Domanda:
Why isn't pressure filtration popular compared to vacuum filtration?
Francis L.
2019-07-09 19:55:49 UTC
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Vorrei costruire un apparato di filtrazione sottovuoto fai-da-te con una pompa da bicicletta ma è molto difficile trovarne uno che possa essere facilmente convertito in una pompa a vuoto. Ciò ha suggerito l'idea di costruire semplicemente una versione inversa in cui la pressione superiore a quella atmosferica costringe il liquido a fluire attraverso il filtro. Ho notato che la filtrazione a pressione è raramente menzionata nei commenti, a differenza della filtrazione a vuoto. C'è una ragione per questa mancanza di popolarità o una ragione per cui un simile apparecchio fai-da-te probabilmente non funzionerebbe?

Potrebbe essere che il vuoto sia necessario per asciugare la pasta che si forma all'inizio perché favorisce l'evaporazione?

Immagino sia perché le persone in genere hanno linee del vuoto nei laboratori, ma non linee ad alta pressione.
@IvanNeretin Ogni laboratorio che ho visto ha una fornitura di aria pressurizzata a 5 o 10 bar, proveniente da un grande compressore nel seminterrato.No?Una linea del vuoto necessita di una pompa solitamente nella stessa stanza, che richiede un'elevata manutenzione.Nel mio vecchio istituto, avevamo solo poche stanze con linee del vuoto, principalmente per i corsi di laboratorio inorganici del primo anno.
@Karl Quindi immagino che fossimo in diversi tipi di laboratori.
Non per rispondere alla tua domanda, ma forse per risolvere il tuo problema: puoi acquistare una pompa Venturi in plastica online per meno di $ 20;si collega un tubo flessibile, lo si avvita nel rubinetto, si lascia scorrere l'acqua e l'aria viene aspirata attraverso il tubo (tramite l'effetto Venturi).Ne ho usato uno io stesso per la filtrazione sottovuoto a casa e sembrava raggiungere pressioni piuttosto basse.Assicurati solo di non aprire l'acqua così in alto che la pressione si accumula nei tubi dell'acqua e perdono.
@IvanNeretin Penso di sì!;-) Ma per cosa le usi?Qualunque cosa tranne la chimica dell'acqua (o altri solventi altobollenti) sarebbe un sacco di seccature con lo smaltimento dei rifiuti e leggermente pericoloso, no?
Perché le parti in vetro regolari sono strutturalmente molto più resistenti quando la pressione è bassa - alta pressione esce a causa della loro forma cilindrica / sferica, ma strutturalmente molto più deboli per mantenere un'elevata pressione interna.Il pompaggio di qualsiasi cilindro di vetro può produrre milioni di piccoli schegge, soprattutto se non è possibile controllare la pressione all'interno.Il pompaggio a vuoto può essere ancora pericoloso, ma le possibilità che tu abbia più di 1 atm tra i due lati della parete di vetro sono piuttosto basse.
@Karl: è possibile utilizzare sia il vuoto che l'aria pressurizzata per guidare gli strumenti.Il vuoto in particolare è buono, ad es.per cuscinetti di sollevamento e sistemi di fissaggio.Nei laboratori di ricerca, sebbene molte applicazioni possano richiedere il "vuoto", i requisiti particolari possono differire ampiamente in modo che sia meglio produrre localmente il tipo "giusto" di depressione: ad es.L'evacuazione dei dewar o dei rivelatori IR richiede una pressione estremamente bassa ma quasi nessun flusso, mentre la filtrazione richiede una minore sottopressione ma un flusso più elevato e la capacità di gestire un flusso di gas contaminato.Gli strumenti meccanici di aspirazione richiedono un flusso elevato, nessuna pressione estremamente bassa e ...
... nessuna cura particolare per l'aria contaminata (il sistema appropriato per questo potrebbe essere utilizzato direttamente come pre-vuoto per la pompa di evacuazione del rivelatore).
@electronpusher In alcune università europee questi venturi d'acqua sono vietati già da diversi anni e sono stati raccolti sia dai laboratori di insegnamento che da quelli di ricerca.Dall'esterno dei laboratori (legge) a causa del loro consumo di acqua, oltre che per l'inquinamento dell'acqua;dall'interno del laboratorio poiché la loro potenza varia troppo se più stanze su un piano li coinvolgono.
@cbeleites L'evacuazione di dewar o rilevatori IR richiede una pompa turbo dedicata, che costa dozzine di k €, non è di questo che stiamo parlando qui.Concordavo che una linea del vuoto (20-50 mbar) fosse potenzialmente utile, ma raramente ho visto uno strumento moderno usarla.Sarei interessato a conoscere gli usi effettivi e attuali.Il laboratorio ordinario oggi ha una pompa a membrana portatile, che viene utilizzata alcune volte a settimana, per scopi di filtrazione.Le battute di Schlenk, ovviamente, ma di nuovo questa è una storia diversa.
@Karl: la stragrande maggioranza dei sistemi di aria pressurizzata e di vuoto a livello di casa che ho visto erano piuttosto per scopi meccanici (inclusi tavoli stabilizzati per strumentazione analitica - ma probabilmente anche quella era strumentazione ottica, usata solo per analizzare campioni chimici) che per scopi chimici.E aria pressurizzata di ordini di grandezza più comuni delle linee del vuoto.Ho visto le ventose di sollevamento in azione nell'industria chimica per il sollevamento / movimentazione di barre di metalli preziosi.La mia * previsione * (e sogno come spettroscopista che lavora con campioni biologici) per un futuro non troppo lontano è, però, quella ..
... la tecnologia di automazione che sta diventando sempre più piccola come le macchine pick & place (funzionano con l'aspirazione del vuoto, non sono sicuro della pressione, però) diventerà disponibile per noi sotto forma di autocampionatori per pezzi solidi proprio come i robot di pipettaggio sono già in circolazione.* Ancora * immagino che arriveranno con la loro pompa a vuoto.E sono totalmente d'accordo sul fatto che per la maggior parte dei laboratori chimici, le pompe a membrana sono la soluzione migliore per la filtrazione perché devi solo preoccuparti di ciò che accade nel tuo laboratorio (cioè quale fuoriuscita / contaminazione / gas entra nella pompa).
Cinque risposte:
#1
+41
jeffB
2019-07-09 21:39:34 UTC
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È molto più facile assemblare un sistema sicuro sotto pressione esterna che uno sicuro sotto pressione interna. I flaconi ei tubi convessi resistono alla pressione esterna meglio di quella interna. Se qualcosa perde o si rompe, l'aria si precipita nel sistema, piuttosto che reagenti e prodotti che esplodono. Del resto, se hai messo insieme le cose con giunti di vetro smerigliato o tappi di gomma o tappi, il vuoto interno (pressione esterna) funziona per tenerli insieme, mentre la pressurizzazione dell'interno del sistema tende a separarli .

