Centrifuga a vite con schermo: come migliora la velocità del processo?

Il principio di filtrazione continua che modifica l'equazione della portata

Una centrifuga a vite di schermo funziona secondo un principio fondamentalmente diverso rispetto alle centrifughe di tipo sedimentatore. Invece di fare affidamento sulla forza di gravità o su quella centrifuga per far sedimentare i solidi attraverso uno strato liquido, la vite di schermo spinge i solidi lungo una superficie cilindrica dotata di schermo, mentre il liquido defluisce attraverso le aperture dello schermo. Questa azione continua e a spostamento positivo significa che la macchina non attende che i solidi si depositino, ma li trasporta attivamente attraverso la zona di separazione. Il risultato è una portata che può essere due o tre volte superiore rispetto a quella di una centrifuga decanter di dimensioni comparabili, quando elabora la stessa sospensione cristallina facilmente drenabile.

Il compromesso nella progettazione dello schermo che determina il limite pratico di velocità

Lo schermo è il componente limitante della capacità in una centrifuga a vite con schermo. Il liquido deve passare attraverso le aperture dello schermo e la superficie totale aperta determina la portata idraulica massima. Uno schermo con fessure da 0,10 millimetri produce un filtrato molto limpido, ma ne limita il flusso. Uno schermo con fessure da 0,25 millimetri consente il passaggio di un 30–50 % in più di liquido, ma lascia sfuggire una maggiore quantità di solidi fini insieme al filtrato .

La velocità pratica di una centrifuga a vite per filtrazione—ovvero la portata in ingresso che può essere gestita senza allagamento o trascinamento eccessivo di solidi—dipende direttamente dalla scelta della maglia. Un impianto che processa cristalli di solfato di sodio ha riscontrato che la sostituzione di una maglia con fessure da 0,15 millimetri con una maglia da 0,20 millimetri ha incrementato la portata in ingresso sostenibile del 38 percento. La chiarezza del filtrato è diminuita leggermente, ma il cristallizzatore a valle ha potuto gestire le particelle fini aggiuntive senza problemi. Il miglioramento della velocità del processo non è derivato dall’aumento della velocità di rotazione della macchina, bensì dall’adeguamento della maglia alla tolleranza a valle nei confronti del trascinamento di solidi.

L'ostruzione della griglia è l'altro fattore che limita la velocità sostenuta. Quando solidi fini si accumulano nelle aperture della griglia, l'area libera diminuisce e la macchina va in sovraccarico. La migliore difesa contro l'ostruzione è una griglia con costruzione a filo a cuneo, nella quale le fessure si allargano verso l'interno, consentendo così il passaggio delle particelle anziché il loro incastramento. Gli impianti che trattano materiali appiccicosi o leggermente igroscopici installano spesso un sistema di lavaggio della griglia che spruzza periodicamente del liquido di lavaggio attraverso la griglia dall'esterno per rimuovere le particelle bloccate.

La geometria dell'asta elicoidale che regola la portata di trasporto e il tempo di disidratazione

All'interno del coclea filtrante, la vite non si limita a spostare i solidi, ma controlla anche quanto tempo i solidi rimangono a contatto con la maglia e quale pressione meccanica viene applicata alla torta di filtrato. Una vite a semplice passo con passo stretto mantiene i solidi sulla maglia per un periodo più lungo, producendo una torta più asciutta, ma limitando la portata volumetrica. Una vite a doppio passo con passo più aggressivo può quasi raddoppiare la capacità di trattamento dei solidi, sebbene la torta risulti generalmente più umida. .

La scelta della geometria della vite rappresenta un compromesso consapevole tra velocità del processo e qualità della torta. Un impianto che richiede una torta particolarmente asciutta per le operazioni successive—ad esempio un essiccatore rotativo con un limite specifico di umidità—potrebbe optare per la vite a semplice passo, accettandone la minore portata. Un impianto in cui la torta viene inviata direttamente a un contenitore per ulteriori processi potrebbe invece scegliere la vite a doppio passo per massimizzare la velocità della linea.

