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Descrizione generale dei filtri a tamburo con superficie filtrante esterna.

I filtri a tamburo con superficie filtrante esterna appartengono ai filtri ad azione continua. Questi filtri hanno una struttura abbastanza semplice, sono affidabili nell’uso e sono tra i filtri più diffusi nella sfera produttiva.

Il componente base dell’attrezzatura è un tamburo rotante orizzontale. Sulla sua superficie laterale ci sono delle nervature longitudinali. Sopra è coperto da una parete filtrante. Tra la superficie del tamburo e la parete filtrante, a causa delle sporgenze, si formano dunque delle celle isolate. In ogni cella si installano dei tubi di scarico che passano attraverso la testata di distribuzione. L’ultima cella è fissa e collega i tubi con la linea del vuoto e la linea dell’aria compressa.

Il tamburo viene installato sopra il trogolo dove viene alimentata la sospensione. Affinché le particelle solide non si depositino, il trogolo è dotato di una mescolatrice meccanica. Durante il funzionamento, il tamburo viene parzialmente immerso nella sospensione. Durante la sua rotazione, nel corso di un giro, ogni cella passa consecutivamente tutte le operazioni.

Quando la cella si trova nella sospensione, viene effettuato il processo di filtraggio. Nella cella si crea il vuoto e il filtrato passa attraverso la parete filtrante; in seguito, tramite il raccordo della testa di distribuzione si scarica nel serbatoio appositamente preparato. Nella zona di questa cella, sulla superficie della parete filtrante, si forma uno strato di sedimento. Dopo l’uscita dalla sospensione, nella cella si crea di nuovo il vuoto grazie al quale si eliminano i residui del filtrato dal sedimento. Dopodiché il sedimento viene lavato e asciugato di nuovo. Durante queste operazioni la cella è anche collegata alla linea del vuoto. L’aria e le particelle di umidità si scaricano tramite un raccordo speciale. L’operazione successiva consiste nella scarificazione del sedimento, effettuata con l’aria compressa alimentata nella cella tramite un bocchettone speciale. Dopo la scarificazione il sedimento si rimuove facilmente dalla parete filtrante con una lama o altro attrezzo.

Alcuni modelli di filtri permettono di effettuare la rigenerazione della tela. In questo caso le celle vengono soffiate con l’aria compressa o con il vapore, alimentato tramite il bocchettone. Grazie a ciò si rimuovono le particelle solide depositate sulla tela filtrante.

Struttura del filtro a tamburo a vuoto.

Il tamburo è eseguito a forma di cilindro metallico orizzontale con le pareti laterali piatte, sulla cui parte interna ci sono delle alette. Sulle pareti con i bulloni sono fissati i perni e si posano sui cuscinetti, fissati al telaio. Al perno di sinistra si attacca la testa di distribuzione. Attraverso il perno passano i tubi che collegano la testa di distribuzione e le celle del tamburo. Sul perno di destra c’è una ruota dentata che effettua la trasmissione della rotazione dal comando elettromeccanico al tamburo. La mescolatrice è fissata ad entrambi i perni con degli snodi, le viene trasmesso il moto di oscillazione con un meccanismo a biella e manovella e con il comando di avviamento della mescolatrice. Il carico da tutti i gruppi dell’unità e anche dal peso della sospensione viene ricevuto dal telaio del filtro.

Sul telaio del filtro è fissato il serbatoio (il trogolo) per la sospensione, la travatura per i condotti e la lama per rimuovere il sedimento. Alla superficie laterale del tamburo sono saldate le alette longitudinali che lo dividono in celle. Le celle, sopra, sono coperte con un materiale drenante, una lamiera perforata oppure un tappetino di polipropilene. Il tappetino è fatto a forma di griglia. Sui suoi perni longitudinali superiori troviamo la tela, con i perni trasversali inferiori la griglia si appoggia alle alette del tamburo.

Verso l’alto, il tamburo è coperto dalla tela filtrante. Si fissa negli incavi delle nervature con una corda di gomma. Sopra la tela il tamburo viene rivestito con un filo di uno spessore di 2-3 mm. Per arrotolare il filo viene usato un meccanismo stazionario che si compone di una vite di comando fissa montata su degli appoggi, un carello a rulli di guida e azionamento. Il filo da un lato si attacca al tamburo e durante la sua rotazione fa ruotare mediante forza di attrito il rullo, avente un ingranaggio con un dado. Sotto l’azione del dado il carello effettua un movimento di traslazione.

