ITVI20010032A1 - Sistema per essiccare materiali preformati nell'industria delle ceramiche dei laterizi delle paste alimentari del legno dei pellami e mezzi - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto di Invenzione Industriale avente il titolo:

"SISTEMA PER ESSICCARE MATERIALI PREFORMATI NELL'INDU-STRIA DELLE CERAMICHE, DEI LATERIZI, DELLE PASTE ALIMENTA-RI, DEL LEGNO, DEI PELLAMI E MEZZI PER ATTUARE DETTO SI-STEMA".

Secondo l'invenzione in oggetto si viene a realizzare un essiccatoio a camera per materiali preformati quali ceramiche, manufatti e stampi io gesso, laterizi, paste alimentari, nonché prodotti quali il legno ed i pellami con possibili vincoli di temperatura nel processo di trattamento di essiccazione, nel quale il materiale viene essiccato in un'atmosfera a pressione parziale di vapore sotto controllo, come verrà precisato in seguito.

Gli essiccatoi a camera in uso, sia statici che a trasporto interno mediante catenaria o nastro, sono riscaldati con fiamma diretta o con gas caldi, e tali suddetti aereiformi hanno la funzione di apportare il calore necessario al processo, e di asportare il vapore prodotto nel processo di essiccazione.

La quantità di vapore asportato dall'aria immessa nell'essiccatoio dipende dalla temperatura di bulbo bagnato del sistema, e si può ricavare dal diagramma di Moilier dell'aria umida.

Il valore della temperatura di bulbo bagnato dipende da molti elementi quali umidità iniziale dell'aria di processo prima del riscaldamento, valore della temperatura di riscaldamento, ingressi di aria parassita.

Gli elementi summenzionati non sono facilmente gestibili negli impianti di essiccazione esistenti.

Bisogna inoltre considerare che la temperatura di bulbo bagnato del sistema che si viene ad instaurare, è anche la temperatura a cui si porta il materiale in fase di essiccazione.

È inoltre noto che l'alta temperatura del materiale da essiccare facilita il rilascio dell'acqua per la riduzione delle forze di legame con il materiale stesso.

Il fenomeno è perfettamente analogo anche con l'utilizzo di fiamme dirette.

Una medio-bassa temperatura di bulbo bagnato del sistema dà perciò media-bassa velocità di essiccazione e medio-alta quantità d'aria necessaria al camino per l'asportazione del vapore.

È noto che l’acqua da sottrarre mediante il processo di essiccazione nei vari prodotti si trova, dal punto di vista chimico-fìsico, sotto forma di acqua libera o di interposizione e di acqua legata elettrochimicamente.

Quasi sempre, al crescere della temperatura di bulbo bagnato del sisterna (cioè della temperatura interna del prodotto in essiccazione) si riducono le forze di legame elettrochimico, come pure la viscosità, così da trasformare l'acqua legata in acqua libera.

Questo fatto facilita la diffusività dell'acqua all'interno del corpo e quindi anche l'essiccazione.

Parimenti, al crescere della pressione parziale del vapore ne aumenta la diffusione nell’ambiente-essiccatoio e quindi si semplificano i problemi di asportazione del vapore dalla superfìcie esterna del pezzo da essiccare, e di apporto del calore necessario all'evaporazione dell'acqua all'interno del prodotto da essiccare.

Gli essiccatoi a camera attualmente in produzione presentano gravi lacune per la gestione di un buon livello di temperatura di bulbo bagnato del sistema, che, come è noto, è correlato alla pressione parziale di vapore, e per la possibilità di controllo del medesimo.

Spesso infatti sono grandi camere realizzate in muratura non impermeabilizzata alla diffusione del vapore; sono dotati di porte non certamente a tenuta di vapore; utilizzano aria esterna e/o prodotti della combustióne come vettori dell'energia termica in ingresso e del vapore in uscita; sono spesso dotati di ventilazione interna all'essiccatoio necessaria ad eliminare lo strato limite superficiale del pezzo in essiccazione che rende difficoltoso l'ingresso dell'energia termica, e la diffusione in ambiente dell'acqua evaporata.

I limiti esistenti sulla "tenuta a vapore" e per l'uso di aria o prodotti della combustione come fluido diatermico, unitamente all'impossibilità di intervenire con un sistema di regolazione e controllo, rendono ingovernabile la pressione parziale del vapore nell'essiccatoio, e quindi impediscono la possibilità di gestione di un processo in cui uno dei parametri di stato (la pressione parziale di vapore) non è controllabile e gestibile a volontà e secondo le necessità del prodotto in essiccazione (vedi ad esempio il brevetto europeo EP 0395685B1).

La soluzione trovata che supera tutti i limiti suesposti è l'oggetto del brevetto in esame.

