ITVR20070140A1 - Unita' di trattamento di materiali granulari dotata di gruppo di recupero calore - Google Patents

Unita' di trattamento di materiali granulari dotata di gruppo di recupero calore Download PDF

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Description

UNITÀ DI TRATTAMENTO DI MATERIALI GRANULARI DOTATA DI GRUPPO DI RECUPERO CALORE
La presente invenzione riguarda un’unità di trattamento di materiali granulari dotata di gruppo di recupero di calore.
Con il termine "granulare" nella descrizione della presente invenzione si intendono sia i materiali che vengono classificati come tali in base alla granulometria, quanto quelli derivanti da operazioni di macinatura (noti come rimacinati) e le polveri.
Spesso si presenta la necessità di condurre operazioni, quali la deumidificazione o l’essiccazione di materiali granulari, in particolari granuli di materiali plastici prima del loro utilizzo in una pressa di stampaggio, al fine di renderli idonei a subire successivi trattamenti e/o lavorazioni.
Per condurre tali operazioni, il materiale granulare viene caricato e mantenuto per un tempo predeterminato in sili, spesso denominati anche “tramogge” in gergo, attraverso i quali viene fatto fluire un mezzo gassoso caldo e deumidificato, solitamente aria calda e secca oppure un gas inerte, tipicamente azoto.
Il mezzo gassoso dopo aver attraversato il materiale granulare contenuto in un silo, viene recuperato e rimesso in ciclo previo trattamento di filtraggio, riscaldamento/deumidificazione al fine di riportarlo ad avere caratteristiche di umidità, temperatura, ecc. necessarie per il trattamento di uno specifico materiale granulare da trattare.
Sono già stati proposti impianti di deumidificazione di materiali granulari, nei quali il mezzo gassoso utilizzato, dopo la fuoriuscita da un silo o tramoggia di deumidificazione, viene convogliato tramite apposito condotto in uno scambiatore di calore remoto ossia relativamente lontano dal silo, per il recupero di calore residuo del mezzo stesso e quindi per il raffreddamento del mezzo gassoso stesso.
Nel caso si debbano trattare granuli di materiali plastici caricati in tramogge o sili il mezzo gassoso di trattamento (aria) viene alimentato in una zona inferiore del silo in modo che il mezzo gassoso sia costretto ad investire, risalendo attraverso l’intera altezza utile del silo, in pratica tutto il materiale presente nel silo, così da effettuare una deumidificazione spinta ed un preriscaldamento del materiale granulare che può essere quindi utilizzato in condizioni ottimali per successive lavorazioni.
L'aria di processo all'uscita da una tramoggia di trattamento risulta carica di umidità e contiene ancora una notevole quantità di calore, il quale viene solitamente sfruttato per pre-riscaldare l’aria di processo da alimentare dalle apparecchiature di deumidificazione alla tramoggia. In tale modo si ottiene inoltre un raffreddamento della corrente di aria in uscita dalla tramoggia, e tenendo in considerazione che la corrente di aria in uscita dalla tramoggia deve, come è noto, essere inviata prima ad un’unità di pressurizzazione (ad esempio una soffiante) e quindi ad un’unità di adsorbimento di acqua, al fine di consentire il funzionamento ottimali di entrambi tali unità.
Negli impianti tradizionali, lo scambio termico tra aria in uscita dalla tramoggia e aria da inviare alla tramoggia stessa viene condotto solitamente in controcorrente in un apposito gruppo scambiatore di calore collocato all'esterno.
Un impianto di questo tipo, tuttavia, comporta notevoli dispersioni di calore, che si verificano quantomeno nei condotti di collegamento tra tramoggia e gruppo scambiatore di calore e che non si riesce a ridurre sotto certi limiti anche prevedendo buoni materiali di coibentazione attorno ai condotti di collegamento. In ogni caso, un impianto di questo tipo comporta un volume di impianto molto grande e richiede apposite strutture di supporto sia per il silo o tramoggia che per il gruppo scambiatore di calore.
