Sono moltissime le applicazioni dove vengono impiegati gas tecnici, allo scopo di mantenere o ottenere risultati specifici. Nel settore alimentare ad esempio si utilizzano gas inerti nel confezionamento per mantenere i prodotti inalterati, l’industria metallurgica vede moltissime applicazioni, dai trattamenti termici alle saldature, gli impianti produttivi farmaceutici e chimici prevedono flussaggi con azoto piuttosto che polmonazioni, allo scopo di mantenere costanti i risultati produttivi.

Molti di questi ambiti hanno delle implicazioni che necessitano la termoregolazione del gas che viene utilizzato.

La linea di scambiatori a piastre saldobrasati serie C è stata progettata per questo tipo di applicazioni, dove c’è la necessità di raffreddare o riscaldare un gas anche a pressioni molto elevate (100, 140 bar).

L’abbinamento di questa serie di scambiatori con le centraline di termoregolazione della serie T-REG, consente di ottenere i risultati richiesti, con una tolleranza di temperatura di +/- 0,5°C (*).

La flessibilità e velocità di risposta tipica degli scambiatori a piastre, consente di mantenere elevati livelli di precisione anche in cicli once-through, abbinandoli con sistemi di termoregolazione avanzati, asserviti da strumenti dotati di PID, sistemi di riscaldamento con SCR e sezioni di raffreddamento con valvole modulanti.

(*) valore da verificare in funzione dell’utenza asservita

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Studiata l’applicazione del cliente in tutte le sue caratteristiche di processo, abbiamo valutato insieme due possibili alternative:

• Sistema di raffreddamento ad azoto
• Sistema classico con gruppi frigoriferi a compressione

La semplicità di gestione e il vantaggio tecnico offerto ci hanno portato a optare d’accordo con il cliente per la soluzione con chiller. Il sistema realizzato impiega nello specifico due chiller condensati ad aria che lavorano in parallelo, ciascuno dei quali assolve al 75% della duty termica totale richiesta.
La capacità di raffreddamento spinta raggiunge temperature fino a -30°C, e la soluzione include un sistema di regolazione automatica della condensazione, che garantisce massima efficienza del sistema in tutte le stagioni, esigenza cruciale dal momento che l’impianto è in funzione per tutto l’anno.

La realizzazione è stata fatta completamente in acciaio inox, con speciale coibentazione per bassa temperatura. All’interno del building del cliente è stato quindi realizzato uno skid per accumulo e distribuzione della soluzione incongelabile al reattore, fornito di

• Serbatoi di accumulo
• Pompe ridondanti
• Sistema di controllo e gestione centralizzato

Il monitoraggio da remoto da una sala di controllo consente infine di gestire e pilotare i gruppi frigoriferi e le pompe, con possibilità di gestione di allarmi in caso di malfunzionamento per garantire piena continuità operativa e scongiurare costosi fermi di produzione.

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Condensazione di vapore
In assenza di condizioni corrosive, la scelta di uno scambiatore in acciaio al carbonio è quella più conveniente. Per applicazioni con vapore a bassa pressione (25 kPa), lo scambiatore a piastre può risultare vantaggioso soprattutto se richieste particolari condizioni igieniche, possibilità di pulizia manuale, di ampliamento, oppure in presenza di acqua salmastra (in questo caso le piastre dovranno essere in titanio). Lo scambiatore a piastre risulta particolarmente compatto ed efficiente, consentendo oltre alla condensazione del vapore, anche notevoli livelli di sottoraffreddamento del condensato, utilissimi nel caso di recuperi energetici (Steampack)

Valvole pneumatiche di regolazione vapore su scambiatore

Scambiatori di calore per impianti di distillazione
Gli impianti di distillazione sono sempre composti da un condensatore posto in cima alla colonna, da un ribollitore, e spesso un sistema di preriscaldamento e/o di raffreddamento della parte bassa della colonna. In genere viene anche previsto un sottoraffreddamento delle condense. Scambiatori tipicamente utilizzati in questi impieghi, sono quelli a fascio tubiero, ma ultimamente si sono sviluppati particolari design di piastra, che permettono a questi ultimi di ottenere ottimi rendimenti, facendoli diventare una scelta preferenziale in talune applicazioni. (T WELD)

Recupero di calore testa/coda colonna
La distillazione di un fluido  è più conveniente se l’alimentazione viene effettuata alla temperatura vicina a quella di ebollizione, uno scambiatore di calore è conseguentemente spesso installato in modo da recuperare calore utilizzando il fluido in uscita per preriscaldare il fluido in alimentazione alla colonna. Il PHE è la soluzione ideale per questo genere di recuperi.

Sottoraffreddamento
La condensa rimanente prodotta dal condensatore, può richiedere un sottoraffreddamento. Ciò può essere ottenuto da un secondo condensatore costruito internamente, o dall’installazione di un condensatore separato esterno. Questa è di nuovo una applicazione ottimale per gli scambiatori a piastre PHE.

Scelta di uno scambiatore di calore

Scelta di uno scambiatore di calore – 2

Scelta di uno scambiatore di calore – 3

Scelta di uno scambiatore di calore – 4

Scelta di uno scambiatore di calore – 5

Scelta di uno scambiatore di calore – 6

Scelta di uno scambiatore di calore – 7

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• semplici azionamenti pneumatici
• pistole di soffiaggio
• utensili ad azionamento pneumatico
• valvole di regolazione
• sofisticati strumenti di controllo.

La presenza di umidità nell’aria compressa, senza bisogno di troppe spiegazioni, ha effetti disastrosi su tutte queste componenti.

