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Le filtropresse sono un gruppo di apparecchiature per la separazione (filtraggio) della fase solida delle sospensioni. Un tratto caratteristico del funzionamento di questi aggregati è la loro azione periodica (il ciclo di lavoro è suddiviso in fasi separate), ma anche l’alimentazione esterna forzata del filtrato sotto una pressione relativamente grande (fino a 2-6 MPa). La denominazione generale di filtri di questo tipo deriva dalla costruzione di un meccanismo di tenuta/guarnizione delle camere di lavoro, simile a quello delle presse meccaniche o delle presse idrauliche.
Le filtropresse sono ampiamente utilizzate per il filtraggio di sospensioni con una percentuale di fase solida relativamente piccola. A seconda del tipo di costruzione si distinguono in filtropresse a piastre e telaio telaio e a camera, ma anche filtropresse a camera automatiche con un principio di funzionamento simile. Sotto l'azione di una pompa esterna la sospensione da filtrare entra nelle cavità interne dei telai/delle camere del filtro. Con ciò la fase liquida passa attraverso le pareti divisorie filtranti e per i canali di drenaggio viene versata in una vasca o in un collettore chiuso (nel primo caso si parla di «scarico aperto del filtrato», nel secondo di «scarico chiuso del filtrato»). Lo scarico dei sedimenti formatisi può essere effettuato manualmente (a scuotimento, tramite scarico d’acqua o vengono tolti con una pala) o automaticamente. In quest'ultimo caso il filtro non richiede un controllo manuale e funziona in modo rigoroso in base al ciclo prestabilito dal programma.
L’area della superficie di filtraggio può variare dai 2 agli 800 m2. La pressione di entrata della sospensione arriva fino ai 2 MPa. Il telaio e le piastre sono realizzati in ghisa, in acciaio o in acciaio con rivestimento anti-corrosione. Nella progettazione dei filtri vengono utilizzate anche leghe di alluminio, titanio, si utilizzano prodotti in gomma e materie plastiche.
Le filtropresse sono caratterizzate da una grande superficie di filtraggio per unità di superficie, da un indice significativo della pressione differenziale (cioè una grande forza trainante), dalla mancanza di parti mobili e anche dalla possibilità di controllare il funzionamento delle singole piastre.
Il processo di lavoro della filtropressa è composto da quattro cicli ripetuti periodicamente:
La filtropressa è un filtro ad azione periodica molto diffuso. Si presenta come un sistema di piastre e telai, tra i quali si trova il materiale filtrante, «tovagliolo». I telai e le piastre vengono installati in posizione verticale in una unica fila e i piedini laterali sono fissati sulle rotaie del montante. Le piastre hanno una superficie liscia sul bordo e ondulata nella parte centrale. Le scanalature nella parte inferiore della piastra hanno uno sbocco su un canale per lo scarico del filtrato. Nella parte superiore delle piastre ci sono dei fori: quello centrale è per l'alimentazione della sospensione e i due sui bordi sono per l'alimentazione del liquido di lavaggio. Gli stessi fori ci sono anche sui telai.
Il blocco di telai e piastre viene stretto tra due piastre di supporto, di cui una è fissa e l'altra si muove su dei rulli. Durante il montaggio del blocco i fori delle piastre combaciano con i fori dei telai e formano dei canali di passaggio, dove vengono alimentati i liquidi e l'aria. I telai tra le piastre formano una camera per i sedimenti. Il bordo dei «tovaglioli» svolge il ruolo di guarnizioni di tenuta.
La sospensione viene fornita nella camera di filtraggio sotto pressione tramite i canali di passaggio; durante questo processo il filtrato passa attraverso il panno di filtraggio, scende per le scanalature nei canali e si raccoglie in un contenitore. I residui rimangono all'interno della camera. Una volta che le camere si saranno riempite di contenuti solidi, l’alimentazione della sospensione verrà fermata e verrà fornito il liquido per il lavaggio. Con questo ogni secondo canale di scarico viene chiuso e il liquido di lavaggio passa attraverso entrambe i panni filtranti e i sedimenti che si trovano tra di loro. Nella fase successiva le camere vengono soffiate con aria o con vapore caldo. A conclusione le piastre e i telai vengono spostati e viene rimosso lo strato di sedimenti. Dopo di che il ciclo di filtraggio si ripete.
