Comprendere i diversi tipi di filtrazione di processo

Dalla produzione della pasta alla preparazione del caffè, la filtrazione è ovunque nella nostra vita quotidiana.
Ma sapevate che molti prodotti quotidiani vengono sottoposti anche a più fasi di filtrazione durante la loro produzione?
In questo articolo scoprirai i tipi fondamentali di tecniche di filtrazione, come funzionano e dove vengono utilizzate nella filtrazione di processo.

La filtrazione di processo viene utilizzata per rimuovere particelle, contaminanti o altre sostanze indesiderate da liquidi o gas come parte del processo di produzione. Aiuta a separare i solidi dai liquidi o i vapori dai flussi di gas e garantisce che il prodotto finale soddisfi gli standard di qualità e sicurezza. Questo passaggio è essenziale in settori come quello alimentare e delle bevande, farmaceutico, cosmetico, dell'alimentazione animale, chimico e della microelettronica. In questi settori, la filtrazione contribuisce a mantenere l'uniformità, a soddisfare i requisiti normativi e a prolungare la durata di conservazione dei prodotti.

Possiamo distinguere quattro metodi di filtrazione fondamentali, tipicamente definiti dal modo in cui le particelle vengono trattenute e dalla natura del materiale filtrante.

Quando un numero elevato di particelle viene intrappolato dal mezzo filtrante, formano un letto di particelle. Una volta creata, questa torta filtrante diventa il mezzo filtrante primario ed è fondamentale per ottenere una filtrazione efficace. Per formare questa torta filtrante vengono aggiunti comuni ausili filtranti come la terra diatomacea o il carbone attivo. Nell'industria alimentare e delle bevande, questo principio viene solitamente applicato per chiarificare liquidi altamente colloidali come birra, vino e succhi. Questo tipo di filtrazione viene utilizzato anche in aree come l'olio alimentare o la raffinazione dello zucchero, dove i solidi pesanti devono essere rimossi in modo efficiente. 

La filtrazione in profondità cattura le particelle sull'intera profondità del materiale filtrante, non solo in superficie. Il filtro è in genere composto da materiali fibrosi, granulari o sinterizzati che vengono pressati, avvolti o altrimenti legati tra di loro. Insieme, le fibre formano canali irregolari, creando un percorso tortuoso per le particelle. Grazie a diversi meccanismi di ritenzione, i filtri di profondità sono in grado di catturare particelle molto più piccole del diametro del canale nell'intera profondità della matrice filtrante. Ad esempio, un filtro di profondità sterile per l'aria ha una dimensione media dei pori di 8 µm, ma è in grado di trattenere batteri di 0,22 µm con un'efficienza sterile.

I filtri di profondità sono ampiamente utilizzati nella filtrazione di processo, ad esempio per rimuovere i colori, recuperare i catalizzatori o separare le particelle non disciolte. Inoltre, grazie alla loro elevata capacità di ritenzione dello sporco, vengono spesso utilizzati come fasi di prefiltrazione per proteggere filtri a membrana più fini in applicazioni sterili o osmosi inversa. Questo tipo di filtrazione si trova anche nelle applicazioni farmaceutiche o nei processi enzimatici in cui i solidi sono elevati e la limpidezza finale è importante.

Il setaccio è il tipo di filtrazione più riconoscibile che utilizza un effetto di vagliatura, chiamato anche esclusione dimensionale. Le particelle più grandi delle aperture nella maglia del filtro vengono catturate in superficie, mentre le particelle più piccole passano attraverso di esse. Ecco perché viene anche chiamata filtrazione superficiale. Nella cucina quotidiana, la pasta viene filtrata utilizzando un colino per scolare l'acqua. Nella filtrazione di processo, i filtri a membrana con pori piccoli sono un buon esempio, in quanto possono trattenere i batteri sulla superficie. Spesso vengono applicati come fase finale di filtrazione per rendere il liquido sterile. Ciò lo rende particolarmente utile in settori come quello cosmetico, dell'imbottigliamento dell'acqua e farmaceutico, dove la limpidezza e la sicurezza microbiologica sono essenziali.

Nella filtrazione tangenziale, il fluido non fluisce attraverso il materiale filtrante ("filtrazione ortogonale"), ma lungo la superficie del materiale filtrante ("filtrazione tangenziale"). Un esempio comune di filtrazione a flusso incrociato è l'osmosi inversa. Solo le molecole d'acqua passano attraverso la membrana, bloccando e rimuovendo efficacemente altre particelle come sali, sostanze chimiche e microrganismi.
L'effluente è acqua purificata. La filtrazione tangenziale è ampiamente utilizzata nell'ultrafiltrazione dei prodotti lattiero-caseari (ad es. separazione delle proteine del siero di latte), nelle applicazioni biofarmaceutiche e nei processi di purificazione dell'acqua ad alto volume in cui il funzionamento continuo e l'intasamento minimo sono essenziali.

• La filtrazione con coaudiuvanti viene spesso applicata nella vinificazione, nella chiarificazione dei succhi e in altre attività che prevedono un elevato contenuto di solidi.
  
  
• La filtrazione in profondità supporta fasi come la prefiltrazione, la rimozione dei pigmenti o il recupero del catalizzatore.
  
  
• La filtrazione superficiale svolge un ruolo chiave nella lavorazione di acqua in bottiglia, cosmetici e farmaci sterili.
  
  
• La filtrazione tangenziale è adatta per le biotecnologie, la produzione lattiero-casearia e il trattamento delle acque, dove un flusso costante è importante.

Ciascun metodo offre un vantaggio diverso, sia che si tratti di rimuovere particelle, chiarificare liquidi o aiutare a creare fluidi sterili. Sapere come funzionano aiuta ad abbinare la soluzione giusta al processo giusto.

In Atlas Copco lavoriamo con un'ampia gamma di settori per fornire soluzioni di filtrazione di processo affidabili. Se stai cercando la configurazione giusta per la tua applicazione, i nostri esperti sono qui per aiutarti. Esplora il nostro portafoglio completo per trovare la soluzione più adatta al tuo processo.

Ecco alcune domande comuni sui metodi di filtrazione, utili se state confrontando opzioni o perfezionando il vostro processo.
 

• Qual è la differenza tra la filtrazione superficiale e la filtrazione in profondità?
  Nella filtrazione superficiale, i contaminanti vengono trattenuti sulla superficie del filtro, come le membrane. Con filtrazione in profondità,
  le particelle vengono raccolte sull'intera profondità del filtro, ad esempio in filtri in polipropilene melt-blown..
  
  
  
• Qual è la differenza tra la filtrazione ortogonale e la filtrazione tangenziale?
  Nella filtrazione ortogonale (chiamata anche filtrazione diretta), il fluido passa attraverso il materiale filtrante,
  mentre per la filtrazione tangenziale, il fluido circola lungo il filtro. In questo caso si utilizzano setti filtranti densi, come quelli dell'osmosi inversa.
  
  
• Qual è la differenza tra un filtro con grado assoluto e un filtro con grado nominale?
  Un filtro assoluto è in grado di rimuovere tutte le particelle di dimensioni superiori a quelle specificate (tasso di ritenzione tipico: 99,98%).
  Un filtro nominale è in grado di rimuovere un certo numero di particelle, ma non tutte (tasso di ritenzione tipico: 98%).
  La dimensione assoluta o nominale è sempre specificata per una determinata dimensione di contaminazione. In altre parole, un elemento filtrante con un'efficienza di filtrazione assoluta di 5 µm potrebbe essere nominale di 1 µm.