PER LA SEPARAZIONE SOLIDO-LIQUIDO
DISIDRATAZIONE FANGHI TRAMITE FILTROPRESSA
La filtropressa a piastre è una macchina industriale il cui scopo è quello di attuare la separazione solido-liquido del fluido (denominato spesso fango) che viene pompato all’interno della stessa.
A seconda del campo di utilizzo, grazie a questa tecnologia, si riesce a riutilizzare il liquido oppure il solido (questo dipende dalla tipologia di applicazione) che all’inizio del ciclo erano miscelati assieme.
La filtropressa attua quindi una separazione solido-liquido sui solidi sospesi (e non sui solidi disciolti).
LA FILTROPRESSA E’ QUINDI UNA MACCHINA CHE HA:
–N°1 INGRESSO (FANGO DA DISIDRATARE)
–N°2 USCITE (LIQUIDO FILTRATO + PANELLO RESIDUO)
In questo schema, potrai vedere e capire come funziona – spiegato semplicemente – un impianto di filtrazione con filtropressa.
La pompa di alimentazione aspira il fango (da un serbatoio esterno che qui non viene rappresentato) e lo invia al filtropressa.
All’interno della filtropressa avviene la separazione solido-liquido: all’interno delle camere filtranti si forma il panetto residuo; contemporaneamente il liquido filtrato inizia a fluire dalle tubazioni del filtropressa stesso.
Quando il filtro è pieno, ovvero si esaurisce la capacità filtrante (quindi sostanzialmente non esce più filtrato), la pompa viene fermata e vengono aperte le camere filtranti per scaricare il panello residuo.
FASI DELLA FILTROPRESSA: FUNZIONAMENTO
TIPOLOGIE DI FILTROPRESSE
Anche se il principio della filtrazione ad alta pressione rimane sempre il medesimo, esiste una gran varietà di tipologie di filtropresse, che si distinguono per materiali, grado di automatismo, tipologia di piastre installate, sistemi di apertura piastre e opzionali.
Questo dipende essenzialmente dalla tipologia di fluido da filtrare e dal settore applicativo di appartenenza (biologico-civile, industria metallurgica, industria conciaria, industria chimica e di processo, industria mineraria, ceramica, ecc…)
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La filtropressa è una macchina molto flessibile che può essere utilizzata in diversi campi di applicazione, come:
Il processo di filtrazione avviene per mezzo di una pressione esercitata sulle piastre, che aumenta la densità delle particelle solide all’interno delle tele filtranti, consentendo al liquido filtrato di fuoriuscire attraverso i canali di scarico.
Di tutti i sistemi di disidratazione presenti in commercio è la soluzione che consente la maggiore separazione solido-liquido, ovvero consente di raggiungere la più alta percentuale di solido secco nel panello residuo (quindi una minore umidità residua).
La filtropressa è composta da un telaio, una serie di piastre e di tele filtranti, un sistema di alimentazione della torbida ed un sistema di scarico del filtrato. Il liquido da filtrare (chiamato fango, torbida o sospensione) viene pompato nella macchina attraverso l’impiego di una o più pompe di alimentazione. Le piastre, attraverso le tele trattengono le particelle solide mentre il liquido passa attraverso.
La filtropressa è una macchina che processa una certa quantità di fango (o fluido da disidratare).
Proprio per questa particolarità viene detto che è una macchina discontinua.
Non lavora quindi con continuità e con la stessa capacità filtrante indipendentemente dal tempo, ma la capacità filtrante dipende invece dal tempo e dalle condizioni operative.
E’ semplice da capire, in quanto come prima cosa, dobbiamo tenere a mente che è un filtro, e come la stragrande maggioranza dei filtri, avrà una capacità che si esaurisce.
Vediamo in breve come funziona per capire perché la filtropressa è discontinua.
Quando il fango (o più in generale il liquido da filtrare) viene inviato all’interno del filtropressa, le camere filtranti inizialmente sono vuote.
Durante l’attraversamento del fluido all’interno delle camere del filtropressa, le tele filtranti, che sono montate sopra le piastre, iniziano a trattenere il solido.
