Filtrasyon

Filtreleme, içinden yalnızca sıvının geçebileceği bir ortam ekleyerek katıları sıvılardan (sıvılar veya gazlar) ayıran çeşitli mekanik, fiziksel veya biyolojik işlemlerden herhangi biridir. Geçen sıvının filtratı da denir. Fiziksel filtrelerde, büyük boy sıvıdaki katı maddeler, biyolojik filtrelerde partiküller tutulur, yutulur, metabolitler tutulur ve çıkarılır. Ancak, ayırma tamamlanmadı; Katılar bir miktar sıvı ile kirlenecek ve filtrat ince tanecikler içerecektir (gözenek büyüklüğüne, filtre kalınlığına ve biyolojik aktiviteye bağlı olarak). Filtreleme hem doğada hem de mühendislik sistemlerinde gerçekleşir; biyolojik, jeolojik ve endüstriyel formlar var. Örneğin, hayvanlarda (insanlar dahil), böbrek fizyolojisi filtrelemesi kandaki atıkları uzaklaştırır ve su arıtma ve atık su arıtımı muamelesinde istenmeyen bileşenler yavaş kum filtrasyonunda olduğu gibi, filtre ortamında veya içinde yetiştirilen biyolojik bir filme absorpsiyon yoluyla uzaklaştırılır.

Yöntemler

Birçok farklı filtrasyon yöntemi vardır; hepsi maddelerin ayrılmasını sağlamayı amaçlardır. Ayrılma, çıkarılacak madde veya nesneler ile filtre arasında bir çeşit etkileşim şekliyle sağlanır. Filtreden geçen madde bir sıvı, yani bir sıvı veya gaz olmalıdır. Filtreleme yöntemleri, hedeflenen malzemenin yerine, yani akışkan fazında çözünmüş veya katı halde asılı olup olmadığına bağlı olarak değişir.
Sıcak, soğuk ve vakumlu filtreleme gibi istenen sonuca bağlı olarak çeşitli filtreleme teknikleri vardır. İstenilen sonucu elde etmenin temel amaçlarından bazıları, bir karışımdan safsızlıkların çıkarılması veya bir karışımdan katıların izole edilmesidir.
Sıcak filtrasyon metodu esas olarak katıları sıcak bir çözeltiden ayırmak için kullanılır. Bu, filtre hunisinde ve çözeltiyle temas eden diğer aparatlarda kristal oluşumunu önlemek için yapılır. Sonuç olarak, kullanılan aparat ve çözelti, sıcaklıktaki hızlı düşüşü önlemek için sırayla huni içerisinde katıların kristalleşmesine yol açır ve filtrasyon işlemini engelleyecek şekilde ısıtılır. Huni içerisinde kristallerin oluşumunu önleyen ve etkin sıcak filtreleme işlemlerinden geçirilmesinin önlenmesinde en önemli önlemlerden biri, sapsız filtre hunisinin kullanılmasıdır. Filtre hunisinde sap bulunmamasından dolayı, çözelti ile filtre hunisinin sapı arasındaki temas yüzeyinde bir azalma meydana gelir, bu nedenle hunide katının tekrar kristalleşmesini önler, böylece filtrasyon işlemini olumsuz etkiler.
Soğuk filtrasyon yöntemi, buz banyosunun, oda sıcaklığında yavaş yavaş soğumaya bırakılmak yerine, kristalize edilecek çözeltiyi hızlı bir şekilde soğutmak için kullanılmasıdır. Bu teknik, çözeltiyi oda sıcaklığında soğutarak büyük kristallerin elde edilmesinin aksine çok küçük kristallerin oluşmasına neden olur.
Küçük kristalleri hızlıca kurutmak için küçük çözelti partileri için Vakum Filtrasyon tekniği en çok tercih edilen yöntemdir. Bu yöntem, bir Büchner hunisi, huniden daha küçük çaplı filtre kağıdı, Büchner şişesi ve vakum kaynağına bağlamak için kauçuk tüp gerektirir.

