Pantalla / Scroll centrífuga es una filtración o pantalla de centrífuga que también se conoce como pantalla de gusano o centrífuga de descarga de transportador. Esta centrífuga se introdujo por primera vez a mediados del siglo XIX. Después de desarrollar nuevas tecnologías durante décadas, ahora es uno de los procesos ampliamente utilizados en muchas industrias para la separación de materiales cristalinos, granulares o fibrosos de una mezcla sólido-líquido. Además, se considera que este proceso seca el material sólido. Este proceso ha sido uno de los más frecuentes, especialmente en la industria de preparación de carbón . Además, se puede encontrar en otras industrias como la química, ambiental, alimentaria y otros campos mineros .
Fundamentos básicos
La centrífuga de desplazamiento de pantalla es una centrífuga de filtrado que separa sólidos y líquidos de una mezcla sólido-líquido. Este tipo de centrífuga se usa comúnmente con un proceso continuo en el que la suspensión que contiene tanto sólidos como líquidos se alimenta y se descarga continuamente de la centrífuga. En una centrífuga de desplazamiento de pantalla típica, el principio básico es que la alimentación que ingresa se separa en líquidos y sólidos como dos productos. El alimento se transporta desde el extremo de diámetro pequeño a mayor de la canasta troncocónica mediante la inclinación de la canasta de cribado y la velocidad ligeramente diferente del gusano raspador. [1] El material sólido retenido en la pantalla se mueve a lo largo del cono a través de un transportador de tornillo interno mientras que la salida de líquido se obtiene debido a la fuerza centrífuga que hace que la lechada de alimentación pase a través de las aberturas de la pantalla. [2] Además, la centrífuga de desplazamiento de pantalla puede girar en posición horizontal o vertical.
Gama de aplicaciones
El uso de la centrifugadora de pantalla de desplazamiento se ha visto en numerosas industrias de ingeniería de procesos . Una de las aplicaciones más notables se encuentra en la industria de preparación de carbón . Además de eso, esta centrífuga también se emplea en la deshidratación de potasa, gilsonita , en procesos de sal y en la deshidratación de diversas arenas. [3] Además, también está diseñado para su uso en la industria de procesamiento de alimentos , para producción instantánea, lácteos y equivalentes de manteca de cacao y otras grasas de confitería. [4]
Diseños disponibles
Las centrifugadoras de pantalla de desplazamiento, que también se conocen como pantalla sinfín o descarga del transportador, instigan los sólidos a moverse a lo largo del cono a través de un transportador de tornillo interno. El transportador de la centrífuga gira a una velocidad diferencial con respecto a la pantalla cónica y las fuerzas centrífugas de aproximadamente 1800 g - 2600 g facilitan rendimientos razonables. [2] [5] Algunas de las centrifugadoras de desplazamiento de pantalla están disponibles con hasta cuatro etapas separadas para mejorar el rendimiento. La primera etapa se utiliza para eliminar el licor del pienso, seguida de una etapa de lavado, y la etapa final se utiliza para el secado. En una centrífuga de espiral de pantalla avanzada con cuatro etapas, se emplean dos lavados separados para segregar los licores de lavado. [5]
Los dos tipos más comunes de centrífuga de pantalla / desplazamiento que se utilizan en muchas aplicaciones industriales son la centrífuga de pantalla / desplazamiento vertical y la centrífuga de desplazamiento / pantalla horizontal.
