El filtro de banda (a veces llamado filtro de prensa de banda o filtro de prensa de banda ) es una máquina industrial , utilizada para procesos de separación de sólidos / líquidos, particularmente la deshidratación de lodos en la industria química , minería y tratamiento de agua . Los filtros prensa de cinta también se utilizan en la producción de zumo de manzana, sidra y vinificación. [1] El proceso de filtración se obtiene principalmente pasando un par de telas filtrantes y correas a través de un sistema de rodillos. El sistema toma un lodoo lechada como alimento, y la separa en un filtrado y una torta sólida.
Aplicaciones
El filtro de cinta 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 vinificación, 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 químicas y papeleras. [3]
Las aplicaciones de un filtro de cinta solo se limitan a los lodos, purés o puré de frutas que puede procesar. Los lodos de uso municipal incluyen lodos crudos, lodos digeridos anaeróbicamente y aeróbicamente, lodos de alumbre, lodos de ablandamiento de cal y lodos de agua de río. [4] En la industria, cualquier lodo o lechada 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 lodo mixto, lodo mineral, sedimento de polvo, lodo de lavado de carbón seleccionado, lodo biológico, lodo primario y paja, madera o pulpa de papel de desecho. [3]
Algunos objetivos de deshidratación incluyen reducir el volumen para reducir los costos de transporte y almacenamiento, eliminar los líquidos antes de la eliminación en el vertedero, 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 usa para aplicaciones terrestres y optimizar otros tipos de secado Procesos. [2] Los filtros de banda están diseñados específicamente para cada una de estas aplicaciones y alimentaciones particulares.
Ventajas / limitaciones
Existen muchos procesos de separación física similares a los del filtro prensa de banda que se usa para la deshidratación, incluidas las centrifugadoras , los filtros de disco de vacío y el filtro prensa de placa y marco . En comparación con otros filtros de compresión, los filtros de banda utilizan presiones relativamente más bajas. [5] Aunque las centrifugadoras tienen menor contenido de humedad, menores costos 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, poco personal, fácil mantenimiento y una larga vida útil. [2] [4] [7] El filtro de cinturón es más ventajoso cuando se instala de manera que esté abierto y se pueda ver al nivel del piso para facilitar el ajuste y la supervisión. Por supuesto, esto está sujeto a lo que permitan la iluminación y la ventilación. [7]
El filtro prensa de banda se usa 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 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 lleva a la costosa automatización del proceso. [2] [5]
Un filtro prensa de banda también es conocido por su alta 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, contratando una instalación de procesamiento , o utilizando métodos de deshidratación no mecánicos tales como lechos de secado o cañaverales. [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 cinta será más costoso cuando se procesa un alimento con contenido de sólidos variable, ya que esto requiere más atención por parte del operador, lo que aumenta los costos de personal. [2] Las alimentaciones 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 todas las alimentaciones deben ser tamizadas para proteger la banda de ser dañada por objetos afilados. El tipo de alimento también puede afectar el proceso de lavado. El filtro de cinta 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, pueden reducirse automatizando el sistema de lavado y utilizando efluentes . [2]
Diseños disponibles
Los diseños de los filtros de banda se elaboran utilizando datos de rendimiento y diseño 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 a procesar.
