Filtratie

Filtratie is het proces waarbij zwevende vaste stoffen van een vloeistof worden gescheiden door deze door de poriën van een stof te laten passeren, een zogenaamde filter. De vloeistof die door het filter is gepasseerd, wordt het filtraat genoemd. Het filter kan van papier, stof, watten, asbest, slakken of glaswol, ongeglazuurd aardewerk, zand of ander poreus materiaal zijn.
Filtratie wordt in de chemische technologie heel vaak gebruikt en levert vaak grote moeilijkheden op. Bij de meeste technische bewerkingen is katoenen doek het filtermateriaal, maar af en toe is wollen of haardoek nodig. Het doek kan zo op een houten frame worden bevestigd dat er een ondiepe zak ontstaat waarin de troebele vloeistof wordt gegoten. Het filtraat is bij dit gemak eerst troebel, maar wordt al snel helder, en daarna wordt het troebele deel teruggevoerd naar het filter. Filtratie wordt vaak vertraagd door de aanwezigheid van fijne, slijmerige neerslagen, of door de vorming van kristallen in de tussenruimten van het doek uit de hete oplossing. Elke poging om de filtratie te bespoedigen, door het neerslag op de stof te schrapen of te roeren, zal er altijd voor zorgen dat het filtraat troebel wordt.
Een betere vorm is de ‘zakfilter’, een lange, smalle hag van keper katoen, ondersteund door een buitenbekleding van grof, sterk gaas, dat een aanzienlijk gewicht en hydrostatische druk kan dragen. Deze tassen zijn vaak vijf of zes voet lang en twintig centimeter of meer in diameter. Het open uiteinde van de zak wordt strak om een metalen ring of een nippel gebonden, waaraan het geheel wordt opgehangen en waardoor de te filteren vloeistof wordt ingebracht. “Wanneer hete vloeistoffen worden gefilterd, worden de zakken vaak in met stoom verwarmde kamers opgehangen, waarbij de temperatuur bijna die van de vloeistof is.
Bij drukfiltratie wordt de vloeistof door de tussenruimten van het filter geperst door directe atmosferische druk, de lucht die uit de ontvanger wordt afgevoerd; of door hydrostatische druk, verkregen hetzij door middel van een hoge kolom van de vloeistof, of door een krachtpomp. Door de eerste methode, zuigfiltratie genaamd, kan de vloeistof naar beneden worden gedrukt door het filter in een ontvanger; het neerslag verzamelt zich op de bovenkant van het filter en wordt een onderdeel van de filterlaag. Dit veroorzaakt soms moeilijkheden, omdat de deeltjes van bepaalde neerslagen zich verenigen om een ondoordringbare laag te vormen. Of het filtraat kan omhoog worden gezogen door het filter, dat wordt gesuspendeerd in de te filteren vloeistof; verstopping treedt dus niet zo gemakkelijk op, aangezien een groot deel van het neerslag op de bodem van het vat bezinkt en pas in contact komt met het filter als de meeste vloeistof id is afgetapt.
Bij technisch werk wordt de druk meestal verkregen door de filterpers (afb. 8 en 8 a). Dit is een sterk ijzeren frame, waarin een aantal

oost-ijzeren of bronzen filtercellen worden ondersteund. Elke cel bestaat uit twee platte metalen platen met opstaande randen, gescheiden door een hol “afstandsframe” van hetzelfde metaal. Er is een gat in het midden van elke plaat en groeven op elk oppervlak die leiden naar een opening aan de onderkant van de plaat. Een filter is gemaakt van twee stukken stof, iets groter dan de platen, aan elkaar genaaid langs de rand van een kleine cirkelvormige opening in het midden van elk. Een stuk van het doek wordt door het gat in de plaat gehaald en vervolgens worden beide stukken gelijkmatig uitgespreid, één aan weerszijden van de plaat.
Een andere plaat wordt op dezelfde manier voorbereid en er is een afstandsframe geplaatst daartussen wordt de aldus gevormde cel verticaal in het persframe geplaatst, waar hij wordt ondersteund door nokken op elke plaat en afstandsframe. “Als het gewenste aantal cellen klaar is, worden ze stevig aan elkaar geklemd door middel van een zware schroef, die door een uiteinde van het persframe gaat. Zo ontstaat een reeks cellen, bekleed met filterdoek en verbonden door een recht kanaal door de centrale gaten, gevormd. Een krachtige pomp drijft de vloeistof die moet worden gefilterd in de cellen, waar deze van de ene naar de andere gaat totdat ze allemaal gevuld zijn. De hydrostatische druk dwingt de vloeistof door de filters in de groeven in de platen, waarlangs het stroomt en ontsnapt door de openingen aan de onderkant van de plaat. Het bezinksel dat door het doek wordt vastgehouden, verzamelt de cel en vormt een stevige koek, die uiteindelijk elke

