El filtro de cinta (a veces llamado filtro prensa de cinta , o filtro prensa de cinta ) es una máquina industrial , utilizada para procesos de separación sólido/líquido, particularmente la deshidratación de lodos en la industria química , minería y tratamiento de aguas . Los filtros prensa de banda también se utilizan en la producción de zumo de manzana, sidra y enología. [1] El proceso de filtración se obtiene principalmente pasando un par de telas y correas filtrantes a través de un sistema de rodillos. El sistema toma un lodo o lechada como alimentación y lo separa en un filtrado y una torta sólida.
.jpg/1280px-Miratorg-Concordia_(06).jpg)
El filtro de cinta se utiliza principalmente para la deshidratación [2] de lodos y purines y para la extracción de jugo de manzanas, peras y otras frutas, así como de uvas para la elaboración de vino, etc. Los filtros de cinta se utilizan tanto a nivel municipal como industrial en una variedad de áreas, incluidas las urbanas. Tratamiento de aguas residuales y residuales , metalurgia y minería, plantas siderúrgicas, plantas de carbón, cervecerías, tintorerías, curtidurías, así como fábricas de productos químicos y papel. [3]
Las aplicaciones de un filtro de correa sólo se limitan a los lodos, purines o puré 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 lodos de agua de río. [4] En la industria, cualquier lodo o lodo 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 en polvo, lodos de lavado de carbón seleccionados, lodos biológicos, lodos primarios y pulpa de paja, madera o papel usado. [3]
Algunos objetivos de deshidratación incluyen reducir el volumen para reducir los costos de transporte y almacenamiento, eliminar los 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 utilizan para aplicaciones terrestres y optimizar otros tipos de secado. procesos. [2] Los filtros de correa están diseñados específicamente para cada una de estas aplicaciones y alimentaciones particulares.
Existen muchos procesos de separación física similares al filtro prensa de correa utilizado para la deshidratación, incluidas las centrífugas , los filtros de disco de vacío y los filtros prensa de placa y marco . En comparación con otros filtros de compresión, los filtros de correa utilizan presiones relativamente más bajas. [5] Aunque las centrífugas tienen un menor contenido de humedad, menores costos y operaciones más simples en el procesamiento de colas de carbón, [6] los filtros de correa tienden a hacer menos ruido y tienen tiempos de arranque y parada mucho más rápidos. [2]
Los filtros de correa se consideran simples y confiables, con buena disponibilidad, poco personal, fácil mantenimiento y una larga vida útil. [2] [4] [7] El filtro de correa es más ventajoso cuando se instala de manera que esté abierto y visible al nivel del piso para facilitar el ajuste y el monitoreo. Por supuesto, esto está sujeto a lo que permitan la iluminación y la ventilación. [7]
El filtro prensa de correa se utiliza a menudo en el tratamiento de aguas residuales y, por lo tanto, 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 consiste en utilizar productos químicos que neutralicen los olores, como el permanganato de potasio. [2] Sin embargo, esto solo neutraliza los olores y no afecta los gases o productos químicos involucrados. Aunque todos los problemas pueden controlarse encerrando el filtro, el recinto reduce la visibilidad esencial y el fácil acceso a la máquina para mantenimiento y reparaciones, lo que lleva a una costosa automatización del proceso. [2] [5]
Un filtro prensa de correa también es conocido por su alto rendimiento de capacidad, [5] ya que está diseñado para manejar el exceso de capacidad. [2] Tiene costos iniciales bajos [5] y costos de funcionamiento de energía bajos; [4] sin embargo, si el rendimiento es inferior a 4 millones de galones por día, el filtro prensa de banda puede ser menos rentable que el transporte de líquidos, por lo que se puede contratar una instalación de procesamiento. , o utilizando métodos de deshidratación no mecánicos, como lechos de secado o cañaverales. [2]
Los filtros de correa son menos efectivos para procesar algunos alimentos. A menos que el alimento esté bien mezclado desde un digestor, el uso de filtros de cinta será más costoso cuando se procese un alimento con contenido de sólidos variable, ya que esto requiere más atención del operador, lo que aumenta los costos de personal. [2] Los alimentos con alto contenido de grasa y aceite pueden reducir el porcentaje de sólidos en la torta al cegar el filtro de la correa [2] y todos los alimentos deben ser tamizados para proteger la correa contra daños causados por objetos afilados. El tipo de alimento también puede afectar el proceso de lavado. El filtro de correa debe lavarse con frecuencia, lo que consume 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 los filtros de correa 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 el porcentaje de sólidos deshidratados deseado del lodo o lechada que se va a procesar.
