Фильтрация в сосудах это

Процесс, который отделяет твердые частицы от жидкости

Схема простой фильтрации: частицы слишком большого размера в сырье не могут проходить через решетчатую структуру фильтра, а жидкость и частицы частицы проходят через него, превращаясь в фильтрат .

Фильтрация – это физическая, биологическая или химическая операция, которая отделяет твердое вещество и жидкость от смеси с фильтр среда со сложной структурой, через которую может проходить только жидкость. Твердые частицы, которые не могут пройти через фильтрующую среду, описываются как негабаритные , а проходящая жидкость называется фильтратом . Частицы слишком большого размера могут образовывать фильтровальную лепешку наверху фильтра, а также могут блокировать решетку фильтра, не позволяя текучей фазе пересекать фильтр, что известно как засорение . Размер самых крупных частиц, которые могут успешно пройти через фильтр, называется эффективным размером пор этого фильтра. Разделение твердого вещества и жидкости несовершенно; твердые частицы будут загрязнены некоторой жидкостью, а фильтрат будет содержать мелкие частицы (в зависимости от размера пор, толщины фильтра и биологической активности). Фильтрация происходит как в природных , так и в инженерных системах; существуют биологические , геологические и промышленные формы.

Описание процесса

• Фильтрация используется для разделения частиц и текучей среды в суспензии, где текучая среда может быть жидкостью, газом или сверхкритической текучей средой . В зависимости от применения один или оба компонента могут быть изолированы.
• Фильтрация, поскольку физическая операция очень важна в химии для разделения материалов различного химического состава. Выбирают растворитель , который растворяет один компонент, не растворяя другой. При растворении смеси в выбранном растворителе один компонент перейдет в раствор и пройдет через фильтр, а другой останется. Это один из наиболее важных методов, используемых химиками для очистки соединений.
• Фильтрация также важна и широко используется как одна из основных операций химической инженерии . Его можно одновременно комбинировать с другими единичными операциями для обработки потока сырья, как в биофильтре , который представляет собой комбинированный фильтр и устройство биологического разложения.
• Фильтрация отличается от просеивания, где происходит разделение в одном перфорированном слое (сито сито ). При просеивании частицы, которые слишком велики для прохождения через отверстия сита, задерживаются (см. распределение частиц по размеру ). При фильтрации многослойная решетка задерживает те частицы, которые не могут следовать извилистым каналам фильтра. Частицы слишком большого размера могут образовывать слой корки поверх фильтра, а также могут блокировать решетку фильтра, препятствуя прохождению жидкой фазы через фильтр (засорение). С коммерческой точки зрения термин «фильтр» применяется к мембранам , разделительная решетка которых настолько тонка, что поверхность становится основной зоной разделения частиц, даже если эти продукты могут быть описаны как сита.
• Фильтрация отличается от адсорбции , где не физический размер частиц вызывает разделение, а эффекты поверхностного заряда . Некоторые адсорбционные устройства, содержащие активированный уголь и ионообменную смолу , коммерчески называются фильтрами, хотя фильтрация не является их основной функцией.
• Фильтрация отличается от удаления магнитных загрязняющие вещества из жидкостей с магнитами (обычно смазочное масло, охлаждающие жидкости и жидкое топливо ), поскольку фильтрующая среда отсутствует. Продаются коммерческие устройства, называемые «магнитными фильтрами», но название отражает их использование, а не режим работы.
• В биологических фильтрах частицы большого размера улавливаются и попадают внутрь, а образующиеся метаболиты могут высвобождаться. Например, у животных (включая людей ) почечная фильтрация удаляет отходы из крови , а в очистка воды и очистка сточных вод , нежелательные составляющие удаляются путем абсорбции биологической пленкой, выращенной на или в фильтрующей среде, как в медленной фильтрации через песок .

Методы

Есть много разных методов фильтрации; все стремятся к разделению веществ. Разделение достигается за счет некоторой формы взаимодействия между удаляемым веществом или объектами и фильтром. Вещество, которое должно пройти через фильтр, должно быть текучей средой , то есть жидкостью или газом . Способы фильтрации различаются в зависимости от местоположения целевого материала, т.е. от того, растворен ли он в жидкой фазе или взвешен в твердом виде.