Testa di distribuzione

La testa di distribuzione si compone di un corpo collocato su un perno fissato al tirafondo del tamburo. Per ridurre le perdite in attrito sull’albero c’è un cuscinetto. La testa del tirafondo e il corpo sono connessi tramite due rondelle. Alla testa del tirafondo è fissata una rondella a celle con dei fori, il cui numero è pari al numero delle celle del tamburo. Al corpo della testa è attaccata una rondella di distribuzione avente delle aperture anulari di diverse dimensioni che corrispondono alla camere della testa. Nelle due cavità grandi ci sono dei bocchettoni connessi con la linea del vuoto. Nelle due cavità piccole sono collocati i bocchettoni connessi con la linea di alimentazione dell’aria compressa. Le molle, montate su delle viti prigioniere, premono il corpo della testa di distribuzione al tirafondo. Le viti prigioniere sono avvitate nel corpo del perno. La testa di distribuzione è dotata di un vuotometro.

Le due rondelle della testata di distribuzione sono fatte sotto forma di coppie antifrizione (acciaio - ghisa, acciaio - plastica con grafite, acciaio - bronzo ecc.). Prima di essere installate nel filtro le rondelle vengono smerigliate. Le molle creano una pressione di 0,1-0,2 MPa tra le superfici strofinate.

Mescolatrice

La mescolatrice è costruita come un’unità smontabile. La base della mescolatrice è un telaio a rete che ha la forma del trogolo ed è attaccato alle mascelle smontabili grazie a dei tiranti. La mascella si appoggia sul tirafondo del tamburo tramite alcuni rulli. Per la distribuzione uniforme della forza tra i rulli, uno dei rulli è collocato sull’asse eccentrico. Le bielle di avviamento della mescolatrice si attaccano alle mascelle per mezzo di giunti snodati. La mescolatrice si sposta in media con una velocità di 0,3 m/s.

Utilizzo dei filtri a tamburo a vuoto

I filtri a tamburo a vuoto di solito si usano per la separazione delle sospensioni in cui le particelle solide hanno dimensioni pressoché uguali, la loro concentrazione è di oltre il 5%, e la velocità del sedimento arriva fino a 0,012 m/s. La differenza della pressione in questi filtri è di 0,02-0,09 MPа a seconda delle qualità della sospensione. Il prosciugamento e il lavaggio del sedimento si distinguono per l’alta qualità. I parametri per i quali si scelgono i filtri a vuoto sono: la superficie filtrante, il diametro del tamburo, la frequenza di rotazione ecc.

Utilizzo dei filtri a tamburo a vuoto:

• L’alta velocità di sedimentazione delle particelle. I filtri a tamburo a vuoto con superficie filtrante esterna si usano per la separazione delle sospensioni, se la velocità di sedimentazione delle particelle solide non è oltre i 18 mm/s. Per prevenire il sedimento della fase solida la vasca è dotata di una mescolatrice. Però la sua velocità deve essere abbastanza bassa, altrimenti il sedimento può venire lavato via dalla parete filtrante.
• Piccolo spessore del sedimento. I filtri del tipo considerato sono destinati a lavorare con materiali, la cui fase solida permette di ottenere un sedimento con uno spessore di almeno 5 mm, durante il passaggio della cella nella zona in cui essa è immersa nella sospensione non oltre i 4 min. In questi filtri la sospensione viene filtrata con una velocità non molto alta. Il tamburo fa un giro completo in 0,5-10 min. Se lo strato di sedimento non ottiene uno spessore oltre i 5 mm possono insorgere delle difficoltà nella sua separazione dalla tela filtrante, perché l’aria durante il soffiamento passerà attraverso uno strato di sedimento troppo fine o attraverso delle fessure formatesi nel sedimento. Inoltre, uno strato di sedimento fine può “immastricare” la tela, diventando quasi non raschiabile con la lama. Avviene l’otturazione veloce dei pori, cosa che abbassa sensibilmente la produttività del filtro e ne fa il suo utilizzo inopportuno. Per questo motivo i filtri a tamburo a vuoto non sono adatti per la separazione di sospensioni con una bassa concentrazione di particelle ad alta dispersione.

