Filtracja: Definicja, Proces i Zastosowania
- Szczegóły
Filtracja, znana również jako sączenie, to proces separacji, który polega na oddzielaniu cząstek stałych od cieczy lub gazów przy użyciu porowatej przegrody - filtra. Proces filtracji polega na oddzieleniu cieczy lub gazu od filtrowanych części stałych. Polega na mechanicznym zatrzymaniu pojedynczego ciała stałego w porowatych filtrach. Filtr może być mechaniczny, biologiczny lub fizyczny.
Rodzaje Filtracji
Istnieje bardzo wiele rodzajów filtracji, ale najpopularniejszych jest zaledwie kilka. Metoda filtrowania zależy jednak w dużej mierze od tego, co ma być przefiltrowane. Czy jest to płyn z rozpuszczonymi substancjami do wyizolowania?
- Filtracja ogólna: Polega na oczyszczaniu zawiesiny przy wykorzystaniu grawitacji. Płyn, który ma być odfiltrowany, wlewa się na bibułę filtracyjną. Na bibule zostają ciała stałe, podczas gdy przefiltrowany płyn wędruje do naczynia pod nią.
- Filtracja próżniowa: Polega na zasysaniu filtrowanego płynu przez specjalnie do tego przeznaczony filtr. Sączenie polega na zasysaniu powietrza z kolby Büchnera, w wyniku czego w kolbie tworzy się podciśnienie. Powoduje to szybsze sączenie się przesączu. Dzięki temu możemy znacznie szybciej sączyć osady kłaczkowate, które długo sączyłyby się na zwykłym zestawie do sączenia. Proces sączenia nazywany jest również filtracją.
- Filtracja metodą na zimno: Ma za zadanie szybkie schłodzenie filtrowanej cieczy, na przykład w łaźni lodowej.
Przykłady Zastosowania Filtracji
Filtracja znajduje szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach życia i przemysłu. Przykładowo:
- Parzenie kawy to proces, który polega na przepuszczaniu wrzątku przez zmielone ziarna kawy w celu uzyskania filtratu.
- System filtracyjny to również system obecny w nerkach. Tam odbywa się filtracja biologiczna, która polega na filtrowaniu krwi poprzez kłębuszki. Pacjenci z niewydolnością nerek korzystają z systemów dializacyjnych - hemodializy czy dializy otrzewnowej.
- Urządzenia filtracyjne to również klimatyzatory, które mają za zadanie zająć się powietrzem w danym pomieszczeniu. W systemach klimatyzacyjnych filtry powietrza zatrzymują kurz i alergeny.
- W motoryzacji i przemyśle maszynowym filtruje się olej hydrauliczny, przekładniowy oraz paliwo.
- W akwarystyce.
- W przemyśle - przykładowo w układach chłodzenia - filtry mechaniczne o precyzyjnie dobranej porowatości chronią wrażliwe elementy instalacji.
- Filtracja biologiczna znajduje zastosowanie również w oczyszczaniu wody w placówkach medycznych.
- W praktyce - weźmy przykład uzdatniania wody - filtracja skutecznie usuwa z niej zawiesiny.
Oddzielanie Osadu od Roztworu
Otrzymaliśmy osad wodorotlenku miedzi(II), więc następnym krokiem będzie oddzielenie go od roztworu. Do wykorzystania mamy następujące metody:
Sączenie (Filtracja)
Sączenie jest metodą, która polega na fizycznym oddzieleniu osadu od roztworu z użyciem porowatego materiału, którym zazwyczaj jest sączek wykonany z bibuły. Po złożeniu zestawu do sączenia, należy zwilżyć sączek odpowiednim roztworem - takim, w którym była prowadzona reakcja. Roztwór nalewamy po bagietce do lejka, gdzie umieszczony jest sączek. W przypadku, kiedy w zlewce zostanie osad, przemywamy zlewkę kilkakrotnie wodą, aby cały osad znalazł się na sączku. Następnie osad na sączku przemywamy wodą destylowaną, aby się go pozbyć, czyli tych resztek roztworu macierzystego. Jeśli jednak przesącz będzie mętny, musimy powtórzyć sączenie do momentu, aż uzyskamy przesącz klarowny.
Przeczytaj także: Definicja i pomiar filtracji kłębuszkowej
Dekantacja
Dekantacja polega na zlaniu cieczy znad osadu. W wyniku reakcji chemicznej, w której nastąpiło wytrącenie się osadu, zlewkę z tym osadem pozostawiamy na dłuższy czas, aby osad opadł na dno zlewki. Proces dekantacji wykonuje się w wielu powtórzeniach, dolewając czystego rozpuszczalnika i czekając na ponowne opadnięcie osadu. Roztwór powoli dekantujemy po bagietce.
