Sistemi di evaporazione

EVAPORATORE A TUBI CORTI ORIZZONTALI

I fasci tubieri passano al centro, in questo caso anziché avere un moto convettivo che scende dal centro e si neva dai lati, ho un moto convettivo che al centro sale, perché c'è il fascio di tubazioni, e lateralmente si creano due anelli di circolazione nelle zone laterali.

Vantaggi di un evaporatore a tubi corti:

• È basso;
• Va bene per liquidi che non tendono ad aderire e quindi a non creare possibili bruciature sulla parte dei tubi;
• Si ottengono buoni coefficienti di scambio termico però per fluidi non particolarmente viscosi.
• Non va bene per prodotti che tendono a cristallizzare e che sono sensibili alle temperature perché il processo è lento e si lavora a temperature elevate e il prodotto si può deteriorare.

EVAPORATORE A FILM CADENTE

Questo evaporatore a differenze del precedente ha un'impronta a terra limitata ma è molto alto perché meccanicamente.

è fatto in questo modo: Il feed viene introdotto dall’alto, c’è una piastra di distribuzione che permette al feed di entrare attraverso un sistema di tubazioni verticali e quindi il feed inizia a scorrere lungo la superficie interna del tubo e inizia a scendere verso il basso.

Il fascio tubiero è immerso in una zona chiusa percorsa da vapore. Il vapore entra nella camera (è come se fosse uno scambiatore tubi e mantello dove nel mantello c’è il vapore di servizio e nei tubi il prodotto). Il prodotto cade per gravità, la superficie utile è la superficie di scambio quindi la superficie laterale di tutte le tubazioni, il vapore man mano condensa, scende e se ne va da sotto.

Il prodotto scende e inizia a evaporare perché il vapore trasferisce per condensazione al tubo e di conseguenza al prodotto l’energia necessaria. Parte delle bolle tenderebbero a risalire perché incontrano il prodotto che sta scendendo,

perché viene inserito con continuità dall'alto, e di conseguenza il prodotto è come se scendesse, e man mano che scende diventa sempre più un insieme di vapore in bolle che è già evaporato e il prodotto che scende. Il prodotto viene scaricato in una camera dove avviene il distacco di tutte le bolle di vapore che si sono create, il concentrato scende sul fondo dell'evaporatore e se ne va.

Vantaggi:

• Costo superiore agli altri ma non eccessivo;
• La superficie di scambio è elevata perché dipende dal numero di tubazioni che si mettono;
• A terra ha un'impronta piccola, quindi non si ha la necessità di mettere tutto all'interno di un capannone ma può stare anche all'aperto lavorando in altezza.

Svantaggi:

• Non va bene per prodotti che tendono a formare sale, perché aderirebbe alle superfici delle tubazioni e ci si ritrova con un fouling elevato e pulirlo è

moltodifficile.

• Non è richiesta circolazione, in un unico passaggio ci si porta nelle condizioni di concentrazione finale e per questa ragione viene utilizzato per ottenere proteine del latte, latte scremato, soluzioni zuccheri, urea ecc...

EVAPORATORE A CIRCOLAZIONE FORZATA:

In questo caso c'è una pompa di ricircolazione che spinge il prodotto dal basso verso l'alto.

Il prodotto viene pompato verso l'alto, scambia calore e se ne va come condensante. Quando arriva va a sbattere su una piastra (Baffle), sbattendo sulla piastra queste bolle di vapore si sganciano, quindi il vapore se ne va, il liquido ricircola e dopo viene scaricato mentre il vapore viene estratto dall'alto.

Vantaggi:

• I coefficienti di scambio termico complessivi sono più elevati;
• C'è una circolazione forzata che tende a ridurre lo sporcamento.

Svantaggi:

• Sistema di pompaggio consistente, infatti si hanno consumi di potenza per le pompe di

ricircolazione e quindi maggiore costo;

• Il tempo di permanenza del prodotto all'interno dell'evaporatore è maggiore, quindi tende a deteriorare un po' di più il prodotto

EVAPORATORE A FILM ASCENDENTE:

Funziona come quello precedente ma senza ricircolazione. Il vapore se ne va dall'alto perché si crea il vuoto. C'è una depressione all'interno della camera (in cui si lavora a pressione inferiore a quella ambiente), e questo fa sì che la temperatura di evaporazione si riduca ottenendo un minor stress termico sul prodotto.

Vantaggi:

• Piccola impronta a terra;
• Ci sono coefficienti di scambio termico elevati e con questo si possono anche trattare soluzioni che formano schiume.

Svantaggi:

• Alta impronta in altezza;
• C'è un ∆p elevato all'interno delle tubazioni, e questo significa che la riduzione di pressione deve essere consistente;
• La pressione idrostatica che si crea dovuta alla

presenza della colonna chegrava, e che quindi aumenta la pressione, può aumentare le temperature, equesto può provocare problemi se il fluido è sensibile alle alte temperature.

EVAPORATORE A FILM SALENTE E CADENTE:È molto rapido perché prima sale e poi scende pergravità.

Vantaggi:

• I coefficienti di scambio termico sono molto elevati;
• Viene utilizzato anche per unità molto grandi.

Svantaggi:

• Spesso bisogna pompare perché con il vuoto non siriesce, quindi metto una pompa che spinge verso l’altonella fase ascendente.