cel volledig. Het proces wordt dan gestopt, de cellen worden uit elkaar gehaald en de koek van sediment is verwijderd, de cellen worden teruggevoerd naar het persframe om “weer in bedrijf te worden genomen. Het filtraat wordt opgevangen in een bak.
Bij een andere persvorm zit in plaats van de centrale opening een gat in de cornel ” van elke plaat en afstandsframe in een zodanige positie dat bij plaatsing in de pers de gaten vormen een continu kanaal door de hoek van de hele reeks cellen.Een klein gaatje aan de binnenkant van elk afstandsframe, haaks op de richting van het kanaal, laat de vloeistof in elke cel binnen. Het filter is een stuk stof dat zo over het afstandsframe wordt gehangen dat beide zijden van het frame worden afgedekt. Een zo afgedekt frame wordt tussen elk paar gegroefde platen geplaatst. Er worden kleine gaatjes in het doek gesneden die overeenkomen met het kanaal in de hoeken van de cellen. De filtratiemethode is dezelfde als bij de centrale toevoermachines.

De druk die door de krachtpomp wordt verkregen, kan slechts enkele kilo’s bedragen, maar deze kan ook stijgen tot enkele honderden ponden per vierkante inch. De filterpers kan een dozijn tot vijftig of meer cellen bevatten, en deze cellen kunnen een diameter hebben van wel 1,25 meter. Voor vele doeleinden is de pers omgeven door spoelen of mantels, waardoor stoom- of koeloplossingen kunnen worden gecirculeerd,
al naargelang warme of koude filtratie gewenst is. De filterpers is zeer snel in zijn werking en wordt uitgebreid gebruikt in industrieel chemisch werk. Voor gebruik met zure of bijtende vloeistoffen zijn de platen en afstandsframes vaak bedekt met lood of een legering die niet gemakkelijk wordt gecorrodeerd.
De centrifugaalmachine (afb. 9) vervangt in hoge mate de filterpers en andere filters, vooral wanneer kristallen moeten worden verwijderd. Dit levert de snelste methode op en laat de stof bijna droog achter. De centrifugaalmachine is een cilindrische doos of mand (A) van draadgaas of geperforeerd plaatstaal, vastgemaakt 011 een verticale as (B), die met een zeer hoge snelheid draait. De inhoud van de doos wordt door de middelpuntvliedende kracht naar de buitenwand gedreven, waarbij de vaste stof wordt vastgehouden door het gaas of zeef. De vloeistof stroomt erdoorheen en wordt opgevangen in een vaste schaal (C) die de roterende mand omgeeft. Deze machines hebben verschillende afmetingen met een diameter van 12 tot 60 inch en een manddiepte van 8 tot 36 inch. Er zijn twee algemene vormen in gebruik: het overgedreven type, waarbij de aandrijfpoelie (P) aan het boveneinde van de as is bevestigd, boven de mand; en het onderaangedreven type, waarbij de mand op het bovenste uiteinde van de as wordt geplaatst en de katrol eronder. Bij het overgedreven type is het vaak gebruikelijk om de as op te hangen in flexibele lagers. Zo is de korf in staat zich aan te passen aan elke verandering in het zwaartepunt, veroorzaakt door ongelijke belasting, en loopt hij trillingsvrij.
Zandfilters worden soms gebruikt bij werkzaamheden op grote schaal. Deze
zijn als volgt gemaakt; In een doos met een geperforeerde bodem wordt
een laag grof grind gelegd; dit is bedekt met fijnere kiezelstenen; deze worden door zand, en een jute of canvasdoek bedekt het geheel. Een houten of ijzeren rooster wordt toegevoegd om het filter te beschermen, wanneer het bezinksel eruit wordt geschept. Het filter wordt vaak boven een opvangbak geplaatst van
waaruit de lucht kan worden afgevoerd, en zo nodig
drukfiltratie mogelijk maakt.