Scopo principale della presente invenzione è quello di fornire un’unità di trattamento di materiali granulari e, specificatamente, di materiali granulari in materiale plastico, la quale sia in grado di eliminare o drasticamente ridurre gli inconvenienti sopra lamentati a proposito degli impianti di trattamento di materiali granulari tradizionali.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un’unità di trattamento di materiali granulari in grado di operare in condizioni ottimali sia per quanto riguarda il trattamento di deumidificazione di materiale granulare che per il recupero di calore dal mezzo gassoso di trattamento del materiale granulare.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un’unità di trattamento compatta ottenibile a costi di fabbricazione competitivi.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire un impianto di deumidificazione e/o essiccazione che è in grado di svolgere correttamente operazioni di trattamento di materiali granulari con un consumo energetico inferiore rispetto agli impianti tradizionali.
Secondo un primo aspetto della presente invenzione si fornisce un’unità di trattamento di un materiale granulare, presentante:
- una struttura di supporto;
- un silo o tramoggia delimitante una cavità di contenimento per un materiale granulare, la quale presenta una bocca superiore di caricamento di materiale granulare, una bocca inferiore di scarico per il materiale granulare;
- almeno un condotto di adduzione di un mezzo gassoso di trattamento sfociante in corrispondenza di una zona inferiore della cavità di contenimento.
L’unità di trattamento comprende inoltre:
- almeno un gruppo scambiatore di calore disposto in sommità alla cavità di contenimento, così da risultare investito, in uso, dal mezzo gassoso di trattamento erogato dall’almeno un condotto di adduzione e risalente lungo la cavità di contenimento.
Secondo un altro aspetto della presente invenzione si fornisce inoltre un impianto per la deumidificazione di un materiale granulare comprendente:
- almeno un’unità di trattamento come sopra specificato, ed
- almeno un dryer destinato a rigenerare il mezzo gassoso in uscita dall’almeno un’unità di trattamento e ad inviarlo all’almeno un gruppo scambiatore di calore per il suo pre-riscaldamento.
Ulteriori aspetti e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente dalla seguente descrizione dettagliata di specifici esempi di realizzazione di un’unità di trattamento di materiali granulari, descrizione fatta con riferimento agli uniti disegni, nei quali:
la Figura 1 è una vista in sezione longitudinale un’unità di trattamento secondo la presente invenzione;
la Figura 2 è una vista prospettica leggermente dall’alto di un gruppo scambiatore di calore per l’unità di trattamento di Fig.1;
la Figura 3 è una vista in pianta con parti in trasparenza del gruppo scambiatore di calore di Figura 2;
la Figura 4 è una vista in sezione presa lungo la traccia IV-IV di Figura 2; e la Figura 5 illustra schematicamente un impianto di deumidificazione di un materiale granulare comprendente un’unità di trattamento secondo la presente invenzione.
Negli uniti disegni, parti o componenti uguali o simili sono stati contraddistinti con gli stessi numeri di riferimento.
Con riferimento alle Figure sopra menzionate si è illustrata un’unità di trattamento 1 di materiali granulari, ad esempio materiali plastici comprendente una struttura di supporto S, un silo o tramoggia 2 la quale delimita una cavità di contenimento 3 di almeno un materiale granulare, il quale viene immesso mediante bocca di immissione 4 ed emesso mediante una bocca di uscita od erogazione 5 del materiale granulare, quest’ultima essendo posta in una zona inferiore del silo 2.
Sono previsti inoltre mezzi di alimentazione di almeno un mezzo gassoso, di trattamento ad esempio aria oppure un gas inerte, quale l’azoto, internamente ed in particolare corrispondenza di un gruppo scambiatore di calore, nonché un’apertura od una pluralità di apertura di uscita dei mezzi gassosi, prevista in sommità all’unità. Secondo l’esempio di realizzazione illustrato i mezzi di alimentazione comprendono un tubo o condotto di adduzione 6, ad esempio configurato a gomito, che viene inserito a partire da una sommità del silo, si estende quindi verso il basso in una zona intermedia del silo ed inferiormente è in comunicazione di fluido con un erogatore 6a di mezzo gassoso di trattamento.
L’unità di trattamento comprende inoltre un gruppo scambiatore di calore 8 il quale è ancorabile in sommità ed a parziale chiusura superiore della cavità 3.
