การทําความเข้าใจการกรองในกระบวนการประเภทต่างๆ

ตั้งแต่การสะเด็ดน้ำเส้นพาสต้าไปจนถึงการเตรียมกาแฟ การกรองมีอยู่ในทุกๆ ที่ในชีวิตประจําวันของเรา
แต่คุณทราบหรือไม่ว่าผลิตภัณฑ์ในชีวิตประจําวันจํานวนมากยังต้องผ่านการกรองหลายชั้นในขั้นตอนการผลิต
ในบทความนี้ คุณจะพบกับเทคนิคการกรองพื้นฐานประเภทต่างๆ วิธีการทํางาน และใช้ในการกรองในกระบวนการ

การกรองในกระบวนการ ใช้เพื่อขจัดอนุภาคสิ่งปนเปื้อน หรือสะสารที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ ออกจากของเหลวหรือก๊าซที่เป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการผลิต ซึ่งจะช่วยแยกของแข็งออกจากของเหลวหรือไอระเหยออกจากกระแสก๊าซ และช่วยให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้ จะเป็นไปตามมาตรฐานด้านคุณภาพและความปลอดภัย ขั้นตอนนี้เป็นสิ่งจําเป็นในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อาหาร เครื่องดื่ม ยา เครื่องสําอาง โภชนาการสัตว์ สารเคมี และไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ในภาคส่วนเหล่านี้ การกรองช่วยรักษาความสม่ําเสมอ เป็นไปตามระเบียบข้อกําหนด และยืดอายุการเก็บรักษาผลิตภัณฑ์

เราสามารถแยกความแตกต่างระหว่างวิธีการกรองพื้นฐาน 4 วิธี ซึ่งโดยทั่วไปจะกําหนดโดยวิธีการกักอนุภาคและลักษณะของวัสดุตัวกรอง

เมื่อมีอนุภาคจำนวนมากถูกดักจับโดยตัวกลางกรอง อนุภาคเหล่านั้นจะรวมตัวกันเป็นชั้นตะกอนกรอง เมื่อเกิดเค้กกรองขึ้นแล้ว เค้กนี้จะกลายเป็นตัวกลางกรองหลัก ซึ่งมีความสำคัญต่อการกรองที่มีประสิทธิภาพ โดยทั่วไปจะมีการเติมสารช่วยกรอง เช่น ดินเบา หรือคาร์บอนกัมมันต์ เพื่อช่วยในการสร้างเค้กกรองนี้ ในอุตสาหกรรมอาหารและเครื่องดื่ม หลักการนี้มักใช้เพื่อทําให้ของเหลวที่มีตะกอนสูง เช่น เบียร์ ไวน์ และน้ําผลไม้ การกรองประเภทนี้ยังถูกนำไปใช้ในกระบวนการผลิตน้ำมันพืชหรือการกลั่นน้ำตาล ซึ่งต้องการการกำจัดของแข็งจำนวนมากอย่างมีประสิทธิภาพ 

การกรองแบบเชิงลึก (Depth Filtration) จะดักจับอนุภาคตลอดทั้งความลึกของวัสดุตัวกรอง ไม่ใช่แค่ที่ผิวหน้าเท่านั้น โดยตัวกรองมักประกอบด้วยวัสดุที่เป็นเส้นใย เม็ดเล็ก หรือวัสดุที่ผ่านการเผาให้แข็ง (sintered) ซึ่งถูกอัด พัน หรือเชื่อมติดกันเป็นช่องทางการไหลที่ซับซ้อนเส้นใยเหล่านี้จะสร้างช่องทางที่ไม่สม่ำเสมอ ทำให้อนุภาคต้องเคลื่อนที่ผ่านเส้นทางที่คดเคี้ยวด้วยกลไกการกักเก็บที่หลากหลาย ตัวกรองแบบเชิงลึกสามารถดักจับอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่าขนาดช่องทางได้ตลอดทั้งโครงสร้างของตัวกรอง ตัวอย่างเช่น ตัวกรองแบบเชิงลึกสำหรับอากาศที่มีระดับปลอดเชื้อ (Sterile Grade) อาจมีขนาดรูเฉลี่ย 8 ไมครอน แต่สามารถกักเก็บแบคทีเรียที่มีขนาดเพียง 0.22 ไมครอนได้อย่างมีประสิทธิภาพตามมาตรฐานปลอดเชื้อ

