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- 여과(filtration) :
- 액체와 고체의 혼합물 또는 기체와 고체의 혼합물에서 우리가 필요로 하는 물질을 물리적 방법을 통하여 분리해 내는 것
- 찌꺼기(residue) : 여과 후 여과재에 남아 있는 고체
- 여과액(filtrate) : 여과재를 통과한 액체를 이라
- 여과 방법에 다른 여과의 분류
- 상압 여과, 감압 여과, 가압 여과 등으로 구분
- 여과하려는 혼합물의 물리적 특성 및 여과 후 필요한 물질에 따라서 여과 방법과 장치를 선택
(1) 여과 조작
- 여과 조작은 적절한 여과재 선택과 알맞은 온도와 압력을 유지해야 한다.
- 여과 조작에 영향을 미치는 조건.
- 여과제
- 온도와 압력
- 찌꺼기의 양과 두께
- 여과 조제
1) 여과제
- 여과재는 일반적으로 거름종이, 거름 헝겊 및 다공성 재료를 사용하며 혼합물 입자의 크기와 화학적 성질에 따라 적절한 것을 선택하여 사용.
- 혼합물의 산성, 알카리성, 부식성 등의 화학적 성질에 따라 여과재는 식물성 섬유, 동물성 섬유, 합성 섬유 및 석면 등을 적절하게 선택
2) 온도와 압력
- 점성이 큰 혼합물은 유동성에 문제가 있으므로 온도를 높여서 점도를 낮추어 주어야 하고, 융점이 낮은 혼합물의 경우 결정의 석출을 원하지 않으면 온도를 높여 여과해야 한다.
- 휘발성이 큰 혼합 물질을 여과할 때에는 낮은 온도에서 조작
- 혼합물의 성질에 따라 여과 속도를 조절할 필요가 있을 때에는 장치의 압력을 이용
- 찌꺼기의 입자가 딱딱한 것이면 처음의 여과 속도가 빨라도 되지만, 만약 콜로이드와 같이 탄성이 있으면 아주 조밀한 찌꺼기 층을 만들기 때문에 저항이 커져 여과 속도가 매우 느리게 되므로 좋지 않다. 따라서 이런 경우에 처음에는 압력을 작게 하고 점점 크게 해 주는 것이 좋다.
3) 찌꺼기의 양과 두께
- 여과 조작에서 찌꺼기 층이 두꺼워지면 여과 속도가 느려지며 찌꺼기를 씻는 시간이 많이 걸린다.
- 찌꺼기 층이 얇으면 회수되는 양이 적고 찌꺼기를 떼어 내는 데 노력과 시간이 적게 들게 된다.
- 여과 방법에 따라서찌꺼기의 두께를 알맞게 잘 조절하여 여과 효과를 높이도록 해야 한다.
4) 여과 조제
- 여과하려는 고체-액체 혼합물 중의 고체 입자 크기가 너무 작으면 여과재가 막히고 찌꺼기 층이 너무 치밀해져 여과가 제대로 안 된다. 이러한 경우에는 입자가 약간 굵은 제3물질인 여과 조제를 섞거나, 여과재 면에 제3물질의 얇은 층을 만들어 여과가 잘 되도록 한다.
- 여과 조제로는 규조토, 분탄, 펄프, 산성 백토, 석면, 톱밥 등이 있다.
- 여과 조제의 첨가량은 고형 물질에 대해서 보통 0.5% 이하 정도로 한다.
- 여과 조제의 조건
- 비압축성 물질이고 찌꺼기를 생성해야 한다.
- 입자는 균일하고 견고해야 한다.
- 다공성으로 표면적이 크고 비중이 여과액과 같아야 한다.
- 화학적으로 안정된 물질이어야 한다.