Il gruppo scambiatore di calore 8 comprende in particolare:
- una pluralità di condotti 9, ad esempio ad asse sostanzialmente rettilineo (in uso verticale) e/o a sviluppo sostanzialmente elicoidale aventi ognuno un’estremità in comunicazione di fluido con la cavità 3 e l’altra estremità sfociante direttamente in uno scarico; e
- una camera di accoglimento 10 dei condotti 9 dotata di almeno un’apertura di adduzione 10a di un mezzo gassoso secondario da porre in rapporto di scambio termico con il mezzo gassoso di trattamento e di almeno un’apertura di scarico 10b del mezzo gassoso secondario riscaldato dal mezzo gassoso di trattamento.
La pluralità di condotti e la camera di accoglimento risultano così in rapporto di scambio termico.
Vantaggiosamente i condotti 9 sfociano e convogliano un mezzo gassoso di trattamento dalla cavità 3 ad una zona a collettore 11, prevista tra il gruppo scambiatore di calore 8 ed una piastra di sommità a tetto 12, la quale è in comunicazione di fluido con l’esterno dell’unità a mezzo di un condotto a sezione anulare 12a.
Preferibilmente il gruppo scambiatore di calore 8 comprende due lamine od elementi piastriformi sostanzialmente identici, in uso, una rispettivamente di base 8a ed una di sommità 8b, i quali presentano configurazione a corona circolare e sono tra di loro collegati mediante una parete laterale o camicia 8c esterna, eventualmente avvolta in uno strato di materiale isolante o coibente 8d. Ciascuna corona circolare delimita un’apertura intermedia circolare nella quale, in uso, può essere immesso un condotto di alimentazione 13 di materiale granulare tra la bocca di ingresso 4 e la cavità 3.
Negli elementi piastriformi 8a, 8b sono ricavate pluralità di fori F, ed gli elementi 8a, 8b sono disposti in modo tale che ciascun foro su un elemento piastriforme 8a, 8b risulti sostanzialmente allineato con un rispettivo foro sull’altro elementi piastriforme 8b, 8a e quindi ciascun condotto 9 viene inserito a misura in due rispettivi fori allineati ciascuno ricavato in un elemento piastriforme 8a o 8b.
La tenuta idraulica tra condotti ed elementi piastriformi viene assicurata montando sul bordo delimitante i fori rispettivi elementi a giunto anulare 14 di tenuta, ad esempio in materiale termoplastico, quale il santoprene® (marchio registrato a nome della ditta ADVANCED ELASTOMER SYSTEMS, L.P.), prima dell’inserimento dei condotti 9.
L’apertura di ingresso 10a e l’apertura di uscita 10b di mezzi gassosi vengono ricavate invece inserendo e fissando, ad esempio mediante saldatura, rispettivi manicotti in aperture ricavate nel mantello o parete laterale.
Secondo un esempio di realizzazione preferito, immediatamente al di sotto, in uso, del gruppo scambiatore di calore, viene un gruppo filtrante 15 di mezzo gassoso, che può essere ancorato o al silo 2 oppure all’elemento piastriforme 8b.
Il silo 2 come è usuale nella tecnica può comprendere, una parte, in uso, inferiore, configurata a tronco di cono 2a, ed una parte intermedia sostanzialmente cilindrica 2b (posta a livello dell’erogatore 6a), inoltre si può prevedere uno strato di materiale isolante 2c o coibente del silo 2.
Un’unità di trattamento secondo la presente invenzione può essere utilizzata in un impianto per il trattamento di materiali granulari, ad esempio materiali plastici come quello illustrato in Fig.5.
Un tale impianto comprende un’unità di trattamento 1 di materiali granulari, un filtro 16 destinato a ricevere l’aria in uscita dalla sommità dell’unità di trattamento 1, che viene poi inviata ad un dryer 17, nel quale l’aria viene deumidificata per poi essere convogliata alla camera di accoglimento 10, per un suo pre-riscaldamento. L’aria pre-riscaldata viene quindi inviata ad un riscaldatore o mezzo riscaldante 18 e quindi ad i mezzi di alimentazione 6, tramite i quali essa viene re-immessa nella cavità di contenimento 3 onde deumidificare e riscaldare il materiale granulare.
Per il convogliamento dei mezzi pressori all’interno delle apparecchiature e delle tubazioni di un impianto secondo la presente invenzione, si comprenderà come potranno essere usati ad esempio mezzi di compressione (ad esempio una soffiante), eventualmente alimentando i mezzi gassosi ad elevata pressione nell’impianto monitorando la loro pressione durante le fasi di lavoro e provvedendo, allorché si rendesse necessario, ad azionare i mezzi di compressione quando la pressione fosse scesa al di sotto di un valore predeterminato.