Wirowanie
W przypadku, kiedy dysponujemy niewielką ilością zawiesiny (kilka cm3), rozdzielamy ją przez wirowanie. Roztwór z osadem przenosimy do probówek Eppendorfa - są to specjalne probówki z dnem w kształcie stożka. Tak przygotowane probówki umieszczamy w wirówce laboratoryjnej. Ważne jest, by ilość probówek była parzysta oraz by ich ułożenie w wirówce było naprzeciwko siebie. Wirówka obraca się z bardzo dużą szybkością, co skutkuje tym, że na probówki działa duża siła odśrodkowa, osad opada na dno. Jeżeli nie umieścimy w wirówce nieparzystą liczbę probówek - może dojść do rozlania cieczy. Wirowanie prowadzi się w zależności od rodzaju osadu, zazwyczaj trwa to kilka minut. Po wirowaniu odciągamy ciecz znad osadu za pomocą pipetki plastikowej, a następnie dodajemy czysty roztwór i ponownie wirujemy.
Porównanie Metod Rozdziału Osadu
| Metoda rozdziału | Właściwości osadu | Zastosowanie |
|---|---|---|
| Sączenie | Substancje, które różnią się stanem skupienia i wielkością cząstek. | Oczyszczanie wody w miejskich wodociągach. |
| Dekantacja | Substancje, które różnią się stanem skupienia i gęstością - łatwo opadające na dno. | Oddzielanie osadów w miejskich wodociągach, który zazwyczaj poprzedza proces sączenia. |
| Wirowanie | Substancje, które różnią się stanem skupienia, trudno opadające na dno - nieróżniące się gęstością. | Analiza małych ilości próbek w laboratorium chemicznym, biochemicznym. |
Filtracja Plackowa
Spośród wszystkich procesów mechanicznej separacji cząstek ciała stałego z cieczy, metodę filtracji plackowej wyróżnia szeroka gama oferowanych możliwości fizycznych i chemicznych. Dodatkowo, filtracja plackowa spośród rozwiązań wykorzystujących metody mechaniczne do rozdziału faz ciało stałe-ciecz jest metodą pozwalającą osiągać najniższe wartości resztkowej wilgotności substancji stałej.
Możliwość rozdziału cząstek różniących się kilkoma rzędami wielkości, natężenia przepływu zawiesiny w zakresie od kilku litrów do kilku metrów sześciennych na godzinę, duży zakres stężeń substancji stałych i różnorodność składu chemicznego zawiesin, zmieniające się w szerokich granicach warunki prowadzenia procesów oraz różnorodne oczekiwania wobec efektów końcowych procesu to główne spośród czynników, które przyczyniają się do ciągłego rozwoju filtracji plackowej.
Ze względu na pojawianie się nowych problemów związanych z separacją rozwój metod wykorzystujących filtrację plackową kryje w sobie ogromny potencjał na przyszłość. Filtracja plackowa jest jedną z metod filtracji powierzchniowej. Siłę napędową procesu filtracji plackowej mogą pełnić różne rodzaje ciśnień: hydrostatyczne, odśrodkowe, mechaniczne, hydrauliczne lub różnica ciśnień gazu.
Przeczytaj także: Webber AP8400 - wymiana filtrów
Dostępne są różne metody wstępnego oczyszczania zawiesin, mające na celu poprawę jej właściwości filtracyjnych. Najczęściej stosowane to: aglomeracja, zatężanie, klasyfikacja lub mieszanie ze środkami wspomagającymi filtrację. Po etapie uformowania, w ramach czynności kończących proces filtracji, placek filtracyjny może być przemyty lub osuszony.
Automatyzacja Filtracji
Automatyzacja rewolucjonizuje technologie filtracyjne. Ważną funkcję pełnią sterowniki PLC (Programmable Logic Controllers), które monitorują i regulują parametry procesu w czasie rzeczywistym. Nowoczesne urządzenia wykorzystują sieć czujników - ciśnienia, przepływu, pH - do bieżącego monitorowania pracy. Zautomatyzowane systemy filtracji stały się standardem w wielu gałęziach przemysłu, gdzie zapewniają niezawodność i ciągłość procesów. Automatyzacja filtracji zwiększa nie tylko wydajność, ale również bezpieczeństwo pracy.
Przeczytaj także: Optymalne rozcieńczenie bimbru
tags: #filtracja #definicja #proces
