Zrozumienie różnych typów filtracji procesowej

Od przesiewania makaronu po przygotowywanie kawy - filtracja jest wszędzie w naszym codziennym życiu.
Ale czy wiesz, że wiele produktów codziennego użytku przechodzi również wiele etapów filtracji podczas produkcji?
W tym artykule dowiesz się więcej o podstawowych rodzajach technik filtracji, ich działaniu i zastosowaniach w filtracji procesowej.

Filtracja procesowa służy do usuwania cząstek stałych, zanieczyszczeń lub innych niepożądanych substancji z cieczy lub gazów w ramach procesu produkcyjnego. Pomaga oddzielić ciała stałe od cieczy lub opary od strumieni gazu i zapewnia, że produkt końcowy spełnia normy jakości i bezpieczeństwa. Ten etap jest niezbędny w takich branżach, jak spożywcza, farmaceutyczna, kosmetyczna, żywieniowa, chemiczna i mikroelektroniczna. W tych sektorach filtracja pomaga zachować spójność, spełnić wymagania przepisów i wydłużyć okres przydatności produktu do spożycia.

Rozróżniamy cztery podstawowe metody filtracji, które zazwyczaj są definiowane przez sposób zatrzymywania cząstek i charakter mediów filtracyjnych.

Gdy duża liczba cząstek jest zatrzymywana przez materiał filtracyjny, tworzą one łoże cząstek. Po utworzeniu tego osadu filtracyjnego staje się ono głównym medium filtracyjnym i ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia skutecznej filtracji. Do tworzenia tego osadu filtracyjnego dodawane są powszechnie stosowane środki pomocnicze, takie jak ziemia diatomitowa lub węgiel aktywny. W przemyśle spożywczym zasada ta jest zwykle stosowana do klarowania wysoce koloidalnych cieczy, takich jak piwo, wino i soki. Ten rodzaj filtracji jest również stosowany w takich obszarach, jak rafinacja oleju jadalnego lub cukru, gdzie ciężkie ciała stałe muszą być skutecznie usuwane. 

Filtracja głęboka wychwytuje cząstki na całej głębokości materiału filtracyjnego, nie tylko na powierzchni. Filtr zazwyczaj składa się z materiałów włóknistych, granulowanych lub spiekanych, które są prasowane, zwijane lub w inny sposób łączone w labirynt kanałów przepływowych. Razem włókna tworzą nieregularne kanały, co skutkuje krętą ścieżką dla cząstek. Ze względu na różne mechanizmy retencyjne filtry głębokie są w stanie wychwytywać cząstki znacznie mniejsze niż średnica kanału na całej głębokości matrycy filtracyjnej. Na przykład sterylny filtr głęboki powietrza ma średnią wielkość porów 8 µm, ale jest w stanie zatrzymać bakterie o wielkości 0,22 µm ze skutecznością sterylną.

Filtry głębokie są powszechnie stosowane w filtracji procesowej, na przykład do usuwania kolorów, odzyskiwania katalizatorów lub oddzielania nierozpuszczonych cząstek. Ponadto dzięki dużej zdolności zatrzymywania zanieczyszczeń są często stosowane jako etapy filtracji wstępnej w celu ochrony filtrów membranowych w zastosowaniach sterylnych lub odwróconej osmozy. Ten rodzaj filtracji występuje również w zastosowaniach farmaceutycznych lub procesach enzymatycznych, w których ilość ciał stałych jest wysoka, a ostateczna czystość jest ważna.

Przesiewanie jest najbardziej rozpoznawalnym rodzajem filtracji wykorzystującym efekt przesiewania. Cząstki większe niż otwory w siatce filtra zostaną wychwycone na powierzchni, podczas gdy mniejsze cząstki przejdą przez nią. Dlatego nazywana jest również filtracją powierzchniową. Podczas codziennego gotowania odcedzamy makaron za pomocą cednika, aby odprowadzić wodę. W filtracji procesowej dobrym przykładem są filtry membranowe o małych porach, ponieważ mogą zatrzymywać bakterie na powierzchni. Często stosuje się je jako końcowy etap filtracji w celu uzyskania sterylnego stanu cieczy. Jest to szczególnie przydatne w takich branżach, jak kosmetyki, butelkowanie wody i farmaceutyki, gdzie przejrzystość i bezpieczeństwo mikrobiologiczne mają kluczowe znaczenie.

