ITVR20100205A1 - Sistema di trattamento di gas - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo:

“SISTEMA DI TRATTAMENTO DI GAS”

CAMPO TECNICO DELL’ INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un sistema e metodo di trattamento a scopo riciclaggio di gas prodotti dalla fermentazione alcolica di un pigiato vegetale. Nel seguito è presa come esempio particolare la C02generata durante la vinificazione.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Gli ultimi dati disponibili stimano la produzione mondiale di vino in circa 290 milioni di ettolitri. Durante la vinificazione la fermentazione alcolica genera circa 45 litri di C02per ogni litro di vino prodotto. Ne risultano circa 2.600.000 tonnellate di C02prodotta dalla sola fermentazione alcolica, cui si somma la C02tecnica normalmente acquistata in bombole ed utilizzata come gas inerte e anti-ossidante ad es. durante la pigiatura, la macerazione del pigiato, lo stoccaggio e Γ imbottigliamento. Anche la C02tecnica viene dispersa nell’ ambiente, insieme a quella generata o impiegata nei processi fermentativi delle birre e di tutti gli altri alcolici.

II rilascio nell’ atmosfera di C02è un dato sempre più sorvegliato dalla scienza e l’ecologia moderna, che con preoccupazione lo correla con l’effetto serra e il riscaldamento globale terrestre.

Anche se la C02generata dalla fermentazione principalmente è quella catturata in precedenza dall’atmosfera tramite la fotosintesi vegetale, ogni suo re-inserimento va guardato con attenzione e considerato attività inquinante. Se si potesse in qualche modo evitarlo il bilancio netto immissione-estrazione in atmosfera sarebbe favorevole, e, visti i sempre più allarmanti rapporti sul clima, ogni passo in avanti verso il rispetto ambientale non può che essere apprezzato e sostenuto.

La vinificazione tradizionale considera la C02generata dal processo fermentativo come un sotto-prodotto che viene semplicemente espulso nell’ ambiente.

Solo una minoranza di fermentatori sfrutta la C02per i processi fermentativi: o come gas inerte, o per trasformare l’acido malico in acido lattico prima ancora della fermentazione alcolica, o per favorire la transizione degli antociani dalla buccia alla polpa, colorando il mosto che ne deriva, o estraendo maggiormente gli aromi presenti nei mosti e nelle bucce. Vinificatori come in EP 2 058 384 intrappolano e accumulano la C02della fermentazione in un serbatoio ausiliario, per poi re-immetterla nel mosto che l’ha generata. Oppure, come anche in EP 1 314 778, si usa la C02sotto pressione per fare rimontaggi eliminando l’uso di pompe.

Tuttavia lo sfruttamento della C02è ristretto al serbatoio che l’ha prodotta, e dopo qualche ricircolo la si libera comunque in atmosfera.

SCOPI DELL’INVENZIONE

Scopo principale dell’ invenzione è migliorare lo stato della tecnica rendendo più ecologici i fermentatori tradizionali.

Un altro scopo è ridurre Timmissione in atmosfera di C02.

Un altro scopo è ridurre i costi della vinificazione limitando il ricorso a bombole commerciali di C02.

Un altro scopo è produrre C02a basso costo.

Gli scopi sono ottenuti con un metodo di trattamento per prodotti gassosi di un pigiato vegetale contenuto in uno o più serbatoi di fermentazione, caratterizzato dal fatto di riciclare i prodotti gassosi senza sostanzialmente disperderli in atmosfera.

II riciclaggio del gas non solo previene rimmissione in atmosfera e la necessità di evacuare in sicurezza i gas, ma anche riduce i fabbisogni di gas tecnico riutilizzando quelli recuperati, in particolare se i prodotti gassosi sono catturati e trattati per metterli in forma di gas fruibile all’esterno dell’uno o più serbatoi.

