Recupero di calore, scelta obbligata

La riduzione dei consumi di energia nel trattamento del latte alimentare passa per i sistemi di recupero di calore negli impianti continui di trattamento termico

Risparmiare energia sta diventando sempre più un imperativo per le aziende del settore lattiero-caseario, sia ai fini del rispetto di tutte le norme ambientali, sia per un risparmio di costi nel trattamento del latte. In passato i trattamenti termici erano frequentemente discontinui (in “batch”) e le operazioni di riscaldamento- sosta-raffreddamento venivano effettuate in sequenza, con consumi termici rilevanti. Adesso che i processi sono in gran parte continui, si possono effettuare recuperi termici, che si traducono in minori consumi di vapore e in minor utilizzo di acque di raffreddamento. Se si guarda la geometria dei profili termici del latte nel processo batch e in quello continuo appare simile. Sono le scale di tempo ad essere differenti: da minuti nel primo caso, a secondi se il processo è continuo. Nel trattamento in continuo, il liquido in fase di transizione nello scambiatore è contemporaneamente presente a temperature elevate e basse. È possibile quindi realizzare recuperi termici in cui il liquido caldo pre-riscalda –attraverso le pareti di scambio – il liquido freddo che nel contempo si pre-raffredda.

Recupero con gli impianti continui

I sistemi di recupero del calore negli impianti continui di trattamento termico del latte alimentare, siano essi a scambio indiretto o diretto, consentono un notevole risparmio di energia. Impianti a scambio indiretto: si ha uno scambio termico tra prodotto trattato termicamente e prodotto in ingresso all’impianto. Si sfrutta il fatto che il latte, per motivi igienico-sanitari, è trasportato e stoccato a temperature inferiori a 6°C, e quindi può essere utilizzato come liquido refrigerante del latte già trattato termicamente che deve essere di nuovo raffreddato. Il latte in ingresso assorbe calore e di conseguenza si riscalda, riducendo il salto termico da applicare durante il trattamento termico.

La tecnica si applica attraverso una separazione fi sica dei due fl uidi grazie a scambiatori a piastre o tubolari. I vantaggi ambientali sono molteplici, soprattutto il risparmio di calorie nella fase di trattamento termico del latte e di frigorie nella fase di raffreddamento a temperatura ambiente o a quella di conservazione del prodotto pastorizzato. Il risparmio sarà tanto maggiore quanto inferiore sarà la temperatura di approvvigionamento del latte da trattare (meglio se uguale o inferiore a 4°C). Il sistema è ampiamente disponibile nelle soluzioni impiantistiche proposte dalle ditte costruttrici, anche se la sua applicazione implica lo stravolgimento degli impianti esistenti. Per ottenere quindi un risparmio, non solo dal punto di vista energetico, ma anche di investimento, occorre prevedere la soluzione scelta già in fase di progettazione dell’intero impianto di trattamento termico del latte alimentare.

Dell’argomento se è occupato ampiamente l’L.G. MTD Industria Alimentare, nel quale si trovano anche degli esempi numerici di risparmi energetici. Considerando le seguenti temperature di trattamento: temperatura iniziale del latte 4°C, temperatura di rigenerazione riscaldamento 65°C, temperatura di pastorizzazione 78°C, temperatura di rigenerazione raffreddamento 20°C, temperatura di stoccaggio del latte pastorizzato 4°C, si può ottenere un risparmio energetico dell’80% sul processo.

Impianti UHT a scambio diretto: la fase di sterilizzazione è seguita da un’espansione in un recipiente a pressione ridotta per poter riestrarre il vapore miscelato al latte da trattare. Il vapore viene poi condensato mediante lo scambio con un liquido refrigerante. Il risparmio termico si ottiene utilizzando il latte stoccato a basse temperature e ancora da trattare come liquido refrigerante. Esso viene fatto fluire attraverso uno scambiatore indiretto (condensatore) a contatto con i vapori riestratti provocandone la condensazione. Il latte si riscalda consentendo, come nel caso precedente, un risparmio di calorie nelle successive fasi di trattamento termico.

Viene, quindi, sfruttata la bassa temperatura del latte in ingresso per il recupero parziale delle frigorie necessarie alla condensazione del vapore per il trattamento termico. Contemporaneamente vengono fornite calorie al latte in ingresso, che riducono il salto termico necessario alla fase di sterilizzazione. Anche questo sistema è ampiamente disponibile nelle soluzioni impiantistiche proposte dalle ditte costruttrici e come nel caso della soluzione precedente è bene predisporre il tutto già in fase di progettazione per non dover modificare gli impianti già esistenti in modo consistente. Secondo i calcoli effettuati nell’L.G. MTD Industria Alimentare, sulla base dei seguenti dati di progetto esemplificativi: temperatura iniziale del latte 4°C, temperatura di rigenerazione riscaldamento 70°C, temperatura trattamento UHT 140°C, temperatura di riempimento del latte UHT 25°C, si può ottenere un risparmio energetico di circa il 70% sul processo.

Aspetti da considerare

I recuperi termici consentono grandi benefici nella riduzione dei costi, grazie al risparmio sia di calorie che di frigorie per il trattamento termico. Occorre, però, tenere presente e confrontare con i costi delle soluzioni prescelte. Le maggiori superfici di scambio termico richieste si traducono in maggiori investimenti in scambiatori e a volte anche dell’impiantistica circostante. Le maggiori perdite di carico dei liquidi in transito implicano maggiori consumi elettrici). Maggiori volumi morti si traducono in maggiori sfridi di produzione. È da valutare anche la possibilità di eventuali problemi tecnologici (il prodotto può presentare caratteristiche di minor pregio dopo un eccessivo recupero termico) o batteriologici (possono esserci rischi di ricontaminazione del prodotto). Anche per tutti questi problemi è bene che la scelta della soluzione ottimale venga effettuata in fase di progettazione.

Recuperi termici durante il raffreddamento

Come per il riscaldamento, anche nelle fasi di raffreddamento del latte è possibile prevedere un recupero termico, diminuendo l’utilizzo di fluidi refrigeranti, come acqua gelida ad 1°C, di rete a 15-18°C o di torre a 28-30°C. Affinché l’operazione sia efficace, occorre che vi sia un differenziale di temperatura di almeno 2-4°C e portate adeguate. Nel caso del trattamento di pastorizzazione del latte alimentare, le condizioni sono vantaggiose, essendo la temperatura del latte crudo in ingresso attorno ai 4/5°C.

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