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Descrição
Os Filtros de Vela, como todos os filtros de pressão, operam em ciclos descontínuos e podem ser encontrados em linhas de processos de tratamento de dióxido de titânio, gás de chaminé, clarificação de salmoura, lama vermelha, argila de porcelana, química fina e muitas outras aplicações que requerem uma filtração eficiente de torta, com baixa umidade, ou alto grau de polimento.
Os Filtros de Vela também são usados para espessamento com o objetivo de produzir uma lama fluida concentrada, por remoção parcial da fase líquida como filtrado. Este modo de operação é possível já que os Filtros de Vela podem operar em ciclo de tempo muito pequeno, tirando proveito da alta taxa de filtração, enquanto a camada de torta ainda está fina. Um das características dos Filtros de Vela quando usados para espessar é o seu filtrado, já que os Espessadores gravitacionais, em analogia, produzem efluentes que sempre contêm uma certa quantidade de sólidos finos suspensos.
Outra característica do Filtros de Vela, é a forma cilíndrica dos elementos que retêm o bolo formado. Esta forma, oposta aos filtros de Placas, Folhas ou Filtros-prensa, aumenta a área de filtração conforme a torta torna-se mais espessa e compensa, até certo ponto, a diminuição nas taxas de filtração.
Os Filtros de Vela são muito adequados por manipular materiais inflamáveis, tóxicos e corrosivos, pois são autoclavados e projetados para ambientes perigosos quando são requeridas pressão alta e operação segura. Eles também podem ser facilmente recobertos, sempre que temperaturas quentes ou frias devam ser preservadas. Estas características não são possíveis no Filtro-prensa, que requer a abertura das placas à atmosfera e sua remoção, para permitir a descarga da torta ao término de cada ciclo.
Os Filtros de Vela estão disponíveis em diversos tamanhos e os tipos maiores podem ter uma área de 200 m2, podendo conter 250 elementos filtrantes ou mais, instalados em vasos de uns 2.5 a 3.0 metros de diâmetro. A faixa de pressão operacional é bastante larga, mas a maioria dos Filtros de Vela opera a uma pressão de 6 bar.
O filtro de velas consiste de três componentes principais:
O vaso
Os elementos filtrantes
O mecanismo de descarga da torta
Todos estes componentes podem ser construídos de materiais de construção diversificados, e podem ser aquecidos para satisfazer as exigências do processo.
Vaso
Há dois tipos de configuração do vaso:
Vasos com fundo cônico para filtração de torta e polimento.
Vasilhas com fundo abaulado, para espessar lamas.
A alimentação para o filtro sempre é posicionado na porção mais baixa do vaso, para permitir o escoamento ascendente da polpa entrante. Isto é imperativo para manter os sólidos de sedimentação rápida em uma suspensão homogênea e assim, assegura que se formam bolos uniformes. Uma espessura de bolo desigual, afilando-se para cima, interfere com a eficiência de lavagem do bolo e reduz o volume efetivo de bolo que se acumula nos elementos filtrantes. Para controlar a velocidade do fluxo ascendente, uma conexão de transbordamento é posicionada no topo abaulado, e a bomba selecionada deve ser dimensionada para fornecer uma taxa mais alta que a requerida pelo balanço material calculado.
A saída de filtrado, em cada fila de velas, é conectada a um cabeçote horizontal e todo os cabeçotes direcionam o filtrado, por válvulas, a um tubo coletor para posterior processamento. O arranjo dos cabeçotes permite o controle individual no fluxo de cada fila de velas, de modo que pode ser usada uma vazão crescente por elemento, durante a formação da torta e a seqüencial descarga ou lavagem da torta, para dar flexibilidade a operação. Além disso, a incorporação de um visor de vidro em cada cabeçote permite a monitoração da qualidade do filtrado, de forma que panos rasgados podem ser identificados e a fila inteira isolada. Os cabeçotes são espaçados com encaixes especiais de modo que a distância entre as velas pode ser modificada, para acomodar tortas de até 50 mm de espessura.
