Un tambor de filtración al vacío rotatorio consta de una membrana filtrante cilíndrica que está parcialmente sumergida en una suspensión que se va a filtrar. El interior del tambor se mantiene a una presión inferior a la ambiental. A medida que el tambor gira a través de la suspensión, el líquido es succionado a través de la membrana, dejando que los sólidos se apelmacen en la superficie de la membrana mientras el tambor está sumergido. Se coloca un cuchillo o una cuchilla para raspar el producto de la superficie. [1]
La técnica es muy adecuada para lodos , suspensiones floculadas y líquidos con un alto contenido de sólidos, que podrían obstruir otras formas de filtro. Es común recubrirlos previamente con un coadyuvante de filtración, generalmente tierra de diatomeas (DE) o perlita . En algunas implementaciones, la cuchilla también corta una pequeña porción del medio filtrante para revelar una superficie de medio fresco que ingresará al líquido a medida que gira el tambor. Dichos sistemas hacen avanzar la cuchilla automáticamente a medida que se elimina la superficie.
El filtro de tambor rotatorio al vacío (RVDF), patentado en 1872, [2] es uno de los filtros más antiguos utilizados en la separación industrial de líquidos y sólidos. Ofrece una amplia gama de diagramas de flujo de procesamiento industrial y proporciona una aplicación flexible de deshidratación, lavado y/o clarificación.
Un filtro rotatorio al vacío consiste en un gran tambor giratorio cubierto por una tela. El tambor está suspendido axialmente sobre un canal que contiene una suspensión líquida o sólida con aproximadamente el 50-80% del área de la pantalla sumergida en la suspensión.
A medida que el tambor gira dentro y fuera del canal, la suspensión es succionada sobre la superficie de la tela y rota fuera de la suspensión líquida o sólida como una torta. Cuando la torta rota hacia afuera, se deshidrata en la zona de secado. La torta está seca porque el tambor de vacío succiona continuamente la torta y extrae el agua de ella. En el paso final de la separación, la torta se descarga como productos sólidos y el tambor gira continuamente hacia otro ciclo de separación.
Aplicaciones:
Las ventajas y limitaciones del filtro de tambor rotatorio al vacío en comparación con otros métodos de separación son:
Básicamente, hay cinco tipos de descarga que se utilizan para el filtro de tambor de vacío rotatorio, como descarga de banda, rascador, rodillo, cuerda y precapa.
La tela filtrante se lava por ambos lados con cada rotación del tambor mientras se descargan las tortas de filtración. Los productos para este mecanismo suelen ser pegajosos, húmedos y delgados, por lo que requieren la ayuda de un rodillo de descarga. La descarga por banda se utiliza si se utiliza una suspensión con una concentración moderada de sólidos o si la suspensión es fácil de filtrar para producir la formación de torta o si se desea una mayor resistencia al desgaste para la separación de la suspensión mencionada. [3] [4] ....
Esta es la descarga estándar del filtro de tambor. Una cuchilla rascadora, que sirve para redirigir la torta de filtración hacia el conducto de descarga, retira la torta de la tela filtrante justo antes de volver a ingresar al tanque. La descarga rascadora se utiliza si la separación deseada requiere una alta tasa de filtración o si se utiliza una suspensión sólida pesada o si la suspensión es fácil de filtrar para producir la formación de torta o si se desea una mayor resistencia al desgaste para la separación de la suspensión mencionada. [3] [4]
Es una opción de descarga adecuada para tortas que son delgadas y tienen tendencia a pegarse entre sí. Las tortas de filtración en el tambor y el rodillo de descarga se presionan una contra la otra para asegurar que la torta de filtración delgada se despegue o se extraiga del tambor. La eliminación de sólidos del rodillo de descarga se realiza mediante una cuchilla. La descarga por rodillo se utiliza si la separación deseada requiere una alta tasa de filtración, si se utiliza una suspensión con alto contenido de sólidos o si la suspensión es fácil de filtrar para producir la formación de torta o si el sólido descargado es una torta pegajosa o similar al barro. [3] [4]
Los productos finales de esta descarga son generalmente tortas de filtrado delgadas y frágiles. Los materiales pueden cambiar de fase, de sólido a líquido, debido a la inestabilidad y la perturbación. Dos rodillos guían las cuerdas de vuelta a la superficie del tambor y, al mismo tiempo, se produce la separación de la torta de filtrado a medida que pasan por los rodillos. La descarga por cuerdas se puede ver en las industrias farmacéutica y del almidón. La descarga por cuerdas se utiliza si se utiliza una suspensión con una alta concentración de sólidos o si la suspensión es fácil de filtrar para producir la formación de torta o si el sólido descargado es fibroso, fibroso o pulposo o si se desea una mayor resistencia al desgaste para la separación de la suspensión mencionada.
