بستر یک فیلتر توانایی جذب ذرات کوچکتر از منافذ خود را دارد!

فیلتراسیون یکی از مهم‌ترین فرآیندهای جداسازی در صنعت است. این فرآیند به منظور حذف مواد نامطلوب از یک جریان سیال انجام می‌شود. فیلترها می‌توانند بر اساس انواع مختلفی از مکانیزم‌ها انجام شود، از جمله:
• فیلتراسیون مکانیکی: در این نوع فیلتراسیون، مواد نامطلوب به دلیل اندازه یا شکل آنها از جریان سیال جدا می‌شوند.
• فیلتراسیون شیمیایی: در این نوع فیلتراسیون، مواد نامطلوب با استفاده از مواد شیمیایی از جریان سیال جدا می‌شوند.
• فیلتراسیون زیستی: در این نوع فیلتراسیون، مواد نامطلوب توسط میکروارگانیسم‌ها از جریان سیال جدا می‌شوند.
در فیلتراسیون مکانیکی، ذرات نامطلوب با اندازه بزرگتر از منافذ فیلتر از جریان سیال جدا می‌شوند. این تصور تا حدی درست است، اما در عمل، فیلترها می توانند ذرات کوچکتر از منافذ خود را نیز جذب کنند.

فیلترها به عنوان جدا کننده ذرات غیر هم اندازه و آلودگی از سیالات شناخته می شوند. چیزی که ما به عنوان یک جدا کننده تصور میکنیم، غربالی است که میتواند ذرات درشت تر را در بین منافذ خود نگه دارد و ذرات ریزتر و یا سیال را از خود عبور دهد. ولی در یک آزمایش ساده میبینیم هنگامی که یک لایه از ذرات درشت منافذ غربال را مسدود می کنند، ذرات ریز هم دیگر مسیری برای عبور نخواهند داشت. اینکه کلیه ذرات پشت غربال جمع شوند نشان دهنده عملکرد کامل یک فیلتر است ولی این در حالیست که کل جریان نیز قطع می شود. پس اگر یک فیلتر را شبیه به یک غربال تصور کنیم، با جداکننده ای با طول عمر کم روبه رو خواهیم شد.
در مهندسی و طراحی ساخت یک مدیای مناسب پارامترهای مختلفی از جمله: جنس سیال، جنس آلودگی، مشخصات سیال از قبیل دانسیته، ویسکوزیته و کشش سطحی، دما، فشار جریان، حجم آلودگی، مشخصات شیمیایی سیال و آلودگی موثرند که با علم بر این مشخصات می توان مدیا را با قابلیت جذب بالا و عبور جریان مناسب با طول عمر بالا تولید نمود.
سه مکانیسم اصلی برای جذب ذرات کوچکتر از منافذ فیلتر وجود دارد:
• مکانیزم جذب: در این مکانیسم، ذرات به سطح فیلتر می چسبند. این چسبندگی می تواند ناشی از نیروهای جاذبه، نیروهای واندروالس، یا نیروهای الکترواستاتیکی باشد.
• مکانیزم جذب مکانیکی: در این مکانیسم، ذرات به دلیل اصطکاک با الیاف فیلتر یا تقاطع های ساختاری مختلف، در مسیر جریان متوقف شده و جذب می شوند.
• مکانیزم جذب الکتریکی: در این مکانیسم، وجود بار الکتریکی مخالف بین ذرات و الیاف فیلتر باعث جذب ذرات در فیلتر می شود.
میزان جذب ذرات کوچکتر از منافذ فیلتر به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله:
• نوع فیلتر: فیلترهای مختلف از مواد و ساختارهای مختلفی ساخته می شوند که بر میزان جذب ذرات کوچکتر از منافذ تأثیر می گذارد.
• اندازه و شکل ذرات: ذرات کوچکتر و گردتر راحت تر از ذرات بزرگتر و غیرمنظم جذب می شوند.
• سرعت جریان سیال: سرعت جریان سیال بر میزان برخورد ذرات با فیلتر تأثیر می گذارد.
• فشار فیلتر: فشار فیلتر بر میزان اصطکاک بین ذرات و فیلتر تأثیر می گذارد.
نتیجه گیری
فیلترها می توانند ذرات کوچکتر از منافذ خود را نیز جذب کنند. این جذب می تواند ناشی از سه مکانیسم اصلی باشد: مکانیسم جذب، مکانیسم جذب مکانیکی، و مکانیسم جذب الکتریکی. میزان جذب ذرات کوچکتر از منافذ فیلتر به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله نوع فیلتر، اندازه و شکل ذرات، سرعت جریان سیال، و فشار فیلتر.

۱. “Fundamentals of Filtration”, by John M. Coulson and J.F. Richardson, Butterworth-Heinemann, 2nd Edition, 1999. 

۲. “Filtration Principles and Practices”, by Robert T. Detrick, CRC Press, 1991.

۳. “Principles of Filtration and Separations”, by Paul A. Schweitzer, Elsevier, 2013.