El filtro de banda (a veces llamado filtro prensa de banda o filtro prensa de banda ) es una máquina industrial que se utiliza para procesos de separación sólido/líquido, en particular la deshidratación de lodos en la industria química , la minería y el tratamiento de aguas . Los filtros prensa de banda también se utilizan en la producción de jugo de manzana, sidra y vinificación. [1] El proceso de filtración se obtiene principalmente haciendo pasar un par de telas y bandas filtrantes a través de un sistema de rodillos. El sistema toma un lodo o pulpa como alimentación y lo separa en un filtrado y una torta sólida.
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El filtro de banda se utiliza principalmente para la deshidratación [2] de lodos y purines y la extracción de jugo de manzanas, peras y otras frutas, así como uvas para la elaboración de vino, etc. Los filtros de banda se utilizan tanto a nivel municipal como industrial en una variedad de áreas que incluyen tratamiento de aguas residuales y cloacales urbanos , metalurgia y minería, plantas de acero, plantas de carbón, cervecerías, tintorerías, curtidurías, así como fábricas químicas y de papel. [3]
Las aplicaciones de un filtro de banda se limitan únicamente a los lodos, purines o purés de fruta que puede procesar. Los lodos de uso municipal incluyen lodos crudos, digeridos anaeróbicamente y digeridos aeróbicamente, lodos de alumbre, lodos de ablandamiento de cal y limo de agua de río. [4] En la industria, cualquier lodo o purín proviene de desechos de procesamiento de alimentos, desechos de pulpa y papel, lodos químicos, desechos farmacéuticos, lodos de procesamiento de desechos industriales y desechos petroquímicos. [4] Estos desechos pueden incluir lodos mixtos, lodos minerales, sedimentos de polvo, lodos de lavado de carbón seleccionados, lodos biológicos, lodos primarios y paja, madera o pulpa de papel de desecho. [3]
Algunos de los objetivos de la deshidratación incluyen reducir el volumen para reducir los costos de transporte y almacenamiento, eliminar líquidos antes de su eliminación en vertederos, reducir los requisitos de combustible antes de un mayor secado o incineración, producir material adecuado para el compostaje, evitar la escorrentía y la acumulación cuando se utiliza para aplicaciones terrestres y optimizar otros procesos de secado. [2] Los filtros de banda están diseñados específicamente para cada una de estas aplicaciones y alimentaciones particulares.
Existen muchos procesos de separación física similares a la prensa de filtro de banda que se utilizan para la deshidratación, incluidas las centrífugas , los filtros de disco al vacío y la prensa de filtro de placas y marcos . En comparación con otros filtros de compresión, los filtros de banda utilizan presiones relativamente más bajas. [5] Aunque las centrífugas tienen un menor contenido de humedad, costos más bajos y operaciones más simples en el procesamiento de colas de carbón, [6] los filtros de banda tienden a hacer menos ruido y tienen tiempos de arranque y apagado mucho más rápidos. [2]
Los filtros de banda se consideran simples y confiables, con buena disponibilidad, poca cantidad de personal, fácil mantenimiento y larga vida útil. [2] [4] [7] El filtro de banda es más ventajoso cuando se instala de manera que esté abierto y visible a nivel del piso para facilitar el ajuste y el monitoreo. Por supuesto, esto está sujeto a lo que permita la iluminación y la ventilación. [7]
El filtro prensa de banda se utiliza a menudo en el tratamiento de aguas residuales, por lo que el olor del lodo de alimentación, las emisiones volátiles y los productos químicos utilizados en el tratamiento pueden convertirse en un problema. [2] Un método de control es utilizar productos químicos neutralizadores de olores, como el permanganato de potasio. [2] Sin embargo, esto solo neutraliza los olores y no afecta a los gases o productos químicos involucrados. Aunque todos los problemas se pueden controlar encerrando el filtro, el cerramiento reduce la visibilidad esencial y el fácil acceso a la máquina para el mantenimiento y las reparaciones, lo que conduce a la costosa automatización del proceso. [2] [5]
