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In funzione del processo di funzionamento, le apparecchiature adoperate per effettuare la filtrazione si dividono in filtri continui e filtri discontinui.
Nei filtri continui l'alimentazione della sospensione, la rimozione del fango e lo scarico del filtrato (o della sospensione concentrata) avviene in modo continuato. Nei filtri ad azione discontinua tali fasi avvengono in modo discontinuo (interrotto).
I filtri continui sono utilizzati in diversi processi chimici. Si può citare, a titolo esemplificativo, la produzione della soda caustica nel processo di separazione del bicarbonato di sodio. Tali filtri possono funzionare sia in depressione sia in pressione.
I filtri continui che funzionano in depressione (sottovuoto) sono composti dai dischi o dai tamburi rotanti nell'ambiente a pressione minore della pressione atmosferica creata dalla pompa a vuoto. La superficie dei dischi o dei tamburi è ricoperta della tela filtrante. Nel processo di rotazione una parte del tamburo si trova immersa nel liquido. Il filtrato penetra all'interno del tamburo attraverso il setto filtrante, che trattiene la fase solida.
Nel processo di rotazione dell'organo filtrante la fase solida viene lavata ed asportata dalla superficie del setto filtrante. In un giro del tamburo si ha la successione automatica di tutte le fasi del funzionamento del filtro: dalla filtrazione con il successivo lavaggio e l'essicazione fino allo scarico.
I filtri ad azione continua che lavorano sotto pressione sono idonei per la filtrazione delle particelle facilmente separabili, generalmente quelle cristalline. Le particelle difficilmente separabili che sono, a titolo esemplificativo, quelli amorfi, vengono normalmente separate mediante filtropresse, i filtri ad azione discontinua ed i nutsch filtri.
Grazie all'invenzione dei filtri continui funzionanti sotto pressione è diventata possibile la filtrazione continua dei liquidi viscosi e facilmente evaporabili. Nel caso della filtrazione delle sospensioni il rendimento di tali filtri è notevolmente maggiore rispetto a quello dei filtri sottovuoto che funzionano con le differenze di pressioni maggiori di 1 atm.
Lo schema del filtro a tamburo ad azione continua che funziona sotto pressione è illustrato sul disegno sotto riportato ed è analogo a quello del filtro sottovuoto.
A differenza dei filtri sottovuoto, il tamburo di tale filtro si trova in un corpo a tenuta stagna. Il liquido viene convogliato sotto l'azione della pompa o dell'aria compressa attraverso il raccordo inferiore sotto pressione che varia da 2 a 5 atm. Il liquido riempisce il filtro fino allo stramazzo e quello in eccesso viene scaricato attraverso la bocca di scarico e ritorna di nuovo nel collettore.
L'aria compressa entra attraverso il raccordo superiore. La pressione dell'aria compressa corrisponde a quella del liquido erogato nella camera del filtro. Grazie a tal effetto lo scarico del liquido in eccesso e la filtrazione della stessa avvengono senza alcuni ostacoli.
La fase solida è trattenuta sulla superficie del tamburo. La fase liquida penetra all'interno del tamburo da dove viene scaricata attraverso il perno e la testa di distribuzione. I fanghi prodotti in processo di filtrazione vengono portati via dal nastro al momento della rotazione dello stesso intorno al rullo. Per facilitare l'asportazione del fango, il rullo è realizzato con la superficie perforata. Grazie a tali forellini attraverso il nastro viene insufflata l'aria compressa. Pulito dal solido, il nastro ruota intorno al rullo di comando e passa di nuovo al tamburo del filtro.
Il solido asportato dal tamburo cade sulla coclea ermeticamente chiusa e collegata al regolatore di scarico. Il perno e l'albero del tamburo sono montati sui cuscinetti che lavorano sotto pressione.
Quando la filtrazione avviene sotto la pressione di 3-5 atm, si raggiunge un alto rendimento e una bassa umidità residua del solido. La filtrazione avviene in un'apparecchiatura a tenuta stagna perché la pressione non si abbassi. Il principale punto debole di tale filtro è la difficoltà dell'asportazione del solido.