Los filtros prensa de correa 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 suspensión 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 correa plana o inclinada donde se produce el drenaje por gravedad del agua libre. [2] El área de drenaje por gravedad se dimensiona según las concentraciones de sólidos de alimentación. El tamaño estándar se puede usar para concentraciones de sólidos del 1,5 por ciento o más, pero se debe usar 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 menos del 1,5 por ciento de sólidos de alimentación, se puede utilizar una cinta de drenaje por gravedad independiente. Este cinturón se utiliza únicamente en el área de drenaje por gravedad, no en las zonas de presión. [8] Las zonas de presión o cuña utilizan dos correas, superior e inferior, para intercalar el alimento, [2] pero una zona de gravedad independiente tiene su propia correa separada, lo que hace que el filtro de correa sea un sistema de tres correas. Dependiendo de las condiciones requeridas de la torta, los filtros de banda pueden tener etapas de lavado agregadas y etapas de secado por infrarrojos, gas caliente o incluso microondas. [7]
Los filtros de cinta son muy versátiles y están fabricados para adaptarse a los lodos, purines o purés de fruta 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 correa puede incluir campanas extractoras o incluso estar completamente encerrado en una carcasa hermética al gas. [7] Debido a la visibilidad reducida y al aumento de la corrosión asociados con el recinto, el proceso de filtrado de la correa también se puede automatizar. [2] En los diseños avanzados de filtros prensa de correa se pueden encontrar grandes áreas de filtración, rodillos adicionales y una velocidad de correa variable. [2]
Los filtros prensa de correa 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 de sólidos adicionales que puedan precipitar durante el tratamiento. La concentración de sólidos para un proceso variará, por lo que el diseño debe tener la capacidad de lidiar con concentraciones variables de sólidos de alimentación. [2]
La alimentación a un filtro prensa de correa 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 resultante (o torta) normalmente cae 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 concentración de sólidos de alimentación más alta produce una tasa de filtración de sólidos mejorada y un producto final más seco. [5]
La entrada a un filtro prensa de correa generalmente se mide como la tasa de carga de sólidos secos (masa de sólidos secos por tiempo por ancho de correa). 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 prensa de correa en funcionamiento. Por lo general, las tasas de carga de sólidos de rango más bajo caen en el rango de 40 a 230 kg/h/m de ancho de la correa y las tasas de carga de sólidos de rango alto caen en el rango de 300 a 910 kg/h/m de ancho de la correa. [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 de los medios de filtración y la tasa de filtración. [5] Se deben realizar pruebas para el tipo de lodo 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 prensa de correa es deshidratar los lodos del 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, del medio filtrante y del acondicionamiento de los lodos. La deshidratación lograda en la zona de drenaje por gravedad se ve perjudicada si los lodos están mal repartidos por la cinta o el tiempo de residencia es insuficiente. [9] El acondicionamiento de lodos 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 tensioactivo y la floculación se logra mediante la adición de un polímero de alto peso molecular. La floculación se mejora con una dosificación, dilución y mezcla óptimas del polímero. El pH de la lechada 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 puede replicarse fácilmente a escala de laboratorio donde se puede determinar la estrategia de acondicionamiento óptima. [10] Para que un filtro prensa de correa sea industrialmente viable, 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 puede trasladarse a la zona de compresión. [10]
En la zona de compresión de un filtro prensa de correa, la torta de filtración se comprime entre las dos correas y se pasa sobre rodillos para ejercer presión sobre la torta. Existe un número óptimo de rodillos por encima del cual el resultado no es necesariamente un producto más seco. El producto más seco se obtiene reduciendo la velocidad de la cinta en lugar de aumentando el tiempo de prensado. [11]
El rendimiento general de un filtro prensa de correa 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 prensa de correa a menudo se evalúa en función del contenido de sólidos secos de la torta del producto, la recuperación de sólidos y la migración lateral de lodos en la correa. [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 que tenga una buena permeabilidad para promover la deshidratación, pero con un diámetro de poro suficientemente pequeño para que la recuperación de sólidos no disminuya considerablemente. Es importante que el filtro prensa de correa tenga una sección de lavado de correa eficaz para que el cegamiento no disminuya la permeabilidad de la correa. [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 correa. [11] Reducir la velocidad de la cinta reduce la capacidad del proceso. La siguiente correlación relaciona el caudal másico de entrada con la velocidad de la correa: [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 lodo0 = 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 de masa y el ancho del lodo a través de la cinta. Se ha descubierto que aumentar ligeramente la carga de sólidos disminuye ligeramente la concentración de sólidos secos de la torta y al mismo tiempo aumenta significativamente la posibilidad de que el lodo desborde la cinta. [11] La migración lateral de lodos en la cinta es una medida de cómo se distribuye el lodo a lo ancho de la cinta. Una mayor migración lateral de lodos significa que los lodos escapan por el borde de la cinta y se desbordan hacia el filtrado. Por lo tanto, el aumento de la migración lateral de lodos afecta negativamente la calidad del filtrado y la recuperación de sólidos secos.
Generalmente, el espesor mínimo de diseño de la torta de descarga es de 3 a 5 mm. [5] Esto asegura que la torta sea lo suficientemente espesa para descargarse y se retire fácilmente de la cinta.
En orden de aumento del costo y disminución de la humedad del producto, las opciones de deshidratación más comunes son un espesador , un espesador de lecho profundo, prensas de banda y filtros prensa de membrana. En general, las centrífugas y otras tecnologías competidoras no muestran una ventaja de costos significativa en comparación con el filtro prensa de correa, 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 correa en general tienen el menor consumo de floculante para cualquiera de los procesos enumerados, excluyendo los filtros prensa de membrana y las centrífugas. [12]
El aumento de la concentración de sólidos de alimentación 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 no es práctico aumentar la concentración de sólidos de alimentación, la adición de floculantes en una etapa de pretratamiento tiene un resultado similar. El nivel de dosificación óptimo de floculante se puede encontrar monitoreando la viscosidad de la suspensión.