Centrífuga de desplazamiento de pantalla vertical
El desplazamiento vertical de la pantalla está construido con los componentes principales de la pantalla, el desplazamiento, la cesta, la carcasa y el tornillo helicoidal. El alimento que contiene materiales líquidos y sólidos se introduce en la centrífuga de desplazamiento de pantalla vertical desde la parte superior. Esto se acelera por la aceleración centrífuga producida por las partes giratorias en contacto. Como tal, la fuerza centrífuga lanza los líquidos a través de las aberturas, mientras que los sólidos se mantienen en la superficie de la pantalla, ya que no pueden pasar debido a las partículas granulares más grandes que los poros de la pantalla o debido a la aglomeración. El movimiento de sólidos a través de la superficie de la pantalla se manipula mediante vuelos. Los líquidos que han pasado por el tamiz se obtienen y descargan por la salida de efluentes del costado de la máquina, mientras que los sólidos recolectados del tamiz caen por gravedad a través de la descarga inferior de la máquina. [3]
Algunas de las centrífugas de desplazamiento de pantalla vertical disponibles son el modelo CMI EBR y el modelo CMI EBW, fabricados por Centrifugal & Mechanical Industries (CMI). El primero puede deshidratar partículas de tamaño más grueso que van desde 1,5 pulgadas a malla 28, mientras que el segundo puede deshidratar partículas más finas de tamaño que van desde 1 mm a 150 mallas. [3]
Centrífuga de desplazamiento de pantalla horizontal
Similar a una centrífuga de desplazamiento de pantalla vertical, una centrífuga de desplazamiento de pantalla horizontal está construida de varias partes principales: pantalla, desplazamiento, cesta, carcasa y tornillo helicoidal. La pantalla y la cesta con geometría troncocónica se ensamblan en la carcasa en un eje horizontal. Dentro de la estructura troncocónica hay una pared tubular. En el interior de la pared tubular hay un cilindro de tornillo helicoidal que se desplaza sobre el paso de la voluta. La pared tubular tendrá una velocidad angular ligeramente diferente a la del tornillo helicoidal. [6]
La mezcla sólido-líquido se alimenta a la parte trasera cerrada de la voluta. El movimiento de rotación de la voluta, la pantalla y la canasta permite que el líquido pase a través de las aberturas de la pantalla (a través de la fuerza centrífuga). Los restos sólidos se separarán según el tamaño debido a la diferencia de velocidad angular del tornillo helicoidal y la canasta. El tornillo helicoidal empuja el material sólido a descargar hacia el extremo delantero de la voluta. El tiempo de procesamiento depende del paso del tornillo helicoidal y la diferencia de velocidad angular. También puede verse influenciado por el diseño de la abertura de alimentación de la espiral. Las partículas sólidas que salen se recogen normalmente a través de un transportador en la unidad de recogida. [6]
Principales características del proceso y su evaluación
El rendimiento y la eficiencia de salida de la centrífuga de pantalla de desplazamiento pueden verse afectados por varios factores, como el tamaño de las partículas y la concentración de la alimentación, la velocidad de flujo de la alimentación y el tamaño de la malla de la pantalla de la centrífuga.
Tamaño de partícula y sólidos de alimentación
El tamaño de las partículas en la alimentación es uno de los parámetros más importantes a tener en cuenta, ya que la elección de la ranura y el tamaño de los orificios de la pantalla de la centrífuga de desplazamiento de la pantalla o los diferentes tipos de proceso depende del contenido de la alimentación. El tamaño de partículas no uniforme en la alimentación puede causar un bloqueo parcial en la pantalla debido a que los sólidos de tamaño pequeño bloquean los orificios además de las partículas normales y más grandes. Entonces, los líquidos fluyen sobre la pantalla en lugar de atravesarla. Como tal, requiere un mayor contenido de sólidos en la alimentación para obtener resultados buenos y razonables, normalmente superiores al 15% y hasta el 60% p / p. [5] No obstante, el caudal de la alimentación se puede controlar para superar este contratiempo. Otro método posible es realizar un pretratamiento de la alimentación que se utilizará para la centrifugadora de pantalla de desplazamiento, por ejemplo, mediante el proceso de filtración. El tamaño de las partículas, a partir de entonces, se puede analizar y se puede determinar la selección de un tamaño de pantalla particular. Sin embargo, aumenta el costo operativo total.
El rango operativo típico de tamaño de partícula y concentración de alimentación para las centrífugas de desplazamiento de pantalla es de 100 a 20 000 µm y del 3 al 90% de la masa de los sólidos en la alimentación. [7] En general, el tamaño de los orificios de las ranuras y pantallas varía entre 40 y 200 µm con áreas abiertas del 5 al 15%. [5] No obstante, se afirma que los productos recientes pueden manejar un tamaño de partícula tan bajo como 50 µm. [3] Las pantallas son generalmente láminas metálicas o alambre de cuña y, más recientemente, pantallas metálicas y compuestas perforadas con micro- corte por chorro de agua.
Tasa de flujo de alimentación
Como se mencionó en la sección anterior, el caudal de alimentación es uno de los parámetros cruciales que se deben controlar para lograr un rendimiento altamente eficiente. El rendimiento de la centrífuga depende del caudal de alimentación. Aunque el aumento del caudal de alimentación puede evitar que se bloqueen las pantallas, se menciona que se consiguen sólidos más húmedos. [8] Esto se debe al aumento de la carga hidráulica en la centrífuga cuando se aplica una mayor velocidad de alimentación, mientras que la velocidad de rotación diferencial entre el cono y la espiral y el tiempo de retención dentro de la zona de deshidratación de la canasta son fijos. Además, una mayor velocidad de alimentación conduce a un aumento en el espesor efectivo del lecho, ya que es arrastrado hacia abajo por la voluta.