(2) 여과 장치
1) 상압 여과 장치
- 중력에 의해서 혼합물이 여과재를 통과하는 과정에서 여과되는 원리
- 가정에서 수돗물의 여과에 사용되는 장치로 자갈과 자갈, 모래와 모래 사이에서 물속에 포함된 작은 고형물이 서로 엉켜 제거되면서 깨끗한 여과액을 얻을 수 있다.
- 토양이 여과재 역할을 하여 깨끗한 지하수를 얻는 원리와 같다.
그림Ⅴ- 18 상압 여과기
2) 가압 여과기
- 필터 프레스(filter press)는 대표적인 가압 여과기
- [그림Ⅴ-20]은 프레임형(plate-frame type) 필터 프레스로써, 두 가지거름판 사이에 프레임을 1장씩 끼우며, 이들 사이에 거름헝겊이 들어간다.
- 그림의 (a)에서, 여과액은 1에서 2로 들어와서 찌꺼기를 남긴 다음, 거름헝겊 3을 지나 4로 흐른다.
- 여과가 끝나면 그림 (b)와같이 1을 닫고 5를 열어 세척수를 보낸다.
- 거름헝겊과 거름판 사이로 들어온 세척수는 거름헝겊 → 찌꺼기 → 거름헝겊을 뚫고 지나서 하나 건너씩 열린 4로 흘러 나간다.
- 여과가 끝난 다음 찌꺼기를 여과기에서 떼어 내려면 여과기를 전부 풀고 찌꺼기를 긁어낸다.
그림 Ⅴ-19 프레임형 필터프레스
한국필터(주) - 필터프레스 (RE&MEM) 여과원리 (filter press, filter cloth, filter plates)
3) 감압 여과기
- 감압 여과는 [그림 Ⅴ-21]과 같이 감압 장치인 아스피레이터를 이용하여 흡인병을 감압하면 감압에 의해서 여과기 중의 액면에 대기압이 가해져서 여과를 촉진시키는 방법
- 많은 양의 혼합물을짧은 시간 내에 여과시키고, 여과가 어려운 혼합물의 경우 여과 속도를 촉진하기 위해서 사용
그림 Ⅴ-20 감압 여과기
4) 원심 여과기
- 원심 탈수기라고도 하며, 주로 결정과 모액(여과 원액)을 분리하는 데 이용된다.
- 회분식 바스켓형 원심 여과기와 연속식 수평형 원심 여과기가 있다.
- 회분식 바스켓형 원심 여과기 : 덮개 내에 고속으로 회전하는 많은 구멍을 가지고 있는 원통의 내면에 여과재를 붙인 것
그림 Ⅴ-21 바스켓식 원심 여과기
- 연속식 수평형 원심 여과기 : 회전 원통의 옆면이 여과면으로 되어 있으며, 유압에 의해 찌꺼기를 배출하고, 여과액의 공급과 찌꺼기의 배출이연속으로 행하여진다.
그림 Ⅴ-21 수형형 원심 여과기
(3) 여과기의 선택
- 여과기의 종류는 대단히 많으며, 여과 조작의 조건도 대부분 각각 다르다. 따라서 어떤 슬러리를 여과할 때 그에 알맞은 여과기를 선정한다는 것은 매우 중요
- 여과기를 선정하는 데 검토해야 할 사항
- 슬러리의 처리량과 앞 뒤 공정과의 관계
- 슬러리 속의 고체의 농도
- 여과 목적물이 찌꺼기, 여과액 또는 두 가지 모두를 필요로 하는 경우인지를 확인
- 슬러리 속의 액체의 특성, 점성도, 밀도, 부식성, 휘발성, 온도
- 슬러리 속의 고체의 성질, 즉 입자의 크기, 분포 상태, 압축성과 같은 슬러리 속의 고체의 성질
- 찌꺼기의 세척, 여과액 및 세척액의 필요성
- 여과기를 선택하기 위한 기본 자료로서 몇 가지 여과기 및 여과 조건의 예
표 Ⅴ-5 여과기 및 여과 조작 조건