Nel frattempo, la parte liquida del fango che si è separata dalla parte solida, esce dalle tubazioni di scarico del filtropressa.
In questa fase iniziale quindi, possiamo notare che avremo una alta portata di fluido filtrato, in quanto le camere filtranti del filtropressa tendenzialmente sono ancora vuote.
A mano a mano che la filtrazione continua, le tele filtranti tratterranno sempre il solido all’interno della camera di filtrazione. Questo vuol dire che la quantità di solido all’interno delle camere crescerà con il passare del tempo.
La capacità filtrante della filtropressa dipende dal tempo e dalle condizioni operative.
Questo spiega perché la pressione all’interno del filtropressa aumenta.
La pressione all’interno delle camere infatti è una misura dello sforzo che la pompa deve compiere per pompare nuovo fango all’interno delle camere filtranti che iniziano ad essere piene di solido.
Mano a mano che la filtrazione continua possiamo infatti notare che la portata di fluido diminuisce nel tempo.
Pensiamo di gonfiare un palloncino soffiando aria all’interno di esso: all’inizio, quando il palloncino è vuoto, facciamo poca fatica mentre mano a mano che il palloncino si gonfia (e la pressione all’interno di esso aumenta), faremo sempre più fatica perché stiamo cercando di immettere altra aria all’interno di un ambiente che è sempre più pieno: il principio della filtropressa è il medesimo.
Quando la pressione raggiunge all’interno il valore massimo, contemporaneamente avremo che la portata di filtrato è quasi nulla, o molto bassa.
Questo vuole dire che il filtropressa è pieno e non ha più capacità filtrante.
Detta semplicemente, non ci sta più altro solido nelle camere, che sono piene.
In questa condizione, è chiaro che la filtrazione non può continuare perché si è annullata tutta la capacità della macchina di separare ulteriore solido dal liquido.
Per continuare a filtrare nuovamente è quindi necessario svuotare le camere del filtropressa: questa è la fase di apertura del filtro stesso.
Viene quindi, come prima cosa fermata la pompa di alimentazione, perché ovviamente prima di aprire le camere devo evitare che la pompa continui ad inviare ulteriore fluido all’interno del filtro.
Come seconda cosa, devo scaricare la pressione all’interno del filtro prima di aprire le camere.
Mano a mano che la filtrazione continua la portata di fluido filtrato diminuisce nel tempo.
A questo punto è possibile aprire le camere filtranti del filtropressa, per rimuovere il solido che è stato trattenuto e che ha riempito il volume delle camere stesse.
Se il ciclo di filtrazione è avvenuto correttamente, se si sono scelte le tele filtranti giuste, se la pressione di filtrazione massima è stata corretta, il panello residuo (questo è il nome del solido trattenuto nelle camere filtranti) dovrebbe cadere da solo per gravità (o al massimo con l’ausilio di uno scuotimento) all’interno del cassone di raccolta.
Finita questa operazione, posso nuovamente chiudere il filtropressa e ricominciare con un nuovo ciclo di filtrazione.
E’ quindi presto intuibile il motivo per il quale questa macchina è discontinua:
-La capacità filtrante varia con il tempo
-C’è un tempo morto in ogni ciclo (apertura e scarico del panello)
In linea di principio NO.
Essendo la filtropressa una macchina discontinua, non ha senso parlare di portata oraria; bisognerebbe parlare di portata al ciclo.
Nel gergo tecnico si continua in ogni caso a parlare di portata oraria, perché questo è un parametro di riferimento che il cliente (colui che utilizza il filtropressa) deve poter smaltire con l’impianto di disidratazione.
Quindi, se un cliente deve smaltire 1000 litri/h di fango, gli servirà appunto una filtropressa in grado di smaltire 1000 litri/h di fango, anche se la filtropressa utilizzerà 1 o più cicli di filtrazione.
Essendo la filtropressa una macchina discontinua, bisognerebbe parlare di portata al ciclo.
Per il dimensionamento del filtropressa infatti, questa portata oraria viene “tradotta”, da parte del costruttore della macchina in numero di cicli.
Bisogna semplicemente convertire la portata oraria in numero di cicli che la filtropressa deve fare.
