národní čistírna pitné vody.
  • Filtrace + separace.
  • Filtrace a Separation.com.

Pin
Send
Share
Send