여과

Filtration
이 기사는 고체-유체 분리 과정에 대한 것입니다.수학적 개념은 여과(수학)를 참조하십시오.확률적 개념은 여과(확률론)를 참조하십시오.사용되는 장비에 대해서는 필터(동음이의)를 참조하십시오.와인 제조에 사용되는 여과에 대해서는 여과(와인)를 참조하십시오.
간단한 여과도: 피드의 오버사이즈 입자는 필터의 격자 구조를 통과할 수 없고, 유체와 소립자는 통과하여 여과물이 됩니다.

여과는 유체만이 통과할 수 있는 복잡한 구조를 가진 여과재를 이용하여 고형물과 유체를 혼합물에서 분리하는 물리적 분리 과정이다.여과 매체를 통과할 수 없는 고체 입자를 초과 크기라고 하고 통과하는 유체를 [1]여과액이라고 합니다.크기가 너무 큰 입자는 필터 위에 필터 케이크를 형성할 수 있으며 필터 격자를 차단하여 블라인드라고 하는 유체상이 필터를 통과하지 못하게 할 수도 있습니다.필터를 성공적으로 통과할 수 있는 가장 큰 입자의 크기를 필터의 유효 모공 크기라고 합니다.고체와 유체의 분리는 불완전합니다. 고체가 일부 유체에 오염되고 여과액에는 미세한 입자가 포함되어 있습니다(공의 크기, 필터 두께 및 생물학적 활동에 따라 다름).여과는 자연과 공학적 시스템 모두에서 발생합니다. 생물학적, 지질학적,[2] 산업적 형태가 있습니다.

여과는 또한 유체 흐름에서 고체를 분리할 뿐만 아니라 교란, 식세포증, 흡착 및 흡수를 통해 화학적 종과 생물학적 유기체를 제거하는 생물학적 및 물리적 시스템을 설명하는 데에도 사용됩니다.예를 들어 느린 모래 필터와 세류 필터가 있습니다.그것은 또한 유기체가 그들의 환경에서 작은 음식 입자를 걸러내기 위해 다양한 수단을 사용하는 마이크로파지의 총칭으로 사용된다.그 예는 미세한 보르티셀라에서부터 가장 큰 물고기 중 하나인 바싱 상어, 그리고 수염 고래에 이르기까지 다양하며, 이 모든 것은 필터 피더로 묘사된다.

물리 프로세스

  • 여과는 서스펜션에서 입자와 유체를 분리하는 데 사용되며, 유체는 액체, 기체 또는 초임계 유체일 수 있습니다.애플리케이션에 따라서는, 어느 한쪽 또는 양쪽의 컴포넌트가 분리되는 일이 있습니다.
  • 여과는 물리적 조작으로서 다른 화학 조성의 재료를 분리할 수 있게 한다.한쪽 성분은 용해하고 다른 한쪽 성분은 용해하지 않는 용매를 선택한다.혼합물을 선택한 용매에 녹이면 한 성분이 용액에 들어가 필터를 통과하고 다른 성분이 유지됩니다.
  • 여과는 화학 공학에서 널리 사용되고 있다.필터 및 생물학적 소화 장치인 바이오 필터에서와 같이 공급 스트림을 처리하기 위해 다른 단위 작업과 결합될 수 있습니다.
  • 여과는 단일 다공층(체)에서 분리가 발생하는 체질과는 다릅니다.체에 체의 구멍을 통과하기에는 너무 큰 입자는 유지된다(입자 크기 분포 참조).여과에서 다층 격자는 필터의 구부러진 채널을 따를 수 없는 입자를 유지한다.크기 초과 입자는 필터 위에 케이크 층을 형성하고 필터 격자를 차단하여 유체상이 필터를 통과하지 못하게 할 수 있습니다(블라인딩).상업적으로 필터라는 용어는 분리 격자가 매우 얇아 표면이 입자 분리의 주요 구역이 되는 막에 적용되지만, 이러한 생산물은 체라고 표현될 수 있다.
  • 여과는 표면 전하에 따라 분리되는 흡착과는 다릅니다.활성탄 및 이온 교환 수지를 포함하는 일부 흡착 장치는 상업적으로 필터라고 불리지만, 여과는 주요 기계적 기능은 아닙니다.
  • 여과는 여과 매체가 없기 때문에 자석이 있는 유체(일반적으로 윤활유, 냉각제 및 연료유)에서 자성 오염 물질을 제거하는 것과 다릅니다.'자기 필터'라고 불리는 상업용 장치들이 판매되지만, 그 이름은 그들의 작동 방식이 아닌 그것의 사용을 반영한다.
  • 생물학적 필터에서는 초과 크기의 미립자가 포획되어 섭취되고 그 결과 발생하는 대사물이 방출될 수 있다.예를 들어 동물(사람 포함)에서는 신장여과가 혈액의 노폐물을 제거하고, 수처리 및 하수처리에서는 느린 모래여과와 같이 여과재 위 또는 여과재 내에서 성장한 생체막에 흡착함으로써 바람직하지 않은 성분을 제거한다.

