Kluczowa różnica – filtracja a wirowanie
Zanim przejdziemy do dogłębnej analizy różnicy między filtracją i wirowaniem, dwiema technikami separacji, zobaczmy najpierw, czym jest technika separacji. W naukach biologicznych i inżynierii do wyizolowania pożądanego składnika z mieszaniny stosuje się technikę separacji. Jest to zjawisko wymiany masy, które przekształca mieszaninę składników w dwie lub więcej odrębnych frakcji. Rozdzielanie mieszanin zależy od różnic we właściwościach chemicznych lub właściwościach fizycznych, takich jak masa, gęstość, wielkość, kształt lub powinowactwo chemiczne między składnikami mieszaniny. Techniki separacji są często klasyfikowane zgodnie z konkretnymi różnicami, których używają do osiągnięcia separacji. Filtracja i wirowanie to powszechnie stosowane techniki separacji oparte wyłącznie na fizycznym ruchu pożądanych cząstek. Kluczowa różnica między filtracją a wirowaniem polega na zastosowanej sile i metodzie. Filtracja często wykorzystuje technikę przesiewania w celu odcedzenia/usunięcia zanieczyszczeń lub niepożądanych materiałów za pomocą siły grawitacji. Można to osiągnąć poprzez fizyczne bariery, takie jak media, membrany lub filtry siatkowe. Wirowanie wykorzystuje siłę odśrodkową do oddzielenia pożądanych związków i cząstek stałych w oparciu o masę cząsteczkową. Do separacji wykorzystywana jest maszyna wirówkowa. Gęstsze związki przechodzą na zewnątrz wirówki i można je stamtąd usunąć. W tym artykule omówimy różnice między filtracją a wirowaniem.
Co to jest filtracja?
Filtracja służy do oddzielania pożądanych cząstek lub składników w mieszaninie lub zawiesinie. W zależności od zastosowania, techniką filtracji można wyizolować jeden lub więcej zainteresowanych komponentów. Jest to fizyczna metoda separacji i bardzo ważne w chemii, naukach o żywności i inżynierii jest oddzielanie materiałów o różnym składzie chemicznym lub oczyszczanie związków. Podczas filtracji separacja następuje na pojedynczej lub wielu perforowanych warstwach. Podczas filtrowania zatrzymywane są cząstki, które są zbyt duże, aby przejść przez otwory perforowanej warstwy. Następnie duże cząstki mogą tworzyć osad lub warstwę placka na górze filtra, a także mogą blokować siatkę filtra, zapobiegając przedostawaniu się fazy płynnej przez filtr.
Rysunek 1: Ilustracja prostej filtracji.
Co to jest wirowanie?
Wirowanie to proces, w którym wirówka służy do oddzielania pożądanych składników złożonej ciekłej mieszaniny/szlamu. W wyniku wirowania osad szybciej i całkowicie gromadzi się na dnie probówki wirówkowej. Pozostała ciecz jest znana jako ciecz supernatantu. Ten supernatant jest następnie albo szybko przenoszony z probówki bez naruszania osadu, albo usuwany za pomocą pipety Pasteura. Cząstki wytrącające się podczas wirowania zależą od przyspieszenia wirowania, wielkości i kształtu cząstek, objętościowej części obecnych ciał stałych, różnicy gęstości między cząstką a płynem oraz lepkości.
Rysunek 2: Ilustracja procesu wirowania
Jaka jest różnica między filtracją a wirowaniem?
Definicja filtracji i wirowania
Filtracja: czynność lub proces usuwania czegoś niechcianego z płynu.
Wirowanie: proces oddzielania lżejszych porcji roztworu lub mieszaniny.
Charakterystyka filtracji i wirowania
Filtrowanie i wirowanie mogą mieć znacząco różne cechy i można je podzielić na następujące podgrupy;
Wymuś użycie
Filtracja: Siła grawitacji jest używana do filtracji.
Wirowanie: Podczas wirowania używana jest siła odśrodkowa.
Sprzęt
Filtracja: Można stosować sita lub perforowaną warstwę lub sitko lub media lub fizyczną membranę lub lejek filtrujący lub ich kombinacje. Niektóre pomocnicze materiały filtracyjne mogą być używane do wspomagania filtracji. Są to powszechnie nieściśliwa ziemia okrzemkowa lub krzemionka.
Wirowanie: Używana jest wirówka i probówki wirówkowe.
