La filtració té un paper crític en diverses aplicacions industrials, ajudant a separar les partícules dels fluids (líquids i gasos) a través de medis permeables. Quan les partícules ocupen una part important del fluid, aquest procés es pot denominar "col·lecció de sòlids dispersos". Tanmateix, quan les partícules representen una fracció molt petita (0,01% o menys), el procés es coneix com a "purificació de fluids".
En la majoria dels sistemes de filtració,filtress'utilitzen per eliminar partícules que van des d'unes poques micres fins a més de 40 micres de mida. La partícula visible més petita a ull nu té uns 40 micres de diàmetre. Una micra (µm) equival a 1/1000 mil·límetre, o 0,000039 polzades. Els filtres que poden capturar partícules tan petites són essencials per a aplicacions que requereixen líquids o gasos d'alta-puresa.
Mecanismes de filtració
Els sòlids en suspensió es separen dels fluids mitjançant tres mecanismes principals:impacte inercial, intercepció de difusió, iintercepció directa. La importància i l'eficàcia de cada mecanisme depenen del tipus de filtre i de les propietats del fluid que es filtra.
Impacte inercial
Les partícules dels fluxos de fluids tenen massa i velocitat, creant moment. A mesura que el líquid flueix i les partícules passen pel filtre, el fluid es mou pel camí de menor resistència i canvia de direcció al voltant de les fibres. A causa del seu impuls, les partícules tendeixen a viatjar en línia recta, colpejant les fibres i s'eliminen. Les partícules més grans es desvien més fàcilment del camí del fluid, mentre que les partícules més petites poden seguir el flux més de prop. En els casos en què el diferencial de densitat entre les partícules i el fluid és mínim, l'impacte inercial té menys efecte.
Intercepció de difusió
Per a partícules molt petites, que tenen una massa mínima,intercepció de difusióes converteix en el mètode d'eliminació principal. En aquest procés, les partícules xoquen amb molècules de fluids, donant lloc a un moviment aleatori conegut comMoviment brownià. A mesura que les partícules es mouen aleatòriament a causa d'aquest moviment, es desvien del camí del flux del fluid i augmenten la probabilitat de xocar amb les fibres del filtre. Aquest mecanisme és més important en la filtració de gasos, però encara juga un paper menor en la filtració de líquids.
Intercepció directa
Quan l'impacte inercial i la intercepció de difusió no són suficients,intercepció directaes converteix en el mecanisme ideal per a l'eliminació de partícules. En aquest mètode, les partícules més grans que la mida dels porus del filtre queden atrapades directament pel material del filtre. Els filtres solen estar formats per moltes fibres que determinen la mida de les obertures per on passa el fluid. Quan una partícula és més gran que la mida dels porus, queda atrapada directament pel filtre, tal com es mostra al diagrama de procés.
Aquest mecanisme és especialment rellevant per als filtres de malla metàl·lica amb mides de porus uniformes i gruixos petits, on les partícules s'eliminen a mesura que passen. Tanmateix, fins i tot els filtres amb mides de porus no-uniformes poden presentar una intercepció directa quan l'estructura del filtre crea un camí de flux desigual.
Alliberament de partícules en condicions d'"impacte".
Alguns dissenys de filtres poden provocar que s'alliberin partícules en condicions específiques. Per exemple, si un filtre de malla suau recull partícules sota un flux de líquid baix i constant, aquestes partícules es poden desallotjar i alliberar aigües avall quan augmenta el cabal. L'alliberament es pot provar canviant ràpidament les condicions de flux i observant si es reintrodueixen partícules al sistema. Per evitar aquest problema, els filtres s'han de dissenyar amb una integritat estructural suficient per evitar l'alliberament de partícules en condicions de pressió variables.
Millora de l'eficiència de filtració de líquids
Hi ha diversos mètodes per millorar l'eficiència de filtració dels filtres de líquids, garantint l'eliminació efectiva de partícules. Aquests inclouen:
Precipitació electrostàtica
Moltes partícules porten càrregues negatives, mentre que els mitjans de filtre solen estar també carregats. La interacció entre les càrregues de les partícules i la superfície del filtre pot millorar significativament l'eficiència de la captura de partícules. Això es coneix comprecipitació electrostàtica. Quan un mitjà de filtre està carregat (normalment negativament), atrau partícules de càrrega oposada, ajudant-los a eliminar-los. Aquest procés millora la intercepció de partícules, especialment per a partícules fines que, d'altra manera, podrien passar pel filtre.
Floculació
Per a partícules extremadament fines,floculacióes pot utilitzar per agregar aquestes partícules en grups més grans que siguin més fàcils de filtrar. Aquest procés implica afegir electròlits polimèrics-cadenes moleculars llargues amb nombrosos ions carregats positivament i negativament-al fluid. Aquests electròlits ajuden a les partícules a agregar-se, augmentant la seva mida i permetent una eliminació més fàcil. La barreja i l'agitació adequada són essencials per garantir que les partícules s'aglomeran sense trencar la massa floculada.
Ajudes de filtració
Afegint petites quantitats deauxiliars de filtracióal fluid també pot facilitar l'eliminació de partícules fines. Les ajudes de filtració habituals inclouenterra de diatomeas, perlita, carboni i cel·lulosa. Aquests materials milloren la porositat i la permeabilitat del pastís de filtre, fent-lo més eficient a l'hora de capturar partícules fines. Els auxiliars de filtració s'utilitzen sovint en processos amunt o en aplicacions de pre-recobriment, on ajuden a formar un pastís de filtre que millora el rendiment del sistema de filtració.
Des de la purificació d'aigua fins a la producció d'aliments i productes farmacèutics, la filtració és un procés essencial en totes les indústries. Com a empresa líder xinesa que ha estat profundament implicada en la indústria de la filtració durant molts anys,Hanzhikangha dominat la tecnologia de filtració avançada i li apassiona oferir solucions de filtració professionals. En entendre els diferents mecanismes en joc-com ara l'impacte inercial, la intercepció de difusió i la intercepció directa-, els enginyers poden dissenyar filtres més eficients adaptats a aplicacions específiques. A més, millorar la filtració amb mètodes com la precipitació electrostàtica, la floculació i les ajudes de filtració pot millorar significativament l'eficiència d'eliminació de partícules, garantint fluids més nets i purs per a ús industrial.
Mitjançant la implementació de les tècniques i tecnologies de filtració adequades, les empreses no només poden millorar la qualitat del producte, sinó que també poden contribuir a pràctiques més sostenibles mitjançant la gestió eficient dels recursos i la reducció de residus.