Refrigeratori di mosto per la produzione di whisky
Antefatti del progetto di refrigeratori di mosto per whisky
Un’azienda scozzese, leader mondiale nella produzione di whisky, si è rivolta a SACOME per la progettazione e la fabbricazione di un refrigeratore di mosto da 250 m³/h (refrigeratori di mosto per whisky)
Il raffreddamento del mosto dopo la macerazione e prima del processo di fermentazione nella produzione di liquori o bevande alcoliche ad alta gradazione è una parte essenziale del processo, poiché ad alte temperature la capacità di fermentazione diminuisce, si producono perdite di alcol evaporato e l’aroma diminuisce.
Pertanto, il nostro personale tecnico si è impegnato al massimo nella progettazione dei raffreddatori di mosto per whisky, prestando molta attenzione alle condizioni di progettazione speciali, all’alto contenuto di solidi in sospensione (grani, pietre, paglia…), alla necessità di una temperatura del mosto precisa all’uscita del raffreddatore o alle rigorose condizioni di pulizia dello scambiatore di calore dopo i cicli di produzione. Questi aspetti rendono la soluzione tubolare la più conveniente.
Nelle sezioni seguenti entreremo nei dettagli della nostra progettazione di scambiatori di calore tubolari per il processo di raffreddamento del mosto, con cui lavorano le principali distillerie scozzesi.
La soluzione: scambiatori di calore a tubo corrugato
Noi di SACOME, abbiamo realizzato la progettazione e la fabbricazione di un gran numero di scambiatori di calore a tubo corrugato per le più importanti distillerie di Scozia e, in tutti i casi, queste apparecchiature funzionano attualmente a pieno regime.
In questo progetto specifico, era necessario raffreddare il mosto da 63 °C a 20 °C come passaggio preliminare alla fermentazione in diverse condizioni operative e il processo era diviso in 4 sezioni a seconda del fluido di servizio utilizzato per raffreddare il prodotto (in questo caso acqua di torre, acqua dolce e acqua fredda).
Il sistema funziona fondamentalmente con il mosto che circola attraverso i tubi corrugati interni attraverso le 4 sezioni, mentre il fluido di servizio circola attraverso l’involucro esterno degli scambiatori di calore tubolari. È importante sottolineare che la progettazione realizzata consente la connessione del lato mantello delle sezioni 1, 3 e 4 con l’obiettivo di utilizzare solo acqua fredda come servizio nelle stazioni in cui la temperatura ambiente lo consente, ottenendo così un importante risparmio economico.
Inoltre, dobbiamo sottolineare i vantaggi dell’utilizzo di scambiatori di calore multitubolari a tubi corrugati per questo tipo di prodotti, poiché l’aumento della turbolenza provoca una minore contaminazione, una maggiore velocità di trasferimento e una maggiore omogeneità del prodotto all’uscita del refrigeratore.
Calcoli termici dei refrigeratori di mosto per whisky
D’altra parte, i nostri tecnici hanno tenuto conto della limitazione esistente nella temperatura di uscita dell’acqua dolce, poiché questa viene utilizzata in diversi processi e il mancato rispetto di questo requisito comporterebbe perdite di energia. Allo stesso modo, nella progettazione è necessario considerare che le apparecchiature di processo devono lavorare in produzione in cicli da 30 a 45 minuti. Ogni 2 o 3 cicli, è necessario pulire i tubi interni con acqua a 85˚C e, inoltre, 2 o 3 volte alla settimana è necessario ripetere il processo con una soluzione detergente calda.
Questo refrigeratore di mosto è stato progettato per processare portate comprese tra 150 m³/h e 250 m³/h, raggiungendo temperature di uscita comprese tra 20˚C e 22˚C. Anche le portate e le temperature dei fluidi di servizio variano (ad esempio, per l’acqua dolce la portata può variare tra 120 m³/h e 150 m³/h con temperature comprese tra 5˚C e 19˚C).
Va notato che queste variazioni comportano una maggiore difficoltà nei calcoli termici (sono state verificate più di 20 diverse condizioni operative). Infine, lo scambiatore di calore consisteva in 16 moduli multitubolari montati su un telaio in modo da essere facilmente drenabili (era incluso anche un sistema di valvole di drenaggio). Un aspetto chiave era la progettazione delle guarnizioni di espansione incluse nell’involucro di ogni modulo, poiché sono state effettuate analisi di fatica per 20 anni di vita utile.
Per i calcoli termici dello scambiatore di calore abbiamo utilizzato l’ultima versione di HTRI, organizzazione di cui siamo membri dal 1998. La progettazione meccanica dell’apparecchiatura è conforme allo standard britannico 5500 categoria 2 per una pressione di progetto di 16 barg.
Processo: fasi fondamentali nella produzione del whisky
Preparazione
Per la fabbricazione del whisky, le principali distillerie preferiscono le nuove specie di orzo coltivate in Scozia, poiché contengono molta amido e sono a basso contenuto di proteine. Una volta essiccato il grano, viene raccolto e immagazzinato per essiccare il prodotto, prima della successiva maltatura.
