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Descrição
Os Filtros de Placas Horizontais, a pressão, se aplicam comumente às indústrias de processos de química fina como antibióticos, pesticidas, ou pigmentos, quando a carga de impurezas insolúveis é baixa e o polimento é exigido para obter uma alta claridade do produto. Porém, nos anos recentes, eles podem ser vistos cada vez mais em indústrias mais pesadas, como as de fertilizantes ou de metais preciosos, quando o produto é o bolo e são requeridas uma lavagem eficiente e baixa umidade.
Os filtros de placas horizontais também são muito bem aceitos para manusear materiais inflamáveis, tóxicos e corrosivos, desde que eles sejam autoclavados e projetados para ambientes perigosos, quando se requer pressão alta e operação segura. Além disso, eles podem ser facilmente recobertos para aplicações onde temperaturas quentes ou frias precisam ser preservadas. Estas características não são possíveis nos Filtros-prensa, que requerem a abertura das placas à atmosfera e um mecanismo intermitente externo para descarga do bolo ao término de cada ciclo.
A estrutura do filtro consiste em uma pilha de placas, presas a um eixo oco montado dentro de um vaso de pressão, com cada prato recoberto com um meio filtrante adequado.
A polpa é alimentada sob pressão no vaso e o bolo, retido pelo meio filtrante, forma-se no topo de cada prato, enquanto o filtrado passa através do eixo oco e segue para o processo. Consulte a Seqüência Operacional abaixo, que descreve o ciclo de filtração em detalhes.
Os tamanhos do filtro podem variar, mas geralmente a área máxima é 60 m2 e são projetados para uma pressão de operação de 6 bar.
Placas
Cada prato circular na pilha é construído com costelas radiais que são soldadas ao fundo e apóiam uma tela de malha grossa horizontal que é coberta com uma tela de metal tecida mais fina, ou um pano filtrante, para reter o bolo. O fundo do prato se inclina para o eixo central oco, deixando o filtrado fluir livremente por buracos circulares e descer pelo eixo para a saída de filtrado.
O espaço entre os pratos é preenchido por anéis circulares espaçadores especiais, para lacrar positivamente o vazio entre a polpa que cerca os pratos e o eixo que coleta o filtrado. A altura dos espaçadores determina o espaço para formação do bolo e pode ser alterada para atender as condições do processo.
Uma das diferenças óbvias entre o polimento e a filtração de uma torta, é o espaço entre os pratos. Para operações de polimento, as aberturas são aproximadamente de 20 mm, ao contrário das aplicações para filtração de torta onde, dependendo da porcentagem de sólidos e propriedades de formação da torta, os espaços podem alcançar 100 mm. Conseqüentemente, os filtros polidores acomodam mais pratos que os filtros formadores de torta; assim, para um mesmo tamanho de vaso, mais área efetiva estará disponível nos filtros polidores.
Há várias aplicações, principalmente nas indústrias farmacêutica e de pintura, onde um filtro de papel especial é usado para cobrir os pratos em ambos os lados, e assim a área de filtração é dobrada.
Vaso
Os vasos dos Filtros de Placas Horizontais, ao contrário dos Filtros de Folhas Vertical, sempre são construídos para acomodar a pilha de placas verticalmente.
Todos os vasos têm cabeças abauladas removíveis, mas há duas opções para o projeto do fundo:
Fundo cônico.
Fundo abaulado.
A seleção depende, em grande parte, do arranjo de descarga da torta, que será discutido depois.
A cabeça de cobertura dos vasos verticais maiores, freqüentemente gira, na forma de balanço, para permitir a remoção da pilha de placas pelo topo. O layout deverá prever um pé-direito suficiente para elevar a pilha por cima do vaso, e ter um espaço de chão adicional próximo ao filtro, para manutenção da pilha e substituição de pratos danificados. É uma boa prática projetar uma armação especial para apoiar a pilha removida.
Os fundos dos vasos são providos com aberturas de descarga do bolo altamente seguras, para garantir o lacre intacto do tanque sob pressão.
Descarga da Torta
O conceito de filtração de torta, ao invés de polimento, foi favorecido com melhorias significativas nos mecanismos de descarga da torta, já que tais filtros operam em um tempo de ciclo pequeno.
Há dois tipos de mecanismos de descarga da torta, e ambos usam a força centrífuga para lançar o bolo contra a parede cilíndrica, e daí caindo no fundo do tanque:
Pilha de discos giratória.
Pilha de discos vibratória.
