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Il funzionamento del filtro a piastre e a telaio è basato sull’alimentazione forzata della sospensione in camere speciali all'interno del corpo del filtro, formate da pacchetti di piastre e telai. Negli interspazi disponibili vengono disposte le membrane filtranti (in tessuto speciale), che coprono la superfice ondulata di drenaggio della piastra. Le pareti filtranti svolgono anche il ruolo di guarnizioni tra gli spazi tra le piastre e i telai. Sulla superficie delle piastre vengono fatti dei fori: con la chiusura in condizioni di funzionamento essi formano delle condotte uniche per l'adduzione della sospensione da filtrare, del liquido per il lavaggio, del vapore compresso (o dell'aria) per la disidratazione dei fanghi, ma anche per il drenaggio del filtrato e del liquido di lavaggio.
Il processo di lavoro e funzionamento della filtropressa è costituito da tre cicli che si ripetono periodicamente:
La sospensione da filtrare viene fornita nell’impianto sotto pressione di funzionamento, finché lo spazio interno dello stesso non sarà riempito di fango. Per evitare la riduzione della capacità filtrante, i sedimenti vengono periodicamente rimossi mediante un lavaggio ad acqua, che viene erogata lungo il canale di movimento del filtrato. L’essiccazione dei fanghi viene eseguita in modo pneumatico (con una pressione di 6-7 atm.). L’espulsione dei sedimenti avviene sotto il peso stesso dei residui con l’apertura del corpo del filtro. Lo smontaggio avviene tramite un discostamento alternato delle piastre filtranti. La maggior parte degli impianti funziona in modo completamente automatico.
Le filtro-presse a piastre e a telaio trovano un’ampia applicazione nell'industria chimica per la schiaritura delle sospensioni, la separazione della fase solida in sospensioni difficilmente filtrabili, per la separazione di sospensioni con una fase liquida, vicina a una soluzione satura, e anche per la separazione di sospensioni con una fase liquida ad elevata viscosità (che necessitano di preriscaldamento). L'applicazione di filtri di questo tipo è giustificato quando il tempo di apertura del corpo del filtro, lo scarico dei residui e la successiva chiusura rappresentano solo una piccola parte della durata totale del ciclo di lavoro.
I pregi delle filtropresse a piastre e a telaio consistono nella evoluta superficie filtrante e nell'affidabilità generale della progettazione.
I filtri a telaio sono molto comuni nei sistemi di separazione delle sospensioni durante la pulizia dai fanghi e per il miglioramento della secchezza dei fanghi. Tra i vantaggi di questi filtri (a confronto con apparecchiature con funzioni analoghe):
È necessario indicare tra i vantaggi anche la lunga durata di utilizzo e funzionamento (circa 50 anni), con una sostituzione periodica del tessuto filtrante non più spesso di una volta ogni 1-2 anni.
Le filtropresse appartengono alla categoria dei filtri, che funzionano sotto pressione in eccesso in modalità periodica. La direzione del movimento del filtrato in tali filtri è perpendicolare alla direzione di azione della forza di gravità.
La filtropressa si presenta come un insieme di telai e piastre, che si alternano tra di loro. Grazie a ciò aumenta notevolmente la superficie filtrante di lavoro. Allo stesso tempo le piastre hanno delle scanalature verticali che non permettono al tessuto filtrante di aderire alle piastre. In questo modo si garantisce il drenaggio del filtrato. I telai cavi, situati tra due piastre adiacenti, formano una camera in cui avviene l'accumulo dei sedimenti.
Le piastre e i telai hanno fori di passaggio, corrispondenti in caso di sovrapposizione. Questo garantisce il passaggio della sospensione, dell’acqua di lavaggio e del filtrato. Per la compressione dei telai e delle lastre viene utilizzato un morsetto idraulico, a vite o di qualche altro tipo.
Nel processo di filtraggio la sospensione entra nell'intercapedine vuota tra le lastre. Successivamente avviene il processo di filtraggio e il filtrato si muove attraverso le pareti filtranti e lungo i canali di colata delle zigrinature arriva ai canali di uscita.