I filtri a dischi e a nastro ad azione continua che funzionano sotto pressione hanno trovato una larga applicazione. Il principio di funzionamento degli stessi è simile a quello dei filtri a dischi e a nastro che lavorano sottovuoto con l'unica differenza che questi ultimi sono provvisti dell'involucro a tenuta stagna. La pressione all'interno dell'involucro viene aumentata tramite la fornitura del gas inerte o dell'aria compressa.
I filtri a nastro ad azione continua che lavorano sotto pressione sono utilizzati per la filtrazione dei liquidi contenenti le pesanti particelle solide. Si raccomanda di erogare il liquido sul setto filtrante.
Tra tali filtri si può individuare i filtri a nastro funzionanti sotto pressione. Tali filtri sono costituiti dall'involucro a tenuta stagna a forma rettangolare, all'interno del quale è inserito il nastro filtrante senza fine che scorre su due tamburi dei quali uno è il motore.
Il nastro ruota sui rulli di appoggio. I cuscinetti di tali rulli sono montati all'interno dell'involucro. All'interno dell'involucro il nastro passa nella sua parte superiore e ritorna alla posizione iniziale sopportata dai rulli di guida. Al momento del ritorno alla posizione iniziale il nastro viene pulito dal fango residuo con spazzole e con il liquido di lavaggio spruzzato.
Il processo di funzionamento di tale filtro è il seguente. Il liquido viene erogato attraverso l'apposito raccordo sul nastro che scorre all'interno dell'involucro che si trova sotto pressione generata dall'aria compressa. L'aria viene inviata nel filtro attraverso le tubazioni in diversi punti del filtro. Con un lento scorrimento del nastro avviene il processo di filtrazione. La frazione solida formatasi in processo di filtrazione viene trattenuta dal nastro, mentre la fase liquida passa e viene raccolta nell'apposita camera da dove viene evacuata. All'ultimazione del processo di filtrazione il solido rimane sul nastro e può essere lavato con l'acqua fornita dagli ugelli. Ultimata la disidratazione, il fango viene scaricato dal nastro ruotante sul tamburo nella tramoggia di raccolta ed evacuato mediante la coclea.
I filtri a dischi sottovuoto sono destinati alla filtrazione delle sospensioni contenenti le particelle omogenee che hanno una bassa velocità di sedimentazione. Il principio di funzionamento dei filtri a dischi è simile a quello dei filtri a tamburo. Il concetto che contraddistingue i filtri a dischi da quelli a tamburo consiste nell'installazione sull'albero dei dischi invece del tamburo.
I dischi filtranti sono suddivisi in serie e hanno la superficie fessurata ricoperta della tela filtrante. I canali dei dischi installati sull'albero sono indirizzati verso il collettore comune dell'albero cavo.
Il fango viene staccato dalla tela filtrante e portato via dalle lame o di rulli che si trovano da entrambi i lati di ogni disco. Per facilitare l'asportazione del fango, la forma dei dischi è leggermente convessa.
Nel processo di rotazione dell'albero i dischi vengono a contatto alternativamente con la linea del vuoto e con quella dell'aria compressa. Ogni disco viene immerso nella singola sezione della vasca. Nella vasca è installato l'agitatore che serve per prevenire la sedimentazione delle particelle solide in sospensione.
Il filtro sottovuoto può comprendere fino a 14 dischi a diametro che varia da 0,9 a 2,5 mt. L'area della superficie utile può raggiungere i 100 mq. I dischi ruotano a velocità pari a quella del tamburo ruotante.
I filtri a dischi sono una soluzione davvero compatta. Lo svantaggio di tali filtri è che nel processo di lavaggio del fango il liquido di lavaggio può mescolarsi con il liquido da trattare.