Velas
Há vários projetos para o elemento filtrante, mas todos eles consistem no seguinte:
O núcleo de filtrado
O meio filtrante
O núcleo serve para a passagem do filtrado e para apoiar o meio filtrante. Pode ser um pacote de tubos perfurados, ou material esférico empacotado contido em uma manga de tela de malha grossa. Na maioria de aplicações o processo exige esvaziar os elementos ao término do ciclo de filtração, ou de lavagem. Isto é conseguido inserindo-se um tubo, no meio do núcleo, para deslocar completamente o filtrado durante a purgação de ar ou gás, do fundo do elemento para cima até o cabeçote.
A seleção de um meio filtrante satisfatório é talvez seja um dos principais problemas que confrontam o engenheiro de processos, e requer experiência ou um programa sistemático de tentativa e erro. Testes em folha de pressão podem fornecer alguma indicação do comportamento do bolo em relação a interface do meio, mas a influência de termos que levam em conta efeitos prolongados, como o entupimento gradual do meio filtrante, não podem ser estabelecidos durante os testes.
Os tipos de meios filtrantes disponíveis são muito diversos, incluindo materiais tais como cerâmica porosa, tubos de metal sinterizado, folhas expandidas, telas de malha tecida ou panos sintéticos, confeccionados em texturas e materiais sofisticados, fios mono e multifilamentos, tamanhos e permeabilidades micrométricos.
Mecanismo de Descarga da Torta
Há dois métodos de descarga da torta ao fim do ciclo:
Sopro repentino
Mecanismo vibratório
Para bolos que descarregam facilmente, um sopro repentino por trás do meio é suficiente para provocar seu deslocamento, mas bolos que são difíceis de descarregar necessitam de um mecanismo auxiliar para deslocamento, vibrando o pacote inteiro de velas. Nesta instância é uma boa prática incorporar cabeçotes especiais com spray de alto impacto na parte superior do vaso, para limpar as velas e desalojar as partículas arrastadas.
A dificuldade principal na descarga aparece quando surge uma liberação entre a superfície do bolo. Para evitar isto, utilizam-se sensores para monitorar a espessura do bolo e transmitir um sinal para desligar a bomba de alimentação da polpa.
Critérios de Seleção
Os Filtros de Velas são melhor selecionados nas seguintes situações:
Quando é requerido espaço de chão mínimo, para grandes áreas de filtração.
Quando os líquidos são voláteis e não podem não ser submetidos a vácuo.
Quando há um risco de contaminação ambiental, especialmente por bolos tóxicos, inflamáveis ou voláteis, podem ser incorporados mecanismos de descarga seguros.
Quando é requerida alta claridade de filtrado em aplicações de polimento.
Quando da manipulação de salmouras saturadas, que requerem temperaturas elevadas, o tanque pode ser recoberto com vapor.
Quando o bolo pode ser descarregado seco, ou como um polpa espessada.
Eles deveriam ser selecionados com cuidado:
Quando o bolo é espesso e pesado e a pressão não é suficiente para segura-lo na vela.
Quando telas de malha grossas são usadas, a etapa de filtração deve ser precedida com um pré-revestimento para reter bolos com partículas finas. A pré-cobertura com uma capa fina de diatomita ou perlita não é uma operação simples e deveria ser evitada sempre que possível.
Vantagens
Excelente descarga da torta.
Adapta-se facilmente a espessamento da polpa.
Espaço de chão mínimo.
Mecanicamente simples pois não há glândulas complexas para selagem, ou mancais.
Desvantagens
É requerido um alto pé-direito para desmontar os elementos filtrantes.
O esvaziamento do vaso entre a filtração, lavagem e secagem do bolo, requer monitoramento da pressão dentro do vaso, para assegurar que o bolo adere sobre as velas.
Seqüência Operacional
Pré-cobertura
A fase de pré-cobertura só é feita nos casos seguintes:
Quando os contaminantes são gelatinosos e pegajosos a capa de pré-cobertura forma uma barreira que evita a saturação do pano pelos sólidos impregnados. Quando a interface entre a pré-cobertura e o pano separa-se facilmente e assim, o bolo descarrega deixando o pano limpo.
