De verschillende soorten procesfiltratie begrijpen

Van het zeven van je pasta tot het bereiden van je koffie, filtratie zit overal in ons dagelijks leven.
Maar wist u dat vele alledaagse producten tijdens de productie ook meerdere filtratiefasen ondergaan?
In dit artikel ontdekt u de fundamentele soorten filtratietechnieken, hoe ze werken en waar ze worden gebruikt in procesfiltratie.

Procesfiltratie wordt gebruikt om deeltjes, verontreinigingen of andere ongewenste stoffen uit vloeistoffen of gassen te verwijderen als onderdeel van het productieproces. Het helpt bij het scheiden van vaste stoffen van vloeistoffen of dampen van gasstromen en zorgt ervoor dat het eindproduct voldoet aan de kwaliteits- en veiligheidsnormen. Deze stap is essentieel in industrieën als voedingsmiddelen en dranken, farmaceutica, cosmetica, diervoeding, chemicaliën en micro-elektronica. In deze sectoren helpt filtratie de consistentie te handhaven, aan de wettelijke vereisten te voldoen en de houdbaarheid van producten te verlengen.

We kunnen vier fundamentele filtratiemethoden onderscheiden, die doorgaans worden gedefinieerd door hoe de deeltjes worden vastgehouden en de aard van het filtermedium.

Wanneer een groot aantal deeltjes door het filtermedium wordt opgevangen, vormen ze een deeltjesbed. Zodra deze filtercake is gevormd, wordt het het primaire filtermedium en is het cruciaal om een effectieve filtratie te bereiken. Deze filtertaart wordt gevormd door toevoeging van gangbare filteraids zoals diatomeeënaarde of actieve kool. In de voedingsmiddelen- en drankenindustrie wordt dit principe gewoonlijk toegepast om sterk colloïdale vloeistoffen zoals bier, wijn en sappente zuiveren. Dit type filtratie wordt ook gebruikt in gebieden zoals eetbare olie of suikerraffinage, waar zware vaste stoffen efficiënt moeten worden verwijderd. 

Dieptefiltratie vangt deeltjes op over de hele diepte van het filtermedium, niet alleen aan het oppervlak. Het filter bestaat doorgaans uit vezelachtige, korrelige of gesinterde materialen die in een labyrint van stromingskanalen worden geperst, gewikkeld of anderszins aan elkaar worden gebonden. Samen vormen de vezels onregelmatige kanalen, wat resulteert in een bochtig pad voor de deeltjes. Vanwege verschillende retentiemechanismen zijn dieptefilters in staat om deeltjes op te vangen die veel kleiner zijn dan de kanaaldiameter binnen de volledige diepte van de filtermatrix. Een steriel dieptefilter voor lucht heeft bijvoorbeeld een gemiddelde poriegrootte van 8 µm, maar is in staat om bacteriën van 0,22 µm vast te houden met een steriele efficiëntie.

Dieptefilters worden veel gebruikt in procesfiltratie, bijvoorbeeld om kleuren te verwijderen, katalysatoren terug te winnen of onopgeloste deeltjes te scheiden. Bovendien worden ze dankzij hun grote dirt-holiding-capaciteit vaak gebruikt als voorfiltratiestappen om fijnere membraanfilters in steriele toepassingen of omgekeerde osmose te beschermen. Dit type filtratie wordt ook toegepast in farmaceutische toepassingen of enzymprocessen waarbij vaste stoffen hoog zijn en de uiteindelijke helderheid belangrijk is.

Straining is het meest herkenbare type filtratie dat gebruikmaakt van een zeefeffect, ook wel size exclusion genoemd. Deeltjes die groter zijn dan de openingen in het filtergaas worden aan het oppervlak opgevangen, terwijl de kleinere deeltjes erdoorheen gaan. Daarom wordt het ook wel oppervlaktefiltratie genoemd. Bij het dagelijks koken zeven we pasta door middel van een zeef om het water af te tappen. Bij procesfiltratie zijn membraanfilters met kleine poriën een goed voorbeeld, omdat ze bacteriën aan het oppervlak kunnen vasthouden. Ze worden vaak toegepast als de laatste filtratiestap om de vloeistof steriel te maken. Dit maakt het met name nuttig in industrieën als cosmetica, bottelen van water en farmaceutica, waar helderheid en microbiologische veiligheid essentieel zijn.