Si noti inoltre che un sistema per vuoto non sarà mai sottoposto a più di un'atmosfera di pressione esterna. Con un sistema pressurizzato, hai bisogno di un modo per limitare la pressione a livelli di sicurezza e devi assicurarti di sapere quali sono questi livelli.

Inoltre, è più facile applicare più campione al filtro se non è sotto pressione o lavarlo con una soluzione fresca.Devi spegnere la pompa quando vuoi rimuovere il filtrato.La cromatografia flash funziona con la pressione sul letto della colonna anziché con il vuoto applicato all'uscita della colonna.
#2
+10
ChemEPhD
2019-07-10 01:07:52 UTC
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La filtrazione a pressione è comunemente utilizzata in applicazioni industriali al di fuori del laboratorio. In questo caso i recipienti e le linee di processo sono generalmente realizzati in metallo o plastica e possono essere facilmente progettati per funzionare a una determinata pressione. Da un punto di vista ingegneristico, la filtrazione a pressione offre la possibilità di avere una forza motrice maggiore e consente di limitare l'area del filtro richiesta. Con la filtrazione sotto vuoto la forza motrice attraverso il filtro è limitata a 1 atmosfera. I filtri a pressione possono essere progettati in modo sicuro per funzionare a pressioni molto più elevate.

#3
+7
cbeleites unhappy with SX
2019-07-10 14:33:57 UTC
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Vorrei espandere alcuni punti che sono stati menzionati nei commenti di @IvanNeretin, @Karl e @electronpusher, ma IMHO merita qualche attenzione in più:

  • Come @electronpusher ha commentato, le pompe di aspirazione (Venturi) sono economiche e facilmente reperibili.

