Chimica e laboratorio triennio

Prof. TROIANO Sergio

Negli impianti di concentrazione delle soluzioni a multiplo effetto, sia in equicorrente che in controcorrente, c’è il problema dell’abbattimento del vapore proveniente dall’ultimo effetto e che avendo una pressione inferiore a quella atmosferica, non può essere semplicemente scaricato nell’atmosferica, almeno non senza l’ausilio di un dispendioso compressore e deve quindi essere condensato in un condensatore in cui il vapore, cedendo il calore latente di vaporizzazione, condensa ed assume lo stato fisico liquido.

La temperatura della condensa è uguale alla temperatura di rugiada del vapore e dipende dalla pressione che regna nel condensatore che essere anche di solo un centinaio di millibar e dipende soprattutto dalla temperatura alla quale è disponibile l’acqua di raffreddamento che dovrà assorbire il calore latente del vapore.

Il condensatore, apparecchio che negli impianti chimici ha di solito un diametro non superiore ad un metro, ma che nelle centrali termoelettriche a ciclo Rankine raggiunge dimensioni gigantesche e può essere prossimo ai dieci metri, ha lo scopo di condensare il vapore esausto proveniente dall’ultimo "effetto" e può essere sostanzialmente di due tipi a seconda che tenga distinta o meno l’acqua di raffreddamento dal vapore da abbattere.

Nel primo tipo l’acqua di raffreddamento viene fatta scorrere all’interno di in un fascio tubiero sagomato in modo premettere una facile penetrazione del vapore, che avendo una pressione bassa occupa un volume grande e quindi affluisce con elevata velocità. La condensa viene aspirata dal condensatore con una colonna barometrica che deve quindi avere un’altezza di circa nove metri e può essere riutilizzata nell’impianto anche come fluido di processo per fare, ad esempio altre soluzioni, dato che è, almeno in linea teorica, acqua distillata.

Nel secondo tipo di condensatore, più semplice ed economico ma non per questo meno efficiente, non vi è un fascio tubiero al suo interno ma solo un impilaggio a maglie molto larghe che ha il solo scopo di rallentare la caduta dell’acqua, ma che potrebbe anche mancare del tutto.

L’acqua di raffreddamento, normalmente prelevata da qualche fiume che scorre nelle vicinanze, viene dunque spruzzata, a pioggia, dall’alto del condensatore e cadendo incontra, in controcorrente, il vapore esausto che invece viene fatto entrare dal basso e che tende a salire in alto verso l’eiettore, il vapore viene raffreddato e condensato e la condensa si mescola e viene espulsa, e rimandata al fiume, insieme all’acqua di raffreddamento che nell’operazione si riscalda di qualche grado per effetto del calore latente cedutole dal vapore.

Nel condensatore del primo tipo, avente il circuito dell’acqua di raffreddamento separato da quello del vapore, il vapore esausto entra dall’alto, attravensa dal lato mantello il fascio tubiero e la sua condensa si raccoglie nella parte bassa del condensatore dal quale viene estratta con una colonna barometrica, l’acqua di raffreddamento entra invece preferibilmente dal basso del condensatore e risale il fascio tubiero per poi uscire dalla parte alta dell’apparecchio, in controcorrente con il vapore per una migliore distribuzione non delle temperature, che trattandosi di un vapore condensante sono perfettamente identiche tra l’equicorrente e la controcorrente, ma per le perdite di carico dato che è conveniente abbattere subito la maggiore quantità di vapore che in caso contrario avrebbe difficoltà a circolare nel fascio tubiero.

Nel condensatore del secondo tipo, quello senza fascio tubiero e con il semplice impilaggio che nella forma più semplice potrebbe anche mancare del tutto, l’acqua di raffreddamento viene spruzzata e fatta piovere dall’alto, in modo quindi completamente diverso dal tipo precedente e la ragione è ovvia dal momento che la gravità trascina il liquido verso il basso, il vapore esausto viene fatto entrare in un fianco, dalla parte bassa del condensatore ma non in corrispondenza del fondo dove ristagna la condensa insieme all’acqua di raffreddamento in uscita ed aspirata dalla colonna barometrica, il vapore risalendo nel condensatore viene progressivamente condensata e la parte non abbattuta, costituita dal gas incondensabile, viene espulsa con un eiettore installato nella sommità del condensatore.

Il gas incondensabile è costituito in massima parte da semplice aria che entra, in piccola quantità nell’impianto attraverso la soluzione diluita in ingresso in cui è, in base alla legge di Henry, più solubile alla bassa temperatura che non alla alta e quindi non potendo uscire con la soluzione concentrata viene trascinata dal vapore e si accumula in determinati punti dell’impianto di concentrazione, in particolare nel condensatore di fondo, e da cui deve essere rimossa.

L’eiettore, alimentato con aria compressa o con vapore di recupero eventualmente spillato in qualche stadio intermedio, o anche dallo stesso vapore di rete, deve funzionare di continuo all’inizio, all’avviamento dell’impianto quando ovviamente le tubature e gli apparecchi contengono molta aria e ad intervalli successivamente quando la quantità di aria è minore.

La determinazione della quantità di gas incondensabile presente nel condensatore può essere eseguita molto semplicemente prelevando un certo volume di vapore, ad esempio un litro, e raffreddarlo facendolo gorgogliare in bagno di acqua alla stessa temperatura di quella che c’è nel condensatore e raccogliendo una campana precedentemente riempita con una soluzione satura di cloruro sodico.