Study Notes on Filtration and Separation Processes
Bezinken en Filtreren
In het huishouden worden verschillende soorten filters vaak gebruikt. Veel voorkomende voorbeelden van filters zijn:
- Vergiet
- Stofzuigerzak
- Koffiefilter
Doeleinden van Filters
Filters worden gebruikt om verschillende stoffen van elkaar te scheiden. Veel producten die dagelijks worden gebruikt zijn samengesteld uit een mengsel van verschillende stoffen. Voorbeelden van deze samengestelde producten zijn:
- Cosmetica
- Handcrème
- Zonnecrème
- Tandpasta
- Nagellak
- Parfums (soms bestaande uit meer dan honderd verschillende stoffen)
- Shampoo
Mengprocessen en Eigenschappen
Bij het mengen van stoffen veranderen de eigenschappen van de stoffen niet blijvend. Door gebruik te maken van het verschil in stofeigenschappen binnen een mengsel kan men de stoffen scheiden. Dit is nuttig om ongewenste stoffen, zoals ziektekiemen of zandkorrels in drinkwater, te verwijderen.
Scheiden van een Suspensie
Een suspensie kan op verschillende manieren worden gescheiden. Twee veelgebruikte methoden zijn:
- Bezinken
- Afschenken
Bezinken en Afschenken
Bijvoorbeeld, het water in de Maas en de Rijn bevat veel kleine deeltjes vaste stof. Deze deeltjes zijn fijn verdeeld in het water en vormen een suspensie. Het drinkwaterbedrijf verzamelt dit water in grote plassen, ook wel spaarbekkens genoemd, om de zwevende deeltjes te verwijderen. In de spaarbekkens is het water stil, waardoor grotere deeltjes vaste stof langzaam naar de bodem zinken. Dit proces heet bezinken.
Een laboratoriumversie van dit proces kan in een reageerbuis worden uitgevoerd. Na het bezinken kan men door middel van afschenken de vaste deeltjes van het water scheiden. Echter, afschenken is geen nauwkeurige scheidingsmethode.
Filtreren
Filtreren als Scheidingsmethode
Voor de drinkwatervoorziening wordt het water uit spaarbekkens naar het drinkwaterbedrijf gepompt. Eerst wordt dit oppervlaktewater gezeefd. Grofvuilroosters verwijderen grotere stukjes vuil voordat de filtratie plaatsvindt. Overige vaste deeltjes worden uit het water verwijderd door het water op een laag zand en grind te pompen.
Filtreren is in wezen gelijk aan zeven. Een filter heeft heel kleine openingen (mazen of poriën). Tijdens het filtreren blijven de deeltjes vaste stof op het filter liggen, terwijl de vloeistof door het filter heenloopt en wordt opgevangen.
Principes van Filtreren
Filtreren is een scheidingsmethode die gebaseerd is op een verschil in deeltjesgrootte van de bestanddelen:
- Vaste stof: Bestaat uit korreltjes die niet door de openingen van het filter passen.
- Vloeistofmoleculen: Zijn veel kleiner en kunnen door de openingen van het filter heen.
De vaste stof die op het filter achterblijft, wordt aangeduid als het residu, terwijl de vloeistof die door het filter loopt het filtraat wordt genoemd.
Het oppervlaktewater dat na filtratie wordt opgevangen, bevat echter waarschijnlijk nog allerlei opgeloste stoffen, die mogelijk schadelijk zijn. Dit water is dan nog niet geschikt voor consumptie en moet verder worden bewerkt.
Opgeloste Deeltjes en Filtreren
Opgeloste deeltjes kunnen niet uit een oplossing worden verwijderd door filtreren. Dit is omdat opgeloste deeltjes zo klein zijn dat ze niet kunnen worden tegengehouden door de openingen in een filter.
Toepassingen van Filters
Filters worden op verschillende manieren in de praktijk toegepast:
- Afzuigkappen: Houden vooral vetdeeltjes tegen.
- Stofzuigers: Hebben stoffenfilters om stof tegen te houden.
- Ziekenhuizen: Voorkomen filters dat ziektekiemen in couveuses en operatiekamers komen.
- Auto- en brommer motoren: Mogen geen vaste deeltjes bevatten, omdat dit kan leiden tot motorstoringen. Daarom zijn er luchtfilters en brandstoffilters geïnstalleerd.
- Fabrieken van computerchips: Deze moeten volledig stofvrij zijn en maken gebruik van zeer fijne filters.
Visualisaties
In de bijbehorende afbeeldingen (Afbeelding 1, 2, en 3) zijn de concepten verder geïllustreerd, waarbij respectievelijk de scheidingsmethodes en de componenten van filters zichtbaar zijn.