Sposób działania
Filtracja: Duże cząstki w mieszaninie nie mogą przejść przez siatkową/perforowaną strukturę filtra, podczas gdy płyn i małe cząstki przechodzą pod wpływem siły grawitacji, stając się filtratem (Rysunek 1)
Odwirowanie: Mieszanina roztworu jest odwirowywana, aby zepchnąć cięższe/gęstsze ciało stałe na dno, gdzie często tworzy zwarty placek. Ciecz nad tym placekiem może zostać usunięta lub zdekantowana. Ta metoda jest szczególnie przydatna do oddzielania ciał stałych, które nie są dobrze filtrowane (np. galaretowate lub drobne cząstki). (Rysunek 2)
Typy
Filtracja: Istnieją trzy techniki filtracji oparte na oczekiwanym wyniku, znanym jako filtracja na gorąco, na zimno i pod próżnią. Technika filtracji na gorąco służy przede wszystkim do oddzielania ciał stałych od gorącego roztworu. Jest to stosowane w celu uniknięcia rozwoju kryształów w lejku filtra, który styka się z roztworem. Technika filtracji na zimno służy przede wszystkim do szybkiego schłodzenia roztworu do krystalizacji. Ta metoda powoduje powstawanie bardzo małych kryształów w przeciwieństwie do uzyskiwania dużych kryształów przez powolne schładzanie roztworu do temperatury pokojowej. Metoda filtracji próżniowej jest stosowana przede wszystkim dla małej partii roztworu, aby szybko wysuszyć małe kryształy. Jest to najbardziej wydajna technika filtracji w porównaniu z filtracją na gorąco i na zimno.
Wirowanie: Istnieją trzy techniki wirowania, a mianowicie mikrowirówki, wirówki wysokoobrotowe i ultrawirówki. Mikrowirówka jest często wykorzystywana w działalności badawczej do przetwarzania małych objętości cząsteczek biologicznych. Ta maszyna jest na tyle mała, że można ją zamontować na blacie. Wirówki szybkoobrotowe mogą obsługiwać większe objętości próbek i są używane głównie w zastosowaniach przemysłowych na dużą skalę. Ultrawirowanie jest wykorzystywane głównie do celów badawczych, takich jak badanie właściwości cząstek biologicznych. Jest to najbardziej wydajna metoda separacji w porównaniu z mikrowirówkami i wirówkami wysokoobrotowymi.
Cel
Filtracja: Głównym celem filtracji jest uzyskanie pożądanego rezultatu poprzez usunięcie zanieczyszczeń z mieszaniny lub izolację ciał stałych z mieszaniny.
Wirowanie: Głównym celem wirowania jest izolacja ciał stałych z roztworu.
Wydajność
Filtracja: Proste techniki filtracji mogą wymagać dużo czasu na oddzielenie pożądanego materiału, w wyniku czego filtracja jest mniej wydajna niż wirowanie.
Wirowanie: Separacja zachodzi bardzo szybko w porównaniu z technikami filtracji. Dlatego wirowanie jest bardziej wydajne niż filtracja.
Wady
Filtracja: Jeśli filtrowane są bardzo małe ilości roztworu, większość tego roztworu może zostać wchłonięta przez medium filtrujące. Mieszaniny zawierające galaretowate lub drobne cząstki nie filtrują dobrze. Dlatego do oddzielenia tych mieszanin można zastosować wirowanie.
Wirowanie: Ta metoda wymaga know-how i energii elektrycznej w porównaniu z technikami filtracji.
Koszt
Filtracja: Koszt zależy od złożoności procesu filtracji i zwykle proste techniki filtracji nie wymagają energii elektrycznej, jak również przeszkolonych osób. Dlatego związany z tym koszt może być niski w porównaniu z wirowaniem.
Wirowanie: Koszt jest wysoki w porównaniu z prostą techniką filtracji, ponieważ wirówka potrzebuje energii elektrycznej oraz przeszkolonych techników.
Aplikacje
Filtracja: filtr do kawy, filtr do wody, filtr do pieca do usuwania cząstek, systemy transportu pneumatycznego wykorzystują filtry, w laboratorium do filtracji stosuje się szklany lejek, lejek Buchnera lub lejek ze spiekanego szkła. W ludzkiej nerce filtracja nerkowa służy do filtrowania krwi i selektywnej reabsorpcji wielu pierwiastków niezbędnych do utrzymania homeostazy organizmu.
Wirowanie: Jednym z najczęstszych zastosowań jest obróbka osadów ściekowych, polegająca na oddzieleniu substancji stałych od wysoce stężonych zawiesin. Wirowanie jest również wykorzystywane do procesu wzbogacania uranu. Ponadto technika ta jest wykorzystywana w badaniach biologicznych do wyodrębniania z mieszaniny pożądanej substancji stałej lub cieczy. Ponadto wirowanie służy do usuwania tłuszczu z mleka w celu produkcji mleka odtłuszczonego, klarowania i stabilizacji wina oraz oddzielania składników moczu i składników krwi w laboratoriach medycyny sądowej i medycznej.
Podsumowując, filtracja i wirowanie to różne techniki separacji, a kluczową różnicą między nimi jest wykorzystana siła i sprzęt do separacji. W rezultacie mogą mieć znacznie różne zastosowania.