La geometría de la cesta y su material
Las variaciones de material para la construcción y el diseño de los componentes principales de la centrífuga, como la placa de la pantalla, el tornillo helicoidal y la canasta, podrían mejorar la vida útil más larga de la máquina. Otro factor importante es el tamaño de la cesta cónica y su ángulo dentro de la centrífuga. Diferentes tamaños de cesta y el ángulo entre la cesta y el tornillo helicoidal pueden variar la velocidad angular; como resultado, la calidad del producto se ve afectada. Además, la forma del tornillo helicoidal también es importante, ya que optimiza el transporte de la torta. [3] En la siguiente Tabla 1 se presenta una selección de centrífugas de desplazamiento de pantalla típicas con diferentes tamaños de cesta que se encuentran en el mercado. Las secciones de cesta helicoidal y cónica se construyen comúnmente en un ángulo de 10 °, 15 ° y 20 °. [5]
Tabla 1 Una selección de tamaños de centrífugas de desplazamiento de pantalla
Diámetro de la cesta, mm | 250 | 400 | 550 | 800 | 1000 |
Rpm máximas | 3800 | 3000 | 2000 | 1500 | 1200 |
G centrífugo máximo en el borde de la cesta | 2000 | 2000 | 1500 | 1000 | 800 |
Rendimiento máximo th −1 | 3,5 | 10 | 25 | 50 | 70 |
Ventajas y limitaciones frente a los procesos competitivos
La centrífuga de espiral de pantalla tiene la ventaja de tener un transportador helicoidal de espiral accionado que proporciona una pequeña velocidad diferencial con respecto a la canasta cónica. El transportador helicoidal se instala en la centrífuga para controlar el transporte de la alimentación entrante, lo que permite aumentar el tiempo de residencia de los sólidos en la cesta, lo que mejora el rendimiento del proceso. [5] Además, el transportador helicoidal y las secciones cónicas de la cesta están diseñadas en cierto ángulo de 10 °, siendo común 15 ° y 20 ° de manera que las partículas sólidas son arrastradas sobre el transportador a lo largo del cono hacia el punto de descarga. Como resultado, no se forma una capa uniforme de sólidos sino que se forman pilas de sección triangular frente a las palas del transportador. El tiempo de residencia dentro de la centrífuga de desplazamiento de pantalla es típicamente de aproximadamente 4 a 15 segundos, que es más largo que la centrífuga de cesta cónica más simple normal. Esto permite un tiempo de interacción suficiente entre los líquidos de lavado y la torta. Sin embargo, la presencia del transportador provoca la rotura de los cristales y problemas de abrasión, así como la formación de una capa de sólidos desigual que puede conducir a un lavado deficiente. Esto se puede controlar mediante la velocidad del transportador. [5]
Los ingenieros de TEMA, especialistas en centrifugadoras, afirman que la centrífuga de desplazamiento de pantalla horizontal puede lograr una mayor recuperación general de finos hasta en un 99%, combinándolo con una humedad muy baja del producto. Además, se recomienda que la operación con el alimento que contenga más del 40% de sólidos con un tamaño mínimo de 100 µm obtenga los mejores resultados. [9] El uso de la centrífuga de desplazamiento de pantalla con orientación horizontal es más económico ya que su capacidad es un 40% más de tonelaje que la de orientación vertical del mismo tamaño por el mismo costo de energía. Además, el mantenimiento de la centrífuga de desplazamiento de pantalla horizontal se puede realizar fácilmente ya que no es necesario un desmontaje total. [10] Hoy en día, las centrífugas de desplazamiento de pantalla están equipadas con un sistema de limpieza CIP con el propósito de autolimpiarse dentro de la centrífuga.
Por otro lado, tiene la desventaja de un posible bloqueo del tamiz debido a que la lechada de alimentación contiene pequeños cristales además de cristales de sólidos grandes y normales. En consecuencia, esto hace que la pantalla se vuelva menos permeable, por lo que los líquidos fluyen sobre la pantalla en lugar de pasar a través de la malla de la pantalla. Este problema, sin embargo, puede superarse reduciendo el caudal de alimentación. [5]
Posibles heurísticas que se utilizarán durante el diseño del proceso.
