Domande operazioni unitarie

Sterilizzatore a fiamma e prodotti per cui si usa

Lo sterilizzatore a fiamma di tipo Sterilflamme è indicato per il trattamento di prodotti liquidi (o contenenti una fase liquida) e non dei prodotti solidi, nei quali il trasporto di calore avviene per conduzione ed è quindi meno agevole. Inoltre consente trattamenti di tipo HTST che garantiscono un’ottima conservazione delle caratteristiche sensoriali e la minimizzazione dell’imbrunimento. Un impianto di questo genere è essenzialmente costituito da diverse sezioni di passaggio, in cui i contenitori sono sterilizzati passando su bruciatori a gas.

Nella prima parte, la temperatura del prodotto sale fino a 95°C per riscaldamento con vapore; successivamente i contenitori raggiungono la temperatura di sterilizzazione (130-135°C) per poi passare nella zona di sosta, dove i bruciatori sono distanziati in modo tale da fornire solo il calore necessario a mantenere la temperatura di trattamento per un tempo variabile a seconda del prodotto (da 3 a 12 min). Infine, viene nebulizzata dell’acqua sui contenitori per consentirne il raffreddamento fino a 45°C.

Durante tutto il trattamento, i contenitori sono mantenuti in agitazione dalla barra di supporto cosicché il trasporto di calore per convezione sia massimizzato e le temperature interne siano omogenee.

Principi della centrifugazione e centrifughe a calotte

Quando si parla di centrifugazione, si parla di decantazione centrifuga, ovvero di un’operazione di separazione solido-liquido che non sfrutta l’accelerazione di gravità, bensì l’accelerazione centrifuga. Le centrifughe a calotte consistono di dischi impilati l’uno sull’altro a pochi millimetri di distanza, in modo da avere tanti bacini di decantazione paralleli e quindi aumentare la portata dell’impianto.

Nei decantatori centrifughi, le calotte hanno superficie continua e diametro pari al disco distributore: il liquido limpido viene scaricato dall’alto e i solidi rimangono nella parte inferiore della calotta per poi scivolare nella camera dei fanghi. Invece, nei separatori centrifughi, le calotte sono forate nella zona periferica del disco distributore: questi fori fungono da canali di alimentazione dell’impianto; entrambi i liquidi sono scaricati dall’alto.

Quindi le centrifughe a calotte aumentano l’efficienza dell’impianto, minimizzano le turbolenze nel liquido e recuperano l’energia cinetica delle particelle nel moto decelerato, ovvero nella fase centripeta recuperano parte dell’energia spesa nella fase centrifuga.

Modalità di essiccamento spray e descrizione dei componenti

L’essiccamento spray consente di trattare prodotti liquidi (latte e derivati, succhi di frutta, lieviti, estratti di caffè e orzo) nebulizzandoli nella camera di essiccamento. Il prodotto liquido, attraverso una valvola, raggiunge un atomizzatore ad ugelli (ad alta pressione o centrifugo), dove forma un sottile film che si rompe a contatto per effetto della tensione superficiale a contatto con l’aria.

Da qui, il prodotto entra nella camera di essiccamento, dove entra in contatto con la corrente di aria calda, proveniente a sua volta da uno scambiatore indiretto che l’ha portata a 180-220°C. Le pareti interne della camera (che è di forma tronco-conica) sono dotate di spazzole pulenti o sistemi vibranti che rimuovono in modo continuo le particelle non ancora disidratate che vi si depositano per evitare che subiscano reazioni di degradazione.

Infine avvengono lo scarico dell’essiccato e il recupero dell’aria: le particelle maggiori decantano nella parte inferiore della camera di essiccamento per gravità, mentre l’aria esausta viene scaricata da un’apertura posta ad una certa altezza nella sezione conica. Questa aria contiene ancora delle microparticelle di essiccato, quindi in un ciclone la miscela viene separata: per effetto centrifugo le particelle di essiccato si portano sulle pareti interne del ciclone, mentre l’aria viene aspirata da un ventilatore e filtrata un’ultima volta.

Filtrazione con alluvionaggio continuo e indicare gli impianti

La filtrazione ad alluvionaggio prevede l’aggiunta continua di coadiuvanti di filtrazione alla sospensione: questi materiali ausiliari, insieme ai solidi del prodotto, contribuiscono alla formazione di un panello consistente e permeabile; sono inoltre impiegati per preparare un prepanello per evitare che il supporto di filtrazione si intasi. Per formare il prepanello, si invia una sospensione acquosa di coadiuvanti sul supporto di filtrazione, fino a che si forma il vero e proprio panello: questo deposito è il materiale filtrante su cui si invia la torbida.

Per esempio, nella filtrazione del vino e della birra, si impiegano coadiuvanti a base di polimeri proteico-simili, con attività specifica di ritenzione dei polifenoli, oppure del carbone attivo che agisce su diversi pigmenti e aromi.

Un filtro tipicamente impiegato nella filtrazione ad alluvionaggio è quello a camera di pressione: consiste di una camera cilindrica che racchiude dei filtri piatti o cilindrici a sviluppo orizzontale o verticale. La torbida è alimentata in pressione: quindi il filtrato viene scaricato mentre il panello si deposita.

Principio della filtrazione di profondità e descrivere un filtro a piacere

Durante la filtrazione di profondità, le particelle con diametro inferiore a quello dei pori sono trattenute nelle porosità del mezzo filtrante grazie ad appositi meccanismi. In questo caso, il filtro presenta dei pori irregolari e costituiti dagli spazi vuoti tra i vari materiali che lo compongono (sabbia, ghiaia, feltro, cartoni filtranti). Attraverso queste porosità, il prodotto segue quindi un percorso tortuoso più lungo dello spessore del mezzo filtrante: di conseguenza vi rimangono intrappolate, anche a causa delle forze elettrostatiche e di adsorbimento e di inerzia nel caso dei solidi.

Parametro attività dell'acqua, disegnare l'isoterma di adsorbimento e spiegare il significato

L’attività dell’acqua è data dal rapporto adimensionale tra la pressione di vapore dell’acqua nel prodotto e la pressione di vapore dell’acqua pura alla stessa temperatura: quindi esprime il grado di disponibilità dell’acqua libera come umidità relativa ed ha valori compresi tra 0 e 1. Se A = 0, l’acqua è così fortemente legata da non avere pressione di vapore; se A = 1, l’acqua nel prodotto ha la stessa pressione di vapore dell’acqua, quindi non è per nulla legata ed è totalmente disponibile.

La relazione tra il contenuto di acqua e la sua attività in un prodotto è detta igroscopicità, studiata tramite due grafici: l’isoterma di adsorbimento e l’isoterma di desorbimento. In particolare, la prima curva valuta il fenomeno idratando progressivamente un prodotto disidratato: evidenzia quindi la relazione tra l’attività dell’acqua (ascissa) e l’umidità assoluta (ordinata) di un prodotto.

Nella zona ad UR più basse, l’acqua è fortemente legata: non funge da solvente; in corrispondenza di UR intermedie, l’acqua è ancora abbastanza legata e risulta incongelabile; ad UR molto elevate (fino a 100%), le molecole di acqua non presentano legami chimico-fisici al prodotto → sono libere e disordinate → l’acqua può evaporare.

Descrivere le cinetiche di essiccamento in corrente d'aria

Le cinetiche di essiccamento descrivono la variazione del contenuto di acqua nel prodotto nel corso del tempo. Nella cinetica di questa operazione si individuano tre fasi. La prima fase è la fase di riscaldamento.