ตัวกรองเชิงลึกถูกนํามาใช้อย่างกว้างขวางในการกรองในกระบวนการ เช่น เพื่อขจัดสี กู้คืนตัวเร่งปฏิกิริยา หรือแยกอนุภาคที่ไม่ละลายน้ํา นอกจากนี้ เนื่องจากความจุในการกักเก็บสิ่งสกปรกที่สูง จึงมักใช้เป็นขั้นตอนการกรองขั้นต้นเพื่อปกป้องตัวกรองเมมเบรนที่ละเอียดกว่าในการใช้งานแบบปลอดเชื้อหรือรีเวิร์สออสโมซิส การกรองประเภทนี้ยังพบได้ในงานด้านเภสัชกรรมหรือกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ ซึ่งมีปริมาณของแข็งสูงและต้องการความใสของผลิตภัณฑ์ในขั้นสุดท้ายเป็นสิ่งสำคัญ

การกรองแบบตะแกรง (Straining) เป็นรูปแบบการกรองที่รู้จักกันมากที่สุด โดยใช้หลักการการกรองแบบร่อน หรือที่เรียกว่า การแยกตามขนาด (Size Exclusion)อนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่ารูเปิดของตาข่ายกรองจะถูกดักจับไว้ที่ผิวหน้า ในขณะที่อนุภาคขนาดเล็กกว่าจะสามารถผ่านไปได้ด้วยเหตุนี้จึงเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า การกรองแบบผิวหน้า (Surface Filtration)ในการทำอาหารประจำวัน เรามักกรองเส้นพาสต้าโดยใช้กระชอนเพื่อสะเด็ดน้ำสำหรับการกรองในกระบวนการผลิต ตัวอย่างที่ดีคือ เมมเบรนฟิลเตอร์ ที่มีรูพรุนขนาดเล็ก ซึ่งสามารถดักจับแบคทีเรียไว้ที่ผิวหน้าได้เมมเบรนเหล่านี้มักถูกใช้เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการกรอง เพื่อให้ของเหลวมีคุณสมบัติปลอดเชื้อจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรม เช่น เครื่องสำอาง น้ำดื่มบรรจุขวด และเภสัชกรรม ที่ต้องการความใสและความปลอดภัยทางจุลชีววิทยา

ในการกรองแบบครอสโฟลว์ ของเหลวจะไม่ไหลผ่านตัวกลางกรองโดยตรงเหมือนกับการกรองแบบเดดเอนด์ (“Dead-End Filtration”) แต่จะไหลขนานไปกับผิวหน้าของตัวกลางกรอง (“Crossflow Filtration”) ตัวอย่างที่พบได้บ่อยของการกรองแบบครอสโฟลว์คือ การกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิส (Reverse Osmosis) ซึ่งจะปล่อยให้เฉพาะโมเลกุลของน้ำผ่านเยื่อกรอง ในขณะที่อนุภาคอื่น ๆ เช่น เกลือ สารเคมี และจุลินทรีย์ จะถูกกักไว้และกำจัดออกไปอย่างมีประสิทธิภาพ
น้ำที่ผ่านการกรอง (Effluent) คือ น้ำบริสุทธิ์ การกรองแบบครอสโฟลว์ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในกระบวนการอัลตร้าฟิลเทรชันในอุตสาหกรรมนม (เช่น การแยกเวย์โปรตีน) งานด้านชีวเภสัชกรรม และกระบวนการกรองน้ำปริมาณมาก ซึ่งต้องการการทำงานต่อเนื่องและลดการอุดตันให้น้อยที่สุด

• การกรองแบบเค้กมักถูกนำมาใช้ในกระบวนการผลิตไวน์ การทำให้น้ำผลไม้ใส และงานอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับของแข็งในปริมาณสูง
  
  
• การกรองแบบลึกรองรับขั้นตอนต่างๆ เช่น การกรองขั้นต้น การขจัดเม็ดสี หรือการกู้คืนตัวเร่งปฏิกิริยา
  
