Questo articolo esamina in modo approfondito i principi e i tipi di essiccatori industriali. Continua a leggere e scopri di più ora.
Panoramica degli essiccatori industriali e del processo di essiccazione
Un essiccatore è una macchina che riduce il contenuto di umidità di solidi sfusi, parti lavorate e altri materiali preziosi. È un sistema complesso costituito da una camera di essiccazione, riscaldatori, apparecchiature per la movimentazione dei materiali, apparecchiature a convezione forzata e altri.
L’essiccazione è una procedura essenziale per la lavorazione del materiale. Può essere tecnicamente definito come la vaporizzazione dell’umidità assorbita da materiali bagnati. È un processo simultaneo di trasferimento di calore e massa che può essere realizzato con diversi meccanismi. Il calore viene trasferito al materiale, provocando la vaporizzazione dell’acqua assorbita. L’acqua evaporata viene quindi trasferita e trasportata dall’aria circostante o dal gas inerte. L’umidità o il contenuto di umidità dell’aria circostante aumenta dopo il processo. Il peso totale del materiale diminuisce dopo il processo e il peso privo di umidità è costante per tutto il tempo. L’asciugatura viene eseguita per uno o più dei seguenti motivi:
- Per prevenire la crescita di batteri, muffe e altri microbi su prodotti alimentari e farmaceutici.
- Per evitare che i materiali si arrugginiscano e si corrodano.
- Per migliorare o mantenere le proprietà desiderabili di un materiale.
- Per rendere i materiali idonei per ulteriori lavorazioni, stoccaggio, movimentazione e trasporto.
- Per migliorare la funzionalità, l’usabilità e il valore del prodotto.
Le asciugatrici industriali sono ampiamente utilizzate nei settori alimentare, farmaceutico, agricolo, zucchero, pasta di cellulosa e carta, tessile, legno, metallurgico, fabbricazione di metalli e altro ancora.
Gli essiccatori industriali si differenziano in base al loro meccanismo di rimozione del contenuto d’acqua di un materiale. Sono disponibili in diverse dimensioni e capacità: dagli essiccatori su piccola scala che si trovano nelle case e nei laboratori, che assorbono pochi grammi di umidità, agli essiccatori su scala industriale, che gestiscono tonnellate di mangime umido all’ora. Pertanto, la scelta di un essiccatore con il tipo, le dimensioni e le specifiche appropriate per una determinata applicazione è essenziale. Diversi essiccatori industriali possono avere effetti diversi sul prodotto finale e sulle proprietà dei materiali.
Categorie di trasferimento di calore degli essiccatori industriali
Le apparecchiature di essiccazione industriale possono essere classificate in base al meccanismo di trasferimento del calore. Gli essiccatori possono essere classificati come essiccatori diretti, essiccatori indiretti e essiccatori radianti.
Essiccatori industriali diretti
Gli essiccatori diretti trasferiscono il calore al materiale per convezione. Il fluido termovettore è costretto ad avere un contatto diretto con il materiale da essiccare. Un flusso di aria calda o gas inerte funge da mezzo di trasferimento del calore, che viene soffiato o fatto circolare intorno e all’interno del materiale. Questa aria calda trasporta e fornisce calore latente per vaporizzare l’umidità assorbita. L’umidità evaporata viene quindi raccolta dall’aria soffiata.
Grazie alla loro efficienza, gli essiccatori industriali diretti e continui sono la configurazione più comune di essiccatori nella pratica industriale. La loro efficienza di trasferimento del calore è maggiore rispetto agli essiccatori indiretti. Tuttavia, hanno costi operativi più elevati e possono avere maggiori perdite di energia.
Essiccatori industriali indiretti
Gli essiccatori indiretti trasferiscono il calore al materiale per conduzione. Il fluido termovettore è separato dal materiale da una partizione conduttiva. Il materiale da essiccare è contenuto all’interno di una camera di essiccazione e viene riscaldato dalle pareti della camera. Il calore latente necessario per vaporizzare l’umidità assorbita viene trasferito attraverso la parete. L’umidità evaporata viene quindi trasportata dall’aria circostante. L’aria circostante o di trasporto richiesta dagli essiccatori indiretti è molto inferiore rispetto agli essiccatori diretti.
Gli essiccatori industriali indiretti vengono utilizzati nell’essiccazione di prodotti sensibili, come prodotti farmaceutici e materiali combustibili poiché il flusso d’aria che fa circolare il prodotto è relativamente basso. Questi essiccatori prevengono il rischio di contaminazione durante il processo. Sono utilizzati anche nell’essiccazione in batch di volumi di produzione relativamente bassi.