Si è realizzata una camera di essiccazione a tenuta di vapore con pannelli di acciaio inox (è utilizzabile anche l'alluminio) coibentati con materiale isolante, dello spessore di circa 100 mm, tale da non dare dispersioni termiche sensibili e privo di ponti termici tali da dare condensa del vapore all'interno della camera.

La porta è robusta ed incernierata, dotata di una robusta guarnizione in materiale morbido e resistente al calore, adatta a garantire la tenuta al vapore del sistema dal lato porta.

Il sistema lavora normalmente a pressione atmosferica: solamente nel caso in cui si voglia aumentare la diffusività di massa dell'acqua, ma si sia obbligati a restare al di sotto di una certa temperatura al fine di non produrre trasformazioni irreversibili nel materiale sotto processo, come per esempio nel caso di essiccazione del pellame, è conveniente lavorare ad una pressione inferiore a quella atmosferica. In tal modo si ottimizzano i valori di diffusività di acqua e di vapore nel processo di essiccazione, lavorando nelle condizioni ottimali per il materiale sotto processo.

Nel caso considerato la fonte di energia termica è stata realizzata con uno scambiatore di calore tra i prodotti della combustione di un bruciatore a gas ed il fluido dell'ambiente interno, con l'utilizzo di un ventilatore di ricircolo di detto fluido adatto ad ottimizzare il rendimento dello scambiatore.

II sistema di espulsione del vapore è a deflusso naturale, ma viene asservito anche ad un eiettore o pompa da vuoto che permette dì ottenere in camera di essiccazione la pressione ottimale ai fini del trattamento e dei vincoli chimico-fisici del materiale sotto processo nelle varie fasi del processo, con passaggio del fluido dentro un condensatore il quale, date le alte temperature di bulbo bagnato usate (tra i 50 ed i 100° C) permette una facile condensa dell'acqua con il recupero del calore latente e dell'acqua medesima.

Per gestire la temperatura di bulbo bagnato secondo il programma voluto in modo indipendente dal regime che si verrebbe a realizzare solamente in funzione dell'impedenza termica del sistema, si è realizzato:

1. una fonte autonoma di umidità interna mediante un ugello per acqua nebulizzata (o vapore), comandata dal sistema di regolazione e controllo che è asservito ad un sensore di temperatura di bulbo bagnato, noto per sé, quando si ha la necessità di aumentare la temperatura di bulbo bagnato;

2. una possibilità di immettere aria ambiente, mediante una valvola in depressione o servita da un ventilatore di mandata se necessario, sempre comandata dal sistema di regolazione e controllo che è asservito ad un sensore di temperatura di bulbo bagnato quando si ha la necessità di diminuire la temperatura di bulbo bagnato; 3. un sistema di estrazione del vapore e di creazione della depressione voluta e gestita mediante il sistema di regolazione e controllo del processo, formato da un eiettore-pompa del vuoto, noti per sè.

Con l'adozione delia camera di essiccazione realizzata con tenuta a vapore avente scarico del vapore prodotto nel processo di essiccazione, dotata dei tre sistemi su descritti per aumentare o ridurre la temperatura di bulbo bagnato del sistema e la pressione interna all'essiccatoio secondo le esigenze di processo dei vari materiali, si è visto che è possibile impostare un processo di essiccazione in cui sono gestibili in continuo nel tempo sia la temperatura di bulbo bagnato che la temperatura di bulbo secco, unitamente alla pressione in camera di essiccazione.

Questo fatto permette di:

1 . ottenere la velocità di essiccazione voluta ai vari livelli di temperatura, essendo la stessa funzione della temperatura di bulbo bagnato e di quella di bulbo secco, oltre che del coefficente di convezione;

2. essiccare il prodotto (che si porta prima anche al suo interno a temperatura di bulbo bagnato) alla temperatura voluta.

Per esempio si sono trovati grandi vantaggi nell'essiccazione di:

a. STAMPI IN GESSO PER CERAMICA. È noto che il gesso ha una trasformazione allo stato solido a 63,5°C. Questo fatto impone nella normale essiccazione di avere una temperatura di bulbo secco non superiore a tale livello, con tempi di processo che possono arrivare anche a 6÷10 giorni, dati gli spessori in gioco p.e. negli stampi per ceramica dell'industria dei sanitari. Si è visto invece che essiccando il gesso a temperatura di bulbo bagnato per esempio di 70°C si è ottenuto il processo in circa 24 ore e si è ottenuto uno stampo avente caratteristiche meccaniche superiori, tali cioè da poter riutilizzare lo stampo 300 volte, in luogo delle 80 normali. Tale fatto, oltre alla riduzione di tempi di produzione e di immagazzinamento, dà anche una riduzione di costi diretti dello stampo.