방법들

여과 방법에는 여러 가지가 있는데, 모두 물질의 분리를 목표로 하고 있습니다.분리는 제거할 물질 또는 물체와 필터 사이의 어떤 형태의 상호작용에 의해 이루어집니다.필터를 통과할 물질은 액체 또는 기체여야 합니다.여과 방법은 대상 물질의 위치, 즉 유체상에서 용해되는지 또는 고체로서 부유되는지 여부에 따라 달라집니다.

플라스크 자체의 고형물 재결정화를 방지하기 위해 엘렌마이어 플라스크에 포함된 용액을 열판에 가열한다.

원하는 결과에 따라 몇 가지 실험실 여과 기법이 있습니다. 즉, 고온, 저온 및 진공 여과입니다.원하는 결과를 얻는 주요 목적 중 일부는 혼합물에서 불순물을 제거하거나 혼합물에서 고형물을 분리하는 것입니다.

고온용액에서 고형물을 분리하기 위한 고온여과

열여과법은 주로 고형물을 열용액에서 분리하기 위해 사용된다.필터 깔때기 및 용액과 접촉하는 기타 장치에 결정이 형성되는 것을 방지하기 위한 것이다.그 결과 급격한 온도 저하를 방지하기 위해 장치 및 용액을 가열하여 깔때기 내의 고형물의 결정화를 방지하고 여과 과정을 [3]방해한다.깔때기 내 결정의 형성을 방지하고 효과적인 열여과를 하기 위한 가장 중요한 조치 중 하나는 스템리스 필터 깔때기를 사용하는 것이다.여과 깔때기에 스템이 없기 때문에 용액과 필터 깔때기 줄기와의 접촉면적이 감소하여 깔때기 내 고체의 재결정화를 방지하고 여과공정에 악영향을 준다.

냉여과, 얼음욕은 여과 과정을 거치기 전에 용액의 온도를 낮추는 데 사용됩니다.

냉여과법은 실온에서 천천히 식히기 위해 방치하는 것이 아니라 빠르게 식히기 위해 얼음탕을 사용하는 것이다.이 기술은 상온에서 용액을 냉각시켜 큰 결정을 얻는 것이 아니라 매우 작은 결정을 형성하는 결과를 낳습니다.

진공 여과 기술은 작은 결정을 빠르게 건조시키기 위해 작은 용액 배치에 대부분 선호됩니다.이 방법을 사용하려면 Büchner 깔때기, 깔때기보다 작은 직경의 여과지, Büchner 플라스크 및 고무 튜브가 필요합니다.

피여과물을 빠르게 회전시켜 원심여과한다.밀도가 높은 물질은 [4]수평 회전에 의해 밀도가 낮은 물질과 분리된다.

중력 여과는 혼합물을 높은 위치에서 낮은 위치로 주입하는 과정입니다.이것은 종종 간단한 여과를 통해 이루어지는데, 이것은 용해되지 않는 고체 입자가 여과지에 잡히는 동안 액체가 중력을 통과하는 유리 깔때기에 여과지를 넣는 것이다.수중에 있는 물질의 양에 따라 필터 콘, 홈이 있는 필터 [4]또는 필터 피펫을 모두 사용할 수 있습니다.

여과력

구동력이 공급되어야만 여과할 오일이 필터 미디어를 통해 흐를 수 있습니다.중력, 원심 분리, 필터 위 유체에 압력 인가, 필터 아래 진공 인가 또는 이러한 요소의 조합이 모두 이 힘에 기여할 수 있습니다.간단한 실험실 여과 및 대규모 모래 바닥 필터에서는 중력만 사용할 수 있습니다.다공질 필터 매체를 담는 볼이 있는 원심분리기는 중력보다 몇 배 강한 원심력이 중력을 대체하는 필터로 생각할 수 있다.필터 처리 속도를 높이기 위해 실험실 여과가 어려운 경우 일반적으로 필터 매체 아래 용기에 부분 진공이 제공됩니다.사용되는 필터의 종류에 따라 대부분의 산업용 여과 작업은 필터링 속도를 [5]높이고 필요한 장비의 양을 줄이기 위해 압력 또는 진공을 사용합니다.