Essiccatori industriali radianti
Gli essiccatori radianti trasferiscono il calore emettendo direttamente onde elettromagnetiche al materiale da essiccare. Queste onde elettromagnetiche trasportano energia termica o calore e penetrano in profondità nel materiale. Il calore assorbito dal calore del materiale viene condotto all’umidità facendola evaporare e combinarsi con l’aria circostante. Poco calore viene disperso nell’aria circostante. Ciò rende il processo di essiccazione senza contatto e a basso rischio di contaminazione. Come gli essiccatori indiretti, gli essiccatori radianti non richiedono un grande flusso d’aria e potrebbero richiedere solo un piccolo ventilatore. Inoltre, gli essiccatori radianti sono più puliti ed ecologici rispetto agli essiccatori convettivi e conduttivi.
Gli essiccatori industriali radianti sono comunemente usati in adesivi, vernici e rivestimenti sulle superfici delle parti.
Le tipologie di essiccatori radianti sono le seguenti:
Essiccatori a microonde
Gli essiccatori a microonde utilizzano onde elettromagnetiche che rientrano nella regione delle microonde (da 300 MHz a 300 GHz). Le radiazioni a microonde possono penetrare oltre la superficie del materiale. Quindi, questi essiccatori vengono utilizzati per asciugare il materiale dall’interno (cioè, essiccazione volumetrica). L’umidità o il solvente evapora dai pori del materiale. Gli essiccatori a microonde vengono utilizzati per la lavorazione di prodotti alimentari e agricoli.
Essiccatori a infrarossi
Gli essiccatori a infrarossi utilizzano onde elettromagnetiche che rientrano nella regione dell’infrarosso (da 300 GHz a 400 THz). Questa regione cade appena al di sotto dello spettro della luce visibile. Questi essiccatori emettono energia per riscaldare la superficie esterna del materiale e il calore viene condotto dalla superficie esterna alla parte interna del materiale. Gli essiccatori a infrarossi sono generalmente dotati di apparecchiature a convezione forzata per aumentare l’efficienza.
Modalità di funzionamento degli essiccatori industriali
Un essiccatore industriale può funzionare in batch o in modalità continua.
Tipi di essiccatori batch
Gli essiccatori batch elaborano un volume fisso di materiale a una particolare durata di essiccazione. Nella camera di essiccazione viene posto un numero o una quantità fissa di materiali; questa quantità è limitata dalla capacità di tenuta dell’essiccatore. I materiali essiccati vengono scaricati dalla camera e può essere eseguita l’essiccazione del successivo lotto di materiali. Gli essiccatori batch vengono utilizzati in volumi di produzione relativamente bassi.
I tipi di essiccatori batch sono essiccatori a vassoio, essiccatori sottovuoto, essiccatori a congelamento e essiccatori a bidone.
Essiccatori a vassoio
Gli essiccatori a vassoi sono costituiti da più vassoi, che contengono i materiali da essiccare, impilati all’interno della camera di essiccazione. L’aria viene utilizzata come mezzo di trasferimento del calore che è costretto a muoversi all’interno della camera. I ventilatori facilitano il movimento dell’aria. L’aria guadagna energia termica quando entra in contatto con le bobine di riscaldamento. L’aria riscaldata viene soffiata sopra il materiale, facendo sì che l’umidità si diffonda e si vaporizzi. Una parte dell’aria che trasporta l’umidità esce attraverso il condotto di ventilazione, mentre il resto viene fatto ricircolare nella camera insieme a un flusso di aria fresca e secca. La temperatura e la velocità dell’aria possono essere regolate in base a un determinato prodotto e alle esigenze operative.
Gli essiccatori a vassoio sono il tipo più semplice di essiccatori industriali; hanno costi iniziali economici e consumano meno spazio. Sono facili da usare e mantenere. Tuttavia, il tempo di asciugatura è generalmente lungo. Potrebbero non essere adatti per solidi in polvere.
Essiccatori sottovuoto
Gli essiccatori sottovuoto funzionano a una bassa pressione del vuoto per accelerare la vaporizzazione dell’umidità o del solvente assorbito dal materiale. La diminuzione della pressione di esercizio abbassa il punto di ebollizione del liquido assorbito; quindi, questi essiccatori funzionano a una temperatura inferiore rispetto ad altri essiccatori industriali.