Tieni a mente questo: l’utilizzatore ragiona per portata oraria (il più delle volte); la filtropressa ragiona per volume.
E’ per questo motivo che fornire il valore della portata oraria non basta; serve anche un tempo massimo perché bisogna tradurre una portata oraria in una massa totale (o volume totale) di fango da disidratare.
Per i motivi sopra visti, non è sufficiente fornire il valore della portata oraria; ma serve anche un tempo o una portata in massa complessiva.
Quindi, ad esempio, se il tuo impianto produce 1000 litri/h di fango che deve essere disidratato, mi servirà sapere anche per quante ore al giorno questo impianto funziona: 8h/giorno? 12h/giorno? 24h/giorno?
Facciamo finta che l’impianto produca fango per 8h/giorno, tradotti in capacità filtrante vuol dire che la filtropressa deve poter smaltire 8000 litri/giorno di fango.
Non è sufficiente fornire il valore della portata oraria; serve anche un tempo o una portata in massa complessiva.
A questo punto, non è ancora sufficiente, perché devo sapere – se possibile – la densità del fango (quanto pesa una litro di questo fango) e devo sapere quanto solido è contenuto in questo fango in ingresso: 2%? 10%? 30%?
E’ chiaro che questo è un dato fondamentale, perché serve per sapere quanto solido devo smaltire complessivamente con la filtropressa.
Facciamo un esempio:
1000 litri/h – 16h/giorno – 2% di solido nel fango – densità = 1 kg/litro
Tradotto in linguaggio per la filtropressa, significa che complessivamente, in un giorno, la filtropressa deve poter smaltire: 1000 litri/h * 16 h/giorno * 1 kg/litro * 2% = 320 kg/giorno
Vediamo invece questo caso:
1000 litri/h – 20h/giorno – 15% di solido nel fango – densità = 1.1 kg/litro
In questo caso, avremo:
1000 litri/h * 20 h/giorno * 1.1 kg/litro * 15% = 3300 kg/giorno
La portata oraria è la stessa, ma le condizioni di esercizio della filtropressa sono molto diverse: una deve smaltire 320 kg di solido in un giorno, l’altra ne deve smaltire 3300 kg/giorno.
Vuol dire che la filtropressa del secondo esempio deve smaltire più di 10 volte la quantità di fango della filtropressa 1.
Ecco che abbiamo risposto molto facilmente alla domanda se ha davvero senso di parlare di portata oraria: la risposta adesso appare molto chiara.
Una volta che ho questi dati di partenza necessari per capire quanto solido devo smaltire complessivamente, per calcolare la grandezza della filtropressa necessaria, l’ultimo step da capire è: quanto dura un ciclo di filtrazione?
Chiedere quanto dura un ciclo di filtrazione, è come chiedere in quanto tempo la capacità filtrante del filtro si esaurisce.
Come tutte le domande articolate, la risposta è sempre e solo una: DIPENDE.
Dipende da cosa? Dipende da vari fattori, ovvero il tipo di fango o fluido che devo disidratare, il contenuto percentuale di sostanza secca (solida), ecc…
Chiedere quanto dura un ciclo di filtrazione, è come chiedere in quanto tempo la capacità filtrante del filtro si esaurisce.
La prima cosa intuibile è che il tempo di filtrazione dipende dalla % di solido nel fluido da disidratare.
Questo è facilmente intuibile: se un fango ha il 2% di sostanza solida, vuol dire che impiegherà molto più tempo (ovvero dovrà passare molto più volume di fango) per riempire le camere filtranti rispetto al caso, ad esempio, di un fango che ha il 20% (10 volte in più) di sostanza solida.
Facciamo questo parallelo: pensa di prendere un cucchiaio da cucina e di volere travasare dello zucchero da un barattolo grande ad un barattolo piccolo. Il barattolo grande rappresenta il tuo serbatoio da cui aspiri il fango (o fluido da filtrare), il barattolo piccolo rappresenta il volume della filtropressa.
E’ ovvio che se riempi tutto il cucchiaio fai molto prima a riempire il barattolo piccolo rispetto al caso in cui il cucchiaio lo riempi ad esempio per meno della metà. In questo ultimo caso ti servono molte più cucchiaiate per riempire lo stesso barattolo.