미디어 필터링

필터 매체는 재료의 분리에 사용되는 재료입니다.

실험실에는 두 가지 주요 유형의 필터가 사용됩니다. 표면 필터는 고형 입자를 가두는 고체 체로, 여과지(예: Büchner 깔때기, 벨트 필터, 회전식 진공-드럼 필터, 크로스 플로우 필터, 스크린 필터), 고형 입자를 유지하는 입상 재료의 바닥인 깊이 필터입니다.s(예: 모래 필터)를 통과합니다.표면 필터 유형에서는 고체 입자, 즉 잔류물을 온전하게 수집할 수 있습니다. 깊이 필터는 이를 허용하지 않습니다.그러나 깊이 필터는 입자가 갇힐 수 있는 표면적이 넓기 때문에 막히기 쉽습니다.또한 고형 입자가 매우 미세한 경우에는 고형 [citation needed]체를 세척하는 것보다 오염된 과립을 폐기하는 것이 저렴하고 쉬운 경우가 많다.

필터 용지는 용제 또는 세제로 헹구거나 역세척하여 세척할 수 있습니다.또는 수영장 수처리장과 같은 엔지니어링 용도에서는 역세척을 통해 세척할 수 있습니다.셀프 클리닝 스크린 필터는 흡입 시 백워시를 사용하여 시스템 [clarification needed]흐름을 방해하지 않고 화면을 클리닝합니다.

필터를 통한 흐름 달성

유체는 압력의 차이로 인해 필터를 통해 흐릅니다. 유체는 필터의 고압 측에서 저압 쪽으로 흐릅니다.이것을 성취하는 가장 간단한 방법은 중력에 의한 것이며 커피메이커의 예에서 볼 수 있다.실험실에서는 공급측(또는 여과물측 진공)에 압축공기 형태의 압력을 가하여 여과처리를 빠르게 할 수 있지만, 이로 인해 막히거나 미립자가 통과할 수 있다.또는 펌프가 가하는 힘에 의해 액체가 필터를 통과해도 된다.이는 여과시간의 단축이 중요한 산업계에서 일반적으로 사용되는 방법이다.이 경우 필터를 수직으로 장착할 필요가 없습니다.

필터 보조 장치

특정 필터 보조 기구를 사용하여 여과할 수 있습니다.이것들은 종종 비압축성 규조토 또는 주로 실리카로 구성된 키젤구르입니다.목재 셀룰로오스 및 더 싸고 안전한 펄라이트 같은 다른 불활성 다공질 고체도 사용된다.활성탄은 색상이나 냄새 변경과 같이 여과물 성질을 변경해야 하는 산업적 용도에 자주 사용됩니다.

이러한 필터 보조 장치는 두 가지 방법으로 사용할 수 있습니다.슬러리를 여과하기 전에 프리코트로 사용할 수 있습니다.이를 통해 젤라틴 형태의 고형물이 여과지를 막히는 것을 방지하고 여과액을 더 선명하게 할 수 있습니다.여과 전에 슬러리에 첨가할 수도 있습니다.이것은 케이크의 다공성을 증가시키고 여과 중에 케이크의 저항을 감소시킨다.회전식 필터에서는 필터 보조제를 프리코트로 도포할 수 있으며, 그 후 이 층의 얇은 슬라이스를 케이크와 함께 슬라이스한다.

필터 보조 장치의 사용은 일반적으로 케이크가 폐기되거나 침전물이 필터에서 화학적으로 분리될 수 있는 경우로 제한됩니다.

대체 수단

여과는 혼합물의 분리를 위한 더 효율적인 방법이지만, 시간이 훨씬 더 많이 걸린다.극소량의 용액이 포함되어 있는 경우 대부분의 용액이 여과지에 흡수될 수 있습니다.

여과의 대안은 원심분리입니다. 고체 입자와 액체 입자의 혼합물을 여과하는 대신, 혼합물을 원심분리하여 (보통) 밀도가 높은 고체를 바닥에 밀어 넣습니다. 여기서 종종 단단한 케이크를 형성합니다.그런 다음 위의 액체를 마실 수 있습니다.이 방법은 젤라틴상 또는 미립자 등 여과성이 떨어지는 고형물을 분리할 때 특히 유용합니다.이러한 고형물은 각각 필터에 막히거나 필터를 통과할 수 있습니다.