Quando um filtrado claro é requerido imediatamente depois que o ciclo de filtração começa; caso contrário deve ser empregada a recirculação, até um filtrado claro ser obtido.
Filtração
Quando a fase de pré-cobertura é completada, a lama de processo é bombeada no filtro, o bolo formado é retido nas velas e o filtrado flui para posterior tratamento.
Quando os sólidos são finos e de filtração lenta, um auxiliar-de-filtração é adicionado à suspensão alimentada, para aumentar a permeabilidade do bolo. Porém, deveria se ter em mente que a adição de auxiliares aumenta a concentração de sólidos na alimentação e assim ocupa volume adicional entre as velas e aumenta a quantidade de bolo.
Nas aplicações em que o bolo é o produto,a pré-cobertura e os auxiliares de filtração não podem ser usados, pois eles se misturam e descarregam junto com o bolo.
Verifique a seção sobre Filtros de Pressão para detalhes adicionais sobre pré-cobertura e adição de auxiliares de filtração.
Remoção dos Resíduos
Uma vez o ciclo de filtração é completado ar ou gás é soprado no vaso e o resíduo de suspensão (lama) que permanece nas velas é empurrado e é deslocado para baixo até que alcança a parte mais baixa parte da pilha de velas. Neste momento o suspensão residual restante é evacuada de volta ao tanque de alimentação por um tubo submerso especial, localizado bem no fundo da vaso, de forma que a vaso fica livre de suspensão.
Secagem do Bolo
O ar continua percolando o bolo até a umidade residual ser reduzida a um mínimo e o bolo ser considerado seco, em condições práticas.
Descarga do Bolo
No momento em que a pressão de ar é relaxada, a descarga do bolo é aberta e a pilha de vela é soprada por trás, ou é vibrada, para descarregar o bolo. As aberturas de saída do bolo devem ser ligadas a um sensor de pressão, para evitar abrir sob pressão.
Em alguns filtros o pano ou tela de malha, pode ser lavado por trás com água, após a descarga do bolo, para desalojar e remover qualquer resíduo aderido ao meio filtrante.
Manutenção
O Filtro de Vela requer atenção em relação aos dispositivos de segurança e características de automatização.
O espaço sobre o filtro deve ter um dispositivo elevatório e pé-direito suficiente, para erguer cada vela e movê-la horizontalmente para uma localização adjacente ao tanque do filtro. É recomendável ter um dispositivo especial para segurar a vela para manutenção. Também deve ser alocado espaço para a cobertura, que ou pode dobrável ou removível.
Os principais componentes que requerem atenção são:
O tanque do filtro tem que estar de acordo com os códigos de normas técnica, e tem que ser inspecionado periodicamente como requerido pelos regulamentos de segurança.
A válvula de alívio de pressão, localizada no topo do tanque, deve ser conferida para funcionar em emergências.
As braçadeiras que lacram os extremos superior e inferior do meio filtrante ao núcleo.
A gaxeta de vedação que sela o topo abaulado de cobertura. Os extremos devem ser cortados em um ângulo para assegurar um selo perfeito.
A fechadura da cabeça dobrável.
A limpeza do visor de vidro do filtrado que, monitora on-line ou visualmente a inspeção da claridade de filtrado.
A engrenagem que impede a abertura da descarga de bolo quando o vaso ainda está sob pressão.
O guindaste de manutenção, sobre o filtro, tem que retirar as velas verticalmente de forma que elas não batam nas paredes do tanque.
A inspeção das condições do meio filtrante, pano ou tela de malha, deve ser feita periodicamente para assegurar que eles não estão danificados.
A abertura sobre a cobertura deve ser conferida para permitir a evacuação livre de ar.
O filtro não deve ser muito cheio com bolo, pois isto pode causar empenamento nas velas; assim, elas devem ser conferidos periodicamente.