Una prensa de filtro de banda también es conocida por su alta capacidad de procesamiento, [5] ya que está diseñada para manejar el exceso de capacidad. [2] Tiene bajos costos iniciales [5] y bajos costos de funcionamiento de energía, [4] sin embargo, si el rendimiento es inferior a 4 millones de galones por día, la prensa de filtro de banda puede ser menos rentable que el transporte de líquidos, la contratación de una instalación de procesamiento o el uso de métodos de deshidratación no mecánicos como lechos de secado o lechos de juncos. [2]
Los filtros de banda son menos efectivos para procesar algunos alimentos. A menos que el alimento esté bien mezclado desde un digestor, el uso de filtros de banda será más costoso cuando se procesa un alimento con un contenido variable de sólidos, ya que esto requiere más atención del operador, lo que aumenta los costos de personal. [2] Los alimentos con un alto contenido de grasa y aceite pueden reducir el porcentaje de sólidos en la torta al obstruir el filtro de banda [2] y todos los alimentos deben tamizarse para proteger la banda de daños causados por objetos afilados. El tipo de alimento también puede afectar el proceso de lavado. El filtro de banda debe lavarse con frecuencia, lo que consume una gran cantidad de agua y tiempo. [2] El desperdicio de agua y tiempo, así como los costos asociados, se pueden reducir automatizando el sistema de lavado y utilizando efluentes . [2]
Los diseños de filtros de banda se elaboran utilizando datos de diseño y rendimiento del fabricante, instalaciones operativas, pruebas piloto, estudios de plantas similares y pruebas de los sólidos de las aguas residuales [2] para obtener un porcentaje de sólidos deshidratados deseado del lodo o pulpa que se va a procesar.
Los filtros prensa de banda tienen 4 zonas principales: zona de preacondicionamiento, zona de drenaje por gravedad, zona de compresión lineal (baja presión) y zona de compresión de rodillos (alta presión). [2] [5] La pulpa preacondicionada, que se flocula y/o coagula según la alimentación y el proceso, se espesa en la zona de drenaje por gravedad. [5] La zona de drenaje por gravedad es una banda plana o inclinada donde se produce el drenaje por gravedad del agua libre . [2] El área de drenaje por gravedad se dimensiona de acuerdo con las concentraciones de sólidos de alimentación. El tamaño estándar se puede utilizar para concentraciones de sólidos de 1,5 por ciento o más, pero se debe utilizar una configuración con un área de drenaje más larga o un tamaño extendido para 1,5 a 2,5 por ciento de sólidos de alimentación para un mayor drenaje de agua libre antes de la compresión. Para lodos diluidos con sólidos de alimentación de menos de 1,5 por ciento, se puede utilizar una banda de drenaje por gravedad independiente. Esta banda se utiliza solo en el área de drenaje por gravedad, no en las zonas de presión. [8] Las zonas de presión o cuña utilizan dos bandas, superior e inferior, para unir la alimentación, [2] pero una zona de gravedad independiente tiene su propia banda separada, lo que hace que el filtro de banda sea un sistema de tres bandas. Dependiendo de las condiciones requeridas de la torta, los filtros de banda pueden tener etapas de lavado adicionales y etapas de secado por infrarrojos, gas caliente o incluso microondas. [7]
Los filtros de banda son muy versátiles y están diseñados para adaptarse a los lodos, purines o purés de frutas que se van a procesar. Para un proceso de alimentación o tratamiento que produce olores desagradables, emisiones volátiles , patógenos y gases peligrosos como el sulfuro de hidrógeno [2] [7], el filtro de banda puede incluir campanas extractoras o incluso estar completamente encerrado en una carcasa hermética al gas. [7] Debido a la visibilidad reducida y la mayor corrosión asociadas con el encierro, el proceso de filtrado de banda también se puede automatizar. [2] En los diseños avanzados de filtros de prensa de banda se pueden encontrar áreas de filtración grandes, rodillos adicionales y una velocidad de banda variable. [2]