생물학적 여과

생물학적 여과는 생물 내부에서 일어나거나 생물학적 성분은 여과되는 물질 내의 배지에서 성장해도 된다.고체, 유화 성분, 유기 화학물질 및 이온의 제거는 섭취 및 소화, 흡착 또는 흡수를 통해 이루어질 수 있다.생물학적 상호작용의 복잡성, 특히 다기관 군집에서는 어떤 프로세스가 여과 결과를 달성하는지 판단할 수 없는 경우가 많습니다.분자 수준에서, 종종 개별 유기체 내에서 개별 촉매 효소 작용에 의해 발생할 수 있다.소네 유기체의 폐기물은 다른 유기체에 의해 분해되어 가능한 한 많은 에너지를 추출할 수 있으며, 그렇게 함으로써 복잡한 유기 분자를 물, 이산화탄소, 질소와 같은 매우 단순한 무기 종으로 환원시킬 수 있다.

배설물

주요 기사:배설물

포유류 파충류나 조류에서 신장은 사구체가 요소 등 바람직하지 않은 성분을 선택적으로 제거한 후 신체에 항상성을 유지하기 위해 필요한 많은 물질을 선택적으로 재흡수하는 신장 여과로 기능한다.전체 과정을 배설이라고 합니다.유사하지만 종종 덜 복잡한 용액이 모든 동물에 배치된다. 심지어 수축성 액포에서 유사한 기능을 제공하는 원생동물도 마찬가지이다.

바이오필름

주요 기사: 바이오필름

생물막은 종종 박테리아, 화지, 효모, 그리고 종종 더 복잡한 유기체들로 이루어진 복잡한 군집입니다. 원생동물, 로티퍼, 고리형 생물들은 종종 젖은 기질 위에 동적이고 복잡한 젤라틴 형태의 막을 형성합니다.이러한 바이오필름은 대부분의 강과 바다의 바위를 코팅하며, 각각 음용수 생성과 하수 처리에 사용되는 느린 모래 필터의 표면에 슈무츠데케의 주요 여과 기능을 제공하고 세류 필터의 필터 매체에 대한 필름을 제공합니다.

바이오 필름의 예는 호수, 강, 바위 등에서 발견되는 생물학적 슬라임이다.단종 또는 이중종 바이오필름의 활용은 천연 바이오필름의 개발이 지지부진하기 때문에 새로운 기술이다.생물 여과 공정에서 바이오 필름을 사용하면 고정화된 서포트에 바람직한 바이오매스와 중요한 영양소를 부착할 수 있습니다.물을 다양한 과정에 재사용할 수 있도록 생물 여과 방법의 진보는 [6]폐수에서 상당한 양의 폐수를 제거하는 데 도움이 됩니다.

폐수를 생물학적으로 처리하는 시스템은 인간의 건강과 수질을 향상시키는 데 중요하다.바이오필름 기술, 다양한 필터 매체상의 바이오필름 형성 및 기타 요인은 이러한 바이오필름의 성장과 구조 및 기능 모두에 영향을 미칩니다.바이오필름의 구성, 다양성 및 역학을 철저히 조사하기 위해 다양한 전통 및 현대 분자 접근법을 [7]취한다.

필터 피더

주요 기사:필터 피더

필터 피더는 일반적으로 수중 환경을 여과하여 먹이를 얻는 유기체입니다.원생동물의 대부분은 물속에 있는 단단한 원형질 스파이크를 포함한 다양한 적응을 사용하는 필터 피더로, 물줄기 입자에 소용돌이를 만드는 섬모의 복잡한 고리를 가진 보티셀라와 같은 유기체를 포함한 입자를 치기 위해 실리아를 두드리는 다양한 배열에 적응한다.구강으로요.로티페라와 엑토프록타에서도 비슷한 섭식 기술이 사용된다.많은 수생 절지동물은 여과식 동물이다. 어떤 것들은 다리 위의 털이 입자를 가두는 동안 입으로 흐르는 물살을 만들기 위해 복부 사지를 리드미컬하게 두드린다.몇몇 캐디스 파리들과 같은 다른 파리들은 입자를 잡기 위해 물 흐름에서 미세한 거미줄을 칩니다.

응용 프로그램 및 예시

필터 플라스크(샘플이 포함된 소결 유리 필터가 있는 흡입 플라스크).리시버 플라스크의 거의 무색 여과액에 주목하십시오.

많은 여과 과정에는 둘 이상의 여과 메커니즘이 포함되어 있으며, 하류 요소의 막힘을 방지하기 위해 미립자가 유체에서 먼저 제거되는 경우가 많습니다.

미립자 여과에는 다음이 포함됩니다.