Secondo tale impianto l’aria ancora calda in uscita dalla cavità di contenimento, carica di umidità assorbita dal passaggio attraverso il materiale granulare, cede buona parte della sua entalpia, preriscaldando il fluido di processo in uscita dal dryer 17. La potenza richiesta per riscaldamento mediante resistenza elettrica o riscaldatore 18 del mezzo gassoso di processo, vale a dire l’aria da immettere in tramoggia, così da portarla ad una temperatura predeterminata per il trattamento del materiale granulare, sarà quindi sicuramente inferiore rispetto alle soluzioni proposte sino ad oggi. Peraltro, l’aria in uscita dalla tramoggia, è stata già in parte raffreddata per effetto dello scambio termico con il mezzo gassoso di processo (aria da immettere in tramoggia), e potrebbe non essere quindi necessario un altro scambiatore di calore per il suo raffreddamento, e potrà quindi essere inviata nuovamente al dryer, eventualmente previo passaggio attraverso un filtro 16.
Prevedendo un’unità di trattamento dotata di gruppo scambiatore di calore sulla sommità della cavità di contenimento, si eliminano, o comunque riducono drasticamente dispersioni termiche nei collegamenti, necessari secondo le soluzioni sino ad oggi previste, tra tramoggia e scambiatore di calore. Allo stesso tempo, l’aria che viene immessa nel gruppo scambiatore di calore proveniente dalla cavità di contenimento è a temperatura più elevata dell’aria che, secondo la tecnica nota, dalla tramoggia viene immessa agli scambiatori di calore. L'efficienza dello scambiatore risulta pertanto maggiore rispetto alle soluzioni sino ad oggi esistenti ed inoltre si ottiene un recupero termico superiore.
È poi da notare che l’ispezione nonché la manutenzione di un’unità di trattamento secondo la presente invenzione risulta molto facile, in quanto tutte i componenti possono essere integralmente smontabili.
Secondo la presente invenzione inoltre si sono previsti condotti di sezione elevata che quindi si ostruiscono con difficoltà e non richiedono un filtraggio spinto dell’aria, ma è sufficiente prevedere dei mezzi filtranti di potenza non elevata.
Peraltro garantendo la tenuta idraulica come suddetto, grazie ad anelli in materiale termoplastico, l’unità non risente degli effetti negativi dovuti alle dilatazioni termiche, principalmente in direzione assiale di ciascun condotto, mentre negli scambiatori di calore tradizionali, in cui i tubi sono saldati, allorché le temperature dei fluidi da riscaldare/raffreddare varino molto, potrebbe essere minata notevolmente la resistenza delle saldature.
È da notare peraltro che la temperatura dell’aria in uscita dall’unità di trattamento è minore rispetto alla temperatura in uscita dalle tramogge negli impianti tradizionali, e ciò si traduce in un miglioramento della sicurezza per operatori che si trovino ad ispezionare l’impianto, in particolare nella parte alta della tramoggia.
L’unità di trattamento sopra descritta è suscettibile di numerose modifiche e varianti entro l’ambito di protezione definito dal tenore delle rivendicazioni.
Così ad esempio si potrebbero usare tramogge o sili a sezione quadrata oppure poligonale.
Per quanto riguarda la geometria del gruppo scambiatore termico si comprenderà come possano essere utilizzati tutti gli accorgimenti noti nel settore, in particolare volti all’aumento dei coefficienti di convezione e globale di scambio termico, si potrebbero ad esempio prevedere:
- condotti dotati di alettature esterne od interne continue o discontinue al fine di aumentarne la superficie di scambio termico;
- inserti cosiddetti “twisted tape”, “bent strip”, da immettere nei condotti, oppure condotti corrugati o con nervature interne assiali o elicoidali, quali mezzi di rottura e rinnovo del “boundary layer” o strato di isolamento termico ed induzione di turbolenza con contemporaneo aumento di superficie di scambio termico interna ai condotti.