Macerazione
Il malto macinato viene posto in un recipiente circolare di ammollo chiamato “mash tun” e mescolato con acqua calda, in modo che gli enzimi del malto trasformino l’amido in una sostanza zuccherina liquida, il mosto, che viene poi prelevato dal recipiente per la fermentazione. Il materiale di scarto è chiamato luppolo.
Fermentazione
Il mosto viene pompato in grandi botti (fermentatori) dove viene aggiunto il lievito. Una forte fermentazione trasforma lo zucchero in alcol, e la risultante liquida è conosciuta come mosto fermentato o “wash”.
Distillazione
Il mosto viene distillato due volte in grandi alambicchi di rame per produrre “high wines” o “whisky nuovo”. La prima distillazione negli alambicchi fa sì che l’alcol evapori e si separi dall’acqua, formando una liquido chiamato “low wines”. Questo distillato viene poi trasferito negli alambicchi dei “low wines” per produrre acquavite.
Invecchiamento
Dopo la distillazione, al liquore prodotto o “high wine” viene aggiunta acqua e lasciato invecchiare in botti di rovere bianco. La durata dell’invecchiamento può variare, ma in genere è compresa tra i 2 e i 5 anni, e può arrivare fino a 10-15 anni.
Imbottigliamento
Dopo la fase di invecchiamento, il whisky viene ridotto alla gradazione alcolica desiderata aggiungendo acqua dolce. Il whisky viene quindi filtrato accuratamente e imbottigliato con macchinari automatici in bottiglie che vengono sigillate ed etichettate. Infine, le bottiglie vengono imballate per la spedizione.
Il raffreddatore tubolare è necessario tra le fasi di macerazione e fermentazione.
Specifiche del mosto per la produzione di whisky
Uno degli aspetti chiave nella progettazione di questo tipo di impianti per la produzione di whisky è conoscere le proprietà del prodotto. In questo senso, grazie alla nostra grande esperienza in numerosi progetti per le principali distillerie a livello mondiale, in SACOME conosciamo perfettamente il comportamento del mosto (“wort”) e, infatti, disponiamo di prove di reologia effettuate in progetti simili. Inoltre, abbiamo anche riferimenti e proprietà di altri prodotti derivati dalla produzione del whisky, come ad esempio il mosto fermentato (“wash”).
A questo proposito, è importante sottolineare la natura e il comportamento di questo prodotto, la cui complessità richiede calcoli speciali. Pertanto, solo un’azienda specializzata in questo tipo di applicazione può trovare una soluzione ottimale.
D’altra parte, il contenuto di solidi in sospensione rende indispensabile l’applicazione di una serie di considerazioni nella progettazione dei refrigeratori di mosto per evitare problemi, ad esempio, di blocco dei tubi interni.
Progettazione dello scambiatore di calore tubolare per il raffreddamento del mosto
Per questo progetto abbiamo fornito il nostro scambiatore di calore tubolare S-TFM-I, le cui caratteristiche principali sono descritte di seguito:
Geometria multitubolare
La geometria multitubolare consiste in un fascio di tubi: il mosto viene lavorato nei tubi interni e il fluido di servizio (acqua) nella parte del mantello. I tubi interni hanno un diametro adeguato per evitare blocchi.
Corrugazione dei tubi dello scambiatore
Nei nostri scambiatori di calore a tubo corrugato, i tubi interni dello scambiatore di calore sono corrugati per aumentare la turbolenza del prodotto, il che si traduce in una riduzione del rischio di contaminazione e in un aumento dell’efficienza termica.
Piastra tubiera flangiata
La piastra tubiera flangiata consente una facile estrazione delle riduzioni per la revisione e la pulizia dei tubi interni.
Guarnizioni
A differenza di altre geometrie (come gli scambiatori di calore a piastre), i costi di manutenzione ordinaria dei nostri scambiatori di calore tubolari sono minimi, essendo le guarnizioni l’unico materiale di ricambio.
Auto-drenabilità sul lato tubi
Un requisito importante è la drenabilità del prodotto. A tal fine, è stata progettata una corretta distribuzione dei tubi e sono state prese in considerazione riduzioni eccentriche. Inoltre, è stato incluso un sistema di valvole di drenaggio.
Spessore dei tubi adeguato
L’acqua che circolava all’esterno dei tubi interni aveva un certo contenuto di cloruri. Pertanto, per evitare problemi di corrosione è stato necessario considerare una maggiore spessore di tali tubi.
In questo senso, è molto importante svuotare gli involucri durante la pulizia ad alte temperature.
Fascio tubiero non rimovibile
Poiché il fluido di servizio in questo caso è l’acqua e il cliente non richiedeva una particolare ispezione del lato del mantello, abbiamo considerato scambiatori di calore tubolari a fascio tubiero non estraibili.
telaio
A causa dell’elevato numero di unità in serie richieste e della presenza di diverse sezioni, è stata effettuata una progettazione su misura del telaio necessario.
Il progetto in cifre
Portata di processo
Temperatura di progettazione
Pressione di progettazione
Temperatura di ingresso del mosto
Temperatura di uscita del mosto
Dimensioni approssimative del telaio
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