여과 (Filtration)
한 줄 정의: 여과는 다공성 매체(필터)를 통해 액체를 통과시켜 그 속에 섞여 있는 고체 입자를 걸러내는 고체-액체 분리 공정입니다.
쉽게 풀면
커피를 내릴 때 종이 필터가 물은 통과시키지만 커피 가루는 걸러내는 것처럼, 여과는 작은 구멍이 뚫린 매체를 이용해 액체 속 고체 입자를 분리하는 방법입니다. 액체는 압력이나 중력의 힘으로 필터를 통과해 나가고, 입자는 필터 표면에 걸려 남게 됩니다. 화학 공정에서는 이 원리를 대규모로 활용해 반응 후 생성된 고체를 액체에서 분리하는 데 사용합니다.
왜 중요한가
많은 화학·제약·식품 공정에서 원하는 제품이 고체 형태로 얻어지거나, 반대로 불순물을 고체 상태로 제거해야 하는 경우가 흔하기 때문에 여과는 산업 전반에서 가장 널리 쓰이는 분리 조작 중 하나입니다. 논문에서는 여과 속도, 여과 효율, 필터 매체의 성능을 개선하는 연구가 자주 다루어집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"진공 여과(filtration) 조건에서 여과율은 압력차 증가에 따라 비례적으로 상승하는 경향을 보였다."
여과 속도가 필터 양쪽의 압력 차이에 의해 결정된다는 기본 원리를 실험으로 확인한 예문입니다.
"본 연구에서는 여과와 원심분리를 비교하여, 미세 입자가 많은 슬러리의 경우 여과 단독으로는 처리 시간이 과도하게 소요됨을 확인하였다."
입자 크기나 슬러리 특성에 따라 여과가 적합하지 않을 수 있음을 다른 분리 방법과 비교해 논한 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
여과는 구동력에 따라 중력 여과, 진공 여과, 가압 여과 등으로 나뉘며, 시간이 지나면서 필터 표면에 걸러진 입자층(케이크)이 두꺼워질수록 여과 저항이 증가해 속도가 점차 느려지는 특징이 있습니다. 이러한 거동은 케이크여과 이론을 통해 정량적으로 분석됩니다.
주의할 점
입자 크기가 필터의 구멍 크기보다 작으면 여과 효율이 떨어지거나 입자가 그대로 통과할 수 있으므로, 처리할 슬러리의 입자 특성에 맞는 필터 매체 선정이 중요합니다.