Preferibilmente si collega l’uno o più serbatoi con un ambiente di accumulo per accumularvi i prodotti gassosi generati in ciascun serbatoio; in alternativa ad es. si può recuperare i gas serbatoio per serbatoio, svuotandone uno alla volta con un mezzo raccoglitore mobile.

Preferibilmente i prodotti gassosi sono separati nei gas elementari che li compongono per poterli singolarmente recuperare, incrementando la flessibilità e le opportunità di impiego dei gas recuperati. Preferibilmente la separazione si fa direttamente nell’ambiente di accumulo, per maggior efficienza e minor complessità.

Un gas molto conveniente da separare è C02quando presente, per tutte le applicazioni già descritte.

Per regolare il flusso di recupero dei gas, si controlla la quantità del gas separato prescelto, ad es. la C02, in un ambiente di accumulo e oltre una certa soglia lo si preleva e lo si comprime in bombole o contenitori.

Per potenziare le capacità di recupero, preferibilmente si estraggono gli aromi dai prodotti gassosi. Tale estrazione può avvenire nell’ambiente di accumulo per maggior praticità.

L’invenzione contempla in generale anche un metodo di sfruttamento dei prodotti gassosi della fermentazione di un vegetale, preferibilmente pigiato, comprendente:

- mettere a fermentare il vegetale in un serbatoio,

- prelevare i prodotti gassosi dal serbatoio, comprimerli e stoccarli, meglio se in pressione, in bombole o contenitori.

L’impatto economico di questo metodo e la sua capacità di far risparmiare moltissimi rifornimenti di gas sono notevoli.

Per realizzare il metodo si può usare un complesso per il trattamento di prodotti gassosi di un pigiato vegetale in fermentazione, comprendente

- uno o più serbatoi per la fermentazione del pigiato,

- una rete di condutture per collegare l’uno o più serbatoi verso un ambiente di accumulo, ad es. un serbatoio rigido o una sacca gonfiabile, in modo da accumulare in quest’ultimo i prodotti gassosi della fermentazione generati in ciascun serbatoio.

Il sistema non è complicato da mettere in opera e garantisce rese quasi a costo zero, oltre ai risparmi sui rifornimenti di gas e ai sistemi di evacuazione in sicurezza.

L’ambiente di accumulo può vantaggiosamente comprendere un separatore dei prodotti gassosi immessi atto a separare la miscela immessa nei gas elementari che la compongono.

Per stoccare i gas riciclati il complesso può comprendere un compressore collegato all’ambiente di accumulo per riempire bombole o contenitori con un gas isolato nell’ambiente di accumulo. Il confezionamento diretto e sul posto del gas in forma fruibile semplicemente avvantaggia l’attività ad es. di una cantina ed evita spostamenti. Il deflusso dall’ambiente di accumulo può essere facilitato e controllato in modo semplice qualora l’ambiente di accumulo comprende un sensore di quantità di gas specifico, capace di rilevare se il gas specifico supera o sta sotto una certa soglia.

Il complesso può anche comprendere nell’ambiente di accumulo mezzi per estrarre gli aromi dai prodotti gassosi. Si realizza quindi un secondo processo di riciclaggio, parallelo a quello del gas.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione esemplificativa di un sistema di riciclaggio di C02, insieme all’allegato disegno in cui:

la figura 1 mostra uno schema pianimetrico di una cantina;

la figura 2 mostra una vista laterale di due componenti della cantina di fig. 1;

le figure 3-5 mostrano varianti per il sistema secondo l’invenzione.

FORME DI ATTUAZIONE DELL’ INVENZIONE

Fig. 1 mostra una pianta di una cantina organizzata secondo l’invenzione. Vi sono tanti vinificatori 12, ad es. come quello in EP 2 058 384 o EP 1 314778, contenenti del mosto in fermentazione.

