Визначення та процеси фільтрації (хімія)

Фільтрація - це процес, що використовується для відокремлення твердих речовин від рідин або газів з використанням фільтруючого середовища, що пропускає рідину, але не тверді частинки. Термін "фільтрація" застосовується незалежно від того, чи є фільтр механічним, біологічним чи фізичним. Рідина, що пройшла крізь фільтр, називається фільтратом. Фільтруюче середовище може бути поверхневим фільтром, який являє собою тверду речовину, що уловлює тверді частинки, або глибинним фільтром, що є шаром матеріалу, який уловлює тверді частинки.

Фільтрування зазвичай є недосконалим процесом. Деяка кількість рідини залишається на вхідній стороні фільтра або проникає у матеріал, що фільтрує, а деякі дрібні тверді частинки проходять через фільтр. Як хімія та інженерна техніка, завжди є якийсь втрачений продукт, чи то рідина, що збирається, чи тверда речовина.

Приклади фільтрації

Хоча фільтрація є важливим методом поділу в лабораторії, вона також широко використовується у повсякденному житті.

• Приготування кави включає пропускання гарячої води через мелену каву та фільтр. Рідка кава – це фільтрат. Заварювання чаю практично однаково, незалежно від того, чи використовуєте ви чайний пакетик (паперовий фільтр) або чайну кульку (зазвичай з металевим фільтром).
• Нирки є прикладом біологічного фільтра. Кров фільтрується клубочками. Основні молекули реабсорбуються у кров.
• Кондиціонери та багато пилососів використовують фільтри HEPA для видалення пилу та пилку з повітря.
• У багатьох акваріумах використовуються фільтри, що містять волокна, що уловлюють тверді частинки.
• Стрічкові фільтри витягують дорогоцінні метали при видобутку корисних копалин.
• Вода у водоносному обрії відносно чиста, тому що вона фільтрується через пісок та проникну породу в землі.

Методи фільтрації

Існують різні типи фільтрації. Який метод використовується, багато в чому залежить від того, чи є тверда речовина твердим тілом (зваженим) або розчиненим у рідині.

• Загальна фільтрація: основна форма фільтрації використовує гравітацію для фільтрації суміші. Суміш виливається зверху на матеріал, що фільтрує (наприклад, фільтрувальний папір), і сила тяжіння стягує рідину вниз. Тверда речовина залишається на фільтрі, а рідина тече під нею.
• Вакуумна фільтрація: колба Бюхнера та шланг використовуються для створення вакууму для всмоктування рідини через фільтр (зазвичай за допомогою сили тяжіння). Це значно прискорює розподіл і може використовуватися для сушіння твердої речовини. У спорідненому методі використовується насос для створення різниці тисків з обох боків фільтра. Фільтри насоса не обов'язково повинні бути вертикальними, тому що гравітація не є джерелом різниці тиску з боків фільтра.
• Холодна фільтрація: Холодна фільтрація використовується для швидкого охолодження розчину, викликаючи утворення дрібних кристалів. Цей метод використовується, коли тверда речовина спочатку розчинена. Найпоширенішим методом є приміщення контейнера з розчином у лазню з льодом перед фільтрацією.
• Гаряча фільтрація: при гарячій фільтрації розчин, фільтр та вирва нагріваються, щоб звести до мінімуму утворення кристалів під час фільтрації. Безстеблові вирви зручні тим, що мають меншу площу поверхні для зростання кристалів. Цей метод використовується, коли кристали забивають воронку або перешкоджають кристалізації другого компонента суміші.

Іноді фільтруючі добавки використовуються для покращення потоку через фільтр. Прикладами фільтруючих добавок є діоксид кремнію, діатомова земля, перліт та целюлоза. Допоміжні речовини, що фільтрують, можуть бути поміщені на фільтр перед фільтрацією або змішані з рідиною. Допоміжні речовини можуть допомогти запобігти засміченню фільтра і можуть збільшити пористість коржика або подачі у фільтр.

Фільтрування проти просіювання

Спорідненим методом поділу є просіювання. Просіювання відноситься до використання однієї сітки або перфорованого шару для утримання великих частинок та пропускання дрібніших. Навпаки, при фільтрації фільтр є решіткою або має кілька шарів. Рідини йдуть каналами в середовищі, щоб пройти через фільтр.

Альтернативи фільтрації

Для деяких застосувань існують ефективніші методи поділу, ніж фільтрація. Наприклад, для дуже маленьких проб, в яких важливо зібрати фільтрат, матеріал, що фільтрує, може вбрати занадто багато рідини. В інших випадках занадто багато твердих частинок може потрапити до фільтруючого середовища.