Son deseables tortas homogéneas 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 alimento 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 prensa de correa horizontal es del orden de 5 mm. [5]
La elección de la correa es fundamental para el funcionamiento del filtro prensa de correa y se encuentra disponible una amplia variedad de materiales y tejidos. La tela filtrante para un filtro prensa de correa debe estar lo más abierta posible manteniendo la claridad del filtrado deseada o, si se utiliza una capa previa, para evitar la pérdida de la capa previa. Los paños más livianos producen un filtrado más claro y no se bloquean tan rápidamente; sin embargo, su durabilidad y vida útil son significativamente más cortas que las de los paños más pesados. [5] Se encuentran disponibles cinturones con y sin costuras. Las correas con costura se desgastan más rápidamente en la costura y provocan desgaste en los rodillos y en la rasqueta. Los cinturones con costura tipo cremallera y tipo clipper también están disponibles y el tipo cremallera tiene una vida útil más larga ya que proporciona menos discontinuidad. Las correas sin costuras tienen la vida útil más larga pero son más caras. También se debe garantizar que la prensa de banda sea compatible con una banda sin costuras. [9]
El aumento de la temperatura de la suspensión de alimentación disminuye la viscosidad de la fase líquida. Esto es beneficioso ya que aumenta la tasa de filtración y disminuye la humedad de la torta. Se pueden obtener las mismas ventajas mediante otros métodos de secado, tales como hacer pasar vapor seco a través de la torta licuada para elevar 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 lavar la torta 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 de filtración máxima ocurrirá cuando se alcance el espesor mínimo de la torta para la descarga. El tiempo necesario para el lavado aumenta con el cuadrado de la relación entre los espesores de la torta. Por ejemplo, si se duplica el grosor de la torta, el tiempo de lavado aumentará aproximadamente en un factor de 4.
No se puede obtener un filtrado completamente claro utilizando filtros prensa de correa excepto en circunstancias excepcionales. Por lo tanto, puede ser necesario un tratamiento adicional para el filtrado antes de reutilizarlo o desecharlo como residuo. Si el filtro está aguas abajo de un clarificador o espesante, el filtrado (y el agua de lavado) se puede reciclar nuevamente al clarificador para reducir la claridad del filtrado requerida y permitir el uso de paños más duraderos. Si el reciclaje o la reutilización no es una opción, el filtrado debe descargarse sujeto a la legislación y los requisitos de licencia. Es posible que sea necesario un tratamiento adicional del agua clarificada (filtración o tratamiento químico) antes de su descarga. [5]
La torta de filtración generalmente tiene una concentración de sólidos lo suficientemente alta como para permitir todo tipo de métodos de eliminación sin tratamiento adicional, incluido el reciclaje nuevamente en el proceso, el vertedero/compostaje y la incineración. El contenido de polímero hace que la torta de filtración de un filtro prensa de correa sea más adecuada para los métodos de eliminación antes mencionados que una torta acondicionada con cloruro férrico y cal que puede ocurrir con otros procesos de deshidratación. [9]
Los avances importantes en la tecnología de filtros prensa de correa incluyen: desarrollos de tela, uso de tres correas y la correa plegada en V. Entre las novedades en telas destaca el tejido doble que incorpora diferentes tipos de hilos para combinar las ventajas específicas de cada uno. [5] También está disponible una correa de alambre tejido de doble tejido que tiene una mayor vida útil y durabilidad que una correa de alambre convencional. [13]
Un filtro prensa de correa que utiliza tres correas puede alcanzar velocidades independientes y tener diferentes tipos de correas para las zonas de presión y gravedad. [8] [14] Esto permite que el sistema de filtro se adapte a cargas hidráulicas más altas que ocurren con lodos de alimentación diluidos (concentración de sólidos de alimentación por debajo del 1,5%). El sistema de tres correas es más eficiente con una mayor tasa de producción y concentración de sólidos de torta a expensas de la complejidad mecánica. [8]
La correa plegable en V es similar al filtro prensa de correa con la principal diferencia de que solo se utiliza una correa doblada a lo largo de la línea central. La tecnología no ha sido ampliamente probada. Generalmente se puede lograr un contenido de sólidos en peso seco final de 9-13%; esto es más pequeño que las tecnologías de la competencia. Actualmente, esta tecnología es adecuada para aplicaciones a pequeña escala (hasta aproximadamente 3.000 litros de purín por hora, ya que el tamaño máximo de la cinta es de 0,75 m). Las correas plegadas en V ocupan poco espacio, consumen poca energía y agua de lavado y tienen bajos costos de capital y operación. Son de seguimiento automático y pueden procesar lodos de composición variable, lo que reduce la participación del operador. [15]
Medios relacionados con el filtro de correa en Wikimedia Commons