I sistemi per eliminare questa umidità sono fondamentalmente due:

• essicatori che sfruttano cicli termici
• essicatori che sfruttano elementi “chimici” ad assorbimento

Vista la natura di questo blog, pare evidente che si parli dei primi.

In pratica per diminuire il contenuto di acqua nell’aria, molto semplicemente la si raffredda, facendole lambire delle superfici a bassa o bassissima temperatura, in modo da far condensare l’acqua presente nell’aria separandola. In questo modo si ottiene aria con un minor quantitativo di acqua assoluto, con un post-riscaldamento successivo, se ne controlla l’umidità relativa.

Giocando sulle temperature, ci si può spingere a livelli di essicamento piuttosto elevati.

Questi sistemi si basano sull’impiego di gruppi frigoriferi, abbinati a scambiatori di calore a superficie, l’aria compressa, viene fatta passare nel secondario dello scambiatore, mentre nel primario viene fatto passare a seconda dei livelli di temperatura e delle tipologie di impianto

• freon (espansione diretta)
• acqua addittivata con antigelo
• acqua fredda

E’ interessante vedere come negli ultimi anni, si siano sviluppati questi sistemi, basandosi sull’efficienza degli scambiatori di calore a piastre, utilizzandoli proprio in funzione di dryer per queste applicazioni.

Lo stesso tipo di scambiatore, viene invece visto ancora con diffidenza al di fuori da questi sistemi compatti, in quanto i progettisti sono abituati all’utilizzo del buon vecchio scambiatore a fascio tubiero.

Sono invece ormai centinaia le applicazioni consolidate, realizzate con l’impiego di scambiatori di calore a piastre, anche su portate di aria compressa decisamente “importanti” se non addirittura su impianti di produzione di gas tecnici

• a valle delle colonne di distillazione per il raffreddamento finale dei vari gas prodotti
• a monte per il raffreddamento dell’aria in ingresso ai compressori

Si tratta di vincere l’inerzia psicologica che porta ad utilizzare apparecchiature consolidate, che possono essere sostituite con altre decisamente innovative e più performanti.

Ormai gli scambiatori a piastre possono essere utilizzati con ottimi risultati su molteplici applicazioni di questo tipo. Certamente è richiesta una certa esperienza nel dimensionamento, nonchè alcune accortezze nella installazione, soprattutto quando si devono prendere in considerazione le condense generate dalla deumidificazione dell’aria.

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Macchine simili, anche se meno sofisticate vengono impiegate anche nell’industria cosmetica, per la preparazione di creme o prodotti di bellezza.

Tali reazioni avvengono a temperature controllate, tanto è vero che queste apparecchiature, sono dotate di camicie termostatiche, all’interno delle quali viene fatto scorrere un fluido, caldo o freddo a seconda del momento della reazione, che ne consenta la perfetta termoregolazione, secondo le richieste della ricetta di produzione.

La termoregolazione di questi apparecchi un tempo veniva realizzata facendo scorrere nelle camicie o nei semitubi, alternativamente il fluido di riscaldamento (olio diatermico, acqua, vapore) ed il fluido di raffreddamento (acqua, soluzione incongelabile).

Questo sistema sebbene efficace comportava alcune controindicazioni:

• inquinamenti dei circuiti dei fluidi di servizio, in quanto risultava difficile drenare completamente i circuiti dei reattori dal fluido alternativamente caldo o freddo
• lungaggini di tempo inaccettabili, legate alle operazioni di drenaggio e caricamento dei differenti fluidi
• regolazione della temperatura poco precisa
• range di temperatura ristretti

I moderni sistemi di termoregolazione sono dotati di sistemi chiamati monofluido: sono delle centraline di termoregolazione che, a seconda dei livelli di temperatura necessari per il processo, hanno a bordo due, tre o più scambiatori di calore, alimentati dai diversi fluidi di servizio (azoto liquido, soluzione incongelabile, acqua gelida, acqua di torre, vapore, olio diatermico, acqua surriscaldata) che arrivano dalla centrale termica o dai sistemi di raffreddamento centralizzati installati in azienda, che riscaldano o raffreddano un unico fluido vettore che circola all’interno dei semitubi/camicie del reattore.

Queste unità package, sono complete di

• valvole autoazionate di regolazione
• sistemi di controllo della temperatura (centraline di termoregolazione)
• pompe di circolazione
• sonde di temperatura
• sensori di pressione
• plc
• valvole di intercettazione

e di tutti gli automatismi che permettono la gestione della temperatura necessaria al processo produttivo che asservono in totale autonomia, sotto la supervisione di un sistema centralizzato realizzato tramite computer in sala controllo.

Queste centraline sono realizzate in conformità alla normativa Atex e/o PED a secoonda delle zone di installazione e della classificazione delle aree.

I vantaggi di questi sistemi sono evidenti:

• nessun inquinamento dei circuiti di servizio
• massima precisione nel controllo della temperatura
• estrema rapidità nel passaggio da un livello di temperatura ad un altro
• flessibilità ed affidabilità

la continua evoluzione di questi sistemi, nonchè la costante richiesta da parte dei processi produttivi di condizioni di lavoro estreme, ha ampliato il range di utilizzo di queste centraline, portandolo verso l’alto fino ai 400°C con l’impiego di scambiatori di calore speciali, spingendo al contempo la realizzazione di unità criogeniche fino a temperature di – 70°C ed oltre, mediante l’impiego di fluidi particolari, che mantengono elevati coefficienti di trasmissione del calore ed una fluidità notevole anche a temperature bassissime.

Nello specifico le centraline criogeniche, vengono alimentate ad azoto liquido ed utilizzano speciali fluidi siliconici o solventi come il metanolo, che hanno un range di applicazione estremo e versatile.

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