La canasta, el tornillo helicoidal, el filtro de pantalla y otras partes están diseñadas para cumplir con la entrada del proceso y cierto rendimiento. La mayoría de las piezas están hechas de metal para poder manejar el proceso de separación. Cuanto más grande sea el recipiente, podría contener más entrada, pero al mismo tiempo podría aumentar el proceso y el tiempo de residencia. El tornillo helicoidal está hecho para poder sostener y mover la partícula para poder controlar el movimiento de la torta. El filtro de pantalla está hecho para poder tamizar las partículas y el agua. El proceso de limpieza para este tipo de máquina podría ser difícil en comparación con otro modelo de separación. El diseño está optimizado principalmente con una característica de bajo mantenimiento y está provisto de un buen sellado para evitar fugas y rupturas de la construcción. [3] [8]
Sistemas de postratamiento necesarios
Después de eliminar los líquidos de la suspensión para formar una torta de sólidos en la centrífuga, se requiere un tratamiento posterior o posterior para secar completamente los sólidos. El secado es el proceso más común utilizado en la industria. Otro sistema de postratamiento consiste en tratar los productos con otra etapa de proceso de licorización. [11]
Nuevo desarrollo
La moderna centrifugadora de criba / scroll se ha modificado de varias formas con respecto al diseño original:
- La adición de un paquete de piezas de larga duración que reduce la abrasión por deslizamiento en la zona de alimentación al tener una tapa cónica para desviar la entrada de alimentación desde la parte superior. También se ha optimizado la mecánica del proceso para lograr mejores productos. [12]
- Han aparecido nuevas pantallas perforadas con un proceso de micro-chorro de agua. Estas cribas ofrecen una recuperación de producto significativamente mayor en combinación con el rendimiento del secador. Este proceso de fabricación también permite que las pantallas se fabriquen con materiales extremadamente resistentes a la abrasión, como los compuestos de carburo de tungsteno, para aplicaciones de muy alto desgaste, como el carbón. [13]
- La modificación de la calidad de cribado ultrafina permite hasta 50 micrómetros. La modificación se realiza a través del filtro de malla que podría producir una mayor recuperación de sólidos. [14] Otros desarrollos realizados en la centrífuga de desplazamiento de pantalla son el sellado hermético, la capacidad de trabajar en modo continuo, el consumo mínimo de energía, el engranaje de baja fricción y el diseño de menor mantenimiento. Todas estas modificaciones se realizan para garantizar la seguridad del proceso con un menor consumo de energía y para facilitar el mantenimiento.
Referencias
- ^ BJ Anderson y DS Arand, "Procesamiento de jugo de doble flujo para recuperar sólidos de jugo del material del núcleo del extractor". Patente de Estados Unidos EP0414964, 14 de julio de 1993.
- ^ a b S. Tarleton y R. Wakeman, Filtración: selección de equipos, modelado y simulación de procesos, 1ª ed., Elsevier, 1999.
- ^ a b c d e f "Centrífugas de desplazamiento de pantalla CMI", Elgin Equipment Group, 2010. [En línea]. Disponible: http://www.elginindustries.com/equipment_group/centrifugal_and_mechanical_industries/products.aspx . [Consultado en octubre de 2013].
- ^ FD Gunstone, JL Harwood y AJ Dijkstra, The Lipid Handbook, 3.a ed., Taylor & Francis Group LLC, 2007.
- ^ a b c d e f g h S. Tarleton y R. Wakeman, Separación sólido / líquido: ampliación de equipos industriales, 1a ed., Elsevier, 2005.
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- ^ DB Purchas, "Tecnología de separación sólido / líquido", Uplands Press, Croydon, 1981.
- ^ a b M. Thomas, C. Veal y J. Smitham, "Diseño de cesta novedoso para centrifugadoras de carbón fino", The Journal of The South African Institute of Mining and Metalurgy, págs. 47-52, 2001.
- ^ "Siebtechnik Centrifuges", 2002. [En línea]. Disponible: http://www.lochtec.dk/produkter/centrifuger/centrifuger.html#Conturbex Centrifuge. [Consultado en octubre de 2013].
- ^ “Tema Engineers”, Tema Engineers, un agente de Siebtechnik, especialista en centrifugadoras, 2008. [En línea]. Disponible: http://www.tema.com.au/CENTRIFUGES.html . [Consultado en octubre de 2013].
- ^ GG Chase, "Separaciones sólido / líquido", Universidad de Akron.
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- ^ "Pantallas de centrífuga de chorro de agua para centrífugas de pantalla Scroll / Conturbex" . Consultado el 23 de diciembre de 2013 .
- ^ "Centrífugas de pantalla de desplazamiento", Broadbent, 2009. [En línea]. Disponible: http://www.broadbent.co.uk/en/ipd-products-scrollscreencentrifuges . [Consultado en octubre de 2013].