Filtre ortamı

Laboratuvarlarda iki ana tip filtre ortamı kullanılır: filtre kağıdının yardımı ile veya olmadan katı parçacıkları yakalayan katı bir elek (örneğin Büchner hunisi, Bant filtresi, Döner vakumlu tambur filtresi, Çapraz akışlı filtreler, Ekran filtresi) ve geçerken katı parçacıkları tutan (örneğin kum filtresi) bir granül malzeme yatağı olan bir katı filtre. Birinci tip katı partiküllerin, yani tortunun bozulmadan toplanmasını sağlar; ikinci tip buna izin vermiyor. Bununla birlikte, ikinci tip, parçacıkların sıkışabileceği daha büyük yüzey alanı nedeniyle tıkanmaya daha az eğilimlidir. Ayrıca, katı parçacıklar çok ince olduğunda, kirli elekleri temizlemek yerine kirli elekleri atmak genellikle daha ucuz ve kolaydır.
Filtre ortamı solvent veya deterjan ile durulama ile temizlenebilir. Alternatif olarak, yüzme havuzu su arıtma tesisleri gibi mühendislik uygulamalarında, geri yıkama ile temizlenebilirler. Kendi kendini temizleyen ekran filtreleri, sistem akışını kesmeden ekranı temizlemek için emme noktası geri yıkama özelliğini kullanır.

Filtreden akış elde etme

Sıvılar, basınçtaki bir farklılık nedeniyle bir filtreden akıyor; sıvı, yüksek basınç tarafından filtrenin düşük basınç tarafına akıyor ve bir miktar malzeme geride kalıyor. Bunu başarmanın en basit yöntemi yerçekimidir ve kahve makinesi örneğinde görülebilir. Laboratuvarda, filtrasyon işlemini daha hızlı yapmak için besleme tarafındaki (veya filtrat tarafındaki vakumlu) basınçlı hava formunda basınç uygulanabilir, ancak bu tıkanmaya veya ince parçacıkların geçişine neden olabilir. Alternatif olarak, sıvı, filtreden geçirilmiş bir süzme süresi önemli olduğunda sanayide yaygın olarak kullanılan bir yöntem olan bir pompa tarafından uygulanan kuvvetle akabilir. Bu durumda, filtrenin dikey olarak monte edilmesi gerekmez.

Filtre yardımı

Filtrelemeye yardımcı olmak için bazı filtre yardımcıları kullanılabilir. Bunlar genellikle sıkıştırılamaz diyatomlu toprak (diatomit) veya birincil olarak silikadan oluşan kieselguhr'dur. Ayrıca ahşap selüloz ve daha ucuz ve daha güvenli perlit gibi diğer inert gözenekli katılar da kullanılır.
Bu filtre yardımcıları iki farklı şekilde kullanılabilir. Bulamaç süzülmeden önce ön kaplama olarak kullanılabilirler. Bu, jelatinimsi tip katı maddelerin filtre ortamını tıkamasını önleyecek ve ayrıca daha temiz bir süzüntü sağlayacaktır. Filtrasyondan önce bulamaca da eklenebilirler. Bu, porozitenin gözenekliliğini arttırır ve filtrasyon sırasında direncini azaltır. Döner bir filtrede, filtre yardımı bir ön kaplama olarak uygulanabilir; daha sonra, bu tabakanın ince dilimleri, filtre keki ile dilimlenir.
Filtre yardımcılarının kullanımı genellikle çökeltinin filtreden kimyasal olarak ayrılabileceği durumlar ile sınırlıdır.

Alternatifler

Filtrasyon, karışımların ayrıştırılması için dökülmeden daha etkili bir yöntemdir, ancak çok daha fazla zaman alır. Çok az miktarda çözelti varsa, çözeltinin çoğu filtre ortamı tarafından ıslatılabilir.
Filtrelemeye bir alternatif santrifüjlemedir - katı ve sıvı taneciklerin karışımını filtrelemek yerine, karışım (genellikle) daha yoğun olan katıyı sık sık sert bir kek oluşturacak şekilde sertleştirmek için santrifüjlenir. Yukarıdaki sıvı daha sonra boşaltılabilir. Bu yöntem özellikle jelatinli ya da ince parçacıklar gibi iyi filtrelenmeyen katıların ayrılması için kullanışlıdır. Bu katılar sırasıyla filtreyi tıkayabilir veya geçirebilir.