Se necessario, le piastre e i telai in acciaio, in ghisa o in ceramica vengono dotati di canali speciali per cui vengono forniti agenti termici o refrigeranti. La superficie di lavoro delle filtropresse può raggiungere i 140 m2, la pressione i 1,5 MPa.
Nella produzione industriale sono ampiamente utilizzate le filtropresse automatizzate. Il blocco di tale filtropressa è costituito da piastre filtranti, ciascuna coperta da una lamiera forata. Tra la lamiera e la superficie della piastra rimano dello spazio libero per il filtrato. Tra le piastre e i telai sono installati dei diaframmi impermeabilizzanti. Le piastre e i telai sono stretti tra due piastre di supporto e formano una camera, in cui avviene il processo di separazione della sospensione. In qualità di parete filtrante viene utilizzata un lungo panno, che passa tra le piastre e si stende con l'aiuto di un dispositivo idraulico.
Nel montaggio di un blocco che ha dei fori sulle piastre si sovrappongono e si formano canali diretti. Lungo questi canali viene fornita la sospensione, in seguito il liquido per il lavaggio e l'aria di spurgo. Sono inoltre previsti i canali per lo scarico del filtrato, del liquido e dell’aria. Dopo la separazione della sospensione, il lavaggio e l’asciugatura della fase solida, in uno spazio tra il diaframma e la piastra viene fornita dell’acqua sotto pressione per la pressatura dei residui. Poi le piastre si aprono e dal panno filtrante vengono tolti sedimenti. Gli strati di sedimenti vengono scaricati sul nastro trasportatore, che scorre su entrambi i lati del blocco.
I principali vantaggi di questo tipo di filtropressa sono: automatizzazione del processo, le dimensioni compatte, la compressione dei sedimenti e un tempo minimo necessario all’apertura delle piastre, allo scarico dei sedimenti e per il montaggio del blocco (durata dell'operazione non più di pochi minuti).
Per il filtraggio esistono molti filtri, diversi per le loro progettazioni, per dimensioni e per caratteristiche di funzionamento. Uno dei dispositivi più comuni nell'industria chimica è la filtropressa a piastre e a telaio.
La filtropressa a piastre e a telaio è costituita da un blocco rettangolare di piastre e telai, disposti alternativamente su una fila e appesi al supporto. Le piastre hanno una superficie ondulata e sono ricoperte con un panno filtrante. La sospensione sotto pressione passa tramite i canali nella cavità del telaio e viene separata da una parete filtrante. Sulla superficie del tessuto rimangono le particelle solide, mentre il liquido passa attraverso la parete filtrante e viene fatto uscire lungo le canalette della piastra in un contenitore per la raccolta del filtrato. Dopo il completamento del processo di filtraggio, i sedimenti formatisi sul tessuto vengono rimossi. Per questo i telai e le piastre si separano, mentre lo strato di particelle solide viene espulso grazie alla pesantezza del proprio peso o viene ripulito con un coltello. Dopodiché le piastre si chiudono e il ciclo di filtraggio si ripete.
Le filtropresse a camera vengono utilizzate per il filtraggio e il lavaggio dei sedimenti delle sospensioni in diverse tipologie di industrie chimiche. Questo tipo di filtri può essere applicato nei seguenti settori:
Strutturalmente, la filtropressa a camera è costituita da un insieme di pannelli, disposti verticalmente. Si distinguono diverse tipologie di piastre:
Tutti le piastre vengono installate su treni longitudinali. Sui morsetti ci sono le guide per cui si muovono le piastre. Con la chiusura della pressa la piastra filtrante con le piastre annesse forma una camera di filtraggio e lavaggio. Lo spessore della camera è di 30 mm. La sospensione viene fornita tramite il collettore, che si forma durante il serraggio delle piastre. Il filtrato viene scaricato attraverso il bocchettone che è collegato con i collettori di scarico, situati nelle parti inferiori delle piastre. Per il lavaggio dei sedimenti la filtropressa è dotata di fori, destinati all'alimentazione del liquido di lavaggio del flusso controcorrente. Il filtrato lavato viene fatto uscire a destra dell'asse del filtro. Il liquido di lavaggio viene fornito sotto il tessuto filtrante, dopo di che passa per uno spessore di sedimenti doppio e in seguito attraverso il tessuto della piastra seguente viene fatto uscire nel collettore tramite un canale.
