Фильтрация
Фильтрация — это процесс физического разделения , который отделяет твердые вещества и жидкость от смеси с помощью фильтрующего материала , имеющего сложную структуру, через которую может проходить только жидкость. Твердые частицы, которые не могут пройти через фильтрующую среду, называются крупногабаритными , а жидкость, которая проходит через них, называется фильтратом . [1] Крупногабаритные частицы могут образовывать фильтровальную корку на поверхности фильтра, а также могут блокировать решетку фильтра, препятствуя проникновению жидкой фазы через фильтр, что называется засорением.. 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 некоторым количеством жидкости, а фильтрат будет содержать мелкие частицы (в зависимости от размера пор, толщины фильтра и биологической активности). Фильтрация происходит как в природе , так и в инженерных системах; существуют биологические , геологические и промышленные формы. [2]
Фильтрация также используется для описания биологических и физических систем, которые не только отделяют твердые частицы от потока жидкости, но также удаляют химические вещества и биологические организмы путем захвата , фагоцитоза , адсорбции и абсорбции . Примеры включают медленные песчаные фильтры и капельные фильтры . Он также используется как общий термин для микрофагии, при которой организмы используют различные средства для фильтрации мелких частиц пищи из окружающей среды. Примеры варьируются от микроскопических Vorticella до гигантской акулы , одной из крупнейших рыб, и усатых китов , все из которых описываются как Фильтрующие питатели .
Существует множество различных методов фильтрации; все стремятся достичь разделения веществ. Разделение достигается за счет некоторой формы взаимодействия между удаляемым веществом или объектами и фильтром. Вещество, которое должно пройти через фильтр, должно быть флюидом , т.е. жидкостью или газом . Методы фильтрации различаются в зависимости от местонахождения целевого материала, т. е. от того, растворен ли он в жидкой фазе или взвешен в виде твердого вещества.
Существует несколько методов лабораторной фильтрации в зависимости от желаемого результата, а именно горячая, холодная и вакуумная фильтрация . Некоторыми из основных целей получения желаемого результата являются удаление примесей из смеси или выделение твердых веществ из смеси.
Метод горячей фильтрации в основном используется для отделения твердых веществ от горячего раствора. Это делается для предотвращения образования кристаллов в воронке фильтра и других устройствах, контактирующих с раствором. В результате аппарат 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. [3]Одной из наиболее важных мер по предотвращению образования кристаллов в воронке и эффективной горячей фильтрации является использование фильтрующей воронки без ножки. Из-за отсутствия стержня в фильтрующей воронке уменьшается площадь поверхности контакта между раствором и стержнем фильтрующей воронки, что предотвращает рекристаллизацию твердого вещества в воронке, что отрицательно сказывается на процессе фильтрации.
Метод холодной фильтрации заключается в использовании ледяной бани для быстрого охлаждения кристаллизуемого раствора вместо того, чтобы оставлять его для медленного охлаждения в атмосфере помещения. Этот метод приводит к образованию очень маленьких кристаллов, в отличие от получения больших кристаллов путем охлаждения раствора при комнатной температуре.
