Scambiatori di calore a fascio tubiero per la fusione e la rigenerazione della margarina
Antefatti del caso pratico per la fusione e il ritrattamento della margarina
Un’azienda leader a livello mondiale nel settore chimico e alimentare ha contattato SACOME per risolvere un problema di corrosione in uno dei suoi scambiatori di calore. Questo scambiatore di calore era destinato alla fusione della margarina per il successivo ritrattamento. In questa applicazione si presentano una serie di difficoltà al momento di riprogettare lo scambiatore di calore a fascio tubiero. Da un lato, la scelta del materiale più adatto. Dall’altro, un’adeguata interpretazione del processo termico a cui è sottoposta la margarina, poiché si tratta di un prodotto semisolido che passa allo stato liquido quando viene rilavorato.
Per questa applicazione è comune l’uso di scambiatori di calore a superficie raschiata. Tuttavia, l’elevato costo iniziale di installazione, unito agli alti costi di esercizio e ai problemi tipici della chiusura meccanica, rendono lo scambiatore di calore tubolare una valida alternativa da prendere in considerazione.
La soluzione: scambiatori di calore a tubo corrugato per la fusione e la rigenerazione della margarina
Noi di SACOME siamo sempre consapevoli che una corretta scelta del materiale eviterà possibili problemi di corrosione nel sistema di processo. Per questo motivo, e sulla base dell’analisi dei materiali effettuata dall’Università Politecnica di Cartagena (UPCT), la nostra divisione tecnica ha proposto al cliente l’utilizzo di acciaio duplex. Questo materiale era ideale per il progetto e il tipo di applicazione prevista. Allo stesso modo, abbiamo proposto una progettazione termica ottimizzata per garantire il corretto funzionamento dello scambiatore di calore tubolare.
Grazie agli oltre 40 riferimenti con margarina di cui disponiamo in SACOME, i nostri ingegneri sono stati in grado di proporre la configurazione tecnica più adatta dello scambiatore di calore a tubo corrugato per la fusione e la rilavorazione della margarina.
Processo per il trattamento di fusione e rigenerazione della margarina
La margarina vegetale è un’emulsione di acqua in olio in cui la fase acquosa si diffonde finemente sotto forma di gocce nella fase continua di grasso animale o vegetale. Questo prodotto viene realizzato dopo diverse fasi, come la preparazione della fase acquosa e della fase grassa, la preparazione dell’emulsione, la pastorizzazione, la refrigerazione e la cristallizzazione e il confezionamento o riempimento.
Nel caso in cui la margarina animale o vegetale non raggiunga la consistenza e/o la consistenza desiderate, il prodotto deve essere inviato a un serbatoio polmone per la successiva rilavorazione. Per consentire il pompaggio e la rilavorazione della margarina, che ha una consistenza semisolida, deve essere fusa al fine di ottenere una fase liquida che ne faciliti il pompaggio e la trasformazione in modo semplice.
Specifiche del materiale
Lo scambiatore di calore, fabbricato in acciaio inossidabile austenitico 316, era soggetto a corrosione. A tal fine, è stato richiesto al cliente un campione da analizzare e raccomandare un materiale adatto. In stretta collaborazione con l’Università Politecnica di Cartagena (UPCT), SACOME è stata in grado di trarre conclusioni sull’origine di questa corrosione per evitare che si verifichi in future progettazioni.
Gli esperti dell’UPCT hanno effettuato diverse analisi sul campione con segni di corrosione: analisi chimica mediante spettrografia, analisi macrografica e micrografia.
Si è concluso che il campione presentava corrosione localizzata per vaiolatura (pitting) dovuta all’effetto combinato di un alto contenuto di cloruri (con una percentuale di sali contenuti superiore all’1%) e di alte temperature di processo. In questo modo, i tecnici dell’Università Politecnica di Cartagena hanno analizzato la risposta di diversi acciai inossidabili (austenitici e austeno-ferritici), non solo alla corrosione per vaiolatura, ma anche alla corrosione galvanica, interstiziale, da tensocorrosione e intergranulare.
Inoltre, lo studio dei diversi materiali ha tenuto conto del valore pH e del contenuto di Cl- del prodotto. Sulla base di questo confronto, e tenendo conto degli acciai inossidabili commerciali disponibili nel settore, gli ingegneri SACOME hanno selezionato un acciaio duplex come ideale per questa applicazione.
Una corretta scelta del materiale eviterà problemi di corrosione.
Specifiche del prodotto
Il grasso della margarina è composto da una miscela di oli vegetali, emulsionanti, lecitina, aromi e altri ingredienti minori disciolti nella miscela, come coloranti o antiossidanti. Inoltre, la fase acquosa può avere un contenuto di sale variabile. Questa composizione complessa, insieme al cambiamento di fase che si verifica durante il riscaldamento della margarina, rende necessaria un’analisi reologica del prodotto. Lo scopo di questa analisi è ottenere una progettazione termica affidabile dello scambiatore di calore tubolare. Per questo motivo, le proprietà termiche del prodotto sono state ottenute nei laboratori dell’UPCT a partire da un campione dello stesso.
La corretta modellizzazione del processo di fusione e cristallizzazione, del calore latente e del calore specifico sono essenziali per la progettazione termica dello scambiatore di calore.
Progettazione di scambiatori di calore tubolari per la fusione e la rigenerazione della margarina
Per questo progetto abbiamo fornito il nostro scambiatore di calore tubolare S-TFM-I, le cui caratteristiche principali sono le seguenti:
Geometria multitubolare
La geometria multitubolare consiste in un fascio di tubi in cui l’olio grezzo viene lavorato sul lato tubi e l’olio raffinato sul lato carcassa.
Piastra tubiera flangiata
La progettazione della piastra tubiera flangiata consente di smontare le riduzioni sul lato della margarina, rendendo possibile l’ispezione e la pulizia all’interno dei tubi interni.
Flangie sterili
È stata proposta una progettazione specifica delle flange sterili, con particolare attenzione al tipo e all’alloggiamento delle guarnizioni.
Progettazione senza interstizi.
È stata sviluppata una geometria con totale assenza di zone morte, consentendo una progettazione completamente igienica e prevenendo la comparsa di corrosione interstiziale, punto chiave per un prodotto con un alto contenuto di cloruri.
Il progetto in cifre
Portata di processo (Kg/h)
Temperatura iniziale (°C)
Temperatura finale (°C)
Potenza termica (Kcal/h)
Perdita di carico (bar)
Spazio occupato in pianta (mm)