Los filtros de banda prensa están diseñados para la capacidad de sólidos, por peso o volumen, en lugar del flujo de aguas residuales. La concentración de sólidos debe determinarse en función de la concentración de sólidos primarios en la alimentación y otros sólidos que pueden precipitarse durante el tratamiento. La concentración de sólidos de un proceso variará, por lo que el diseño debe tener la capacidad de lidiar con la variación de la concentración de sólidos en la alimentación. [2]
La alimentación de un filtro de banda prensa depende del tipo de sólidos, del producto deseado y del diseño del filtro. Para la mayoría de los tipos de lodos, la concentración de sólidos secos de alimentación suele estar en el rango del 1 al 10 %. [2] La concentración de sólidos secos del lodo deshidratado (o torta) resultante suele estar en el rango del 12 al 50 %. [9] La concentración de sólidos de alimentación diluidos da como resultado una torta con mayor contenido de humedad, mientras que una mayor concentración de sólidos de alimentación produce una tasa de filtración de sólidos mejorada y un producto final más seco. [5]
La entrada a un filtro de prensa de banda generalmente se mide como la tasa de carga de sólidos secos (masa de sólidos secos por tiempo por ancho de banda). Nuevamente, la carga de sólidos de entrada depende del tipo de lodo y del medio filtrante, por lo que existe una gran variación en las tasas de carga de sólidos secos de los filtros de prensa de banda en funcionamiento. Por lo general, las tasas de carga de sólidos de rango inferior caen en el rango de 40 a 230 kg/h/m de ancho de banda y las tasas de carga de sólidos de rango alto caen en el rango de 300 a 910 kg/h/m de ancho de banda. [9] Si bien la carga es importante para medir la tasa de producción, también es importante considerar el espesor de la torta que se forma en la sección de drenaje por gravedad. El espesor de la torta afecta la permeabilidad del medio de filtración y la tasa de filtración. [5] Se deben realizar pruebas para el tipo de lodo en particular para determinar el espesor óptimo de la torta. En algunos casos donde la recuperación del filtrado es importante, puede ser necesario introducir un paso de lavado de la torta .
El objetivo principal de un filtro de prensa de banda es deshidratar el lodo de proceso y gran parte de esta deshidratación ocurre en la zona de drenaje por gravedad. La zona de drenaje por gravedad puede lograr un aumento del 5 al 10 por ciento en la concentración de sólidos. [2] El grado de deshidratación en la zona de drenaje por gravedad depende en gran medida del tipo de sólidos, el medio filtrante y el acondicionamiento del lodo. La deshidratación lograda en la zona de drenaje por gravedad se ve afectada negativamente si el lodo está mal distribuido a lo largo de la banda o el tiempo de residencia es insuficiente. [9] El acondicionamiento del lodo es la adición de productos químicos para promover la floculación de partículas para formar un lodo espesado y promover la deshidratación. La deshidratación se puede promover mediante la adición de surfactante y la floculación se logra mediante la adición de polímero de alto peso molecular. La floculación se mejora con una dosis óptima de polímero, dilución y mezcla del polímero. El pH de la suspensión de alimentación también debe monitorearse y controlarse, ya que un pH bajo disminuye la floculación. [10] Es importante encontrar el valor óptimo para cada parámetro de acondicionamiento, ya que demasiado polímero o mezcla puede tener un impacto negativo en la floculación y aumentar considerablemente los gastos operativos. [10] Los efectos del acondicionamiento de lodos son más evidentes en la zona de drenaje por gravedad, que se puede replicar fácilmente a escala de laboratorio, donde se puede determinar la estrategia de acondicionamiento óptima. [10] Para que un filtro de prensa de banda sea viable industrialmente, debe ser económicamente eficiente y, por lo tanto, se desea un rendimiento máximo. Sin un acondicionamiento suficiente, el drenaje por gravedad es generalmente el paso limitante del proceso, pero con una dilución óptima, el paso limitante del proceso se puede trasladar a la zona de compresión. [10]