  • 커피 필터는 커피 주입액을 그라운드로부터 분리하는 것입니다.
  • HEPA는 에어컨에서 필터하여 공기 중의 입자를 제거합니다.
  • 광산에서 귀금속을 추출하기 위한 벨트 필터입니다.
  • 메릴-크로우 [clarification needed]공정에서 사용되는 것과 같은 수직 플레이트 필터.
  • 고형물을 포획해야 하는 배치 프로세스 또는 제약 응용 프로그램에서 일반적으로 사용되는 너트체 필터입니다.
  • 용해로는 여과 기능을 사용하여 용해로 요소가 [clarification needed]미립자로 오염되는 것을 방지합니다.
  • 공압 반송 시스템은 종종 집진장치 사용을 통해 운반되는 재료의 흐름을 막거나 늦추기 위해 필터를 사용합니다.
  • 실험실에서는 다공질 장벽 역할을 하는 여과지와 함께 Büchner 깔때기를 사용하는 경우가 많다.
  • 공기 필터는 건물 환기 시스템, 연소 엔진 및 산업 [clarification needed]공정에서 공기 중의 미립자를 제거하기 위해 일반적으로 사용됩니다.
  • 자동차의 오일 필터(통이나 카트리지로 사용).
  • 수족관 필터

흡착 여과에는 다음이 포함됩니다.

조합된 어플리케이션은 다음과 같습니다.

워터 세퍼레이터(중앙)를 보여주는 소형 고정식 Bauer HP 호흡 공기 압축기 설치 및 다이빙 가스 혼합물을 위한 산소 호환 호흡 공기를 생성하기 위한 두 개의 고압 제품 필터 하우징(금색 양극 처리)
  • 압축 호흡 공기 생성: 공기가 압축기에 들어가기 전에 미립자 필터를 통과하여 압축 후 냉각된 입자를 제거하고 최종 제품 흡착 여과로 가스 상태의 탄화수소 오염물질과 과도한 수증기를 제거합니다.경우에 따라서는 흡착매체를 이용한 프리필터를 사용하여 이산화탄소 농도를 제어하고, 압력스윙 흡착을 사용하여 산소율을 높일 수 있으며, 일산화탄소 오염의 위험이 있는 경우에는 홉칼라이트 촉매변환기를 제품의 여과매체에 포함할 수 있다.이러한 모든 과정은 제품 여과의 측면으로 널리 언급됩니다.
  • 느린 모래 필터에서 바이오필름을 이용한 음용수 처리.
  • 세류 필터를 이용한 바이오필름 여과법을 이용한 폐수 처리.

「 」를 참조해 주세요.

  • 분리 프로세스 – 혼합물 또는 용액을 두 개 이상의 다른 제품으로 변환하는 방법
  • 미세 여과 – 유체가 특수 모공 크기의 막을 통과하는 물리적 과정
  • 초여과 – 반투과성 막을 통한 힘에 의한 여과
  • 나노 여과 – 막 여과 공정
  • 역삼투 – 정수 과정
  • 크로스 플로우 여과
  • 체 – 입경별 고형물 분리 도구
  • 체 분석 – 입경 분포 평가 절차

카테고리:필터

레퍼런스

  1. ^ '수처리제:여과"는 2013년 10월 15일 http://www.lenntech.com/chemistry/filtration.htm에서 검색되었습니다.
  2. ^ Sparks, Trevor; Chase, George (2015). Filters and Filtration Handbook (6th ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 9780080993966.
  3. ^ "Filtration Methods" (PDF). University of Calgary. University of Calgary. Archived from the original (PDF) on 13 February 2015. Retrieved 4 June 2015.
  4. ^ a b "Filtration - Definition, Types, Functions & Quiz". Biology Dictionary. 3 March 2017.
  5. ^ "filtration Definition, Examples, & Processes Britannica". www.britannica.com.
  6. ^ Dave, Sushma; Churi, Hardik; Litoria, Pratiksha; David, Preethi; Das, Jayashankar (1 January 2021). "Chapter 3 - Biofilms, filtration, microbial kinetics and mechanism of degradation: a revolutionary approach". Membrane-Based Hybrid Processes for Wastewater Treatment. Elsevier: 25–43. doi:10.1016/b978-0-12-823804-2.00018-5. ISBN 9780128238042. S2CID 237996887.
  7. ^ Sehar, Shama; Naz, Iffat (13 July 2016). "Role of the Biofilms in Wastewater Treatment". Microbial Biofilms - Importance and Applications. doi:10.5772/63499. ISBN 978-953-51-2435-1. S2CID 5035829.

외부 링크

무료 사전인 Wiktionary에서 필터를 찾아보세요.
Wikimedia Commons에는 필터 관련 미디어가 있습니다.
  • 여과 모델링(정수 속도 및 압력)