Il meccanismo di rigenerazione del tessuto è costituito da un carrello con uno spruzzatore che si muove per le guide. La rigenerazione avviene con il movimento in avanti dello spruzzatore lungo la piastra. Una rigenerazione di alta qualità viene effettuata con acqua pulita. La raccolta dell’acqua viene effettuata in una vasca. Per lo scarico dei residui, la vasca si apre per mezzo di due cilindri idraulici.
Per l’ermetizzazione dei giunti in un pacchetto di piastre e telai o solo di piastre, è necessario creare con l’aiuto di un morsetto un determinato sforzo di R, che può essere trovato con la seguente formula:
P ≥ Qd + Rpr
dove Qd è uno sforzo particolare, che avviene durante il processo di filtraggio o di lavaggio dei sedimenti, che si verifica a causa dell'azione della pressione interna p nella cavità delle camere di lavoro. Rpr è la reazione della guarnizione.
Qd = p•Flav
Rpr = m•p•Fy
dove Flav è la superficie di lavoro della piastra; Fy è la superficie dove avviene la guarnizione; m è il coefficiente addizionale (per le filtropresse m è sempre uguale a 3). Lo sforzo p nei calcoli si presenta come un particolare carico di lavoro, ad esempio, per il telaio della filtropressa.
Il calcolo dello sforzo p del meccanismo di bloccaggio con azionamento elettromeccanico si compone di diverse fasi: viene calcolata la solidità e la resistenza della vite di carico, poi vengono definiti la vitalità del cuscinetto di supporto e il momento di rotazione del dado. Dopo di che viene definita la potenza del motore e vengono scelti gli elementi della catena cinematica.
Questo stesso indice, ma già con l’utilizzo di un azionamento idraulico per il meccanismo di bloccaggio (morsetto), viene calcolato nel modo seguente: vengono calcolate le dimensioni del cilindro idraulico, in seguito, in caso di dimensioni non standard, si calcola la resistenza del cilindro idraulico.
Nel caso di utilizzo di un meccanismo di bloccaggio (di un morsetto) ad azionamento manuale, in primo luogo viene calcolata la vite di comando e in seguito viene determinata la forza necessaria per il braccio della ruota e della leva del meccanismo a cricco. Il dispositivo di bloccaggio a cuneo per i filtri viene di solito calcolato a frenaggio automatico.
Le filtropresse sono ampiamente utilizzate nell'industria chimica. Il processo di lavoro in tali filtri viene accelerato grazie alla spinta del liquido con una pressione di circa 3-4 atm.
Tale filtro è costituito da diverse camere, separate da pareti divisorie rigide tra le quali si trova il panno filtrante. Le pareti divisorie hanno dei canali che sono necessari per la distribuzione della sospensione da filtrare, per il deflusso e l’afflusso del liquido di lavaggio, per lo scarico del filtrato e degli altri liquidi.
La sospensione viene portata per il filtraggio in una camera con una determinata pressione. Il liquido che scorre attraverso il panno, viene in seguito fatto fuoriuscire per i canali nel trogolo. I residui, a loro volta, si attaccano alla superficie filtrante della parete divisoria e costituiscono una pastiglia compressa pastosa.
In tal caso, se è necessario effettuare il filtraggio con il raffreddamento o il riscaldamento, allora la filtropressa viene dotata di canali speciali per i quali viene fornita la soluzione refrigerante o il vapore.