En la zona de compresión de un filtro prensa de banda, la torta de filtración se comprime entre las dos bandas y pasa sobre rodillos para ejercer presión sobre la torta. Existe un número óptimo de rodillos por encima del cual no necesariamente se obtiene un producto más seco. El producto más seco se obtiene reduciendo la velocidad de la banda en lugar de aumentando el tiempo de prensado. [11]
El rendimiento general de un filtro de prensa de banda se mejora cuando se minimizan las variaciones en parámetros como el tipo de lodo, la concentración de sólidos de alimentación y el acondicionamiento. [9]
La eficiencia de un filtro de prensa de banda se evalúa a menudo en función del contenido de sólidos secos de la torta del producto, la recuperación de sólidos y la migración lateral de lodos en la banda. [11] La recuperación de sólidos es el porcentaje de sólidos secos recuperados del lodo de alimentación. La recuperación de sólidos depende del medio filtrante, que debe seleccionarse para una buena permeabilidad que promueva la deshidratación, pero con un diámetro de poro lo suficientemente pequeño como para que la recuperación de sólidos no disminuya en gran medida. Es importante que el filtro de prensa de banda tenga una sección de lavado de banda eficaz para que el cegado no disminuya la permeabilidad de la banda. [5] La recuperación de sólidos está directamente relacionada con la calidad del filtrado y, por lo tanto, el medio filtrante y la disposición del proceso deben satisfacer las cualidades deseadas de la torta y el filtrado. El contenido de sólidos secos es una medida del grado de deshidratación. El grado de deshidratación aumenta cuando se reduce la velocidad de la banda. [11] La reducción de la velocidad de la banda reduce la capacidad del proceso. La siguiente correlación relaciona el caudal másico de entrada con la velocidad de la banda: [11]
Donde Q 0 = caudal másico (kg/s), m 0 = carga másica (kg/m 2 ), s b = velocidad de la cinta (m/s) y L sludge0 = ancho inicial del lodo a través de la cinta (m). Por lo tanto, para mantener un rendimiento económico a escala industrial a una velocidad de cinta más baja, se debe aumentar la carga másica y el ancho del lodo a través de la cinta. Se ha descubierto que aumentar la carga de sólidos disminuye ligeramente la concentración de sólidos secos de la torta, al tiempo que aumenta significativamente el potencial de que el lodo se desborde de la cinta. [11] La migración lateral del lodo en la cinta es una medida de cómo se extiende el lodo a lo largo del ancho de la cinta. El aumento de la migración lateral del lodo significa que el lodo se escapa del borde de la cinta y se desborda hacia el filtrado. Por lo tanto, el aumento de la migración lateral del lodo afecta negativamente la calidad del filtrado y la recuperación de sólidos secos.
Generalmente, el espesor mínimo de la torta de descarga de diseño es de 3 a 5 mm. [5] Esto garantiza que la torta sea lo suficientemente gruesa para descargarse y se retire fácilmente de la cinta.
En orden de aumento de costo y disminución de humedad del producto, las opciones de deshidratación más comunes son un espesador , espesador de lecho profundo, prensas de banda y filtros prensa de membrana. En general, las centrífugas y otras tecnologías competitivas no muestran una ventaja de costo significativa en comparación con el filtro prensa de banda, para la misma sequedad de torta. El costo del floculante es a menudo un costo operativo importante del equipo de deshidratación. Los filtros prensa de banda en general tienen el menor consumo de floculante para cualquiera de los procesos enumerados, excluyendo los filtros prensa de membrana y las centrífugas. [12]
Aumentar la concentración de sólidos en el alimento aumenta la tasa de filtración de sólidos, minimiza el contenido de humedad de la torta y produce una torta más homogénea, todos los cuales son resultados deseables. Si aumentar la concentración de sólidos en el alimento no es práctico, la adición de floculantes en un paso de pretratamiento tiene un resultado similar. El nivel de dosificación óptimo de floculante se puede encontrar controlando la viscosidad de la suspensión.