La aplicación de esta descarga se observa generalmente en la producción de tortas de filtración que ciegan completamente el medio filtrante y en procesos que tienen una pulpa con baja concentración de sólidos. La descarga previa a la capa se utiliza si se utiliza una pulpa con una concentración de sólidos muy baja que dio como resultado una formación de torta difícil o si la pulpa es difícil de filtrar para producir torta. [3] [4]
En general, el proceso principal en un filtro de tambor rotatorio al vacío es la filtración continua, mediante la cual los sólidos se separan de los líquidos a través de un medio filtrante mediante un vacío. La tela filtrante es uno de los componentes más importantes de un filtro y, por lo general, está hecha de hilos de polímero entretejidos. La mejor selección de la tela puede aumentar el rendimiento de la filtración. Inicialmente, la suspensión se bombea hacia el canal y, a medida que el tambor gira, se sumerge parcialmente en la suspensión. El vacío aspira líquido y aire a través del medio filtrante y lo saca por el eje, formando así una capa de torta. Se utiliza un agitador para regular la suspensión si la textura es gruesa y se está sedimentando rápidamente. Los sólidos que quedan atrapados en la superficie del tambor se lavan y se secan después de 2/3 de revolución, eliminando toda la humedad libre. [5]
Durante la etapa de lavado, el líquido de lavado se puede verter sobre el tambor o rociar sobre la torta. El prensado de la torta es opcional, pero sus ventajas son evitar que la torta se agriete y eliminar más humedad. La descarga de la torta es cuando todos los sólidos se eliminan de la superficie de la torta mediante una cuchilla raspadora, dejando una superficie limpia a medida que el tambor vuelve a ingresar a la suspensión. [5] Hay algunos tipos de descarga que son raspador, rodillo, cuerda, cinta sin fin y pre-capa. [4] El filtrado y el aire fluyen a través de tuberías internas, válvula y hacia el receptor de vacío donde se produce la separación de líquido y gas produciendo un filtrado claro. [6] La filtración de pre-capa es un método ideal para producir una alta claridad de filtrado. Básicamente, la superficie del tambor se recubre previamente con un coadyuvante de filtración como tierra de diatomeas (DE) o perlita para mejorar la filtración y aumentar la permeabilidad de la torta. Luego se somete al mismo ciclo de proceso que el filtro de tambor de vacío rotatorio convencional; sin embargo, la filtración de pre-capa utiliza una cuchilla de mayor precisión para raspar la torta. [5]
El filtro se evalúa por el tamaño del tambor o área del filtro y su posible salida. Por lo general, la salida se expresa en unidades de libras por hora de sólidos secos por pie cuadrado de área del filtro. El tamaño de las piezas auxiliares depende del área del filtro y del tipo de uso. Los filtros de vacío rotatorios son flexibles para manejar una variedad de materiales, por lo tanto, el rendimiento estimado de sólidos es de 5 a 200 libras por hora por pie cuadrado. Para la descarga de precapa, la salida de sólidos es de aproximadamente 2 a 40 galones por hora por pie cuadrado. [4] Las eficiencias de filtración también se pueden mejorar en términos de sequedad de la torta de filtración al evitar significativamente que el líquido filtrado se atasque en el tambor del filtro durante la fase de filtración. El uso de múltiples filtros, por ejemplo, haciendo funcionar 3 unidades de filtrado en lugar de 2 unidades, produce una torta más espesa, lo que produce un filtrado más claro. Esto se vuelve beneficioso en términos de costo de producción y también de calidad. [5]
El nivel de la cuba y la velocidad del tambor son los dos parámetros operativos básicos para cualquier filtro de tambor rotativo al vacío. Estos parámetros se ajustan de forma independiente entre sí para optimizar el rendimiento de la filtración. El nivel de la válvula determina la proporción del ciclo de filtrado en el filtro. El ciclo de filtrado consiste en la rotación del tambor de filtrado, la liberación de la formación de torta de la pulpa y el período de secado para la formación de la torta, como se muestra en la figura 1. De forma predeterminada, opere la cuba a su nivel máximo para maximizar la tasa de filtración. Reduzca el nivel de la cuba si el sólido descargado tiene la forma de una torta fina y viscosa o si el sólido descargado es muy espeso. [4] [7] [8]
La disminución del nivel del tanque finalmente conduce a una disminución en la porción del tambor que se sumerge bajo la suspensión, una mayor exposición de la superficie de la torta que se está secando y, por lo tanto, una mayor relación entre la formación de la torta y el tiempo de secado. Esto da como resultado un menor contenido de humedad del sólido formado y una disminución del espesor del sólido formado. Además de operar a un nivel de tanque más bajo, el caudal por revolución del tambor disminuye y, en última instancia, se produce una formación de torta más delgada. En el caso de la descarga de precapa, la eficiencia del coadyuvante de filtración aumenta. La velocidad del tambor es el factor determinante de la salida del filtro y sus unidades están en forma de minutos por revolución del tambor. En condiciones de funcionamiento constantes, el ajuste de la velocidad del tambor proporciona una relación proporcional con el rendimiento del filtro, como se muestra en la figura 2.