Caratteristiche delle strutture dei filtri a tamburo a vuoto

La struttura del filtro a tamburo a vuoto considerata, non è l’unica. Filtri possono avere delle differenze per molte caratteristiche. Per esempio, se il filtro ha una superficie filtrante superiore e si crea così un grande volume del filtro, esso viene dotato di due teste di distribuzione. La struttura del filtro può essere aperta, può avere il tetto a cuspide oppure collocarsi in un contenitore ermetico. La rimozione del sedimento può avvenire non solo con una lama, ma anche con un rullo. Inoltre, si usano filtri a tela discendente, nei quali il sedimento si rimuove senza meccanismi speciali.

Rimozione del sedimento con il rullo

I filtri in cui il sedimento si rimuove con il rullo vengono generalmente usati per la separazione di sospensioni poco filtrabili. Nel momento in cui il tamburo passa nella zona di rimozione del sedimento, il rullo in gomma collocato lungo la linea generatrice del tamburo si serra su di esso. Il sedimento si attacca al rullo e viene raschiato dal rullo con una lama. Se il sedimento è composto da materiale fibroso, si usa un rullo dentato forato. La separazione del sedimento dal rullo può anche venire effettuata attraverso il soffiaggio.

Filtri a tamburo a vuoto con tela discendente

Questi filtri sono efficaci per lavorare con sospensioni poco filtrabili, la cui fase solida intasa subito di fango la tela filtrante. In queste attrezzature la tela filtrante è un nastro senza fine che copre il tamburo nelle zone di filtraggio e lavaggio. Nella zona di rimozione del sedimento il nastro contorna i rulli e grazie a ciò avviene lo scarico del sedimento. Nella prossima zona il nastro viene lavato e ritorna di nuovo nella zona di filtraggio.

Sistemi specializzati

I filtri a tamburo a vuoto specializzati si usano per la separazione di sospensioni rispetto a cui i filtri generici hanno dei limiti. Uno dei limiti consiste nell’alta velocità di sedimentazione della fase solida. Per lavorare con le sostanze in cui le particelle si depositano con una velocità di oltre 18 mm/s si usano filtri con l’alimentazione della sospensione superiore o con la superficie filtrante interna.

Filtri a tamburo a vuoto con alimentazione della sospensione superiore

In questi filtri la zona di filtraggio è collocata nella parte superiore del tamburo e occupa una piccola area. I filtri sono dotati di un meccanismo che fornisce la sospensione da sopra.

Filtri a tamburo a vuoto con superficie filtrante interna

Il principale componente operativo di queste attrezzature è il tamburo orizzontale, chiuso da un lato da una parete continua, dall’altro da un bordo anulare. All’interno, la superficie del tamburo è divisa in sezioni, sulle quali è fissata la tela filtrante. Durante la rotazione del tamburo ogni cella passa consecutivamente tutte le zone tecnologiche. Nella zona di filtraggio la sospensione viene alimentata nel tamburo e riempie tutto lo spazio inferiore fino al livello del bordo anulare. Nella zona di prosciugamento, per effetto dell’aria compressa, i residui del filtrato si rimuovono dal sedimento. Il lavaggio del sedimento nei filtri a vuoto di questo tipo non viene effettuato. Nella parte superiore del tamburo il sedimento si soffia con l’aria e viene portato sul trasportatore. In seguito, l’aria o il vapore passano attraverso la tela filtrante per la sua rigenerazione.