I vinificatori 12 sono tutti raggiunti da un condotto o tubatura 14 cui essi sono collegati. Il condotto 14 raccoglie i gas prodotti dalla fermentazione del mosto in ciascun vinificatore 12, per lo più C02. I gas sono convogliati nel condotto 14 dopo che hanno esaurito la loro funzione enologica, ad es. come mezzo per rompere il cappello (v. EP 2 058 384), o invece di essere dispersi neH’ambiente.

I rami del condotto 14 che prelevano i gas dai vinificatori 12 convergono su un tratto 18 che convoglia i gas ad un serbatoio metallico di accumulo gas 20. Nel serbatoio 20 sono quindi immagazzinati tutti i gas prodotti nei vinificatori 12.

Un condotto 22 mette in comunicazione il serbatoio 20 con un compressore 24, dal quale parte un condotto 26 verso un erogatore o stazione erogatrice 28 (costituita preferibilmente da un compressore e un gruppo filtrante) cui sono collegate delle bombole 30 da riempire. Un altro condotto 32 mette in comunicazione il serbatoio 20 con serbatoio ausiliario 34, nel quale si immagazzinano aromi estratti dai gas.

In Fig. 2 è mostrato parte del sistema di stoccaggio e recupero gas, limitato per la spiegazione ad un solo vinificatore 12.

II vinificatore 12 ha ad es. due celle di vinificazione 80, 82 (a tratteggio), di cui una generalmente opzionale. Le celle 80, 82 sono tra loro comunicanti per mezzo di un condotto 40, che anche le collega al condotto collettore 14. Delle valvole 42, 44, 46 permettono di interrompere il flusso di gas verso il condotto 14, o tra le celle 80, 82.

La C02pesa all’incirca il doppio dell’aria e dell’azoto, pertanto in un volume saturato di questi gas tende a stratificare nella parte bassa. Si può allora separare la C02dai gas più leggeri ad es. predisponendo un serbatoio polmone 20.

II serbatoio polmone 20 comprende internamente un diaframma o mezzo divisore 50 e due sensori 52, 54, di C02posti a due altezze diverse. Il diaframma 50 serve a partizionare in verticale l’interno del serbatoio 20 in due sottovolumi 90, 92 comunicanti tra loro solo attraverso uno o due passaggi 60, 61 aventi apertura molto inferiore alla sezione del serbatoio 20.

Il condotto 14 sfocia sul tetto o sulla parte superiore del serbatoio 20, comunque sopra il diaframma 50. Dentro il serbatoio 20, vicino al fondo, è presente un sensore di livello 56 per aromi condensati e distillati. Di tali aromi si promuove la condensazione tramite ad es. una tasca refrigerante 56, che interessa la fascia laterale del serbatoio 20 in prossimità del fondo, e/o con appositi scambiatori di calore,.

II sistema funziona nel modo seguente.

Quando in una o entrambe le due celle 80, 82 è presente del gas da fermentazione non più utile alla vinificazione, si apre la valvola 46 e la valvola 42 o 44. Il gas in pressione sale nel condotto 40 e viene spinto nel condotto 14, fino dentro il serbatoio 20. Le valvole 46 degli altri vinificatori 12 sono preferibilmente chiuse per evitare riflussi o interferenze nel controllo della pressione di vinificazione.

Il getto di gas in arrivo nel serbatoio 20 è tumultuoso e istantaneo, e forma delle turbolenze F al di sopra del diaframma 50. Dopo l’iniziale agitazione, il gas nel serbatoio 20 si stabilizza e per gravità stratifica. La C02è il più pesante dei componenti del gas iniettato (di solito azoto e aria), e scivolando sul diaframma 50 si accumula sul fondo, v. riferimento MC. Durante la successiva iniezione di gas, il diaframma 50 anche protegge dalle turbolenze F la C02sedimentata e isolata evitandone il rimescolamento.