La prensa de filtros de banda tiene 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 lechada 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 un cinturón plano o inclinado donde ocurre 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 usar para concentraciones de sólidos de 1.5 por ciento o más, pero se debe usar una instalación 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 drenaje de agua más libre antes de la compresión. Para lodos diluidos con sólidos de alimentación inferiores al 1,5 por ciento, se puede utilizar una cinta de drenaje por gravedad independiente. Este cinturón se usa solo en el área de drenaje por gravedad, no en las zonas de presión. [8] Las zonas de presión o de cuña utilizan dos correas, superior e inferior, para intercalar la alimentación juntas, [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 cinta 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 hechos para adaptarse a los lodos, lodos o puré de frutas 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 de extracción o incluso estar completamente encerrado en una carcasa hermética a los gases. [7] Debido a la visibilidad reducida y el aumento de la corrosión asociados con la carcasa, el proceso de filtrado de la correa también se puede automatizar. [2] Se pueden encontrar áreas de filtración grandes, rodillos adicionales y una velocidad de banda variable en diseños avanzados de filtros de prensa de banda. [2]
Caracteristicas del proceso
Los filtros de prensa de banda 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 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 en la alimentación. [2]
La alimentación a un filtro de prensa de banda depende del tipo de sólidos, el producto deseado y el diseño del filtro. Para la mayoría de los tipos de lodos, la concentración de sólidos secos de alimentación se encuentra típicamente en el rango de 1-10%. [2] La concentración de sólidos secos del lodo (o torta) deshidratada resultante cae típicamente en el rango de 12-50%. [9] La concentración de sólidos de alimentación diluida da como resultado una torta de 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 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 se encuentran en el rango de 40 a 230 kg / h / m de ancho de banda y las tasas de carga de sólidos de rango alto están 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 grosor 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 particular para determinar el espesor óptimo de la torta. En algunos casos en los que 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 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, 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 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 polímero de alto peso molecular. La floculación se mejora con la dosificación, la dilución y el mezclado óptimos del polímero. El pH de la lechada de alimentación también debe monitorearse y controlarse ya que el pH bajo disminuye la floculación. [10] Es importante encontrar el valor óptimo para cada parámetro de acondicionamiento, ya que demasiado polímero o mezcla pueden 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 en una 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 acondicionamiento suficiente, el drenaje por gravedad es generalmente el paso del proceso limitante, pero con una dilución óptima, el paso del proceso limitante puede desplazarse a la zona de compresión. [10]
En la zona de compresión de un filtro de prensa de banda, la torta de filtración se comprime entre las dos bandas 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 a partir de una velocidad reducida de la cinta en lugar de un mayor tiempo de prensado. [11]
El rendimiento general de un filtro de prensa de banda 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 a menudo se evalúa en función del contenido de sólidos secos de la torta de 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 para promover la deshidratación, pero con un diámetro de poro lo suficientemente pequeño para que la recuperación de sólidos no disminuya mucho. Es importante que el filtro de prensa de banda tenga una sección de lavado de banda eficaz para que el cegamiento 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 cinta. [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 cinta: [11]
Donde Q 0 = caudal másico (kg / s), m 0 = carga másica (kg / m 2 ), s b = velocidad de la banda (m / s) y L lodo0 = ancho inicial de lodo a través de la banda (m). Por tanto, para mantener el rendimiento económico a escala industrial a una velocidad de cinta más baja, se debe aumentar la carga de masa y la anchura del lodo a través de la cinta. Se ha descubierto que el aumento de la carga de sólidos disminuye ligeramente la concentración de sólidos secos de la torta, al tiempo que aumenta significativamente la posibilidad de que el lodo se desborde de la cinta. [11] La migración lateral de lodos en la banda es una medida de cómo se esparcen los lodos a lo ancho de la banda. El aumento de la migración lateral de lodos significa que los lodos se escapan del borde de la banda y se desbordan hacia el filtrado. Por lo tanto, el aumento de la migración lateral de lodos impacta negativamente en la calidad del filtrado y la recuperación de sólidos secos.
Generalmente, el espesor mínimo de la torta de descarga de diseño es de 3-5 mm. [5] Esto asegura que la torta sea lo suficientemente gruesa como para descargarse y se pueda quitar fácilmente de la cinta.
