Domande e risposte esame - prof. G. Giovanelli

Se un prodotto che possiede sali o zuccheri in forma amorfa è esposto a umidità assorbe acqua. Gli

zuccheri si solubilizzano e successivamente cristallizzano in forma cristallina provocando una

ulteriore perdita di acqua in quanto questa forma è in grado di contenerne in minore quantità. In

questo modo ho un aumento dell’umidità relativa del prodotto che risulta pericolosa al fine della sua

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conservabilità. Questa problematica è caratteristica dei prodotti in polvere ed è nota come cacking

o presa di massa; bisogna quindi evitare che il cambiamento di forma degli zuccheri sia associato ad

un aumento di umidità relativa per questo si aggiungono volani di igroscopicità ovvero sostanze

molto igroscopiche che assorbono l’umidità.

23. Ossidazione dei grassi in relazione all’attività dell’acqua.

L’ossidazione dei lipidi dipende fortemente dal livello di umidità relativa e tocca il suo livello minimo

ad aw corrispondenti circa allo strato monomolecolare. UR maggiori o minori dello strato

monomolecolare favoriscono l’alterazione (lo strato monomolecolare esercita un effetto protettivo

nei confronti dell’ossidazione). Livelli crescenti di acqua favoriscono le reazioni di ossidazione grazie

all’azione solvente su catalizzatori di reazione e specie reagenti, riducendo la viscosità ed

aumentando la mobilità delle molecole, rigonfiando i gel e rendendo dunque disponibili maggiori

superfici di reazione.

Nei prodotti liofilizzati le ossidazioni sono particolarmente temibili, dato il bassissimo contenuto di

umidità.

24. Risparmio energetico nell’essiccamento.

L’essiccamento in corrente d’aria è una operazione che richiede un grosso dispendio energetico, si

dice quindi che ha una bassa economia in quanto la massa di vapore utilizzata per il riscaldamento

dell’aria di essiccamento è molto maggiore del vapore che si libera dal prodotto in essiccamento.

Una prima tecnica per ottenere un risparmio energetico è un maggiore esaurimento dell’aria attuato

in due modi: trattando minori portate di prodotto in modo da utilizzare minor quantità l’aria secca;

aumentando i tempi di permanenza del prodotto all’interno dell’impianto. Questo tuttavia porta ad

un aumento dei costi di ammortamento d’impianto quindi necessario trovare il punto di

ottimizzazione trai due costi.

Il riciclo totale dell’aria si ottiene riutilizzando l’aria in uscita previo riscaldamento alla temperatura

di esercizio. In questo modo l’aria diventa sempre più umida, diminuisce così il potere essiccante.

Quando l’aria ha raggiunto un potenziale di esaurimento elevato viene scaricata e il processo

ricomincia riscaldando aria ambiente. Ho una forte riduzione dei costi energetici ma l’essicamento

non è costate.

Altrimenti posso operare un riciclo parziale dell’aria uscente dall’essiccatore andando a miscelarla

con aria ambiente nelle corrette proporzioni per poi andare a riscaldarla alla temperatura di

esercizio. Occorre valutare opportunamente la % di riciclo in modo da ottenere la miscela richiesta

tenendo conto che aumentando eccessivamente la % di riciclo ottengo un’aria piuttosto umida

quindi con scarso potere essiccante.

Un risparmio può essere anche ottenuto da una migliore coibentazione dell’impianto, dall’uso di aria

esausta per scaldare quella ambiente in ingresso, per prodotti liquidi prevedere prima una fase di

concentrazione per evaporazione.

25. Descrivere essiccatori a tunnel e trasporto pneumatico.

Gli essiccatori a tunnel sono largamente utilizzati per l’essicamento di prodotti vegetali, hanno un

funzionamento semi-continuo. Il prodotto è disposto su dei ripiani inseriti su carrelli, questi vengono

introdotti all’estremità dell’impianto e si muovono lungo il tunnel investiti da corrente d’aria in modo

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da mantenere in contatto il prodotto con l’aria essicante il tempo richiesto per raggiungere il giusto

grado di essicamento.

Gli essiccatori a trasporto pneumatico sono utilizzati per il trattamento di prodotti in forma granulare

o in fiocchi sensibili al danno termico. Il tipo più comune è detto ‘falsh’, è costituito da una condotta

a sezione circolare o quadrata, in cui il prodotto è trascinato dal basso verso l’alto da una forte

corrente d’aria calda. Il prodotto viene separato dall’aria esausta in una sezione posta in alto. La

grande superficie di contatto aria-prodotto e gli ottimi coefficienti di scambio termico convettivi

consentono un essicamento rapido e efficiente.

26. Descrivere essiccatori a letto fluido.

Sono essiccatori adatti all’essiccamento di prodotti granulari e in fiocchi. L’aria viene pompata dal

basso e fluisce verso l’altro attraverso uno strato (letto) di particelle, si genera così una perdita di

carico che quando è tale da vincere il peso delle particelle, causa il loro distacco dal supporto, ha così

inizio la fluidificazione. Se si continua aumentando la velocità dell’aria le particelle si separano tra

loro, a questo la sezione di passaggio d’aria aumenta, diminuisce così la velocità della stessa (fase di

espansione del letto, nel quale le particelle si comportano come se fossero un fluido). Aumentando

ulteriormente la velocità dell’aria le particelle sono trascinate via dal gas, questa fase è detta ‘fuga

dal letto’. Elevata superficie di contatto e elevato coefficiente convettivo garantiscono un ottimo

essiccamento anche a temperature non troppo elevate.