I materiali da essiccare vengono caricati in vassoi. L’essiccatore è dotato di una pompa a vuoto per ridurre la pressione all’interno della camera. Il calore viene trasferito dalle pareti della camera al materiale per conduzione o irraggiamento. Alcuni essiccatori sottovuoto hanno una camicia a vapore. La pompa del vuoto aspira il vapore; il solvente vaporizzato può essere recuperato per condensazione e riutilizzato se necessario.
Gli essiccatori sottovuoto sono utilizzati per prodotti termosensibili, igroscopici, combustibili e granulari. Sono utilizzati nei prodotti alimentari e farmaceutici per evitare che i nutrienti si degradino alle alte temperature. Rimuovono efficacemente grandi quantità di umidità e hanno tempi di asciugatura rapidi.
Essiccatori di gelo
La liofilizzazione o liofilizzazione comporta il congelamento del materiale da essiccare e la sua sottopressione sotto vuoto. Viene impiegato per prodotti che si degradano o cambiano drasticamente alle alte temperature. Preserva l’attività biologica e le proprietà chimiche del materiale. Viene utilizzato nei prodotti alimentari e farmaceutici per preservarne il contenuto di nutrienti e principi attivi. Viene anche utilizzato in campioni biologici come sangue, tessuti e proteine. Tuttavia, la liofilizzazione richiede molto tempo per essere completata.
I liofilizzati sottovuoto sono costituiti da apparecchiature di refrigerazione, una camera di essiccazione, vassoi di contenimento e una pompa a vuoto. Il campione viene prima congelato almeno fino alla sua temperatura di fusione per convertire l’umidità e il solvente all’interno del materiale in una fase solida. La pompa del vuoto viene quindi attivata per diminuire la pressione all’interno della camera. Il trasferimento di calore a bassa pressione fa sì che l’umidità solidificata o il solvente si trasformino in vapore. La pompa a vuoto aspira il vapore sublimato dal materiale. Il liofilizzatore continuerà a funzionare per eliminare l’umidità o il solvente legati al materiale.
Essiccatori di contenitori
Gli essiccatoi per contenitori sono costituiti da un serbatoio di raccolta o da un contenitore con una piastra perforata sul fondo. Un ventilatore soffia aria ambiente o preriscaldata attraverso la piastra perforata verticalmente verso l’alto. L’aria circonda il materiale umido, facendolo asciugare. Il materiale può essere disposto su ripiani, con il materiale più umido in basso. L’aria che trasporta l’umidità esce nella parte superiore del bidone. Gli essiccatoi per bidoni sono utilizzati per essiccare prodotti agricoli e forestali come legno, frutta, verdura, cereali, bambù e altri. Tuttavia, gli essiccatori a bidone potrebbero non disporre dei controlli di asciugatura ed essere utilizzati come pre-essiccatori.
Tipi di essiccatori continui
Gli essiccatori continui assorbono un flusso continuo e ininterrotto di materiali durante il loro funzionamento. I materiali umidi vengono continuamente alimentati e trasportati attraverso la camera di essiccazione. Quando il materiale attraversa la camera, perde il suo contenuto di umidità. I prodotti essiccati possono essere raccolti da un serbatoio tampone o direttamente alimentati alle apparecchiature successive. Gli essiccatori continui vengono utilizzati se è necessario essiccare una grande quantità di prodotti.
I tipi di essiccatori continui sono essiccatori a tunnel, essiccatori rotanti, essiccatori a letto fluido, essiccatori sotto vuoto agitato, essiccatori a spruzzo, essiccatori flash, essiccatori a tamburo e essiccatori a disco.
Essiccatori a tunnel
Negli essiccatoi a tunnel, i materiali da essiccare vengono caricati in vassoi fissati ad un carrello. I carrelli entrano all’una e si muovono lentamente attraverso il tunnel di asciugatura, in cui viene soffiato un flusso di aria calda o gas. Il materiale si asciuga mentre si muove attraverso il tunnel. I vassoi possono muoversi in una delle seguenti direzioni con il flusso d’aria:
Configurazione simultanea Il movimento del materiale e il flusso d’aria sono nella stessa direzione parallela. Questa configurazione è la meno efficiente.
Configurazione controcorrente Il movimento del materiale e il flusso d’aria sono in direzioni parallele opposte. È la configurazione più efficiente in quanto il gradiente di temperatura attraverso la camera è più uniforme: l’aria più calda e secca entra in contatto con i materiali con il più alto contenuto di umidità.
