Nyckelskillnad – Filtrering vs Centrifugering
Innan vi går vidare till en djupgående analys av skillnaden mellan filtrering och centrifugering, de två separationsteknikerna, låt oss först se vad en separationsteknik är. Inom biologisk vetenskap och teknik används en separationsteknik för att isolera den önskade beståndsdelen från en blandning. Detta är ett massöverföringsfenomen som omvandlar en blandning av beståndsdelar till två eller flera distinkta fraktioner. Separation av blandningar beror på skillnader i kemiska egenskaper eller fysikaliska egenskaper såsom massa, densitet, storlek, form eller kemisk affinitet, bland beståndsdelarna i en blandning. Separationstekniker kategoriseras ofta efter de specifika skillnaderna de använder för att uppnå separation. Filtrering och centrifugering är de vanligen använda separationsteknikerna baserade endast på den fysiska rörelsen av önskade partiklar. Den viktigaste skillnaden mellan filtrering och centrifugering ligger i den använda kraften och metoden. Filtrering använder ofta en siktningsteknik för att sila/ta bort föroreningar eller oönskade material med hjälp av gravitationen. Detta kan uppnås genom fysiska barriärer som media, membran eller silar. Centrifugering använder centrifugalkraften för att separera de önskade föreningarna och partiklarna baserat på molekylvikten. Centrifugermaskin används för denna separation. De tätare föreningarna överförs till utsidan av centrifugen och kan avlägsnas därifrån. Låt oss i den här artikeln utveckla skillnaderna mellan filtrering och centrifugering.
Vad är filtrering?
Filtrering används för att separera önskade partiklar eller beståndsdelar i en blandning eller suspension. Beroende på applikationen kan antingen en eller flera intresserade komponenter isoleras med hjälp av filtreringsteknik. Det är en fysisk separationsmetod och det är mycket viktigt inom kemi, livsmedelsvetenskap och teknik att separera material med olika kemisk sammansättning eller att rena föreningar. Under filtrering sker separation vid ett eller flera perforerade skikt. Vid filtrering hålls partiklar som är för stora för att passera genom hålen i det perforerade skiktet kvar. Då kan stora partiklar bilda en rest eller kakskikt ovanpå filtret och kan även blockera filternätet, vilket förhindrar att vätskefasen passerar filtret.
Figur 1: Illustration av enkel filtrering.
Vad är centrifugering?
Centrifugering är en process genom vilken en centrifugeringsmaskin används för att separera önskade beståndsdelar i en komplex flytande blandning/slurry. Som ett resultat av centrifugering samlas fällningen snabbare och fullständigt på botten av centrifugröret. Den återstående vätskan är känd som supernatantvätskan. Denna supernatant överförs sedan antingen snabbt från röret utan att störa fällningen, eller avlägsnas med en Pasteurpipett. Partiklarna som fälls ut vid centrifugering beror på centrifugalacceleration, partiklarnas storlek och form, volymandelen av närvarande fasta ämnen, densitetsskillnaden mellan partikeln och vätskan och viskositeten.
Figur 2: Illustration av centrifugeringsprocessen
Vad är skillnaden mellan filtrering och centrifugering?
Definition av filtrering och centrifugering
Filtrering: handlingen eller processen att ta bort något oönskat från en vätska.
Centrifugering: processen att separera lättare delar av en lösning eller en blandning.
Karakteristika för filtrering och centrifugering
Filtrering och centrifugering kan ha väsentligt olika egenskaper och de kan kategoriseras i följande undergrupper;
Force Used
Filtrering: Gravitationskraften används vid filtrering.
Centrifugering: Centrifugalkraften används vid centrifugering.
Utrustning
Filtrering: Silar eller perforerat lager eller sil eller media eller fysiskt membran eller filtertratt eller deras kombinationer kan användas. Vissa filterhjälpmedel kan användas för att underlätta filtreringen. Dessa är vanligtvis inkompressibel kiselgur eller kiseldioxid.
Centrifugering: Centrifugermaskin och centrifugrör används.