Seleccione la tela filtrante para obtener una buena superficie para la formación de la torta. Utilice una variación de tejido de sarga en el patrón de construcción de la tela para una mejor resistencia al desgaste. La tensión de la correa, la altura de la barra desmoldante, la cantidad de agua de lavado y la velocidad del rodillo de descarga se ajustan cuidadosamente para mantener una buena trayectoria para la formación de la torta y evitar un desgaste excesivo de la tela filtrante.
Seleccione la tela filtrante para obtener buenas características de desgaste y unión sólida. Use una presión de retroceso moderada para evitar un alto desgaste. Ajuste la duración de la presión de retroceso lo suficientemente corta como para quitar la torta de la tela filtrante. El ajuste del cuerpo de la válvula es importante para el retroceso para evitar que el exceso de filtrado sea expulsado de la tubería con la torta de liberación sólida, ya que esto minimiza el desgaste y el mantenimiento del medio filtrante.
Seleccione una tela filtrante para obtener una resistencia de unión sólida y una buena liberación de la torta. Utilice tela revestida para una liberación más eficaz de la torta y tenga un medio de tela más duradero debido a la tela filtrante de unión sólida. Tanto la velocidad del rodillo de descarga como la velocidad del tambor deben ser las mismas. Ajuste la cuchilla raspadora para dejar un margen significativo en el rodillo de descarga para producir una transferencia de torta continua.
Minimizar la presión lateral de las cuerdas ajustando la barra de alineación de dientes para evitar que la cuerda se corte. Colocar un tubo de cerámica sobre cada barra de alineación de dientes para que actúe como superficie de apoyo para las cuerdas. [4]
Seleccione la tela filtrante en función del tipo de filtro auxiliar utilizado (consulte Selección del filtro auxiliar), ajuste la cuchilla de avance para optimizar la velocidad de avance de la cuchilla por revolución del tambor. (Los detalles se explican en la sección Cuchilla de avance)
Selección de la ayuda de filtrado: la ayuda de filtrado es una torta de recubrimiento que actúa como el medio filtrante real y hay dos tipos diferentes que son la tierra de diatomeas o la perlita. Un parámetro importante a considerar es la penetración de sólidos en la torta de recubrimiento previo y sus límites de 0,002 a 0,005 pulgadas de espesor de penetración. Si se utiliza una gran cantidad de ayuda de filtrado, es decir, "abierta", se elimina más ayuda de filtrado, lo que conduce a un mayor costo de eliminación. Si se utiliza una pequeña cantidad de ayuda de filtrado, es decir, "apretada", no habrá caudal en el tambor. Esta comparación se puede ilustrar en la figura 5 a continuación. [4]
La velocidad aproximada de avance de la cuchilla se puede determinar para un conjunto de condiciones de funcionamiento utilizando la tabla 6 a continuación. La tabla indica la cantidad de horas que el filtro puede funcionar en una torta de precapa de una pulgada; la condición requerida es que la cuchilla de avance debe estar en una posición constante. Este método se puede utilizar para verificar el rango de funcionamiento óptimo.