Le filtropresse possono essere a camera o a piastre e telai.
La filtropressa a piastre e a telai è costituita da telai rettangolari e piastre, i quali si alternano tra di loro. Tra i telai e le piastre viene disteso il tessuto filtrante. Due piastre adiacenti con un telaio, che è compreso tra di loro, formano una camera filtrante che funziona separatamente. Sulle piastre di tale filtro c’è un dispositivo di drenaggio (canaletta), che è necessario per il drenaggio del filtrato in canali di raccolta. Tale dispositivo è contemporaneamente al servizio di due camere contigue. I telai e le piastre hanno uno spessore sufficiente per resistere ad una pressione di diverse atmosfere. Per l'alimentazione del liquido da filtrare nella camera vengono utilizzati i fori presenti nella parte superiore dei telai e delle piastre e che combaciano per il loro asse. Lo scolo del filtrato avviene attraverso dei rubinetti, che si trovano nella parte inferiore delle piastre
Il filtraggio nella filtropressa a piastre e a telai procede nel seguente modo. Il liquido viene iniettato nel canale centrale e dopodiché, attraverso i fori nella parte superiore delle pareti dei telai, viene inviato nello spazio interno delle camere. Il liquido che passa attraverso i panni filtranti, scorre attraverso le scanalature e arriva alle piastre e poi nel canale di raccolta inferiore. Dopo il processo di filtraggio, il liquido viene rimosso attraverso il rubinetto e mandato verso l'esterno. All'interno della camera, sulla parete di filtraggio, rimangono i residui. Quando le camere sono piene di sedimenti, e questo si può notare dal fatto che il filtrato smette di fluire dai rubinetti, è necessario iniziare il lavaggio dei sedimenti con la loro conseguente eliminazione.
Per lavare i residui, la filtropressa è dotata di canali, che passano nella parte superiore dei telai e delle piastre e che sono connessi con lo spazio delle camere. L'acqua per il lavaggio dei sedimenti entra dalla parte opposta della parete filtrante e passa nella camera attraverso lo strato di sedimenti, e si prepara, in questo modo, ad entrare nel canale delle piastre adiacenti. Per effettuare il lavaggio è necessario che i rubinetti siano stati aperti non in tutte le piastre, ma solo uno per ogni coppia di piastre. Di conseguenza, nel processo di filtraggio è necessario aprire tutti i rubinetti. E durante il lavaggio vengono a aperti i rubinetti di tutte le piastre pari, contando dal luogo da cui proviene la sospensione, mentre i rubinetti di tutte le piastre dispari devono essere chiusi. Dopo che il processo di lavaggio è finito, è necessario essiccare i sedimenti. Per questo, attraverso la filtropressa viene soffiata dell’aria compressa. Dopo di che è possibile eseguire lo scarico dei residui.
Lo spessore dei telai deve essere dai 20 ai 50 mm. La quantità di telai utilizzati nelle filtropresse dipende dal rendimento necessario e dalla quantità di sedimenti e varia da 10 a 60. Le piastre e i telai vengono installati su guide orizzontali, che sono fissate sul montante. Le piastre e i telai si serrano l’uno con l’altro con l’aiuto di una chiusa manuale idraulica o a vite. La chiusa a vite viene utilizzata in caso di una quantità limitata di telai. Quando si ha una gran numero di telai la chiusa manuale a vite non sarà in grado di fornire la giusta densità. La chiusa idraulica viene creata utilizzando l’alta pressione. È dotata di accumulatori di pressione oppure di una pompa manuale.
Nella figura seguente è rappresentato un esempio di filtropressa a piastre e a telai:
Filtri
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Nel caso dello svolgimento di gare di appalto l’azienda raccoglie elabora tutti i documenti necessari per la partecipazione, stipula i contratti per la fornitura dei vostri macchinari provvede alla registrazione del contratto di fornitura e allo sdoganamento delle filtropresse, registra presso le banche russe la documentazione prevista dal controllo valutario e necessario per poter effettuare i pagamenti in valuta estera.
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