  
• การกรองผิวหน้ามีบทบาทสําคัญในการแปรรูปน้ําบรรจุขวด เครื่องสําอาง และยาปลอดเชื้อ
  
  
• การกรองแบบ cross-flow เหมาะสําหรับเทคโนโลยีชีวภาพ การผลิตนม และการบําบัดน้ำ ซึ่งการไหลที่สม่ำเสมอมีความสําคัญ

แต่ละวิธีมีข้อดีที่แตกต่างกัน ไม่ว่าจะเป็นการกำจัดอนุภาค การทำให้ของเหลวใส หรือการช่วยให้ได้ของเหลวที่ปลอดเชื้อ การเข้าใจหลักการทำงานของแต่ละวิธีจะช่วยให้สามารถเลือกใช้วิธีที่เหมาะสมกับกระบวนการได้อย่างถูกต้อง

ที่ Atlas Copco เราทำงานร่วมกับหลากหลายอุตสาหกรรมเพื่อมอบโซลูชันการกรองในกระบวนการที่เชื่อถือได้ หากคุณกำลังมองหาการตั้งค่าที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานของคุณ ผู้เชี่ยวชาญของเราพร้อมให้ความช่วยเหลือ สำรวจผลิตภัณฑ์ทั้งหมดของเราเพื่อค้นหาตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการของคุณ

ต่อไปนี้คือคําถามทั่วไปบางข้อที่เราได้ยินเกี่ยวกับวิธีการกรอง ซึ่งมีประโยชน์หากคุณกําลังเปรียบเทียบตัวเลือกหรือปรับแต่งกระบวนการของคุณ
 

• อะไรคือความแตกต่างระหว่างการกรองแบบผิวหน้าและการกรองแบบเชิงลึก
  ในการกรองแบบผิวหน้า สิ่งปนเปื้อนจะถูกกักไว้ที่ผิวหน้าของตัวกรอง เช่น เมมเบรน ส่วนในการกรองแบบเชิงลึก
  อนุภาคจะถูกดักจับตลอดทั้งความลึกของตัวกรอง เช่น ในตัวกรองที่ผลิตจากโพลีโพรพิลีนแบบเมลต์โบลว์ (melt-blown polypropylene)
  
  
  
• การกรองแบบเดดเอนด์ (Dead-end) กับการกรองแบบครอสโฟลว์ (Crossflow) มีความแตกต่างกันอย่างไร?
  ในการกรองแบบเดดเอนด์ (หรือเรียกอีกชื่อว่า การกรองแบบตรง หรือการกรองแบบปิด) ของเหลวจะไหลผ่านตัวกลางกรองโดยตรง
  ส่วนในการกรองแบบครอสโฟลว์ (หรือเรียกอีกชื่อว่า การกรองแบบแนวขนาน) ของเหลวจะไหลขนานไปกับผิวหน้าของตัวกรอง วิธีหลังนี้มักถูกนำไปใช้กับตัวกรองที่มีความหนาแน่นสูง เช่น ในระบบรีเวิร์สออสโมซิส
  
  
• ตัวกรองแบบ Absolute-rated กับ Nominal-rated มีความแตกต่างกันอย่างไร?
  ตัวกรองแบบ Absolute-rated สามารถกำจัดอนุภาคทั้งหมดที่มีขนาดใหญ่กว่าค่าที่กำหนดได้ (โดยทั่วไปมีอัตราการกักเก็บประมาณ 99.98%)
  ตัวกรองแบบ Nominal-rated สามารถกำจัดอนุภาคได้ในระดับหนึ่ง แต่ไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมด (โดยทั่วไปมีอัตราการกักเก็บประมาณ 98%)
  ขนาดแบบ Absolute หรือ Nominal จะถูกระบุไว้สำหรับขนาดของสิ่งปนเปื้อนที่เฉพาะเจาะจง กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ องค์ประกอบของตัวกรองที่มีประสิทธิภาพการกรองแบบ Absolute ที่ขนาด 5 ไมครอน อาจมีการระบุแบบ Nominal ที่ขนาด 1 ไมครอน