Alcuni design più recenti di worm screen incorporano viti a passo variabile che iniziano con un passo stretto all’estremità di alimentazione per massimizzare la disidratazione e passano gradualmente a un passo più ampio all’estremità di scarico per accelerare l’uscita dei solidi. Questa geometria variabile consente alla macchina di ottenere contemporaneamente un’elevata efficienza di disidratazione e una portata elevata con lo stesso flusso in ingresso. La complessità meccanica è maggiore, ma i guadagni in termini di velocità di processo possono essere notevoli.

La distribuzione dell’alimentazione come leva di capacità trascurata

Il modo in cui la sospensione entra nella centrifuga a worm screen determina se l’intera superficie filtrante svolge un lavoro utile. Una distribuzione non uniforme dell’alimentazione provoca il sovraccarico di una sezione dello schermo, mentre un’altra rimane sottocaricata. Il risultato è una macchina che opera al 60–70% della sua reale capacità, con scarsa chiarezza del filtrato nella sezione sovraccaricata e spreco di superficie filtrante nelle altre zone .

Una corretta distribuzione dell’alimentazione richiede un distributore che sparga la sospensione in modo uniforme su tutta la larghezza del filtro. Alcune macchine utilizzano un cono rotante che proietta la sospensione verso l’esterno secondo uno schema uniforme. Altre impiegano un distributore fisso dotato di deflettori accuratamente progettati. Il distributore deve inoltre gestire le variazioni nella concentrazione dell’alimentazione: un improvviso aumento del contenuto solido non deve causare intasamenti del distributore né inviare un flusso concentrato verso una sola sezione del filtro.

Un impianto situato nella provincia di Hebei, che processa solfato di potassio, ha sostituito il distributore di alimentazione, passando da un semplice tubo a un sistema a cono rotante. La portata sostenibile di alimentazione è aumentata del 22 per cento senza apportare alcuna altra modifica alla macchina. Questo miglioramento è stato ottenuto esclusivamente grazie a un utilizzo più efficiente della superficie disponibile del filtro.

Pre-addensamento e concentrazione dell’alimentazione che consente di raggiungere la massima velocità

Le centrifughe a vite con griglia funzionano al meglio quando la concentrazione di solidi in alimentazione supera una certa soglia, tipicamente compresa tra il 40 e il 60 percento in peso di solidi . Al di sotto di tale intervallo, il volume di liquido supera la capacità idraulica della griglia e la macchina si allaga prima di raggiungere il suo potenziale di gestione dei solidi.

Il pre-addensamento dell’alimentazione — mediante un bacino di sedimentazione, un idrociclone o una piccola centrifuga decantatrice — può innalzare la concentrazione di solidi all’interno dell’intervallo ottimale, consentendo così di sfruttare appieno la velocità operativa della centrifuga a vite con griglia. Uno stabilimento chimico nello Jiangsu che produce solfato di ammonio ha installato un piccolo idrociclone a monte della propria centrifuga a vite con griglia. L’idrociclone ha aumentato la concentrazione di solidi in alimentazione dal 32 al 48 percento. La portata di alimentazione sostenibile della centrifuga a vite con griglia è aumentata del 65 percento e la chiarezza del filtrato è migliorata, poiché la griglia non era più sovraccaricata dal volume di liquido.

Il passaggio di pre-addensamento aggiunge attrezzature e complessità, ma il guadagno in termini di portata giustifica spesso l’investimento. Per gli impianti in cui la centrifuga a vite con schermo costituisce il collo di bottiglia, il pre-addensamento può rappresentare il modo più economicamente vantaggioso per aumentare la velocità della linea.

I produttori con ampia esperienza nell’applicazione delle centrifughe a vite con schermo, come Huada, offrono supporto ingegneristico applicativo per aiutare gli utenti a selezionare la griglia, la geometria della vite e la strategia di preparazione dell’alimentazione più adatte al loro materiale specifico. I guadagni di velocità del processo derivanti da una configurazione corretta possono essere notevoli, ma richiedono un approccio sistematico all’ottimizzazione dell’intero sistema di separazione, non solo della centrifuga stessa.