Eco-Pedia

Il fattore che più di altri può compromettere l’efficienza dello scambio termico è lo sporcamento. Il fluido da evaporare, infatti, ad elevate concentrazioni può dar luogo a delle precipitazioni saline, oppure a depositi di varia natura sulle pareti dello scambiatore.

I principali fattori che determinano lo sporcamento sono:

• La natura della soluzione da trattare
• Il tipo di moto del fluido (se turbolento o laminare)
• La geometria della superficie di scambio termico

Bisogna quindi prestare la massima attenzione a questi aspetti, in quanto un elevato sporcamento si traduce in una bassa efficienza dell’impianto di evapoconcentrazione.

Ciò che in un evaporatore sottovuoto garantisce un basso livello di sporcamento è riassumibile come segue:

• Attenta gestione del refluo: un fattore di concentrazione troppo elevato, ad esempio, può creare numerosi depositi indipendentemente dalla tipologia di scambiatore adottato
• Corretta frequenza di lavaggio: a lungo andare, si sa, un minimo di fouling si viene a creare. È quindi necessario effettuare dei cicli di pulizia periodici
• Scelta del giusto prodotto chimico: ogni deposito di sporco viene rimosso totalmente e solubilizzato soltanto con un dato prodotto chimico (soluzione acida o alcalina, detergente, etc).

In un evaporatore sottovuoto, il calore necessario all’evaporazione della soluzione da trattare (calore latente di evaporazione) viene ceduto tramite un apposito scambiatore di calore. Esistono varie tipologie di scambiatori:

• Scambiatore a serpentino immerso
• Scambiatore a fascio tubiero
• Scambiatore a piastre
• Scambiatore a sella (incamiciato)

A seconda della tipologia di liquido da trattare (sporcamento, eventuali precipitazioni saline, …) e dell’obiettivo che si vuole raggiungere (concentrato liquido, solido o semi-solido), certe tipologie di scambiatori si prestano meglio di altre.

Lo scambio di calore può avvenire in tre modi:

• Conduzione
• Convezione
• Irraggiamento

In un evaporatore sottovuoto, il calore necessario all’evaporazione del liquido da trattare viene fornito mediante conduzione, tramite contatto diretto tra il liquido ed una superficie metallica riscaldata. La quantità di calore fornita è direttamente proporzionale alla superficie di scambio, al gradiente termico (delta T) e ad una costante che dipende dal materiale scelto, dallo sporcamento e dalla geometria della superficie di contatto; è invece inversamente proporzionale allo spessore della superficie di scambio.

Per portare 1 kg d’acqua da temperatura ambiente a temperatura di ebollizione e permettere il passaggio dalla fase liquida a quella vapore, a condizioni di pressione atmosferica (101 kPa), occorre fornire circa 2500 kJ (approssimativamente corrispondenti a 700 Wh). Questa energia è irrimediabilmente persa nell’atmosfera se non si recupera il calore latente della condensazione. Nell’evaporazione sottovuoto, si sfrutta il recupero di tale energia per poi riutilizzarla all’interno del ciclo, permettendo un minore consumo energetico per l’evaporazione dell’acqua. Le tecnologie per sfruttare questa energia possono essere molteplici:

• Evaporazione sottovuoto a pompa di calore
• Evaporazione sottovuoto a multiplo effetto
• Evaporazione a ricompressione meccanica del vapore

Grazie all’utilizzo di tali tecnologie il consumo energetico può diminuire di circa 25 volte rispetto all’evaporazione atmosferica.

L’evaporazione è un processo fisico naturale che, a livello industriale, viene utilizzato per separare l’acqua dagli agenti inquinanti altobollenti in essa contenuti, quali ad esempio olii, sali, metalli, etc.

Il liquido da trattare entra quindi nell’evaporatore, all’interno del quale avviene l’evaporazione e la condensazione della frazione acquosa.

In uscita, si ha una corrente purificata e riutilizzabile, chiamata “distillato”, che in genere corrisponde al 95-98% del totale, e una minima frazione di scarto denominata (o detta) “concentrato”.

Le condizioni operative di temperatura e pressione, le modalità di scambio termico, l’energia fornita all’evaporatore e altri parametri variano a seconda della tipologia di concentratore sottovuoto.