Claims (14)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Unità di trattamento di un materiale granulare, presentante: - una struttura di supporto (S); - un silo o tramoggia (2) delimitante una cavità di contenimento (3) per un materiale granulare, la quale presenta una bocca superiore di caricamento (4) di materiale granulare, una bocca inferiore di scarico (5) per detto materiale granulare; - almeno un condotto di adduzione (6, 6a) di un mezzo gassoso di trattamento sfociante in corrispondenza di una zona inferiore di detta cavità di contenimento (3); e caratterizzata dal fatto di comprendere: almeno un gruppo scambiatore di calore (8) disposto in sommità a detta cavità di contenimento (3), così da risultare investito, in uso, da detto mezzo gassoso di trattamento erogato da detto almeno un condotto di adduzione (6, 6a) e risalente lungo detta cavità di contenimento (3).
  2. 2. Unità di trattamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto almeno un gruppo scambiatore di calore (8) comprende: - una pluralità di condotti (9) aventi ognuno una sua estremità in comunicazione di fluido con detta cavità di contenimento (3) e l’altra sua estremità sfociante direttamente in uno scarico (11, 12a); ed - una camera di accoglimento (10) per detta pluralità di condotti (9) dotata di almeno un’apertura di adduzione (10a) di un mezzo gassoso secondario da porre in rapporto di scambio termico con detto mezzo gassoso di trattamento e di almeno un’apertura di scarico (10b) del mezzo gassoso secondario riscaldato dal mezzo gassoso di trattamento.
  3. 3. Unità secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto scarico (11, 12a) comprende un collettore (11).
  4. 4. Unità secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detta camera di accoglimento (10) comprende: - una coppia di elementi piastriformi (8a, 8b) mantenuti reciprocamente distanziati e presentanti ognuno una pluralità di fori (F), ogni foro (F) su un elemento piastriforme (8a, 8b) di una coppia essendo disposto in allineamento con un rispettivo foro ricavato nell’altro elemento piastriforme (8b, 8a) di detta coppia per l’accoglimento a tenuta in essi di un rispettivo condotto (9), ed - una parete o camicia laterale (8c) di avvolgimento tra detta coppia di elementi piastriformi (8a, 8b).
  5. 5. Unità secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che in ciascun elemento piastriforme di detta coppia di elementi piastriformi (8a, 8b) è ricavato un rispettivo foro per il passaggio a tenuta di un condotto di alimentazione (13) di materiale granulare a detta bocca superiore di caricamento (4).
  6. 6. Unità secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che ciascun elemento piastriforme di detta coppia di elementi piastriformi (8a, 8b) presenta contorno sostanzialmente configurato come quello della sommità di detto silo o tramoggia (2).
  7. 7. Unità secondo una qualunque delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzata dal fatto che detta camicia laterale (8c) è avvolta in almeno uno strato di materiale termicamente isolante (8d).
  8. 8. Unità secondo una qualunque delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzata dal fatto di comprendere elementi a giunto anulare di tenuta (14), ciascuno dei quali è amovibilmente montabile in corrispondenza di un rispettivo foro (F) ricavato in uno di detti elementi piastriformi (8a) ed è atto, insieme con un rispettivo elemento a giunto anulare di tenuta (14) amovibilmente insediato nell’altro elemento piastriforme (8b), ad impegnare a scorrimento e a tenuta un rispettivo condotto (9).
  9. 9. Unità secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detti elementi a giunto anulare di tenuta (14) sono realizzati in un materiale termoplastico.
  10. 10. Unità secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto che detto materiale termoplastico comprende Santoprene<®>.
  11. 11. Unità secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un gruppo filtrante (15) disposto tra detto almeno un gruppo scambiatore di calore (8) e detta cavità di contenimento (3).
  12. 12. Impianto per la deumidificazione di un materiale granulare caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno un’unità di trattamento (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 10; ed - almeno un dryer (17) destinato a rigenerare detto mezzo gassoso in uscita da detta almeno un’unità di trattamento e ad inviarlo a detto almeno un gruppo scambiatore di calore (8) per il suo pre-riscaldamento.
  13. 13. Impianto secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno un gruppo riscaldante (18) in collegamento di fluido, da un lato, con detto gruppo scambiatore di calore (8) e, dall’altro, con detto condotto di adduzione (6) di detta almeno un’unità di trattamento.
  14. 14. Impianto secondo la rivendicazione 12 o 13, caratterizzato dal fatto di comprendere: - almeno un gruppo filtrante (16) disposto tra detta almeno un’unità di trattamento (1) e detto almeno un dryer (17) destinata a rigenerare.
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