b. TAVOLE DI LEGNO DI ROVERE. È nota a tutti la difficoltà di essiccare il legname ed in particolare, tra i legni nobili, il rovere. Tale legno a circa 70°C subisce il "collasso" della sua struttura con un degrado che lo rende "commercialmente" inutilizzabile. Si è invece riusciti, lavorando con l'essiccatoio a temperatura di bulbo bagnato di 65°C e temperatura di bulbo secco di 75°C, ad ottenere tavole essiccate in modo perfetto in 50 ore, invece dei 12÷15 giorni di essiccazione che sono necessari negli attuali essiccatoi a camera. Risultati analoghi di ottima essiccazione e riduzione dei tempi nell'ordine di 1 giorno contro 20 si sono ottenuti con tutte le essenze provate.

c. PASTA ALIMENTARE. Si è ottenuto un tempo di essiccazione di 60÷120 minuti invece di 6÷24 ore necessarie con gli essiccatoi attuali, lavorando a temperatura di bulbo bagnato superiori a 80°C. In tal modo si è ottenuta una pasta che "tiene la cottura" perché a temperatura superiore a 80°C del prodotto il glutine "rammollisce" e ingloba l'amido della pasta, ottenendosi così una "dentabilità" superiore.

d. SANITARI OTTENUTI PER COLAGGIO IN VITREOUS CHINA E FIRE CLAY. Si sono ottenuti cicli di essiccazione in 60÷120 minuti con temperature di bulbo bagnato superiori a 80°C e temperature di bulbo secco fino a 120°C invece degli attuali cicli di 24÷30 ore ottenibili negli essiccatoi non aventi il controllo della pressione parziale di vapore. La resistenza meccanica del materiale secco ottenuta nell'essiccatoio è doppia di quella ottenuta negli essiccatoi "tradizionali" o in essicazione naturale in ambiente. Tale resistenza raddoppia dopo cottura, anche rispetto ai pezzi essiccati in modo tradizionale o naturale.

e. LATERIZI TRAFILATI, TAVELLONI. Si è ottenuto un ciclo di 60 minuti invece di 24 ore ed una resistenza sul secco doppia rispetto al ciclo di confronto; parimenti è raddoppiata la resistenza sul prodotto cotto.

Si è scoperto che l'aumento di resistenza riscontrato nei casi "d" ed "e" deriva dalla mancanza di microfessure derivate da questa tecnica di essiccazione gestibile in tutte le sue fasi a volontà.

f. PELLI BOVINE E OVICAPRINE. Si è riusciti, lavorando a temperatura di bulbo bagnato di 40°C e temperatura di bulbo secco di 50°C ad essiccare delle pelli montate su telai in tempo di 1 ora invece delle 20 ore ottenibili con l'essiccazione usuale mediante catenaria. L’aumento della superficie ottenuto per l'alta pressione di vapore è stato del 3÷10%. La mano della pelle è risultata molto morbida.

A titolo esemplicativo si descrive (vedi fig. 1) l'attrezzatura utilizzata e realizzata in conformità ai dettami del brevetto di processo descritto, con la quale si sono realizzati i cicli descritti e si sono ottenuti i vantaggi quantitativi e qualitativi summenzionati.

Si è realizzata una camera di essiccazione (rif. 1 fig. 1) in robusti pannelli di acciaio inox scatolati (rif. 2 fig. 1), con all'interno un materasso di lana di roccia.

I pannelli sono stati assemblati mediante collegamenti saldati e filettati, ma tutti in condizioni da garantire la tenuta a vapore del sistema camera porta.

La porta incernierata (rif. 3 fig. 1) è stata dotata di una robusta guarnizione (rif. 4 fig. 1) in materiale espanso morbido atto a garantire la tenuta a vapore sino alle temperature massime previste per l'essiccazione con temperatura di bulbo secco di 250°C..

La porta è incernierata e chiusa con volantine atte a produrre la pressione voluta sulla guarnizione di tenuta che garantisce la tenuta di vapore del sistema.

Uno scambiatore di calore / vaporizzatore (rif. 8 fig. 1) è stato posto all'interno della camera di essiccazione, ed è stato asservito da un ventilatore di riciclo (rif. 10 fig. 1) che aspira il fluido interno alla camera e lo invia nello scambiatore.

Assieme al fluido interno, quando occorre aumentare la temperatura di bulbo bagnato, viene immessa anche acqua (o vapore) mediante un'alimentazione (rif. 8 fig. 1) comandata dal sistema di regolazione e controllo, che gestisce l'impianto (rif. ·> fig. 1).

