Funzionamento di un essiccatore ad adsorbimento

Il materiale igroscopico assorbe l'umidità, asciugando così il flusso d'aria. Questa fase del processo è denominata «processo di adsorbimento». Perrimuovere l'umidità immagazzinata nell'adsorbente, si fa quindi passare dell'aria calda in senso inverso attraverso il corpo adsorbente, consentendo al flusso d'aria calda di assorbire il vapore acqueo trattenuto nel corpo adsorbente. Si verifica quindi un desorbimento; questo processo è chiamato rigenerazione. In un essiccatore ad adsorbimento, il materiale adsorbente è generalmente costituito da un gel di silice altamente igroscopico, saldamente fissato in un rotore a rotazione lenta, che ruota continuamente tra due flussi d’aria distinti che circolano in senso opposto. Il flusso d’aria umida viene essiccato nella zona di adsorbimento del rotore. Nella zona di rigenerazione, l’umidità immagazzinata nel materiale adsorbente viene espulsa dal flusso d’aria calda, che la riassorbe. Poiché il loro principio di funzionamento si basa sull’adsorbimento, ovvero un processo in gran parte indipendente dalla temperatura, e non sulla condensazione, gli essiccatori ad adsorbimento sono particolarmente indicati a basse temperature. Inoltre, gli essiccatori ad adsorbimento consentono di raggiungere livelli di umidità particolarmente bassi, come quelli richiesti, ad esempio, nell’industria farmaceutica.

Campi di applicazione

A differenza dei dehumidificatori a condensazione, il cui campo di applicazione è limitato dai vincoli del circuito frigorifero utilizzato, i dehumidificatori ad adsorbimento non sono soggetti ad alcuna restrizione in termini di temperatura e umidità. Tuttavia, a causa della loro struttura, il loro consumo energetico specifico è sempre superiore a quello dei dehumidificatori a condensazione. Devono quindi essere utilizzati in luoghi in cui un’umidità dell’aria di mandata particolarmente bassa ( 6 g/kg) o basse temperature ambientali giustificano un consumo energetico più elevato, oppure quando i dehumidificatori a condensazione non sono più in grado di svolgere il compito di deumidificazione richiesto. Il diagramma di Thiekötter riportato di seguito presenta un confronto approssimativo del consumo energetico specifico dei dehumidificatori a condensazione che funzionano con un refrigerante rispetto ai dehumidificatori ad adsorbimento la cui rigenerazione è interamente elettrica.

Allacciamento

I diversi flussi d’aria dei deumidificatori ad adsorbimento devono essere convogliati tramite condotti di ventilazione. Ciò avviene generalmente mediante tubi aggraffati. Il condotto di scarico dell'aria umida verso l'esterno deve essere isolato. Se l'aria esterna viene utilizzata come aria di processo, è necessario assicurarsi che l'uscita dell'aria umida sia sufficientemente distante dalla presa d'aria esterna. L’aria umida deve sempre essere scaricata all’esterno.

Rigenerazione e controllo della temperatura

Per espellere e evacuare il vapore acqueo adsorbito nel rotore, è necessario neutralizzare le forze di adesione che agiscono sulla superficie dell’adsorbente. A tal fine, il flusso d'aria di rigenerazione deve essere riscaldato di conseguenza. Ciò avviene tramite un riscaldatore di rigenerazione installato a monte. Nei piccoli essiccatori ad adsorbimento, il riscaldamento di rigenerazione è sempre elettrico. Per le unità più grandi, il riscaldatore di rigenerazione può essere progettato come segue:

• Elettrico (standard)
• A vapore
• Ad acqua calda
• Combinazione di batterie di riscaldamento elettriche e ad acqua calda
• Combinazione di batterie di riscaldamento elettriche e a vapore o ad acqua calda

Gli essiccatori ad adsorbimento di grandi dimensioni offrono la possibilità di utilizzare diversi fluidi per la rigenerazione del rotore. Per quanto possibile, al fine di ottimizzare l'efficienza energetica, è opportuno utilizzare i fluidi disponibili in loco, quali vapore, acqua calda o acqua calda di processo, per la rigenerazione o in aggiunta ad essa.

L'esposizione del rotore a temperature elevate, dell'ordine di 120 °C, al fine di espellere il vapore d'acqua adsorbito, provoca il riscaldamento del materiale di accumulo del rotore. Il cambiamento di stato nella zona di essiccazione non avviene quindi in modo idealmente adiabatico a entalpia costante. Il calore che rimane nel rotore è denominato «calore residuo» e provoca un surriscaldamento del flusso d’aria secca di circa 1,5 K per g/kg di capacità di essiccazione. Con un calore di trascinamento indicato di 1,3 K/g/kg, tale surriscaldamento ammonta, ad esempio, per un processo di essiccazione da 12 a 4,5 g/kg di aria secca: 1,3 K/g/kg × (12 – 4,5) g/kg = 9,75 K.

È importante tenere conto di questo fatto per valutare l’integrazione di un deumidificatore ad adsorbimento nel progetto complessivo di climatizzazione del locale da essiccare. Nei calcoli tecnici dei produttori, il calore residuo è già preso in considerazione e viene indicata la temperatura effettiva del flusso d'aria secca.

Per ottenere tassi di umidità dell'aria di mandata particolarmente bassi, può essere necessario installare a monte dei raffreddatori di superficie. Nelle zone sensibili alla temperatura, la temperatura dell'aria di alimentazione deve essere regolata direttamente a livello dell'essiccatore tramite un raffreddatore secondario, eventualmente abbinato a una batteria di riscaldamento. Idealmente, il produttore dell’essiccatore ad adsorbimento fornisce i moduli necessari, già montati e pronti per essere collegati all’alloggiamento dell’essiccatore. In caso di essiccazione dell’aria esterna non trattata, è opportuno prevedere un preriscaldatore per evitare il congelamento.

Recupero di calore

Quando si utilizzano essiccatori ad adsorbimento di grandi dimensioni, si raccomanda di installare in fabbrica un sistema di recupero di calore, tenuto conto dell’elevato consumo energetico inerente ai riscaldatori di rigenerazione. In questo caso, l’aria umida riscaldata viene convogliata, prima di essere espulsa all’esterno, attraverso uno scambiatore di calore a flussi incrociati, dove cede gran parte dell’energia termica in essa contenuta al flusso d’aria necessario alla rigenerazione. Ciò consente di ridurre notevolmente il consumo energetico del riscaldatore di rigenerazione.