    Sono anche super robuste: ogni pompa è solitamente composta da una singola materiale ed è disponibile una gamma di materiali (ottone, PP, vetro). In questo modo è facile ottenerne uno per quasi tutti i tipi di solvente - nessuna preoccupazione per le membrane della pompa, ecc. Inoltre, nessuna parte in movimento, nessuna manutenzione richiesta se non assicurandosi che non si intasi.
    Inoltre, con una buona alimentazione idrica, è possibile avvicinarsi abbastanza alla pressione del vapore (sia dell'acqua che aziona la pompa o del solvente / eluente / mezzo di lavaggio).
    Sì, il gas di scarico viene rilasciato e si mescola con l'acqua. Tuttavia, puoi occuparti di entrambi a livello locale: raccogliere l'acqua per un trattamento appropriato e lavorare sotto una cappa adeguatamente attrezzata per trattare le sostanze in questione.

  • Al contrario, un sistema di aspirazione valido per tutta la casa significa che veramente devi assicurarti che nessun gas di scarico entri nel sistema di vuoto dove potrebbe condensare e / o mescolare con altri gas di scarico o aria proveniente da altre uscite per formare miscele corrosive o pericolose (combustione!).
    Qualsiasi errore qui può essere molto costoso e pericoloso.
    (Nota a margine: assicurarsi sempre che una presa del vuoto sia destinata all'uso "chimico" e non solo per scopi di officina / produzione / manipolazione come sistemi pneumatici con piastre di sollevamento o piastre di fissaggio)

  • @jeffb e @KarstenTheis hanno già spiegato la sicurezza e i vantaggi pratici di lavorare con il vuoto in ambienti di laboratorio piuttosto che con la pressione positiva.
    Inoltre, linee d'aria pressurizzate spesso forniscono lubrificate aria : non è mai sicuro presumere che l'aria pressurizzata sia "solo" aria.
    Questo è un bene per gli strumenti a pressione (che altrimenti necessitano di un oliatore extra) e anche più economico da produrre. Esistono compressori oil-free e sistemi di disoleazione che producono aria oil-free per tutta la casa, ma di solito è più economico optare per aria pressurizzata oliata in generale e disoleare solo la parte di aria pressurizzata che deve essere realmente oil-free e nella misura necessaria. Soprattutto se quel sistema ad aria pressurizzata non è esclusivamente per uso di laboratorio chimico, ma anche utilizzato per azionare serrande per tavoli ottici, sistema pneumatico e tutti i tipi di strumenti nell'officina meccanica.

    Punto bonus: per questo motivo, fate molta attenzione all'aria pressurizzata che usate per la pulizia (non solo dal punto di vista chimico, anche delle parti ottiche). È perfettamente appropriato acquistare una costosa "aria di pulizia" in bottiglia o avere un compressore oil-free quando c'è un'uscita dell'aria pressurizzata nello stesso laboratorio!

#4
+6
DavePhD
2019-07-10 17:36:15 UTC
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La filtrazione a pressione positiva è estremamente comune, probabilmente anche più comune della filtrazione a vuoto.

enter image description here

fonte: https://andyjconnelly.wordpress.com/2016/09/28/syringe-filters/

#5
+5
foudian1
2019-07-10 22:54:17 UTC
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Ho lavorato come studente laureato in laboratori di chimica organica e sia le linee di vuoto che l'aria compressa sono molto comuni.

Il motivo per cui la maggior parte delle configurazioni di filtraggio utilizza il vuoto (specialmente per l'estrazione grossolana dopo la ricristallizzazione) è che la vetreria lo fa non tollera molto bene la pressione.

Usiamo la pressione dell'aria per accelerare la purificazione con colonne cromatografiche su gel di silice confezionate manualmente perché l'installazione di un apparato di vuoto per ogni provetta sarebbe un compito importante. Ma anche in questo caso usiamo pochissima pressione in quanto ciò può rompere la colonna. C'è una vetreria specializzata per questo: ha un regolatore di pressione in teflon grezzo con un O-Ring in gomma (che deve essere cambiato regolarmente mentre si asciuga).

Le configurazioni del vuoto di bassa qualità sono relativamente facili da improvvisare - con un adattatore appropriato, puoi utilizzare il rubinetto del lavandino di casa come fonte di vuoto. Questa configurazione viene spesso utilizzata per i rotavapor nei laboratori di chimica organica.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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