Dopo che l’interspazio tra le piastre si è riempito di sedimenti, viene interrotto il flusso di carico della sospensione e inizia la fase di lavaggio dei sedimenti. Il liquido di lavaggio viene portato ai residui mediante dei canali e in seguito viene eliminato attraverso dei rubinetti. Dopo che il lavaggio si è concluso, i sedimenti, di solito, vengono soffiati con aria compressa per rimuovere le rimanenze del liquido di lavaggio. Dopo la fine del processo di lavaggio i telai e le piastre si allontanano e i sedimenti cadono nel collettore montato sotto il filtro. Nel caso in cui il peso dei sedimenti stessi non fosse sufficiente per la loro rimozione, allora la pulizia del filtro verrà eseguita manualmente.
Il vantaggio principale delle filtropresse a telaio e a piastre è la facilità di fissaggio sui telai di tessuto filtrante. Per fare ciò viene tagliata una striscia di stoffa, avente una lunghezza un po' più del doppio dell'altezza del telaio. La striscia viene tagliata secondo lo stampo, vi ci vengono fatti i fori nei punti giusti e poi viene stesa sulla piastra.
Oltre a questo, un altro vantaggio delle filtropresse a telaio e a piastre è costituito dal facile scarico dei fanghi. Per questo la pressa viene aperta e i sedimenti vengono versati in un apposito collettore, che si trova sotto la pressa.
Nel processo di soffiaggio dei fanghi il consumo di aria compressa per un telaio è di circa 2,5 m3/ora.
Gli impianti di questo tipo sono costituiti da un insieme di telai-piastre, separati da un panno filtrante («tovagliolo»). Le sporgenze di supporto del corpo di telai e piastre sono installate su travi orizzontali che fanno parte della piastra «di fondazione» del corpo del filtro. Il fissaggio delle travi alla piastra di supporto e ai montanti verticali avviene con dadi e bulloni. Lungo le travi scivola la piastra di serraggio, che può essere appoggiata su dei rulli. La piastra di serraggio si sposta sotto l'azione di un comando elettromeccanico.
Il comando include un sistema a vite e a dado, collegato con un motore elettrico attraverso un apposito riduttore. Un’estremità della vite è fissata alla piastra di serraggio e per questo motivo compie solo un movimento di traslazione. La spinta assiale viene recepita dal cuscinetto reggispinta/assiale (o dalla chiavetta nel corso inverso della vite). Una volta raggiunto lo sforzo di serraggio richiesto, il motore elettrico si spegne automaticamente al segnale del relè (nel corso opposto questo avviene al comando dell'interruttore di fine corsa).
Il bloccaggio idraulico è una progettazione più progressiva e sicura (in sostituzione di quello elettromeccanico). Il bloccaggio idraulico è costituito da un cilindro, da uno stantuffo cavo (ad asta fissa e cava e a pistone con scanalatura), dal basamento e dal meccanismo di distribuzione. L’estremità libera dello stantuffo è fissata alla piastra di pressione del filtro e si muove contemporaneamente a lei durante il corso dritto. Il liquido viene fatto entrare nella cavità dello stantuffo attraverso la barra vuota (la pressione di esercizio nel cilindro idraulico è di 1 MPa). Lo stantuffo è fissato con un dado e viene bloccato in posizione di lavoro con l’avvitamento fino al supporto nel cilindro idraulico.
Il morsetto con azionamento manuale viene utilizzato solo nelle filtropresse relativamente non molto grandi. La progettazione di un tale morsetto include una vite con un cricchetto calettato e un dado. Per il serraggio della vite vi è una manovella sul cricchetto.
La separazione delle piastre viene eseguita abbastanza facilmente. Per l’apertura simultanea delle camere le piastre e i telai sono collegati insieme con una piastra mobile con l’aiuto di occhielli e perni mobili. I perni possono muoversi nei fori degli occhielli per la grandezza dell’interspazio, che è uguale alla distanza tra le piastre e i telai in condizione aperta. Per l’apertura consecutiva delle camere e delle piastre del telaio viene usata una catena multipla con tenaglie, che agganciano alternativamente le piastre e i telai e li deviano verso la piastra di pressione.
Molto più difficile da risolvere è il problema dello scarico manuale. Per questo vengono utilizzati macchinari ausiliari. Ad esempio, viene appesa una parete filtrante nei filtri a camera verso i telai scorrevoli. Dopo l'apertura delle piastre si attiva un vibratore pneumatico che rimuove i residui e i sedimenti formatisi. Per la raccolta dei sedimenti sono previste vasche mobili o fisse.
Filtri
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