Configurazione a flusso incrociato Il flusso d’aria è perpendicolare al movimento del materiale, massimizzando così il contatto. L’essiccatore a nastro a vaglio è un tipo di essiccatore a tunnel che utilizza questa configurazione. I materiali sono posti in uno schermo perforato attraverso il quale viene soffiata verticalmente aria calda. L’umidità viene rimossa dai materiali mentre attraversa il tunnel.
Le impostazioni delle zone di riscaldamento e la velocità del carrello possono essere ottimizzate in base al tipo e alla quantità di materiali caricati e all’umidità finale o al contenuto di solvente.
Gli essiccatori a tunnel sono considerati un miglioramento degli essiccatori a vassoio. I materiali entrano ed escono continuamente durante la loro operazione. Il materiale è stabile sul carrello mentre attraversa il tunnel. Pertanto, questi essiccatori sono adatti per prodotti sensibili a danni o deformazioni, come componenti automobilistici, parti elettroniche, materiali da costruzione, materiali in vetro e frutta, verdura e prodotti alimentari di grandi dimensioni. Gli essiccatori a tunnel sono operativamente efficienti nella lavorazione di materiali che richiedono lunghi tempi di essiccazione.
Essiccatori rotanti
Gli essiccatori rotanti sono costituiti da un cilindro metallico leggermente inclinato con alette interne. Il materiale viene alimentato dall’estremità superiore del cilindro. Il cilindro ruota lentamente per sollevare e mettere in cascata il prodotto. Aria calda o gas entra in direzione simultanea o controcorrente con il materiale. L’agitazione provocata dall’azione di rotazione e burattatura interna determina un’asciugatura rapida ed uniforme. Il prodotto viene raccolto all’estremità inferiore del cilindro.
Gli essiccatori rotanti possono essere classificati come a fuoco diretto o indiretto. Negli essiccatori rotanti a fuoco diretto, il gas caldo entra direttamente in contatto con il materiale all’interno del cilindro. L’aria ad alta temperatura può essere utilizzata per arrostire i prodotti alimentari. Negli essiccatori rotanti a fuoco indiretto, il calore viene condotto dalle pareti del cilindro al materiale da essiccare.
Gli essiccatori rotanti sono adatti per l’essiccazione di materiali granulari e non appiccicosi. Sono comunemente usati nei prodotti di essiccazione da un processo di cristallizzazione. Sono adatti per l’essiccazione di sali, minerali, cereali, noci e mangimi per animali.
Essiccatori a letto fluido
Negli essiccatori a letto fluido, il materiale umido viene alimentato a un recipiente da una coclea. Un flusso di aria preriscaldata scorre dal fondo del recipiente per mantenere le particelle sospese o fluidificate. Questo flusso scorre perpendicolarmente alla direzione del viaggio del materiale. Un flusso d’aria orizzontale può essere fornito per aiutare a convogliare le particelle. L’ampio contatto delle particelle e dell’aria si traduce in un processo di asciugatura più rapido. L’aria che trasporta l’umidità esce nella parte superiore della nave. Le particelle trasportate da questo flusso sono separate da un separatore a ciclone o da un filtro a maniche. I prodotti essiccati vengono raccolti in un punto più basso dell’ingresso del materiale.
Negli essiccatori a letto fluido vibrante, la vibrazione viene aggiunta per migliorare la fluidizzazione di particelle di grandi dimensioni e alimentazioni appiccicose e lente.
Gli essiccatori a letto fluido sono utilizzati in prodotti in polvere e granulari come cereali e cereali. Alcuni essiccatori a letto fluido sono progettati e configurati per consentire l’essiccazione in batch.
Essiccatori sottovuoto agitati
Gli essiccatori sottovuoto agitati sono costituiti da un recipiente incamiciato con un agitatore. La nave funziona a bassa pressione e temperatura moderata. L’agitatore agita il materiale per aumentare la velocità di essiccazione e garantire una distribuzione uniforme del calore. La pompa a vuoto aspira il vapore. Un filtro a ciclone evita che le particelle si combinino con la condensa.
Gli essiccatori sottovuoto con agitatore vengono utilizzati anche per l’essiccazione di prodotti sensibili al calore e all’aria. Di solito sono posizionati accanto alle apparecchiature di filtrazione.