O tipo giratório pode ser acionado pelo topo ou pelo fundo, enquanto o tipo vibratório sempre é movido pelo topo. A remoção da cabeça de cobertura do tanque, nos filtros acionados pelo topo, geralmente é mais complexa do que naqueles dirigidos pelo fundo. Por outro lado, os filtros movidos pela base são mais suscetíveis a vazamentos de polpa.
A posição da saída da torta depende da construção do fundo do tanque. Há dois tipos disponíveis:
Com um fundo cônico e uma saída central.
Com um fundo abaulado e uma saída lateral.
Os tanques com fundos cônicos, descarregam a torta por gravidade e aqueles com fundos abaulados, têm uma pá que raspa e carrega o bolo para a saída. Conseqüentemente, os tipos cônicos requerem mais pé-direito, em comparação ao tipo abaulado, com a mesma área de filtração. Tanques cônicos também têm freqüentemente uma placa de limpeza adicional, na parte mais baixa do cone, para filtrar a polpa residual que permanece debaixo dos pratos principais. O resto de polpa remanescente, na parte mais funda do tanque, é removida por um tubo de imersão especial, para evitar descarregar uma torta molhada.
Para facilitar mais a descarga de torta, há projetos com placas inclinadas. Com esta concepção, a torta, devido à força centrífuga, sai voando do prato em uma trajetória horizontal sem ser arrastada e sujeita a fricção cisalhante radial sobre a superfície, como acontece nos compartimentos de placas convencionais.
A torta que acumula-se nas placas pode ser descarregada como uma lama úmida espessada, ou como um bolo seco. Para tortas úmidas, o vaso normalmente terá uma saída pequena provida com uma válvula, enquanto que para as tortas secas a abertura é grande, e a tranca fecha eletricamente ou hidraulicamente com uma cunha de baioneta.
Critérios de Seleção
Os Filtros de Placas Horizontais são mais adequados às seguintes circunstâncias:
Quando se requer uma área física mínima para uma grande área de filtração.
Quando os líquidos são voláteis e não podem ser submetidos a vácuo.
Quando há um risco de perigo ambiental especialmente com bolos tóxicos, inflamáveis ou voláteis, mecanismos seguros de descarga podem ser incorporados.
Quando é requerida alta claridade do filtrado, por polimento da suspensão.
No tratamento de salmouras saturadas, que exigem temperaturas elevadas, o tanque pode ser recoberto com vapor.
Quando uma lavagem eficiente é requerida.
Quando o bolo é pesado e deve ser apoiado, ao contrário do Filtro de Folha Vertical onde o bolo se forma em uma superfície vertical, podendo assim diminuir a queda de pressão.
Quando o bolo tanto pode ser descarregado seco, ou como uma lama espessada.
Eles deveriam ser selecionados com cuidado:
Quando o bolo não descarrega facilmente, o acesso ao meio filtrante, entre as placas para lavagem, é difícil.
Quando são usadas telas de malhas grossas, a etapa de filtração deve ser precedida por um pré-revestimento para reter 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
A remoção da pilha de pratos, em filtros com acionamento pela base, é mais simples que nas máquinas dirigidas pelo topo pois, nestas últimas, todo o mecanismo motriz tem que ser removido para permitir acesso à pilha.
Placas com as telas montadas no lado superior, ao invés de apoiadas nos dois lados, dão bom apoio para o bolo formado e então sempre são usadas em aplicações com bolos espessos e pesados.
Desvantagens
Necessidade de um pé-direito alto, na edificação, para desmontar toda a pilha de placas.
Os mancais dos filtros acionados pelo topo e pelo fundo, suportam a pilha de placas giratórias e seu lacre é complexo, pois tem que resistir a pressão interna e as forças laterais impostas pela transmissão mecânica. Porém, as cargas laterais, em algumas máquinas, são eliminadas pelo uso de motores hidráulicos.
O esvaziamento do vaso entre a filtração do bolo, lavagem e escorrimento, requer monitoramento preciso da pressão dentro do vaso, para assegurar que o bolo esteja preso sobre as velas.
Seqüência Operacional
A operação de um Filtro de Placas Horizontais é trabalhosa e requer uma manipulação complexa de válvulas. Por isso, atualmente as instalações são, na maioria dos casos, completamente automatizadas.
Pré-cobertura
A etapa de pré-cobertura somente é feita nos seguintes casos:
Quando os contaminantes são gelatinosos e pegajosos eles tendem a formar uma barreira, que evita o entupimento do pano. Contudo, a interface entre a pré-cobertura e o pano solta-se facilmente e assim o bolo descarrega, deixando o pano limpo.