Heurística del diseño
Con el fin de aumentar el costo y disminuir la humedad del producto, las opciones de deshidratación más comunes son un espesante , espesamiento de lecho profundo , prensas de banda y prensas de filtro de membrana . En general, las centrifugadoras y otras tecnologías competidoras no muestran una ventaja de costo significativa en comparación con el filtro de prensa de banda, para la misma sequedad de la 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, excluidos los filtros prensa de membrana y las centrífugas. [12]
El aumento de la concentración de sólidos en la 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 aumentar la concentración de sólidos de alimentación no es práctico, la adición de floculantes en una etapa 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 alimento que da como resultado una torta homogénea se determina observando una muestra de la suspensión. Si se produce un asentamiento rápido, la torta de filtración formada no será homogénea y la tasa de filtración disminuirá. [5]
El espesor mínimo de descarga de la torta para los filtros de prensa de banda horizontal está en la región de 5 mm. [5]
La elección de la banda es fundamental para la función del filtro de prensa de banda y hay una amplia variedad de materiales y tejidos disponibles. La tela filtrante para un filtro de prensa de banda debe estar lo más abierta posible mientras se mantiene la claridad de filtrado deseada o, si se usa una capa preliminar, para evitar la pérdida de la capa preliminar. Los paños más ligeros producen un filtrado más claro y no se bloquean tan rápidamente, sin embargo, su durabilidad y vida útil es significativamente más corta que los paños más pesados. [5] Están disponibles cinturones con costura y sin costuras. Las correas con costura se desgastan más rápido en la costura y causan desgaste en los rodillos y la cuchilla dosificadora. Los cinturones con costura de tipo cremallera y tipo clipper también están disponibles, y el tipo de cremallera tiene 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 debe asegurarse de que la prensa de banda sea compatible con una banda sin costuras. [9]
El aumento de la temperatura de la lechada 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, 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]
El espesor de la torta puede tener que controlarse o restringirse cuando se requiere el lavado de la torta o 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 requerido para el lavado se incrementa por el cuadrado de la proporción de espesores de torta. Por ejemplo, si se duplica el grosor de la torta, el tiempo de lavado aumentará aproximadamente en un factor de 4.
Sistemas de postratamiento necesarios
No se puede obtener un filtrado completamente transparente utilizando filtros de prensa de banda, excepto en raras circunstancias. Por tanto, puede ser necesario un tratamiento adicional para el filtrado antes de que se reutilice o se descargue como residuo. Si el filtro está aguas abajo de un clarificador o espesante, 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 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 se requiera un tratamiento adicional del agua clarificada (filtración o tratamiento químico) antes de la 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 de regreso al proceso, el vertedero / compostaje e incineración. El contenido de polímero hace que la torta de filtración de un filtro de prensa de cinta 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]
Desarrollos recientes
Los desarrollos significativos en la tecnología de filtros de prensa de banda incluyen: desarrollos de tela, usando tres bandas y la banda de plegado en V. Los desarrollos de tela incluyen el doble tejido que incorpora diferentes tipos de hilo para combinar las ventajas específicas de cada uno. [5] También se encuentra disponible una correa de alambre tejido de doble tejido que tiene una mejor vida útil y durabilidad que una correa de alambre convencional. [13]
Un filtro de prensa de banda que usa tres bandas puede alcanzar velocidades independientes y tener diferentes tipos de banda 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 inferior al 1,5%). El sistema de tres bandas es más eficiente con una tasa de producción más alta y una concentración de sólidos de la torta a expensas de la complejidad mecánica. [8]
La correa plegada en V es similar a la prensa de filtro de correa, con la principal diferencia de que solo se utiliza una sola correa, doblada a lo largo de la línea central. La tecnología no ha sido ampliamente probada. Normalmente se puede conseguir un contenido de sólidos en peso seco final del 9-13%; esto es más pequeño que las tecnologías de la competencia. Actualmente, esta tecnología es adecuada para aplicaciones a pequeña escala (hasta aproximadamente 3000 L de lechada por hora, ya que el tamaño máximo de la banda es de 0,75 m). Las correas trapezoidales tienen un tamaño reducido, un consumo de agua y de energía reducido y unos costes operativos y de capital reducidos. Son de seguimiento automático y pueden procesar lodos de composición variable, lo que reduce la participación del operador. [15]
Ver también
- Lista de tecnologías de tratamiento de aguas residuales
Referencias
- ^ "Prensas de filtro de banda central diseñadas para las industrias de zumos de manzana, sidra y enología" . Consultado el 5 de marzo de 2014 .
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enlaces externos
- Medios relacionados con el filtro Belt en Wikimedia Commons