Essiccatori a spruzzo
L’essiccazione a spruzzo è un processo rapido ed efficiente per trasformare direttamente un impasto liquido, una sospensione o una pasta in polvere fine essiccata. Il mangime di solito contiene un’elevata quantità di umidità e deve essere trasportabile tramite una pompa. Viene utilizzato per produrre saponi, detersivi, latte, caffè, tè, sali, resine polimeriche, aromi, estratti, prodotti farmaceutici e altri.
L’essiccazione a spruzzo prevede le seguenti fasi:
Atomizzazione
È il processo di conversione del mangime in una nebbia di goccioline fini per garantire un’asciugatura rapida. L’alimentazione viene pompata continuamente in un atomizzatore installato sopra la camera di essiccazione. Esistono diverse tecniche per atomizzare il feed:
Forzandolo nell’orifizio di un ugello
Mescolandolo con un gas compresso
Passandolo attraverso un disco rotante ad accelerazione centrifuga
Asciugatura
Un flusso di gas caldo viene introdotto nella parte superiore o inferiore del recipiente di essiccazione. Il gas essiccante per i solidi in una soluzione acquosa è l’aria. Il gas azoto viene utilizzato per solventi organici o infiammabili. L’umidità o il solvente vengono rimossi quando l’alimentazione atomizzata viene dispersa sul gas. Il diametro del recipiente di essiccazione è grande per evitare che le particelle si attacchino alle pareti del recipiente. Le particelle si depositano sul fondo conico del recipiente.
L’asciugatura avviene in pochi secondi. Pertanto, gli essiccatori a spruzzo utilizzati nell’essiccazione di prodotti termosensibili che si degradano se esposti per un periodo di tempo considerevole.
Separazione e raccolta del prodotto
Un separatore a ciclone e un filtro separano le particelle dal gas di essiccazione.
Essiccatori flash
Gli essiccatori flash disidratano i materiali granulari bagnati convogliandoli attraverso un condotto di essiccazione. Un flusso di gas caldo ad alta velocità scorre attraverso il condotto che mantiene le particelle in sospensione. Il calore del flusso di gas rimuove l’umidità o il solvente dal prodotto. Dopo il passaggio nel condotto, le particelle vengono separate dalla corrente gassosa mediante un ciclone e un filtro a maniche. Una parte dei gas di scarico viene fatta ricircolare nel condotto per aumentare l’efficienza energetica. Gli essiccatori flash vengono utilizzati per essiccare minerali, sali, amidi, coloranti e altri prodotti granulari.
Essiccatori a tamburo
Essiccatori a tamburo o essiccatori a rulli disidratano l’alimentazione liquida per produrre polveri, scaglie o materiali granulari. Sono costituiti da uno o due tamburi riscaldati internamente che ruotano attorno al proprio asse. Il vapore scorre all’interno del tamburo e il calore viene condotto attraverso le pareti. Il mangime viene spruzzato sulla superficie del tamburo rotante o tra i due tamburi rotanti. Una sottile pellicola di mangime liquido si attacca e si asciuga sulla superficie calda. Il contenuto di umidità iniziale e finale del prodotto determina il suo tempo di permanenza sulla superficie del tamburo. Un raschietto rimuove le particelle essiccate una volta ottenuto il contenuto di umidità desiderato.
Negli essiccatori a tamburo sottovuoto, i fusti sono posti in una camera con pressione del vuoto. La bassa pressione all’interno della camera diminuisce il punto di ebollizione dell’umidità o del solvente, facendolo evaporare a una temperatura inferiore. Pertanto, gli essiccatori a tamburo sottovuoto sono adatti per l’essiccazione di prodotti sensibili al calore.
Essiccatori a dischi
Gli essiccatori a dischi sono costituiti da più dischi verticali montati su un albero, che sono tutti contenuti in un cilindro orizzontale. L’albero è riscaldato internamente da vapore o olio caldo; il calore viene condotto dall’albero ai dischi montati. I dischi forniscono l’area per l’essiccazione indiretta. L’alimentazione umida sotto forma di liquame o fanghiglia entra su un lato del cilindro. L’umidità o il solvente dall’alimentazione evapora quando tocca i dischi. I materiali vengono trasportati assialmente lungo tutto il cilindro. I raschiatori sono installati all’interno del cilindro per garantire una miscelazione uniforme ed evitare che i materiali si attacchino ai dischi. Infine, i prodotti vengono raccolti sul fondo dell’altra estremità del cilindro.