Las tortas homogéneas son deseables, ya que si la suspensión de alimentación está demasiado diluida, la torta de filtración contendrá un mayor contenido de humedad como resultado de la estratificación. La concentración mínima de alimentación que da como resultado una torta homogénea se determina observando una muestra de la suspensión. Si se produce una sedimentación rápida, la torta de filtración formada no será homogénea y la tasa de filtración disminuirá. [5]
El espesor mínimo de descarga de torta para filtros de prensa de banda horizontales está en el orden de los 5 mm. [5]
La elección de la correa es fundamental para el funcionamiento del filtro de prensa de correa y hay una amplia variedad de materiales y tejidos disponibles. La tela filtrante para un filtro de prensa de correa debe ser lo más abierta posible, manteniendo al mismo tiempo la claridad deseada del filtrado o, si se utiliza una capa previa, para evitar la pérdida de la capa previa. Las telas más ligeras producen un filtrado más claro y no se bloquean tan rápidamente, sin embargo, su durabilidad y vida útil son significativamente más cortas que las telas más pesadas. [5] Hay disponibles correas sin costura y con costura. Las correas con costura se desgastan más rápido en la costura y provocan desgaste en los rodillos y la cuchilla dosificadora. También hay disponibles correas con costura de tipo cremallera y tipo clipper, siendo las de tipo cremallera las que tienen una vida útil más larga, ya que proporcionan menos discontinuidad. Las correas sin costura tienen la vida útil más larga, pero son más caras. También se debe asegurar que la prensa de correa sea compatible con una correa sin costura. [9]
Aumentar la temperatura de la suspensión de alimentación disminuye la viscosidad de la fase líquida, lo que resulta beneficioso porque aumenta la tasa de filtración y disminuye la humedad de la torta. Se pueden obtener las mismas ventajas con otros métodos de secado, como pasar vapor seco a través de la torta deslactosada para aumentar la temperatura de la humedad restante, o se pueden utilizar otros métodos de secado . [5]
Es posible que sea necesario controlar o restringir el espesor de la torta cuando se requiere lavarla o cuando la humedad final de la torta es un parámetro crítico. Cuando el tiempo de lavado de la torta es un factor dominante, la tasa máxima de filtración se producirá cuando se alcance el espesor mínimo de torta para la descarga. El tiempo necesario para el lavado se incrementa por el cuadrado de la relación de los espesores de la torta. Por ejemplo, si se duplica el espesor de la torta, el tiempo de lavado aumentará aproximadamente por un factor de 4.
Excepto en circunstancias excepcionales, no es posible obtener un filtrado completamente transparente utilizando filtros de banda prensa. Por lo tanto, puede ser necesario un tratamiento adicional del filtrado antes de reutilizarlo o desecharlo como residuo. Si el filtro se encuentra aguas abajo de un clarificador o espesador, el filtrado (y el agua de lavado) se pueden reciclar nuevamente en el clarificador para reducir la claridad requerida del filtrado y permitir el uso de telas más duraderas. Si el reciclaje o la reutilización no son una opción, el filtrado debe desecharse de acuerdo con la legislación y los requisitos de licencia. Puede ser necesario un tratamiento adicional del agua clarificada (filtración o tratamiento químico) antes de su descarga. [5]
La torta de filtración suele tener una concentración de sólidos lo suficientemente alta como para permitir todo tipo de métodos de eliminación sin tratamiento adicional, incluido el reciclado en el proceso, el vertedero/compostaje y la incineración. El contenido de polímeros hace que la torta de filtración de un filtro de banda prensada sea más adecuada para los métodos de eliminación antes mencionados que una torta acondicionada con cloruro férrico y cal, lo que puede ocurrir con otros procesos de deshidratación. [9]
Los avances más importantes en la tecnología de filtros de prensa de banda incluyen: avances en telas, que utilizan tres bandas, y la banda plegada en V. Los avances en telas incluyen el tejido doble, que incorpora diferentes tipos de hilo para combinar las ventajas específicas de cada uno. [5] También está disponible una banda de alambre tejida de tejido doble, que tiene una vida útil y una durabilidad mejores que una banda de alambre convencional. [13]
Un filtro prensa de banda que utiliza tres bandas puede alcanzar velocidades independientes y tener diferentes tipos de bandas para las zonas de presión y gravedad. [8] [14] Esto permite que el sistema de filtrado se adapte a cargas hidráulicas más altas que se producen con lodos de alimentación diluidos (concentración de sólidos de alimentación por debajo del 1,5 %). El sistema de tres bandas es más eficiente, con una mayor tasa de producción y concentración de sólidos de torta a expensas de la complejidad mecánica. [8]
La banda de plegado en V es similar a la prensa de filtro de banda, con la principal diferencia de que se utiliza una sola banda, plegada a lo largo de la línea central. La tecnología no ha sido ampliamente probada. Por lo general, se puede lograr un contenido final de sólidos en peso seco de 9-13%; esto es menor que las tecnologías de la competencia. Actualmente, esta tecnología es adecuada para aplicaciones de pequeña escala (hasta aproximadamente 3000 L de lodo por hora, ya que el tamaño máximo de la banda es de 0,75 m). Las bandas de plegado en V ocupan poco espacio, consumen poca energía y agua de lavado y tienen bajos costos de capital y operación. Son autoguiadas y pueden procesar lodos de composición variable, lo que reduce la participación del operador. [15]
Medios relacionados con Filtro de banda en Wikimedia Commons