EVAPORATORI A PIASTRE: Gli evaporatori a piastre funzionano come unoscambiatore, solo che anziché riscaldare il fluidoe basta, lo si porta in evaporazione.

Sono molto compatti e modulari ma nonpossono essere utilizzati per grandissimequantità.

Quando funzionano come scambiatori ci sonotutti liquidi e quindi si lavora con pressionibasse, invece quando si lavora con i gas sipossono avere

problemi sia legati alle pressioni sia legate alle perdite. Quando si ha un gas è più difficile da contenere all'interno di un volume chiuso e quindi bisogna stare attenti alla parte con le guarnizioni perché se sono montate male si hanno delle perdite e quindi vapore che va ovunque e questo non va bene. EVAPORATORI A SUPERFICIE RASCHIATA: È uno scambiatore di calore tubo in tubo che è pensato in termini di temperatura per portare in evaporazione il prodotto, e all'interno c'è un albero che è in rotazione con quattro lame che vanno a lavorare sulla superficie del tubo interno e servono ad evitare che ci sia l'aderenza del fluido alimentare alle pareti. Questo va bene per fluidi viscosi o che tendono a formare delle bruciature. Tecniche per recuperare il vapore in uscita: - Lavorare sulle pressioni; - Effettuare una ricompressione termica del vapore, cioè si fa un'iniezione di vapore a pressione più alta per aumentare la temperatura e quindi favorire la condensazione; - Utilizzare un condensatore per raffreddare il vapore e farlo tornare allo stato liquido. Queste sono solo alcune delle tecniche utilizzate per gestire i problemi legati alle pressioni e alle perdite nel processo di evaporazione. È importante valutare attentamente le caratteristiche del fluido e del sistema per scegliere la soluzione più adatta.alte e di conseguenza a temperature più alte;

• Effettuare una ricompressione meccanica, in cui si prende il vapore in uscita dall'evaporatore si comprime e ricomprimendolo si rialzano le temperature.
• Quando si sceglie un evaporatore si deve capire qual è la concentrazione finale, se si riesce ad ottenerla in un unico passaggio, quello che conviene è fare una ricompressione meccanica perché si prende il vapore in uscita si riutilizza, si comprime meccanicamente ma non c'è bisogno di utilizzare più effetti.
• Viceversa, se non si riesce ad ottenere la concentrazione in un effetto singolo si usano più effetti (per ogni effetto aumenta la % di concentrato, quindi la percentuale di solidi nel prodotto finale).

CONCETTI PRINCIPALI DELL'EVAPORAZIONE

Lo scopo fondamentale della concentrazione dei prodotti alimentari è quello di ridurne il volume e il peso in modo da diminuire i costi di trasporto e di stoccaggio, ma

soprattutto eliminare parte della frazione acquosa dai prodotti alimentari per la loro conservabilità. Un evaporatore a semplice effetto consiste in un scambiatore a fascio tubiero in cui avviene il trasferimento di calore dal vapore saturo secco alla soluzione diluita in ingresso da concentrare. Quindi il vapore condensa e cede il suo calore di condensazione provocando l'ebollizione della soluzione; quindi evapora il solvente (di solito il vapore prodotto è vapore d'acqua). Maggiore è la quantità di solvente evaporato più la soluzione finale sarà concentrata. Il vapore che si sviluppa per ebollizione dalla soluzione può trascinare, a causa dell'elevata velocità, gocce di liquido, quindi per non avere perdita di soluto queste gocce devono essere separate dal vapore e recuperate, ciò avviene nella bolla di separazione (in rosso) che è un separatore a ciclone, in cui la corrente di vapore entra tangenzialmente ed

è costretta a compiere un percorso a spirale verso il basso, si sviluppa una notevole forza centrifuga che proietta le goccioline di liquido contro le pareti del ciclone, che quindi scendono per gravità, mentre il vapore privato del liquido viene trascinato verso l’alto ed esce.

Quindi l’evaporazione si articola in due operazioni fondamentali: la trasmissione del calore e la separazione tra vapore prodotto e liquido trascinato dalla soluzione in ebollizione che avviene nel ciclone di separazione.

Il vapore che entra nel fascio tubiero, saturo o leggermente surriscaldato esce sotto forma di condensa leggermente sottoraffreddata.

Questo significa che se si considera il diagramma temperatura-tempo possiamo ritenere che il fenomeno prevalente è quello di condensazione del vapore vivo, quindi la temperatura è costante ed è pari a quella di saturazione alla pressione a cui è disponibile il vapore stesso (T ). Questa temperatura è v,sat|p costante.

(durante la sosta termica) perché il calore che viene sottratto serve a far diminuire la temperatura, e quindi serve a far diminuire l'energia cinetica fino a raggiungere la temperatura di ebollizione; quando la temperatura viene raggiunta il calore perso non fa diminuire la temperatura ma serve solo a far condensare tutto il vapore (il tratto AB). Se si considera un'evaporazione a doppio effetto la pressione nel primo effetto è maggiore di quella nel secondo effetto, e si considerasse un triplo effetto si avrebbe sempre lungo gli effetti una pressione via via sempre più bassa. Il motivo è il seguente: Consideriamo per semplicità un evaporatore a doppio effetto (in cu