Disegno schematico del filtro a tamburo a vuoto con superficie filtrante interna

Filtro a tamburo a vuoto a celle

Il filtro a tamburo a vuoto a celle è uno dei filtri ad azione continua più diffusi nell’industria chimica. Il componente principale del filro è il tamburo orizzontale, immerso nel contenitore (circa per lo 0,3-0,4 della sua superficie). Le pareti del tamburo sono perforate, coperte da una griglia metallica e dal materiale filtrante. La superficie interna del tamburo è divisa in diverse sezioni da dei divisori radiali. Il tamburo è installato sull’albero e ruota con una velocità di 0,1-3,0 rpm. Un’estremità dell’albero è collegata al comando, l’altra si attacca alla testa di distribuzione, che è fissa e comunica con tutte le celle del tamburo. La testa è eseguita a forma di tirafondo forato con dei canali. Il suo corpo è diviso in camere diverse per volume l’una rispetto all’altra. Ognuna di loro è destinata ad un determinato ambiente di lavoro: filtrato (la camera più grande), liquido di lavaggio (la camera media) e l’aria compressa (due piccole camere).

Durante la rotazione del tamburo le prime due camere sono collegate con la linea del vuoto, mentre le altre due con la linea dell’alimentazione dell’aria compressa. Nel contenitore, dove è immerso il tamburo, viene alimentata la sospensione. Per prevenire la sedimentazione della fase solida, il contenitore è dotato di una mescolatrice rotante.

Nel momento in cui le diverse celle del tamburo sono immerse nella sospensione e comunicano con il vuoto, il filtrato si stende lungo i canali e le particelle solide si depositano sulla superficie del materiale filtrante. Quando le celle escono dalla sospensione, continuano a comunicare con il vuoto e questo causa l’aspirazione del flusso d’aria e dei residui di liquido dal sedimento. In seguito, il sedimento viene lavato e il liquido viene scaricato tramite i canali nella testa di distribuzione. Dopodiché il sedimento viene asciugato di nuovo con l’aspirazione dell’aria. In seguito, le celle si collegano alla linea dell’aria compressa, che separa il sedimento dalla tela filtrante e lo scarifica. Per un breve periodo le celle si distaccano dalla linea di rimozione del sedimento e si collegano di nuovo per il soffiaggio del materiale filtrante. Dopodiché la cella si immerge nella sospensione e il ciclo di lavoro si ripete.

Calcolo dei filtri a tamburo

Il sistema del filtraggio primario si compone di atrezzature e meccanismi per la depurazione meccanica delle acque di scarico dagli inquinanti più grossi e pesanti. Le dissabbiatrici, le griglie, gli impianti di flottazione e gli altri meccanismi per la depurazione meccanica permettono di separare gli scoli dell'acqua dalle impurità che ostacolano il funzionamento normale dell’impianto di depurazione nelle fasi successive.

Dopo la depurazione meccanica degli scoli segue la fase del flitraggio primario (la chiarificazione), dove si usano filtri fissi di tipo verticale, orizzontale e radiale. Questi filtri effettuano la separazione della massa principale dell’acqua chiarificata che in seguito viene portata alla seconda fase, la depurazione biologica. Il contenuto restante dei filtri fissi costituisce la sospensione che richiede una lavorazione successiva.

Per asciugare le sospensioni, estrarne i componenti occorrenti e smaltire il sedimento si usano centrifughe, cicloni e filtri, i più efficaci dei quali sono i filtri ad azione continua: a dischi, a nastro e a tamburo a vuoto. Per le produzioni chimiche, è più opportuno utilizzare dei filtri a tamburo a vuoto. Nelle attrezzature di questo tipo la separazione della sospensione in frazione leggera (filtrato) e quella pesante (sedimento) si effettua tramite una superficie filtrante esterna, il che garantisce la semplicità di manutenzione del meccanismo.

La durata dell’intero ciclo di lavoro del filtro a tamburo a vuoto può essere espressa tramite la frequenza di rotazione del tamburo:

τc = 1/n

dove τc è il periodo dell’intero ciclo di lavoro del filtro, s;

n è la frequenza di rotazione del tamburo, s-1.

L’area filtrante occorrente si calcola secondo la formula:

F = (Q•τc) / (υf.v.s.•Kcor.)

dove F è l’area filtrante occorrente, m2;

Q è la produttività definita per il filtrato, m3/sec;

τc è il periodo dell’intero ciclo di lavoro del filtro, s;

Кcor. è il coefficiente di correzione che considera l’occorrenza di un aumento della superfice filtrante derivante dall’aumento della resistenza della parete filtrante dovuta al suo uso ripetuto (Кcor.=0,8);

υ f.v.s. è il volume specifico del filtrato che si calcola con formula:

υf.v.s. = hsed./x0

dove hsed. è l’altezza dello strato del sedimento sul filtro, m;

x0 è il rapporto tra il volume del sedimento sul filtro e il volume del filtrato formatosi.

