Operazioni unitarie delle tecnologie alimentari - quesiti

INDIRETTI E DESCRIVERE DETTAGLIATAMENTE UN IMPIANTO A SCELTA.

Quando la sorgente di calore è acqua calda o vapore acqueo che è stato a sua volta precedentemente

riscaldato con metodi diretto, parliamo di scambiatori di calore indiiretti.

Gli scambiatori di calore indiretti comprendono:

-scambiatori a vasca ad intercapedine

-scambiatori a piastre

-scambiatori tubulari a loro volta distinti in:

a serpentino

a doppio e triplo tubo

a fascio tubiero

-scambiatori a film agitato

-scambiatori a spirale: sono costituiti da due lunghe strisce metalliche avvolte a spirale e saldate al centro

in modo da generare due percorsi distinti a spirale.

Lo spessore dello spazio fra due piastre è fissato con distanziatori fra i 5 e i 25 mm, in funzione delle

caratteristiche del fluido trattato, e può essere diverso per prodotto e fluido do servizio.

Lo scambiatore a spirale ha, in ragione dell’elevata superficie, una buona efficienza.

La distribuzione del fluido sulla superficie di scambio è in generale ottima, senza spazi morti.

Insieme allo scambiatore a piastre, è il più compatto, potendo assemblare in un unico apparecchio fino a

2

500 m e, a seconda della necessità, si impiegano diversi apparecchi.

La flessibilità è evidentemente nulla, essendo definiti per ogni impianto fin dalla costruzione, la superficie

di scambio ed il modo di funzionamento.

L’accessibilità della superficie di scambio ad ispezioni ed interventi diretti è modesta o buona a seconda

delle dimensioni.

Sezione di uno scambiatore a spirale funzionante in controcorrente. Disegno pag 51 libro.

In un unico apparecchio compatto si possono avere superfici di scambio molto elevate.

ILLUSTRARE GLI SCAMBIATORIA SUPERFICIE RASCHIATA E DESCRIVERNE LE MODALITà

DI FUNZIONAMENTO.

Questi scambiatori, detti anche Votator, sono costituiti da un tubo ad intercapedine nell’interno del quale

ruota un cilindro (rotore) portante delle lame raschianti.

Il prodotto viene pompato ad un’estremità del cilindro e fluisce verso l’altra estremità mentre è mantenuto

in agitazione e continuamente rinnovato alla superficie di scambio dal moto del rotore con le lame.

Il fluido di servizio scorre nell’intercapedine. Disegno pag 48.

Gli scambiatori di calore a film agitato sono stati messi a punto per riscaldare, raffreddare o congelare

prodotti ad elevata viscosità, anche contenenti materiali fibrosi in sospensione.

Possono operare da -35°C a 180°C ed utilizzare come fluido di servizio dal vapore all’acqua, al

“dowtherm” per il riscaldamento oppure acqua gelata, salamoia o sistemi ad espansione diretta per il

raffreddamento.

L’agitatore a lame svolge un ruolo fondamentale nel rinnovare continuamente il fluido a contatto della

parete favorendo il trasporto di calore minimizzando le incrostazioni e mantenendo omogenea la

temperatura del prodotto.

Il prodotto, che viene alimentato con una pompa positiva, può percorrere un solo o più cilindri, assemblati

in serie o in parallelo a seconda del trattamento da realizzare.

Esistono diverse varianti allo schema costruttivo fondamentale a seconda della ditta costruttrice e delle

esigenze di lavoro.

In alcuni apparecchi ad esempio il rotore è internamente cavo ed anche in esso circola il fluido di servizio

per favorire un più rapido scambio di calore.

In altri casi il rotore è montato eccentricamente rispetto al cilindro per migliorare il rimescolamento e

minimizzare gli effetti di spostamento in massa che spesso si verificano con prodotti pastosi o semi-solidi.

Le lame raschianti sono fissate rigidamente al rotore quando si devono trattare prodotti fortemente

abrasivi come miscele di grassi o zucchero: in questi casi si fissa una piccola distanza fra le lame ed il

cilindro.

Nella maggior parte dei casi le lame sono incernieriate sul rotore e mantenute in pressione elastica contro

la superficie di scambio.

Per prodotti estremamente viscosi la forma delle lame è a spirale.

Negli scambiatori a film agitato molto spesso la resistenza maggiore al trasporto di calore è quella offerta

dalla parete metallica che separa il fluido di servizio dal prodotto.

Si tende pertanto a ridurre lo spessore, compatibilmente con le esigenze di rigidità e di resistenza

meccanica ed a sostituire l’acciaio inossidabile con leghe di nichel e cromo, se non vi sono

controindicazioni con l’aggressività dei prodotti trattati.

Inizialmente impiegati nella produzione in continuo della margarina, gli scambiatori a film agitato hanno

ora una diffusione larghissima come impianti continui di cottura, raffreddamento, pastorizzazione,

congelamento in crioconcentrazione ecc.

Questi apparecchi consentono il trattamento dei più diversi materiali: da impasti di farine a concentrati di

latte e di succhi vegetali, puree di frutta, creme, gelati, budini ed altri prodotti gelificati.

In scambiatori di questi tipo vengono cotti e presterilizzati gli omogeneizzati per l’infanzia ed altri

impasti e miscele destinate al condizionamento o all’essiccamento.

Riassumendo, gli scambiatori a superficie raschiata sono molto efficienti, consentono valori elevati del

coefficiente globale si scambio ed avendo un’elevata superficie specifica di scambio

Essi hanno requisiti igienici ottimi.

