过滤

• 过滤用于分离悬浮液中的颗粒和流体，其中流体可以是液体、气体或超临界流体。根据应用的不同，其中一个或者两个组分都是可以分离的。
• 滤作为一种物理操作，在化学中对于不同化学成分的物质的分离非常重要。先选择可以溶解一种组分而不溶解另一种组分的溶剂。然后将混合物溶解在选定的溶剂中，其中一种组分会溶解并通过过滤器，另一种则被截留下来。这是化学家用来提纯化合物的最重要的技术之一。
• 过滤也是化学工程中很重要的一个单元操作。它可以与其它单元操作同时进行，以处理进料流，如生物过滤器，它是一种组合式过滤器和生物消化装置。
• 过滤不同于筛分，在筛分中，分离发生在单个穿孔层(筛子)。在筛分过程中，太大而不能通过筛孔的颗粒被保留下来。在过滤中，多层网格截留了那些不能跟随过滤器曲折通道的颗粒。^[2]过大的颗粒可能在过滤器顶部形成滤饼层，也可能堵塞过滤层，阻碍液相穿过过滤器(堵塞)。从商业上讲，“过滤”一词也适用于过滤层很薄的膜过滤，颗粒的分离主要发生在表面，而这种类型的过滤也被称为筛分。
• 过滤不同于吸附，在吸附中，导致分离的不是颗粒的物理尺寸，而是表面电荷的影响。一些含有活性炭和离子交换树脂的吸附装置在商业上被称为过滤器，尽管过滤不是它们的主要工作原理。
• 过滤不同于用磁铁(通常是润滑油、冷却剂和燃料油)从流体中去除磁性污染物，因为没有过滤介质。商业设备被称为“磁性过滤器”，但这个名字反映的是它们的用途，而不是它们的操作模式。

有许多不同的过滤方法；所有这些都旨在实现物质的分离。将待移除的物质和过滤器进行接触，可以将他们分离。通过过滤器的物质必须是流体，即液体或气体。过滤方法取决于目标物质的状态，即它是溶解在液相中还是悬浮为固体。

根据所需的结果，有几种过滤技术，即热过滤、冷过滤和真空过滤。主要目的就是从混合物中除去杂质，或者从混合物中分离固体。

热过滤方法主要用于从热溶液中分离固体。这样做是为了防止过滤漏斗和其他与溶液接触的设备中形成晶体。因此，所用的设备和溶液需要加热，以防止温度快速下降，这反过来会导致漏斗中的固体结晶并阻碍过滤过程。^[3]防止漏斗中晶体形成和进行有效热过滤的最重要措施之一是使用无漏道过滤漏斗。由于过滤漏斗中没有漏柄，溶液和过滤漏斗杆之间的接触表面积减小，因此防止了漏斗中固体的重结晶，对过滤过程产生不利影响。

冷过滤 (Cold Filting method)是使用冰浴来快速冷却待结晶的溶液，而不是让它在室温下自然冷却。这种技术可以形成非常小的晶体，而不是室温下冷却溶液得到的晶体。

真空过滤技术最适用于小批量溶液，以便快速干燥小晶体。这种方法需要布氏漏斗，比漏斗直径稍小的滤纸，布氏烧瓶，接真空的橡胶管。

实验室使用两种主要类型的过滤介质:表面过滤器、用滤纸或者不用滤纸截留固体颗粒的筛子(例如布氏漏斗、带式过滤器、转筒式真空过滤器、错流过滤器、筛网过滤器)；深层过滤器，固体颗粒在通过细小的过滤床时会被截留(例如砂滤器)。第一种类型允许完整地收集固体颗粒，例如残留物；另一种类型不是这样，它的表面积较大不太容易堵塞，可以截留颗粒物。此外，当固体颗粒非常细时，丢弃被污染的颗粒通常比清洁固体筛更便宜和容易。

过滤介质可以用溶剂或洗涤剂清洗。或者，在工程应用中，例如游泳池水处理厂，它们可以通过反冲洗来清洁。自清洁滤网过滤器利用吸嘴反冲洗来清洁滤网，而不会中断系统流量。

3.1 流体在过滤器中的流动

由于压差，流体流经过滤器——流体从过滤器的高压侧流向低压侧，留下一些物质。实现这一点最简单的方法是通过重力，这可以在咖啡机的例子中看到。在实验室中，可以在进料施加压缩空气（或在滤液侧抽真空），使过滤过程更快，不过这可能导致堵塞或微粒通过。或者液体可以用泵输送，当减少过滤时间很重要时，这是工业上常用的方法。在这种情况下，过滤器不需要垂直安装。

3.2 助滤剂

助滤剂可以用来帮助过滤。常用的是不可压缩的硅藻土，主要由二氧化硅组成。还使用木质纤维素和其他惰性多孔固体，如更便宜和更安全的珍珠岩。

这些助滤剂可以以两种不同的方式使用。他们可以在悬浮液过滤前做预过滤层，防止凝胶状物质堵塞过滤介质，并能得到更澄清的滤液。它们也可以在过滤前加入浆料中。这增加了滤饼的孔隙率，并降低了滤饼在过滤过程中的阻力。在旋转过滤器中，助滤剂可以作为预涂层使用；随后，这一层的预过滤滤饼层将和整个滤饼一起除去。

助滤剂的使用通常限于滤饼被丢弃或沉淀物可以从过滤器中化学分离的情况。

过滤是一种比倾析更有效的混合物分离方法，但耗时更长。如果涉及非常少量的溶液，大部分溶液可能会被过滤介质吸收。

过滤的另一种选择是离心——不是过滤固体和液体颗粒的混合物，而是离心混合物，迫使(通常)密度较大的固体到达底部，在那里它通常形成一个坚硬的饼状物。然后可以倒出上面的液体。这种方法特别适用于分离过滤不良的固体，如凝胶状或细小颗粒。这类物质容易堵塞，也容易穿过过滤器。

过滤的例子包括：

• 咖啡过滤器使咖啡与咖啡渣分开。
• 空调中的HEPA过滤器去除空气中的微粒。
• 采矿中提取贵金属的带式过滤器。
• 水平板式过滤器，也称为火花过滤器。
• 熔炉使用过滤来防止熔炉元件被颗粒污染。
• 气力输送通常采用袋式除尘器来停止或者减缓物料的输送
• 在实验室里，通常使用布氏漏斗，滤纸作为多孔过滤介质。
• 空气过滤器通常在建筑通风系统、内燃机和工业过程中去除空气中的颗粒物。
• 汽车中的滤油器，通常为滤罐或滤芯。
• 水族馆过滤器

一项实验验证了通过素瓷滤菌器的水和未过滤水都含有微生物。当放在密封容器中时，过滤后的水需要更长时间才能变脏，这表明非常小的物质(如细菌)可以通过过滤从液体中去除。

在肾脏中，肾脏过滤是肾小球中血液的过滤，随后是身体维持体内平衡所必需的许多物质的选择性再吸收。