In fase di raffreddamento, invece dei prodotti di combustione, viene immessa aria ambiente, mediante un'alimentazione (rif. 5 fig. 1) comandata dal sistema di regolazione e controllo, all'interno dello scambiatore per ridurre la temperatura di bulbo secco del sistema.

Per ridurre la temperatura di bulbo bagnato, anche al fine di eliminare tensioni nei pezzi essiccati, viene introdotta aria esterna nel ventilatore di ricircolo, mediante una valvola (rif. 11 fig. 1) asservita ai sistema di regolazione e controllo.

Il sistema di estrazione del vapore può lavorare a deflusso o mediante un sistema dì estrazione con eiettore / pompa del vuoto (rif. 13 fig. 1) comandato dal sistema di regolazione e controllo dell'impianto mediante un pressostato, atto a realizzare la curva di processo voluta per il materiale in essiccazione.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI - Sistema di essiccazione di oggetti umidi preformati comprendente una fase di introduzione di detti oggetti all’interno di una camera coibentata (1), al fine di sottoporli al riscaldamento a mezzo di fluidi caldi atti ad asportare il vapore prodotto nel processo di essiccazione di detti oggetti, anche favorito dall’azione di mezzi di ventilazione interna forzata, caratterizzato dal fatto che detto processo di essiccazione avviene in una atmosfera a pressione parziale di vapore, che è correlata alla temperatura di bulbo bagnato del sistema, costantemente controllata da mezzi di regolazione e controllo automatico secondo un programma preimpostato in funzione della tipologia e della qualità degli oggetti da essiccare, al fine di ottimizzare e velocizzare detto processo di essiccazione. - Sistema secondo la rivendicazione 1), caratterizzato dal fatto che detta atmosfera a pressione parziale di vapore costantemente controllata, viene ottenuta ricorrendo al controllo automatico dell'immissione, all’interno di detta camera coibentata (1), di umidità aggiuntiva per aumentare la temperatura di bulbo bagnato, oppure dell’immissione di aria ambiente per diminuire detta temperatura, con eventuale associazione di mezzi di estrazione del vapore mediante creazione di una depressione programmata al'intemo di detta camera, anch’essa gestita da detti mezzi di regolazione e controllo automatico del processo. - Mezzi per attuare il procedimento secondo le rivendicazioni 1) e 2), caratterizzati dal fatto di comprendere sostanzialmente una camera di essiccazione a tenuta stagna (1) associata a mezzi di produzione di energia termica (6) per l’essiccazione operanti con mezzi scambiatori di calore (8), mezzi di immissione controllata di acqua/vapore (9), mezzi di introduzione controllata di aria ambiente (11), mezzi di estrazione del vapore da detta camera eventualmente associati a mezzi condensatori (12). - Mezzi secondo la rivendicazione 3), caratterizzati dal fatto che detta camera di essiccazione (1) comprende pannelli metallici (2), preferìbilmente in acciaio inox coibentati con materiale isolante e privi di ponti termici tali da produrre condensa di vapore. - Mezzi secondo le rivendicazioni 3) e 4), caratterizzati dal fatto che detta camera di essiccazione (1) comprende una porta di accesso (3) dotata di guarnizioni perimetrali (4) in materiale morbido, resistente al calore e a tenuta di vapore. - Mezzi secondo le rivendicazioni 3), 4) e 5), caratterizzati dal fatto che detta camera di essiccazione (1) lavora normalmente a pressione interna pari a quella atmosferica. - Sistema e mezzi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzati dal fatto che detta camera di essiccazione (1) lavora ad una pressione interna controllata e regolata ad un valore inferiore a quello atmosferico, atta a consentire l’essiccazione di materiali che non sopportano elevate temperature. - Sistema e mezzi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzati dal fette che detti mezzi di produzione del calore sono preferìbilmente bruciatori a gas (6) cooperanti con detti scambiatori (8) eventualmente associati a ventilatori (10) di ricircolo del fluido di detti scambiatori. - Sistema e mezzi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzati dal fatto che detti mezzi di immissione controllata di acqua/vapore (9) comprendono ugelli di immissione per acqua nebulizzata o vapore asserviti ad un sensore di temperatura di bulbo bagnato. - Sistema e mezzi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzati dai fatto che detti mezzi di introduzione controllata di aria ambiente comprendono una valvola (11) in depressione eventualmente associata ad un ventilatore di mandata (10) ed asservita ad un sensore di temperatura di bulbo bagnato. - Sistema e mezzi secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzati dal fatto che detti mezzi di estrazione di vapore da detta camera di essiccazione comprendono un apparecchio eiettore-pompa del vuoto (13) atto a creare detta eventuale depressione interna automaticamente controllata e regolata da detti mezzi di regolazione e controllo automatico del processo di essiccazione.