Bij cross-flow filtratie stroomt de vloeistof niet door het filtermedium ("dead-end filtratie"), maar langs het oppervlak van het filtermedium ('cross-flow filtratie'). Een veelvoorkomend voorbeeld van cross-flow filtratie is omgekeerde osmose. Alleen watermoleculen passeren door het membraan dat andere deeltjes zoals zouten, chemicaliën en micro-organismen effectief blokkeert en verwijdert.
Het afvalwater is gezuiverd water.  Cross-flow filtratie wordt op grote schaal toegepast in zuivelultrafiltratie (bv. wei-eiwitscheiding), biofarmaceutische toepassingen en waterzuiveringsprocessen met een groot volume, waarbij een continue werking en minimale verstopping essentieel zijn.

• Cakefiltratie wordt vaak toegepast bij wijnbereiding, sapzuivering en andere taken met een hoog gehalte aan vaste stoffen.
  
  
• Dieptefiltratie ondersteunt stappen zoals voorfiltratie, pigmentverwijdering of katalysator recovery.
  
  
• Oppervlaktefiltratie speelt een belangrijke rol bij de verwerking van flessenwater, cosmetica en steriele geneesmiddelen.
  
  
• Cross-flow filtratie is geschikt voor biotechnologie, zuivelproductie en waterbehandeling, waar een stabiele stroom belangrijk is.

Elke afzuigkapbiedt een ander voordeel, of het nu gaat om het verwijderen van deeltjes, het zuiveren van vloeistoffen of het helpen creëren van steriele vloeistoffen. Als u weet hoe ze werken, kunt u de juiste oplossing aan het juiste proces koppelen.

Bij Atlas Copco werken we samen met een breed scala aan industrieën om betrouwbare procesfiltratieoplossingen te leveren. Als u op zoek bent naar de juiste installatie voor uw toepassing, staan onze experts klaar om u te helpen. Ontdek ons volledige portfolio om de beste oplossing voor uw proces te vinden.

Hier volgen enkele veelgestelde vragen over filtratiemethoden, handig als u opties vergelijkt of uw proces verfijnt.
 

• Wat is het verschil tussen oppervlaktefiltratie en dieptefiltratie?
  Bij oppervlaktefiltratie worden de verontreinigingen op het oppervlak van het filter vastgehouden, net als membranen. Met dieptefiltratie,
  de deeltjes worden over de volledige diepte van het filter verzameld, bijvoorbeeld in gesmolten geblazen polypropyleenfilters.
  
  
  
• Wat is het verschil tussen dead-end filtratie en cross-flow filtratie?
  Bij dead-end filtratie (ook wel directe filtratie of gesloten-end filtratie genoemd) gaat de vloeistof door het filtermedium.
  terwijl bij cross-flow filtratie (ook wel tangentiale filtratie genoemd) de vloeistof langs het filter circuleert. Dit laatste wordt doorgaans toegepast voor zeer dichte filtermedia zoals die in omgekeerde osmose.
  
  
• Wat is het verschil tussen een absoluut filter en een nominaal filter?
  Een absoluut filter kan alle deeltjes verwijderen die groter zijn dan een gespecificeerde grootte (typische retentiegraad: 99,98%).
  Een nominaal filter kan een bepaald aantal deeltjes verwijderen, maar niet alle deeltjes (typische retentiegraad: 98%).
  De absolute of nominale grootte wordt altijd voor een bepaalde verontreinigingsgrootte opgegeven. Met andere woorden, een filterelement met een absolute nominale filtratie-efficiëntie van 5 µm kan een nominale waarde van 1 µm hebben.