Gli impianti installati su processi di produzione alimentare o nel settore chimico/farmaceutico necessitano quasi sempre di sistemi di termoregolazione della temperatura. Una delle peculiarità richieste da questo genere di installazioni è legata alla pulizia degli ambienti, come si può ben immaginare, e alla possibilità di pulire o ‘sanitizzare’ le apparecchiature montate a servizio degli impianti. Si pensi ad esempio ai pastorizzatori per prodotti alimentari, quali latte, creme, uova o bevande: si tratta di macchinari completamente realizzati in acciaio inossidabile, con peculiari caratteristiche di sanitizzazione.
Di conseguenza anche le apparecchiature che forniscono le utilities di riscaldamento e/o raffreddamento, se poste in zona processo e non in zona tecnica, devono essere realizzate adeguatamente. Per rispondere a tali esigenze, le centraline di termoregolazione specifiche per impiego chimico/farmaceutico e/o alimentare devono avere caratteristiche particolari, dovendo avere:
Queste particolarità comportano dei costi aggiuntivi, a causa dei materiali nobili che devono essere impiegati, ma che si rendono necessari per salvaguardare i prodotti e il processo produttivo che li genera. In caso poi di utilizzo con fluidi particolarmente aggressivi, per via dei frequenti lavaggi cui i macchinari vengono sottoposti, esistono diverse esecuzioni con materiali dedicati.
Nel caso di impiego di scambiatori di calore in ambito chimico/farmaceutico e alimentare, un’altra evenienza che va scongiurata tassativamente è il rischio di miscelazione del prodotto con il fluido di raffreddamento o riscaldamento, si pensi ad esempio a bevande o medicinali iniettabili. In uno scambiatore di calore, la miscelazione tra i due fluidi può avvenire in caso di foratura delle superfici di scambio, delle piastre o dei tubi di scambio, e le cause possono essere molteplici:
La rottura delle guarnizioni non può invece dare miscelazione. Infatti prendendo l’esempio di uno scambiatore a piastre, la rottura di una guarnizione nella zona periferica provoca perdita di liquido verso l’esterno, mentre se la rottura si verifica nella zona del bocchello, la guarnizione è doppia (ridondante) con drenaggi verso l’esterno che evitano la miscelazione e segnalano l’avvenuta rottura.
Per prevenire il rischio di miscelazione in caso di perforazione o foratura e garantire la massima sicurezza, la soluzione che viene adottata è l’esecuzione a doppia parete, che scongiura la possibilità che due fluidi si possano miscelare all’interno di uno scambiatore di calore. Si tratta di una soluzione piuttosto costosa, sia in termini costruttivi che energetici: infatti prevede la presenza di una vera e propria ‘doppia parete’, o in gergo tecnico ‘double wall’, comportando doppie piastre di scambio nel caso di scambiatori a piastre e ‘tubi a doppia parete’ per gli scambiatori a fascio tubiero.
Va inoltre da sé che al maggior costo di realizzazione, dovuto sia all’incremento di materiale costruttivo che alla maggiore sofisticazione realizzativa, si aggiunge una minore efficienza termica di scambio, che deve essere compensata con maggiore superficie: infatti l’esecuzione a doppia parete comporta una riduzione del coefficiente di scambio termico, che va compensata aumentando l’area superficiale di scambio.
Le applicazioni che poi nello specifico si possono sviluppare per processi produttivi in questi ambiti sono davvero infinite, vediamone per sommi capi due a puro titolo esemplificativo.
Nel campo di raffreddamento di salamoie per il raffreddamento di prodotti alimentari dopo la pastorizzazione quali gli insaccati, la salamoia per uso alimentare può essere raffreddata tramite un raffreddatore a film cadente – falling film cooler -, uno sviluppo particolare degli scambiatori della serie TCOIL a piastre rigonfiate, entro le quali scorre gas frigorigeno a espansione diretta o una soluzione gelida. La soluzione a film cadente è un accorgimento necessario che garantisce facilità di pulizia, massima accessibilità ed efficienza. In questo genere di applicazione, infatti, la soluzione gelida entra in contatto diretto con il prodotto trascinando particelle di grasso e altri materiali inquinanti, a causa dei quali un normale scambiatore si intaserebbe molto rapidamente, comportando inoltre complicate operazioni di pulizia e sanitizzazione.
In campo farmaceutico e chimico, invece, occorre pensare che le reazioni che avvengono al momento della miscelazione di determinate sostanze, necessaria per ottenere principi attivi o sottoprodotti per utilizzi specifici, sviluppano energia. Alcune reazioni chimiche avvengono con sviluppo o con assorbimento di calore, e nei due casi rispettivamente avviene che
Diversi sono i tipi di reazione che possono avvenire, come scambio, sintesi, decomposizione o combustione. Tutte queste reazioni avvengono in apparecchi chiamati reattori, che sono apparecchi solitamente a pressione con all’interno dei miscelatori o mixer aventi una camicia o un semitubo esterno per la termostatazione, la quale negli impianti più moderni avviene tramite sistemi monofluido. Questi consistono in centraline di termoregolazione complete di sistema di pompaggio, dotate di scambiatori di calore costruiti in funzione dei livelli di temperatura necessari a soddisfare la reazione da asservire. Il tutto con relativo sistema di controllo e valvole automatiche, controllabile in locale o da remoto, che permette di fornire al reattore stesso un fluido circolante a diverse temperature.
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