27. Descrivere i filtri a pressa.

Il filtro a pressa è molto diffuso in ambito alimentare, per la semplicità d’uso e la grande versatilità,

infatti è possibile aumentare e diminuire facilmente la superficie di filtrazione. L’impianto è costituito

da una intelaiatura in acciaio che regge una serie di piastre verticali tenute insieme a pressione. Nel

filtro a pressa, elementi pieni sono alternati da elementi vuoti, il mezzo filtrante è posto tra ciascuna

piastra e telaio. Si costruiscono così una serie di camere di filtrazione dove si ha il deposito.

La torbida viene alimentata in parallelo alle camere di filtrazione e grazie alla differenza di pressione

la fase continua attraversa lo strato filtrante, mentre i solidi sono trattenuti nello strato. La superficie

delle piastre è scanalata o corrugata per consentire al filtrato di percolare lungo la piastra ed essere

raccolta nel canale di scarico.

28. Filtrazione di superficie e di profondità, illustrare le principali differenze e meccanismi sui quali si

basano.

Nella filtrazione di superficie, i solidi sono trattenuti sulla superficie del mezzo filtrante a causa delle

dimensioni dei pori che non consentono il loro passaggio, si tratta quindi di un semplice meccanismo

di setacciamento.

Nella filtrazione per profondità, le particelle hanno dimensioni spesso minori dei pori ma vengono

comunque trattenute all’interno del mezzo filtrante con meccanismi diversi. Il mezzo filtrante è un

materiale poroso di spessore variabile, la grandezza dei pori è eterogenea. Le particelle sospese

entrano in contatto con le pareti interne e per sedimentazione o per inerzia vi rimangono, trattenute

dalle forze di adsorbimento e di attrazione elettrostatica.

29. Descrivere estrazione solido-liquido.

L’estrazione solido-liquido ha come obbiettivo l’estrazione di un soluto disperso in una matrice solida

attraverso l’utilizzo di un solvente liquido. Il soluto che si trova in fase dispersa dentro una matrice

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solida viene messo a contatto con il solvente nel quale si solubilizza, a questo punto il solvente

contenente soluto (estratto) viene separato dalla massa di solidi inerti. Il solvente sarà poi

allontanato in modo da ottenere soluto puro.

La fenomenologia del processo una volta che ho aggiunto il solvente al solido è la seguente:

diffusione del solvente dalla soluzione alla superficie del solido attraverso lo strato limite, il solvente

penetra bagnando completamente il solido costituendo la cosiddetta fase imbibente. Il soluto

dispeso nel solido si scioglie nel solvente, la differenza di concentrazione del soluto tra interno e

esterno genera la diffusione dello stesso verso l’esterno. La diffusione si arresta quando la

concentrazione del soluto è la stessa nella soluzione che imbibisce il solido. Si tratta quindi di un

processo di contatto-equilibrio-separazione.

Facendo un bilancio materiale in entrata abbiamo il feed (solido) e solvente puro; in uscita ottengo il

ritenuto (solidi residui) e l’estratto (miscela tra solvente e soluto). Il soluto sarà poi separato con altre

tecniche. Spesso i solidi imbibiti dal primo stadio sono trattati con altro solvente puro per migliorare

la resa di estrazione, altrimenti si procede con una serie di estrazioni in controcorrente in modo da

ottenere anche un estratto più concentrato.

30. Descrivere brevemente estrattori a immersione e estrattori a percolamento.

Gli estrattori a immersione i solidi sono in moto in direzione contraria rispetto al flusso dell’estratto.

Ne esistono varie tipologie: il modello Hildebrandt è formato da due tubi verticali e uno orizzontale

che li connette tra loro, all’interno ci sono tre viti senza fine. Il prodotto da estrarre è alimentato

dall’alto di uno dei tubi verticali, il solvente è alimentato dall’altro tubo quindi in controcorrente. La

vite senza fine fa risalire i solidi fino al foro di scarico, mentre l’estratto e scaricato nel tubo opposto

massimizzando il tempo di contatto tra solido e solvente.

Un’altra tipologia è l’impianto ‘Bonotto’ dove il feed è alimentato dall’alto da una vite senza fine e

scende verso il basso con un sistema di dischi ad apertura sfalsata percorrendo un cammino

elicoidale. Sul fondo i solidi imbibiti sono presi da una colonna dotata di catena sulla quale sono posti

panieri forati che portano il tutto qualche metro più in alto. A questo punto sono scaricati su un

nastro trasportatore inclinato, lavati con solvente puro e drenati. Il solvente scende attraverso i

panieri forati operando una estrazione controcorrente, per essere poi scaricato in cima.

Entrambi hanno un buon esaurimento dei solidi, il problema possibile sta però nella formazione dei

fini.

Negli estrattori a percolato i solidi rimangono fissi durante l’estrazione, questo evita la formazione

di fini e produce un effetto di autofiltrazione dell’estratto.

Un modello di questi estrattori è il modello Bollman, consiste in una catena senza fine che porta i

panieri forati che salgono da un lato e discendono dall’altro. Nella parte superiore un dosatore fa

cadere la giusta quantità di feed nei panieri, essi s