Secondo questo parallelo, il cucchiaio è la tua pompa di alimentazione del filtropressa, mentre il grado di riempimento del cucchiaio è la percentuale di solido contenuto nel fango in ingresso.
Oppure ancora, facciamo finta che il nostro filtropressa sia l’aspirapolvere di casa. La cartuccia filtrante si riempirà prima se aspiro poche briciole dal tavolo o se aspiro un pavimento pieno di sabbia? Il ragionamento è lo stesso.
Quindi, tendenzialmente, un fango con una alta percentuale di sostanza solida filtra più velocemente di un fango con una bassa percentuale di sostanza solida.
Non esiste una formula matematica in grado di calcolare il tempo di filtrazione.
Tuttavia, in linea generale, non esiste una formula matematica in grado di calcolare il tempo di filtrazione, ma questo parametro lo si può trovare solamente con un test di laboratorio su un filtropressa pilota.
Questa parte è fondamentale, perché mi dice esattamente quanto dura un ciclo di filtrazione per quello specifico tipico di fango.
Quando ho questo dato, posso a ritroso calcolare quanti cicli posso fare (mediamente) con la filtropressa PER DISIDRATARE QUELLO SPECIFICO TIPO DI FANGO e trovare quindi la dimensione della filtropressa necessaria.
La filtrazione tramite filtropressa non è una scienza esatta, ma è una scienza empirica.
Ovviamente la filtrazione tramite filtropressa non è una scienza esatta, ma è una scienza empirica e per tale motivo è bene fare dei test tutte le volte che si ha la possibilità in modo da non sovradimensionare o sottodimensionare la macchina.
Ne parliamo più approfonditamente a questo link:
Una cosa però deve essere chiara: non esiste un catalogo di filtropresse standard per portate standard.
Mi spiego meglio: non esiste un catalogo in cui si vendono filtropresse per portate orarie di fango. Non esiste un catalogo in cui si dice questa filtropressa è idonea a smaltire 1000 litri/h di fango.
Non esiste un catalogo di filtropresse standard per portate standard.
Possono esistere cataloghi in cui vengono ipotizzate delle portate orarie PER UN CERTO TIPO DI FANGO.
Ad esempio: questa filtropressa smaltisce 1000 litri/h di fango fisico-chimico al 3%; oppure 1000 litri/h di inerte da cava al 50%. Se non c’è una indicazione precisa di quale categoria di fango o fluido si sta parlando, non può esistere un catalogo di questo tipo, e se esiste è un errore.
Se così fosse non avrebbe senso effettuare le prove di laboratorio, non avrebbe senso determinare la filtrabilità del fango e non avrebbe senso tutta la matematica del dimensionamento che abbiamo visto prima.
Benissimo, abbiamo sino ad ora analizzato tutta la matematica e l’aspetto empirico che è dietro al dimensionamento corretto della filtropressa.
E la pompa?
La pompa di alimentazione è importante tanto quanto la filtropressa.
La durata del ciclo di filtrazione infatti, dipende anche dalla portata della pompa che utilizziamo.
La pompa rappresenta il cucchiaio dell’esempio precedente, la portata della pompa è quanto veloce riesci a travasare il contenuto del cucchiaio da un barattolo all’altro.
La pompa di alimentazione è importante tanto quanto la filtropressa.
E’ chiaro che se devi riempire il volume di una filtropressa, farai prima a riempirlo con una pompa che ha una portata più grande rispetto ad una che ha una piccola portata, questo è ovvio.
L’impianto deve quindi essere bilanciato: la pompa non deve essere troppo grande per sovralimentare il filtropressa (e quindi rischi che le tele facciano da tappo) e non deve essere troppo piccola per impiegare più tempo del dovuto.
Diversamente otterremo delle condizioni di funzionamento che differiscono dai test.
E’ norma trovare negli impianti delle pompe sottodimensionate rispetto al volume della filtropressa. Questo è un errore in quanto l’impianto deve essere bilanciato, ci deve essere una proporzione tra volume della filtropressa, portata della pompa e numero di cicli filtranti effettuati.
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