W filtracji krzyżowej ciecz nie przepływa przez materiał filtracyjny ("filtracja bezodpływowa"), lecz wzdłuż powierzchni materiału filtracyjnego ("filtracja krzyżowa"). Typowym przykładem filtracji krzyżowej jest odwrócona osmoza. Przez membranę przechodzą tylko cząsteczki wody, które skutecznie blokują i usuwają inne cząsteczki, takie jak sole, substancje chemiczne i mikroorganizmy.
Odpływ to woda oczyszczona. Filtracja krzyżowa jest powszechnie stosowana w ultrafiltracji mleczarskiej (np. w separacji białka serwatkowego), w zastosowaniach biofarmaceutycznych i w procesach oczyszczania wody o dużej objętości, gdzie niezbędna jest ciągła praca i minimalne zatykanie.

• Filtracja osadowa jest często stosowana w produkcji wina, klarowaniu soków i innych zadaniach wymagających wysokiej zawartości substancji stałych.
  
  
• Filtracja głęboka obsługuje takie etapy, jak filtracja wstępna, usuwanie pigmentów lub odzysk katalizatora.
  
  
• Filtracja powierzchniowa odgrywa kluczową rolę w produkcji wody butelkowanej, kosmetyków i sterylnych leków.
  
  
• Filtracja krzyżowa jest odpowiednia w biotechnologii, produkcji mleczarskiej i uzdatnianiu wody, gdzie ważny jest stały przepływ.

Każdametoda ma inną zaletę, niezależnie od tego, czy chodzi o usuwanie cząstek stałych, klarowanie cieczy, czy pomoc w tworzeniu sterylnych płynów. Wiedza o ich działaniu pomaga dopasować właściwe rozwiązanie do właściwego procesu.

W Atlas Copco współpracujemy z szeroką gamą branż, aby dostarczać niezawodne rozwiązania filtracji procesowej. Jeśli szukasz odpowiedniej konfiguracji do swojego zastosowania, nasi eksperci są do Twojej dyspozycji. Zapoznaj się z naszą pełną ofertą, aby znaleźć najlepsze rozwiązanie dla swojego procesu.

Oto kilka często zadawanych pytań dotyczących metod filtracji, przydatnych podczas porównywania opcji lub doskonalenia procesu.
 

• Jaka jest różnica między filtracją powierzchniową a głęboką?
  W filtracji powierzchniowej zanieczyszczenia są zatrzymywane na powierzchni filtra, podobnie jak membrany. W przypdku filtracji głębokiej,
  cząstki są zbierane na całej głębokości filtra, na przykład w filtrach z polipropylenu wydmuchiwanego metodą topienia.
  
  
  
• Jaka jest różnica między filtracją bezodpływową a filtracją krzyżową?
  W filtracji bezodpływowej (zwanej również bezpośrednią) ciecz przepływa przez materiał filtracyjny,
  podczas gdy w przypadku filtracji krzyżowej (nazywanej również filtracją styczną) płyn cyrkuluje wzdłuż filtra. Ta ostatnia jest zazwyczaj stosowana w przypadku bardzo gęstych mediów filtracyjnych, takich jak te stosowane w odwróconej osmozie.
  
  
• Jaka jest różnica między filtrem absolutnym a nominalnym?
  Filtr absolutny jest w stanie usunąć wszystkie cząstki powyżej określonej wielkości (typowy współczynnik retencji: 99,98%).
  Filtr nominalny jest w stanie usunąć określoną liczbę cząstek, ale nie wszystkie (typowy współczynnik retencji: 98%).
  Wielkość bezwzględna lub nominalna jest zawsze podana dla określonej wielkości zanieczyszczenia. Innymi słowy, element filtrujący, który ma bezwzględną nominalną wydajność filtracji na poziomie 5 µm, może mieć nominalną wydajność na poziomie 1 µm.