Il livello minimo e massimo di C02sul fondo è controllato tramite i due sensori 52, 54. Solo quando il livello raggiunge un massimo segnalato dal sensore superiore 52 si attiva il compressore 24 per stoccare la C02, mentre 10 si spegne quando il livello è minimo, segnalato dal sensore 54. Ciò consente al compressore 24 di lavorare in condizioni ottimali: con un carico costante, prolungato e senza fluttuazioni. Inoltre la pressione dentro il serbatoio 20 viene così controllata per evitare danni strutturali, ad es. un’implosione.

Sul fondo del serbatoio 20 condensano tutti gli aromi AR contenuti nei gas. Con un condotto 32 si possono accumulare gli aromi in un serbatoio dedicato 34, oppure inviarli ad una stazione di riempimento di contenitori riserva. Il sensore 56 serve a controllare il livello degli aromi e ad interromperne lo scarico sotto una certa soglia o fino a svuotamento.

Se il diaframma 50 viene posto inclinato rispetto all’asse orizzontale del serbatoio 50 due passaggi sono preferibili a uno. La C02proveniente dai fermentatori 12 defluirà così nel sottovolume inferiore 92 via il passaggio inferiore 61, mentre attraverso il passaggio superiore 60 potranno salire e accumularsi nel volume superiore 90 eventuali altri gas residui. E’ evidente 11 vantaggio di questo sistema di filtrazione e separazione gas, molto selettivo ma a costo zero.

Qualora il diaframma rispetto al piano di appoggio del vinificatore sia orizzontale (ad es. di forma conica o piana), il passaggio per i gas può anche essere uno, permettendo un contemporaneo un flusso in risalita dei gas più leggeri, e in discesa della C02.

La funzione del diaframma e dei passaggi per i gas è suddividere il volume interno del serbatoio 50 in due sottovolumi: il sottovolume superiore per contenere i flussi vorticosi del gas in ingresso, il sottovolume inferiore per raccogliere C02da disidratare di aromi e da pompare nella stazione erogatrice 28.

L’invenzione contempla anche, qualora si riveli vantaggioso al fine di migliorare la separazione tra i gas, di usare più di un diaframma aH’intemo del serbatoio 50. La scelta ottimale va fatta anche in relazione al tipo di gas che si vogliono separare.

Il sistema dell’ invenzione funziona egregiamente con fermentatori che recuperano la C02e la sfruttano internamente, come ad es. EP 2 058 384, o che semplicemente convogliano all’esterno quella generata dal mosto. Nel primo caso verso il serbatoio 20 arrivano rilasci impulsivi di C02, nel secondo un flusso regolare ma inferiore.

Per evitare un controllo di pressione nel serbatoio 20, o di innesco per il compressore che evacua la C02, si può usare (fig. 3) come mezzo per immagazzinare i gas una sacca o membrana gonfiabile 188, ad es. in PVC, accoppiata al tetto di un serbatoio rigido 120. Da un fermentatore 112, con dentro mosto M che ha formato un cappello CP, tramite un condotto 114 il gas prodotto dalla fermentazione arriva vorticosamente nella sacca 188. Per gravità la C02scende e sedimenta nel serbatoio 120, e da qui viene aspirata tramite un condotto 122 (come in precedenza). Gli aromi condensati AR si recuperano con un condotto 132 (come in precedenza).

Il vantaggio della sacca 188 è che le sue variazioni di volume compensano sia le entrate di gas dai fermentatori 112, che sono, se incontrollate, con portate casuali, sia il calo di C02dovuto al deflusso nel condotto 122.

La sacca gonfiabile può stare in ingresso al serbatoio rigido (fig. 3) oppure in uscita (fig. 4).

Una sacca o membrana gonfiabile 288 è accoppiata tramite un condotto 222 al fondo di un serbatoio rigido 220. Tramite un condotto 214 il gas prodotto in un fermentatore 212, con dentro mosto M che ha formato un cappello CP, arriva vorticosamente nel serbatoio 220. Per gravità la C02sedimenta e si espande nella sacca 288, e da qui viene aspirata tramite un condotto 226. Gli aromi condensati AR in fondo al serbatoio 220 si recuperano con un condotto 232. Questa configurazione può essere vantaggiosa quando gli impulsi di gas provenienti dai fermentatori sono molto violenti ed è consigliabile avere pareti metalliche che sopportino le onde d’urto.