Двома іншими процесами, які можна використовувати для відокремлення твердих речовин від рідин, є декантація та центрифугування.Центрифугування включає обертання зразка, внаслідок чого більш важка тверда речовина опускається на дно контейнера. При декантації рідину відкачують або зливають із твердої речовини після того, як вона випаде з розчину. Декантацію можна використовувати після центрифугування або самостійно.

Фільтрування, фільтрація

Фільтрування або фільтрація, поділ суспензій або аерозолів за допомогою фільтрів - пористих перегородок (металевих, азбестових, скляних та ін), що пропускають рідину або газ, але затримують тверді частинки.

Фільтрування - процес очищення суспензій (суспензія або завись називається суміш речовин, в якій тверда речовина розподілена у вигляді дрібних частинок в рідкій речовині у зваженому стані) і аерозолів (аерозоль - гетерогенна система, яка складається з дрібних твердих або рідких частинок, зважених зазвичай у повітрі) від твердих фракцій. Метод заснований на пропусканні рідини або газу через фільтрувальну перегородку, на якій затримуються тверді речовини.

Фільтрування відбувається у спеціальних агрегатах – фільтрах. Поряд із терміном "фільтрування"існує і термін"фільтраціяРозглянемо один із видів фільтрування на прикладі поділу суспензій (суспензій).

При фільтруванні суспензій тверді частинки затримуються на фільтрувальній перегородці і утворюють таким чином шар вологого осаду, який за необхідності промивається водою та ін рідинами або просушується.

Тверді фракції висококонцентрованих (в'язких) і навпаки мало концентрованих суспензій проникають у пори фільтрувальних перегородок, забиваючи їх.Для того, щоб пори фільтрів закупорювалися повільніше, застосовують допоміжні речовини (діатоміт, перліт, азбест, целюлозу та ін.), які можна додати в суспензію або нанести на фільтрувальну перегородку.

Допоміжний матеріал утворює захисну плівку над порами, внаслідок чого фільтр забивається менше.

Рідина, що фільтрується при русі через шар осаду і фільтрувальні перегородки зустрічає гідравлічний опір, для подолання якого необхідно створення перепаду тиску (вакууму під фільтрувальною перегородкою або надлишкового тиску над нею). При постійному перепаді тиску швидкість фільтрування падає зі збільшенням товщини шару осаду і, отже, зростання гідравлічного опору. У разі подачі суспензії на перегородки фільтрувальні поршневим насосом, фільтрування відбувається при безперервному зростанні перепаду тиску з постійною швидкістю. Якщо суспензія подається відцентровим насосом, змінюються безперервно як перепад тиску, так і швидкість фільтрації. З підвищенням температури швидкість фільтрування зростає завдяки зниженню в'язкості суспензії.

Фільтратом називається рідина, отримана у процесі фільтрування.

Існує 3 види фільтрування:

1. Поділ суспензій - процес відділення твердих фракцій, які затримуються на фільтрувальній перегородці, а рідина при цьому проходить і збирається в посудину;

2. згущення суспензій - процес підвищення концентрації твердої фази за допомогою видалення деякої частини рідини через фільтрувальну перегородку;

3. Висвітлення рідин - процес очищення рідини від невеликої кількості твердих фракцій, що містяться в них.

Опади, що утворюються при фільтруванні, поділяють на стискання, що стискається.

Прикладом несжимаемых опадів можуть служити частинки піску, кристали карбонату кальцію, їх пористість не змінюється в процесі фільтрування. Прикладом стиснених опадів можуть бути опади гідроксидів металів, їх пористість зменшується при фільтруванні. Стиснення осаду веде до підвищення гідравлічного опору, як наслідок зменшується швидкість фільтрування. Для підвищення пористості опадів до суспензій додають реагенти (коагулянти та флокулянти), які сприяють агрегуванню дрібних частинок. Фільтрування є ефективним методом поділу рідких неоднорідних систем (суспензій, колоїдних розчинів). Метод широко застосовується у різних сферах промисловості (у хімічній, харчовій, нафтопереробній, гірничорудній та ін.), а також у лабораторіях. Спосіб фільтрації також використовується для очищення газоподібних середовищ від рідких та твердих фракцій.

Сантехнічний скотч, так званий «duct tape» призначений для: 1. Обмотування труб, зміцнення стиків та щілин у трубах, усунення протікання, герметизації корпусів, панелей та…

Шамот - вогнестійка глина, каолін, обпалені до втрати пластичності, видалення хімічно зв'язаної води і доведена до деякого ступеня спікання. Дане найменування застосовується також…

Комплекс робіт з реставрації дерев'яних вікон старих типів та конструкцій передбачає на виході результат, при якому зберігаються всі особливості віконних конструкцій та їх елементів.

Дизайн інтер'єру (інтер'єрний дизайн) — галузь дизайну, спрямована на інтер'єр приміщень з метою забезпечити зручність та естетично приємну взаємодію середовища з людьми.