Filter dienen zur Trennung von Substanzen aus Gas- bzw. Flüssigkeitsgemischen. Die Filtration ist eine Grundoperation in der Chemie und Verfahrenstechnik. Umgangssprachlich spricht man beim Filtern auch von Reinigung eines Mediums.

Als Filter bezeichnet man sowohl das Filtermedium selbst, als auch die der Filtration dienende Apparatur und Konstruktion. Vielfältig sind die Unterbegriffe und Untergliederungen nach Medium, Verunreinigung, Material, Wirkprinzip und technischer Ausführung.

Beispiele

Filter sind allgegenwärtig: Das (auch: der) einfachste Filter ist das Sieb. Jeder kennt Teesiebe und Kaffeefilter für Flüssigkeiten, Zigarettenfilter und die zum Absaugen des Küchendampfes verwendeten Mattenfilter in der Dunstabzugshaube. In der Klimaanlage befindet sich ein Luftfilter, der Treibstoff eines Autos wird durch einen Kraftstofffilter geleitet, bevor er in den Vergaser kommt. Das Motoröl fließt durch einen Ölfilter. Die Feuerwehr benutzt einen Atemschutzfilter. Partikelfilter können die Partikelemissionen eines Kraftfahrzeugdieselmotors deutlich reduzieren. Ein absichernder Filter wird Polizeifilter genannt.

Eigenschaften Filter

Alle Filter besitzen die Aufgabe ein Trenngut vom Medium zu separieren. Zur Beurteilung und Klassifizierung von Filtern werden folgende Filtereigenschaften herangezogen:

• Der Filterwirkungsgrad beschreibt die Effizienz, mit der das Trenngut vom Medium abgeschieden wird. 100% bedeutet, dass sämtliches Trenngut herausgefiltert wird.
• Bei der Einlagerung des Trennguts wird zwischen oberflächlicher (Oberflächenfilter) und innerer (Tiefenfilter) Einlagerung unterschieden.
• Der Druckverlust am Filter entsteht dadurch, dass das Medium durch das Filter hindurchströmt. Dabei muss zwischen dem Anfangsdruckverlust des Filtermaterials und dem Druckanstieg durch steigende Einlagerung des Trennguts unterschieden werden.
• Die Reinigung des Filters beschreibt, inwieweit das Trenngut aus dem Filter wieder herausgeholt werden kann. Es gibt dabei Filter, die nur einmal genutzt werden können, da das Trenngut nicht mehr herausgeholt werden kann. Hierbei ist auch zu unterscheiden, ob man das Trenngut weiterhin nutzen möchte, oder ob es entsorgt werden kann.

Abscheidemechanismen

Die Trennung des abzuscheidenden Materials (im folgenden als Partikel bezeichnet, darunter können auch faserförmige Stoffe oder Tröpfchen fallen) vom umgebenden Medium geschieht durch unterschiedliche Mechanismen. Bei gasförmigen Medien können folgende Mechanismen auftreten:

• Die Partikeln sind größer als die Porengröße an der Oberfläche des Filters und können daher nicht in das Filtermedium eindringen. Dieser Effekt taucht vornehmlich bei membranbeschichteten Oberflächenfiltern auf.
• Aufgrund seiner Trägheit kann die Partikel der Strömung nicht folgen und trifft auf das Filtermaterial (Filterfaser, Filterkorn) auf. Dieser Effekt spielt vornehmlich bei Partikeln > ~1 µm eine Rolle (abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit). Als Maß für die Trägheitsabscheidung wird die Stokes-Zahl verwendet.
• Aufgrund der Brownschen Molekularbewegung schwankt die Partikelbahn statistisch um die Stromlinie auf der sich das Partikel bewegt, wodurch es zum Kontakt der Partikel mit dem Filtermaterial kommen kann. Dieser auch als Diffusionsabscheidung bezeichnete Effekt wird durch die Peclet-Zahl beschrieben und spielt nur für sehr kleine Partikel (kleiner als wenige hundert Nanometer) eine Rolle.
• In Filterkuchen von Oberflächenfiltern ist der Sperreffekt der bestimmende Abscheidemechanismus. Beim Sperreffekt führt die Bahn des Masseschwerpunktes der Partikel zwar am Filtermaterial vorbei, das Partikel kann aber aufgrund seiner geometrischen Ausdehnung das Filtermaterial nicht passieren und wird abgeschieden.
• Die Abscheidung von elektrisch geladenen Partikeln kann durch entgegengesetzt geladenes Filtermaterial gefördert werden (Elekret-Filter).
• Die Thermophorese ist ein eher seltener Effekt, bei dem heißeres Trenngut zum kälteren Filtermaterial hinwandert.

Siehe auch

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• Filter (Fluid)

Filter

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