Filtri a tamburo a griglia

Le griglie a tamburo con lampade battericide si usano negli impianti di aerazione, al posto dei sedimentatori primari, per effettuare la depurazione meccanica delle acque di scarico domestiche. Questo tipo di filtri si usa per la ritenzione delle impurità grosse nel caso in cui la concentrazione delle sostanze sospese nell’acqua di scarico non superi i 250 mg/l.

L’utilizzo delle griglie a tamburo con lampade battericide per la depurazione delle acque di scarico domestiche con tale impurità, permette di ridurre la concentrazione delle impurità grosse del 20-25%. Tuttavia, in questo caso l’acqua di scarico non deve contenere sostanze viscose, come ad esempio, bitume, oli oppure catrame, che ostacolano il lavaggio della griglia.

La parte principale di questo filtro è il tamburo che ha una struttura saldata. Sulla sua superficie sono collocati gli elementi filtranti. La rotazione del tamburo avviene grazie alla trasmissione che contiene un elettromotore e un riduttore. Il condotto, che è l’asse di rotazione del tamburo, serve anche da collettore per lo scarico del liquido di lavaggio, raccolto con gli imbuti collocati dentro in tamburo. L’acqua di scarico viene portata nel filtro attraverso la parete del tamburo. L’acqua depurata si scarica radialmente filtrandosi in precedenza attraverso la griglia e dopo la lavorazione si trasporta nel canale di scarico tramite la camera dell’impianto.

Le impurità si estraggono non solo durante lo scolamento meccanico attraverso la tela reticolare, ma anche a causa della loro ritenzione nel sedimento che si forma sulla griglia. La griglia si lava con getti d’acqua alimentati da spruzzatori lamellari collocati sotto la griglia.

Caratteristiche tecniche principali delle griglie a tamburo con lampade battericide

Gli elementi reticolari possono essere formati da due griglie: una di lavoro e una di supporto. La griglia di lavoro viene prodotta in acciaio inox, nylon e ottone. Per quanto riguarda le griglie di supporto, vengono prodotte in ottone o acciaio inox e la dimensione delle celle va dai 2•2 agli 8•8 mm.

Il tamburo, collocato nella camera, si immerge nell’acqua per 0,85 del diametro. Durante il lavoro delle griglie del tamburo con le lampade battericide è previsto il lavaggio periodico. Con questo la perdita di pressione sulla microgriglia non può essere oltre gli 0,1 m. La perdita di pressione si calcola anche per le comunicazioni di scarico e di carico, per l’acqua di rigurgito nella condotta, e non deve essere oltre gli 0,5-0,6 m. Il fabbisogno d’acqua necessario per il lavaggio delle griglie del tamburo ammonta a circa 1-1,5 della produttività del filtro.

Dopo il lavaggio della griglia, l’acqua inquinata viene portata nel sedimentatore dove rimane fino a un’ora. Il sedimento formatosi viene mandato alla lavorazione successiva insieme a tutti i sedimenti formatisi durante il lavoro degli impianti di depurazione.

Per prevenire l’incrostazione delle griglie si utilizza l’irradiamento della superficie del tamburo con lampade battericide speciali. Il numero delle griglie di riserva si calcola a seconda del numero delle attrezzature in funzione. Per 1-5 dispositivi serve una griglia, per 6-10 ne servono due, nel caso di 11 e oltre occorrono tre griglie di riserva.

Questo tipo di filtri si installa nelle camere che hanno una parete di scarico e effettuano l’immersione calcolata del tamburo nell’acqua di scarico. La distanza fra il tamburo e le pareti della camera deve essere almeno di 0,5-0,7 m, fra i cuscinetti di estremità e le pareti della camera 0,8-1 m, mentre la distanza fra il fondo della camera e il tamburo deve essere di 0,4-0,5 m. Nel caso in cui ci siano più di cinque impianti, generalmente vengono collocati nelle camere per coppie.

Filtro a tamburo a griglia

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