Si el parámetro de funcionamiento es superior al rango óptimo, el usuario puede reducir la velocidad de avance de las cuchillas y utilizar un grado más ajustado de coadyuvante de filtración. Esto dará como resultado un menor uso de coadyuvante de filtración (menor costo de capital) y una menor eliminación de coadyuvante de filtración (menor costo de eliminación). Sin embargo, si el parámetro de funcionamiento es inferior al rango óptimo, el usuario puede aumentar la velocidad de avance de las cuchillas (más producción) y disminuir la velocidad del tambor para un menor uso de aire de filtro (menor costo de funcionamiento). [4]
El tratamiento posterior más comúnmente utilizado, en el que se disuelve cloro en agua para formar ácido clorhídrico y ácido hipocloroso. Este último actúa como un desinfectante capaz de eliminar patógenos como bacterias, virus y protozoos al penetrar las paredes celulares. [9]
El flujo de desechos se irradia con radiación ultravioleta. La radiación ultravioleta desinfecta alterando la célula patógena que va a mutar e impide que la célula se replique. Finalmente, la célula mutada se extingue y este proceso elimina el olor. [9]
El arroyo está expuesto al ozono, que es inestable en condiciones atmosféricas. El ozono (O3) se descompone en oxígeno (O2) y se disuelve más oxígeno en el arroyo. El patógeno se oxida para formar dióxido de carbono. Este proceso elimina el olor del arroyo, pero da como resultado un producto ligeramente ácido debido al efecto del dióxido de carbono presente. [9]
Los desechos que se descargan pueden utilizarse como estabilizadores de tierras en forma de biosólidos secos que pueden distribuirse en el mercado. El estabilizador de tierras se utiliza para recuperar tierras marginales, como los terrenos baldíos de las minas. Este proceso ayudará a restaurar la tierra a su apariencia inicial. [9]
Los desechos que se descargan pueden enviarse a una planta de incineración, donde el sólido orgánico se somete a un proceso de combustión que produce calor que puede utilizarse para generar electricidad. [9]
Los diseños de filtros de tambor rotatorio al vacío disponibles varían en aspectos físicos y sus características. El área de filtración varía de 0,5 m2 a 125 m2 . Sin tener en cuenta el tamaño del diseño, el lavado de la tela filtrante es una prioridad, ya que garantiza la eficiencia del lavado de la torta y el vacío activo. Sin embargo, un diseño más pequeño sería más económico, ya que el mantenimiento, el uso de energía y el costo de inversión serían menores que un filtro de tambor rotatorio al vacío más grande. A lo largo de los años, el impulso tecnológico ha llevado el desarrollo a nuevas alturas que giran en torno al filtro de tambor rotatorio al vacío en términos de diseño, rendimiento, mantenimiento y costo. Esto también ha llevado al desarrollo de filtros de tambor rotatorio al vacío más pequeños, que van desde la escala de laboratorio hasta la escala piloto, los cuales se pueden utilizar para aplicaciones más pequeñas (como en un laboratorio en una universidad) [10] La alta capacidad de rendimiento, el drenaje optimizado del filtrado con baja resistencia al flujo y la pérdida mínima de presión son solo algunos de los beneficios. Con sistemas de control avanzados que impulsan la automatización, esto ha reducido la operación de atención necesaria, reduciendo así el costo operativo. Los avances en la tecnología también significan que la precapa se puede cortar a 1/20 del grosor de un cabello humano, lo que hace que el uso de la precapa sea más eficiente [11] . Hoy en día, también se pueden lograr menores costos operativos y de capital debido a un mantenimiento y limpieza más fáciles. El vaciado completo de la celda se puede realizar rápidamente con la instalación de tuberías delanteras y traseras. Dado que la tela filtrante suele ser uno de los componentes más caros en la construcción del filtro de tambor de vacío rotativo, la prioridad en su mantenimiento debe mantenerse bastante alta. Una vida útil más larga, protección contra daños y un rendimiento constante son los pocos criterios que no se deben pasar por alto. Además de considerar el costo de producción y la calidad, el lavado de la torta y el grosor de la torta son cuestiones esenciales que son importantes en el proceso. Se han realizado métodos para garantizar una cantidad mínima de humedad de la torta mientras se somete a un buen lavado de la torta con un gran ángulo de deshidratación de la torta. También es posible un grosor uniforme de la torta de filtración además de tener una descarga completa de la torta. [5] [12]
Filtro de tambor fabricado en Vietnam