Operationsmetod
Filtrering: Stora partiklar i blandningen kan inte passera genom filtrets mesh/perforerade struktur medan vätska och små partiklar passerar under tyngdkraften och blir filtrat (Figur 1)
Centrifugering: Lösningsblandningen centrifugeras för att tvinga det tyngre/tätare fasta ämnet till botten, där det ofta skapar en fast kaka. Vätskan ovanför denna kaka kan avlägsnas eller dekanteras. Denna metod är särskilt användbar för att separera fasta ämnen som inte filtrerar bra (t.ex. gelatinösa eller fina partiklar). (Figur 2)
Typer
Filtrering: Det finns tre filtreringstekniker baserade på det förväntade resultatet som kallas varm-, kall- och vakuumfiltrering. Varmfiltreringsteknik används främst för att separera fasta ämnen från en het lösning. Detta används för att undvika kristallutveckling i filtertratten som kommer i kontakt med lösningen. Kallfiltreringsteknik används främst för att snabbt kyla lösningen som ska kristalliseras. Denna metod resulterar i utvecklingen av mycket små kristaller i motsats till att få stora kristaller genom att långsamt kyla lösningen till rumstemperatur. Vakuumfiltreringsmetoden används främst för en liten sats av lösningen för att snabbt torka ut små kristaller. Detta är den mest effektiva filtreringstekniken jämfört med varm och kall filtrering.
Centrifugering: Det finns tre centrifugeringstekniker, nämligen mikrocentrifuger, höghastighetscentrifuger och ultracentrifugeringar. Mikrocentrifuger används ofta i forskningsverksamhet för att bearbeta små volymer av biologiska molekyler. Denna maskin är tillräckligt liten för att kunna monteras på en bordsskiva. Höghastighetscentrifuger kan hantera större provvolymer och används huvudsakligen i storskaliga industritillämpningar. Ultracentrifugering används främst för forskningsändamål som att studera egenskaper hos biologiska partiklar. Det är den mest effektiva separationsmetoden jämfört med mikrocentrifuger och höghastighetscentrifuger.
Purpose
Filtrering: Huvudsyftet med filtrering är att få önskat resultat genom att ta bort föroreningar från en blandning eller för att isolera fasta ämnen från en blandning.
Centrifugering: Huvudsyftet med centrifugering är att isolera fasta ämnen från en lösning.
Effektivitet
Filtrering: Enkla filtreringstekniker kan behöva mycket tid för att separera önskat material och som ett resultat är filtrering mindre effektiv än centrifugering.
Centrifugering: Separation sker mycket snabbt jämfört med filtreringstekniker. Därför är centrifugering effektivare än filtrering.
Nackdelar
Filtrering: Om mycket små mängder lösning filtreras, kan det mesta av denna lösning absorberas av filtermediet. Blandningar som innehåller gelatinösa eller fina partiklar filtrerar inte bra. Därför kan centrifugering användas för att separera dessa blandningar.
Centrifugering: Denna metod kräver kunskap och elektricitet jämfört med filtreringstekniker.
Kostnad
Filtrering: Kostnaden beror på komplexiteten i filtreringsprocessen, och vanligtvis kräver enkla filtreringstekniker inte elektricitet så väl som utbildade personer. Därför kan den associerade kostnaden vara låg jämfört med centrifugering.
Centrifugering: Kostnaden är hög jämfört med enkel filtreringsteknik eftersom centrifugen behöver elektricitet såväl som utbildade tekniker.
Applications
Filtrering: Kaffefilter, vattenfilter, ugnsfilter för att ta bort partiklar, Pneumatiska transportsystem använder filter, i laboratoriet används en glastratt, en Buchner-tratt eller sintrad glastratt för filtrering. I den mänskliga njuren används njurfiltrering för att filtrera blod och selektiv återabsorption av många element som är avgörande för kroppen för att upprätthålla homeostas.
Centrifugering: En av de vanligaste tillämpningarna är behandling av avloppsslam där separering av fasta ämnen från högkoncentrerade suspensioner. Centrifugering används också för anrikning av uran. Utöver det används denna teknik i biologisk forskning för isolering av önskat fast eller vätska från en blandning. Dessutom används centrifugering för att ta bort fett från mjölk för att producera skummjölk, för att klara och stabilisera vinet och för att separera urinbeståndsdelar och blodelement i rättsmedicinska och medicinska forskningslaboratorier.
Sammanfattningsvis är filtrering och centrifugering olika separationstekniker och den viktigaste skillnaden mellan dem är den använda kraften och separationsutrustningen. Som ett resultat kan de ha väsentligt olika tillämpningar.