Quando é requerido um filtrado claro 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 concluída, a polpa do processo é bombeado no filtro, a torta formada é retida sobre as placas, e o filtrado flui para processamento posterior.
Quando os sólidos são finos, e reduzem a velocidade de filtração, um auxiliar-de-filtração é adicionado à suspensão alimentada, para aumentar a permeabilidade do bolo. Porém, deve ser lembrado que a adição de auxiliares de filtração aumenta a concentração de sólidos na alimentação, ocupando um volume adicional entre os pratos e aumentando a quantidade final de bolo, para manipulação.
Sempre que o bolo é o produto de interesse, não podem ser usados o pré-revestimento nem auxiliares de filtração, pois eles se misturam ao bolo, descarregando junto com ele.
Consulte a seção Filtros de Pressão para maiores detalhes sobre pré-cobertura e adição de auxiliar-de-filtração.
Remoção de Resíduos (heel)
Concluído o ciclo de filtração, ar ou gás é soprado no vaso e o resíduo de polpa ao redor das placas é empurrado e deslocado para baixo, até que alcança a parte mais inferior da pilha de placas. Neste momento, a suspensão remanescente restante é evacuada de volta ao tanque de alimentação, por um tubo especial imerso, localizado na parte mais profunda do vaso, para esvaziá-lo completamente.
Secagem da Torta
O ar continua a percolar a torta até que a umidade da mistura seja reduzida a um mínimo, e a torta seja considerada seca, em termos práticos.
Descarga da Torta
Neste momento a pressão de ar é suspensa, a saída de torta é aberta e a pilha de placas gira, para descarregar o bolo. A abertura de saída da torta deve ser interligada com o eixo do motor, uma vez que o seu giro é condicional à abertura da saída.
Em alguns filtros o pano, ou tela de malha, pode ser lavado por trás com água, depois da descarga da torta, para desalojar e remover qualquer resíduo ainda aderido ao meio filtrante.
Manutenção
O Filtro de Placa Horizontal requer atenção regular para os dispositivos de segurança e as características de automatização que acompanham os filtros modernos.
O espaço sobre o filtro deve ter um dispositivo elevatório, e pé-direito suficiente, para erguer toda a pilha de discos e movê-la horizontalmente, para uma localização adjacente ao tanque do filtro. É recomendável ter uma armação especial para segurar a pilha de placas para manutenção, pois as pilhas maiores podem alcançar uma altura de 3 metros ou mais. Também deve ser alocado espaço para a cobertura que tanto pode ser dobrável, ou removível.
Os principais componentes a merecer atenção, são:
O tanque do filtro tem que estar em conformidade com um código de Aferição de Vasos de Pressão, como da ABNT, e ser vistoriado conforme requerido pelos regulamentos de segurança
A válvula de alívio de pressão, localizada no topo do tanque.
Os mancais, retentores, anéis, gaxeta de vedação e selos, no ponto em que o eixo central entra no vaso. Isto aplica-se tanto para pilhas movidas pelo topo ou pelo fundo, com a forma anterior sendo suscetível a vazamentos de ar ou de gás e a última a vazamentos de suspensão.
A gaxeta de vedação que calafeta a cobertura abaulada do vaso. Os extremos devem ser cortados em ângulo para assegurar um selo perfeito.
A trava da fechadura da cobertura dobrável.
O intervalo dos anéis selantes que mantêm pressionada toda a pilha de placas.
A limpeza do visor de filtrado, que monitorado on-line ou visualmente, possibilita a inspeção da claridade do filtrado.
A engrenagem que impossibilita a rotação da pilha, com a saída de descarga de trota fechada.
A engrenagem que incapacita a abertura da descarga do bolo, quando o vaso ainda está sob pressão.
O guindaste de manutenção sobre o filtro, tem que retirar verticalmente toda a pilha, de forma que as placas não batam nas paredes do tanque. Seu posicionamento exato também é essencial para as pilhas movidas pelo fundo, pois em muitos tipos não há nenhum acesso aos mancais e glândula de lacre do fundo e toda inserção é feita pelo topo.
A condição do meio filtrante, pano ou tela de malha, deve ser feita periodicamente para assegurar que não estão danificados.
A abertura, no topo da cabeça, deve ser inspecionada para permitir a evacuação livre de ar.
O filtro não deve ser enchido demais com bolo, pois isto causa empenamento dos pratos.