Tra le limitazioni possiamo indicare la limitata capacità complessiva, la scarsa elasticità e, soprattutto il

costo elevato.

Ciò non toglie che questi scambiatori siano praticamente i soli a poter trattare prodotti semi-solidi e

pastosi aventi comportamento non-newtoniano.

Spiegare com'è fatta e come funziona la centrifuga orizzontale tipo decanter.

Il Decanter centrifugo sfrutta la differenza di densità tra l’acqua e i solidi in sospensione in un fango da

depurazione civile. Tale differenza viene aumentata esponenzialmente dalla forza centrifuga prodotta

dalla rotazione del tamburo tronco-conico del Decanter. All’interno del tamburo una vite senza fine

denominata coclea spinge il fango addensato verso una estremità lasciando uscire l’acqua con una

percentuale di solidi inferiore verso l’altra estremità. Agendo sulla velocità del tamburo e sulla differenza

di velocità tra tamburo e coclea è possibile ottenere in uscita un fango addensato (ispessito) in maniera

variabile. Questo risulta di notevole importanza in funzione del carico di fanghi da trattare. È quindi

l’operatore che sceglie il grado di ispessimento richiesto e non la macchina, che può dare sempre e solo il

massimo ispessimento per il determinato carico ricevuto.

L’utilizzo di un Decanter per l’ispessimento dei fanghi riduce di molto l’utilizzo dei flocculanti. Questo

perché la notevole forza centrifuga sviluppata agisce molto più rapidamente sui fiocchi che si formano e

quindi il prodotto deve permanere all’interno per un tempo inferiore rispetto ad un ispessitore dinamico.

Inoltre, in alcuni casi nei quali una non eccellente chiarificazione della fase liquida possa essere ritenuta

accettabile, il Decanter può lavorare anche in assenza di condizionamento chimico. Il decanter ha un

duplice utilizzo. La concezione del Decanter ed il suo impiego principale è la disidratazione dei fanghi.

Questo fa’ si che alla bisogna un Decanter che normalmente viene impiegato per l’ispessimento possa

essere utilizzato per la disidratazione, alleggerendo così il carico della sezione successiva dell’impianto.

Ovviamente per questo utilizzo si rende indispensabile l’aggiunta di un flocculante

Descrivere le pompe centrifughe e le pompe positive.

Illustrare gli scambiatori di calore a superficie raschiata e funzionamento.

Gli scambiatori di calore a superficie raschiata, nei quali un albero dotato di palette viene fatto ruotare per

rimuovere il prodotto dalle pareti di scambio termico, sono appropriati per il riscaldamento e il

raffreddamento di prodotti alimentari delicati.

Disegnare lo schema di un’autoclave statica con i sistemi di controllo e descrivere il suo

funzionamentoL’autoclave è un impianto discontinuo è semplice la sua costruzione, è facile il suo

mantenimento ed è poco costoso.Quella tradizionale è cilindrica e al suo interno vengono posti i prodotti

da sterilizzare in un cesto metallico. Il vapore viene insuflato dal basso mediante opportuni distributori e

la condensa, per gravità, viene scarica anchessa dal basso. Costituito anche da un manometro e da un

termometro per verificare le condizioni attuali di lavoro perché la pressione deve essere maggiore della

temperatura del vapore saturo; per migliorare questo parametro bisogna far uscire l’aria da una valvola. Al

termine si interrompe il vapore e si fa entrare acqua (o altro) per raffreddare i contenitori. Durante il

processo i contenitori si potrebbero aprire o rompere, per non far avvenire ciò oltre all’acqua si fa entrare

aria in pressione in modo da bilanciare le pressioni.

Spiegare i principi della liofilizzazione e descrivere il processo dei prodotti alimentari

La liofilizzazione è l’operazione di disidratazione che meglio minimizza il danno tecnologico sul

prodotto, preservandone la qualità sensoriale e nutrizionale. Il costo elevato dell’operazione ne ha però

spesso limitato l’utilizzo ad alimenti con elevato valore commerciale come le bevande nervine, gli

alimenti dietetici per l’infanzia e particolari prodotti della pesca. Nella liofilizzazione la disidratazione

avviene per sublimazione del ghiaccio, portando il sistema acquoso al di sotto del punto triplo. Il prodotto

viene prima raffreddato a temperature comprese tra –10 e –35 °C; l’acqua passa in tal modo dallo stato

liquido allo stato solido. Si fa quindi il vuoto raggiungendo pressioni residue corrispondenti alla pressione

di vapore del ghiaccio alla temperatura d’esercizio . Infine si disidrata il prodotto per sublimazione,

fornendo il necessario calore latente mediante conduzione o irraggiamento.

La distribuzione dei diversi componenti in un liofilizzato è la stessa che si ha nel prodotto di partenza.

Poiché la temperatura dell’intero trattamento è bassa, è anche possibile ridurre tutti i fenomeni di danno

termico. Si realizzano così prodotti ottimi dal punto di vista qualitativo e conservabili per tempi molto

lunghi; l’elevata porosità del materiale liofilizzato lo rende infine facilmente reidratabile. Data l’elevata

porosità e il basso livello di attività dell’acqua, i liofilizzati sono particolarmente suscettibili

all’ossidazione e devono pertanto essere protetti dall’ossigeno nel confezionamento e durante lo

stoccaggio.

Spiegare il principio della centrifugazione. Descrivere le centrifughe separatrici a calotte e a scarico

automatico dei sediment