Горячая фильтрация: раствор, содержащийся в колбе Эрленмейера, нагревают на горячей плите, чтобы предотвратить перекристаллизацию твердых веществ в самой колбе.

Существует несколько методов фильтрации в зависимости от желаемого результата, а именно: горячий, холодный и вакуумная фильтрация . Некоторые из основных целей получения желаемого результата – это удаление примесей из смеси или выделение твердых веществ из смеси.

Горячая фильтрация для отделения твердых частиц от горячего раствора

Метод горячей фильтрации в основном используется для отделения твердых частиц от горячего раствора. Это делается для предотвращения образования кристаллов в воронке фильтра и других устройствах, которые контактируют с раствором. В результате устройство и используемый раствор нагреваются, чтобы предотвратить быстрое снижение температуры, которое, в свою очередь, привело бы к кристаллизации твердых веществ в воронке и затруднило бы процесс фильтрации. Одной из наиболее важных мер по предотвращению образования кристаллов в воронке и эффективной горячей фильтрации является использование бесштоковой фильтровальной воронки. Из-за отсутствия стержня в фильтрующей воронке уменьшается площадь поверхности контакта между раствором и стержнем фильтрующей воронки, что предотвращает перекристаллизацию твердого вещества в воронке, что отрицательно влияет на процесс фильтрации.

Холодная фильтрация, ледяная баня используется для охлаждения раствора перед его фильтрацией.

Холодная фильтрация Метод – это использование ледяной бани для быстрого охлаждения раствора. кристаллизовать, а не оставлять его для медленного охлаждения при комнатной температуре. Этот метод приводит к образованию очень мелких кристаллов, а не к получению крупных кристаллов путем охлаждения раствора до комнатной температуры.

Вакуумная фильтрация является наиболее предпочтительной для небольших партий раствора, чтобы быстро высушить мелкие кристаллы. Для этого метода требуется воронка Бюхнера , фильтровальная бумага меньшего диаметра, чем воронка, колба Бюхнера и резиновая трубка для подсоединения к источнику вакуума.

Фильтрующий материал

В лабораториях используются два основных типа фильтрующего материала: поверхностный фильтр , твердое сито, которое задерживает твердые частицы, с помощью или без фильтровальная бумага (например, воронка Бюхнера , ленточный фильтр , ротационный вакуум-барабанный фильтр , фильтры поперечного потока , Сетчатый фильтр ); и глубинный фильтр , слой гранулированного материала, который задерживает твердые частицы при прохождении (например, песочный фильтр ). Первый тип позволяет собирать твердые частицы, то есть остаток, в целости и сохранности; второй тип этого не допускает. Однако второй тип менее подвержен засорению из-за большей площади поверхности, на которой могут задерживаться частицы. Кроме того, когда твердые частицы очень мелкие, часто дешевле и проще выбросить загрязненные гранулы, чем очистить твердое сито.

Фильтрующий материал можно очистить путем промывки растворителями или моющими средствами. В качестве альтернативы, в инженерных приложениях, таких как плавательные бассейны водоочистные сооружения, их можно очищать с помощью обратной промывки . Самоочищающиеся сетчатые фильтры используют обратную промывку в точке всасывания для очистки сетки без прерывания потока в системе.

Обеспечение потока через фильтр

Жидкости проходят через фильтр из-за разницы давлений – жидкость течет со стороны высокого давления на сторону низкого давления фильтра, оставляя некоторое количество материала позади. Самый простой способ добиться этого – с помощью силы тяжести, и его можно увидеть в примере кофеварки . В лаборатории может применяться давление в виде сжатого воздуха на стороне подачи (или вакуум на стороне фильтрата) для ускорения процесса фильтрации, хотя это может привести к засорению или прохождению мелких частиц. В качестве альтернативы жидкость может протекать через фильтр под действием силы, прилагаемой насосом , метод, обычно используемый в промышленности, когда важно сокращенное время фильтрации. В этом случае нет необходимости устанавливать фильтр вертикально.