I decantatori ad azione discontinua, destinati alla separazione delle particelle solide in sospensione, rappresentano le vasche simili a quelle di piscine. Nel decantatore viene erogato il liquido da trattare e dopo un certo periodo di tempo il liquido chiarificato viene evacuato attraverso le apposite aperture realizzate sopra il livello dei sedimenti. I fanghi vengono asportati a mano o mediante idrolavaggio.
I decantatori ad azione continua sono dotati dell'agitatore a pale e rappresentano un recipiente con il fondo a forma conica. L'agitatore serve per spostare i fanghi verso la bocca di scarico. L'agitatore ruota lentamente per non compromettere il processo di sedimentazione dei solidi. Il liquido chiarificato esce attraverso lo stramazzo, mentre i fanghi escono attraverso l'apertura nel fondo conico. Tali dispositivi permettono di disidratare i solidi fino alla concentrazione della fase solida pari al 35-55%.
I decantatori ad azione continua dotati dei piani conici si distinguono per la semplicità della costruzione. Il liquido viene erogato nella vasca, dove viene distribuito nello spazio tra i piani conici. Le particelle solide si depositano sulla superficie dei piani e cadono sotto l'azione di gravità nella parte inferiore della vasca da dove vengono portate via.
I decantatori ad azione continua destinati alla separazione delle emulsioni rappresentano le vasche orizzontali dotate della paratia perforata. La funzione di tale paratia consiste nella protezione del liquido contro la pressione del flusso affluente all'interno del dispositivo. La sezione del decantatore deve essere tale da garantire che la velocità del liquido non sia superiore ad alcuni millimetri al secondo e mantenga il moto il più laminare possibile. La fase liquida e quella solida vengono rimosse dai lati opposti del decantatore.
I calcoli per gli addensatori sono basati sulla velocità di sedimentazione delle particelle da separare dalla sospensione. I calcoli per i classificatori si basano invece sulla velocità di sedimentazione delle particelle che vengono separate a diverse fasi del processo.
Ammettiamo che il tempo di percorso del liquido attraverso il decantatore "T" sia pari al tempo di sedimentazione delle particelle τос, che sono alla massima distanza dal fondo. Una parte del decantatore non è operativa nel caso in cui τ>τос.
Nel caso del decantatore più semplice il tempo può essere calcolato con la seguente formula:
τ = l/wп
Dove l – lunghezza del decantatore; wп – velocità del flusso.
La velocità del flusso è calcolata secondo la seguente formula:
wп = Qоч/(b·h)
Dove:
Qоч – portata volumetrica del liquido trattato;
b – larghezza del decantatore;
h – altezza dello strato del liquido chiarificato.
Nel decantatore ad azione continua il liquido viene erogato in modo costante. Anche lo scarico del liquido chiarificato e la rimozione dei fanghi avviene continuamente senza alcuna interruzione.
Negli impianti combinati il liquido da trattare attraversa il decantatore sempre a velocità bassa. La velocità deve essere tale da consentire, nel tempo di attraversamento, la sedimentazione sul fondo della maggior parte delle particelle sedimentabili. Con il tempo sul fondo della vasca si accumulano le particelle sedimentate che devono essere regolarmente portate via dopo la decantazione del liquido.
In funzione della velocità di sedimentazione, la periodicità dei processi e la concentrazione delle sospensioni si utilizzano i decantatori di diverse forme e dimensioni.
La velocità di sedimentazione dipende inoltre della temperatura, dato che con la variazione della temperatura varia anche l'indice di viscosità del fluido. Con l'aumento della temperatura e il conseguente ridursi della viscosità, la velocità di sedimentazione si aumenta.
Per velocizzare il processo di sedimentazione con l'aumento della temperatura del liquido si usano gli elementi riscaldanti. Nella progettazione di tali elementi è molto importante prevenire la formazione delle correnti ascendenti del liquido riscaldato che possono compromettere il processo di filtrazione. Per tale ragione e per ottenere la temperatura e la densità del liquido quanto più possibile omogenee, gli elementi riscaldanti vengono installati in senso verticale per tutta l'altezza del decantatore.
Filtri
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