Si noti che le sacche o membrane gonfiabili sono meno costose dei serbatoi metallici e facilmente spostabili. In fig. 5 è mostrata una variante in cui i mezzi per accumulare e recuperare i gas di fermentazione sono costituiti da una sacca gonfiabile 388. La sacca 388 è accoppiata tramite un condotto 314 al tetto di un fermentatore 312, con dentro mosto M che ha formato un cappello CP. Il gas prodotto dalla fermentazione arriva vorticosamente nella sacca 388, la fa gonfiare e poi per gravità la C02sedimenta verso il basso. Un condotto 326 permette di aspirare la C02, mentre gli aromi condensati AR in fondo alla sacca 388 si recuperano con un condotto 332.

Questa configurazione può essere vantaggiosa quando Tintero volume di gas raccolto, benché magari ancora con la C02miscelata e non separata, deve essere spostato in cantina o portato ad un utente diverso. Si noti che la sacca riempita di gas è comunque molto leggera e facilmente trasportabile.

Come aggiunta, si può realizzare dentro una delle sacche descritte un setto interno analogo al setto 50, preferibilmente pieghevole.

Un ulteriore vantaggio dell’ invenzione è che il convogliamento della C02risolve il problema delle esalazioni in cantina. Nel periodo di fermentazione la cantina deve essere arcata con costosi impianti, onde scongiurare la morte accidentale degli operatori per intossicazione da C02, la quale molto velocemente può raggiungere concentrazione a livello terra pericolose per l’uomo. E lavorare con serbatoio chiusi costantemente svuotati della C02evita che gli operatori muoiano di asfissia (come accaduto in casi recenti) quando aprono i chiusini per manutenzione o controlli enologici.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo di trattamento per prodotti gassosi di un pigiato vegetale (M) contenuto in uno o più serbatoi di fermentazione (12; 112; 212; 312), caratterizzato dal fatto di riciclare i prodotti gassosi senza sostanzialmente disperderli in atmosfera.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui i prodotti gassosi sono catturati e trattati per metterli in forma di gas fruibile aH’estemo dell’uno o più serbatoi.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui si collega l’uno o più serbatoi con un ambiente di accumulo (20; 188; 288; 388) per accumularvi i prodotti gassosi generati in ciascun serbatoio.
4. 4. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i prodotti gassosi sono separati nei gas elementari che li compongono per poterli singolarmente recuperare.
5. 5. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui dai prodotti gassosi si separa la C02presente.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui - in un ambiente di accumulo (20; 188; 288; 388) si controlla la quantità di un determinato gas separato, e - oltre una certa soglia lo si preleva e lo si comprime in bombole o contenitori (30).
7. 7. Metodo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui si estraggono gli aromi dai prodotti gassosi.
8. 8. Metodo di sfruttamento dei prodotti gassosi della fermentazione di un vegetale, comprendente: - mettere a fermentare il vegetale (M) in un serbatoio (20; 112; 212; 312), - prelevare i prodotti gassosi dal serbatoio, comprimerli e stoccarli in pressione in bombole o contenitori (30).
9. 9. Complesso (10) per il trattamento di prodotti gassosi di un pigiato vegetale in fermentazione, comprendente - uno o più serbatoi (12) per la fermentazione del pigiato, - una rete di condutture (14, 18) per collegare l’uno o più serbatoi verso un ambiente di accumulo (20), in modo da accumulare in quest’ultimo i prodotti gassosi della fermentazione generati in ciascun serbatoio.
10. 10. Complesso secondo la rivendicazione 9, in cui l’ambiente di accumulo comprende un separatore (50) dei prodotti gassosi immessi atto a separare la miscela immessa nei gas elementari che la compongono.