Фильтрующий агент

Некоторые фильтрующие добавки могут использоваться для улучшения фильтрации. Часто это несжимаемая диатомовая земля или кизельгур, который состоит в основном из кремнезема . Также используются древесина целлюлоза и другие инертные пористые твердые вещества, такие как более дешевый и безопасный перлит . Активированный уголь часто используется в промышленности, где требуется изменение свойств фильтрата, например изменение цвета или запаха.

Эти вспомогательные фильтрующие средства можно использовать двумя разными способами. Их можно использовать в качестве предварительного покрытия перед фильтрацией суспензии . Это предотвратит засорение фильтрующей среды твердыми частицами студенистого типа, а также даст более чистый фильтрат. Их также можно добавлять в суспензию перед фильтрацией. Это увеличивает пористость осадка и снижает сопротивление осадка во время фильтрации. Во вращающемся фильтре вспомогательное фильтрующее средство можно наносить в качестве предварительного покрытия; впоследствии тонкие кусочки этого слоя срезаются вместе с коржем.

Использование фильтрующих добавок обычно ограничивается случаями, когда осадок выбрасывается или где осадок может быть химически отделен от фильтра.

Альтернативы

Фильтрация – более эффективный метод разделения смесей , чем декантация , но требует гораздо больше времени. Если задействованы очень небольшие количества раствора , большая часть раствора может быть впитана фильтрующей средой.

Альтернативой фильтрации является центрифугирование – вместо фильтрации смеси твердых и жидких частиц смесь центрифугируется для вытеснения (обычно) более плотного твердого вещества на дно, где оно часто образуется. фирменный торт . Вышеуказанную жидкость затем можно декантировать. Этот метод особенно полезен для отделения твердых частиц, которые плохо фильтруются, например, студенистых или мелких частиц. Эти твердые частицы могут забиваться или проходить через фильтр соответственно.

Примеры

Колба с фильтром (колба с отсасыванием, с фильтром из пористого стекла, содержащим образец). Обратите внимание на почти бесцветный фильтрат в приемной колбе.

Примеры фильтрации включают

• фильтр для кофе для отделения кофе от молотого кофе.
• HEPA фильтры в кондиционер для удаления частиц из воздуха.
• Ленточные фильтры для извлечения драгоценных металлов в горнодобывающей промышленности .
• Горизонтальный пластинчатый фильтр, также известный как фильтр.
• Вертикальные пластинчатые фильтры, такие как те, что используются в процессе Меррилла-Кроу .
• Нутче-фильтры, обычно используемые в фармацевтических приложениях или в периодических процессах, которые должны улавливать твердые частицы.
• В печах используется фильтрация для предотвращения попадания элементов печи от загрязнения твердыми частицами.
• В пневмотранспортных системах часто используется фильтрация для остановки или замедления потока транспортируемого материала с помощью рукавного фильтра .
• В лаборатории Бюхнер Часто используется воронка с фильтровальной бумагой , служащей пористым барьером.
• Воздушные фильтры обычно используются для удаления переносимых по воздуху р. артикулировать вещества в системах вентиляции зданий, двигателях внутреннего сгорания и промышленных процессах.
• Масляный фильтр в автомобилях, часто в виде канистры или картриджа.
• Аквариумный фильтр

Эксперимент, подтверждающий существование микроскопические организмы включают сравнение воды, прошедшей через неглазурованный фарфор и нефильтрованную воду. Когда фильтрованная вода остается в запечатанных контейнерах, ее загрязнение занимает больше времени, что свидетельствует о том, что очень мелкие предметы (например, бактерии ) могут быть удалены из жидкостей путем фильтрации.

В почке , почечная фильтрация – это фильтрация крови в клубочках с последующей избирательной реабсорбцией много веществ, необходимых организму для поддержания гомеостаза.

См. Также

• Процесс разделения
• Категория: Фильтры
• Разделение смесей
• Микрофильтрация
• Ультрафильтрация
• Нанофильтрация
• Обратный осмос
• Поперечная фильтрация
• Сито
• Ситовый анализ

Ссылки

Внешние ссылки

• Фильтрация (химия) в Британской энциклопедии
• Фильтрация (акустика) на значке Британская энциклопедия

Источник