Ricompressione meccanica del vapore

La ricompressione meccanica del vapore rappresenta una metodologia efficiente per concentrare soluzioni in vari processi industriali (può essere impiegata ad esempio nella concentrazione di succhi di frutta e pomodoro, dei mosti d’uva, degli agrumi e del latte).

Essa può sostituire o integrare il sistema tradizionale basato su evaporatori. Per concentrare soluzioni è necessaria infatti una grande quantità di energia che di solito viene conferita mediante vapore prodotto in una caldaia alimentata da un combustibile fossile. Gli impianti solitamente utilizzati per ottenere questo scopo sono quelli così detti a multipli effetti: viene prodotto vapore, che viene adoperato per far evaporare il solvente nella soluzione nella prima colonna. L’analisi dei flussi energetici in entrata ed uscita da essa non è ottimale, in quanto circa l’80% del contenuto entalpico si ritrova nel vapore del solvente. Per tale motivo si mettono in cascata altre colonne, al fine di utilizzare tale energia per concentrare ulteriormente la soluzione.

In alternativa a queste tecniche si può ricorrere, con il medesimo risultato, alla ricompressione meccanica del vapore (RVM). Questo è un processo ad elevata efficienza energetica che consiste nell’incrementare, tramite un compressore meccanico, la pressione (e di conseguenza la temperatura) del vapore proveniente dalla soluzione in ebollizione, che può così essere utilizzato nel processo al posto di quello prodotto in caldaia: quest’ultima rimane per l’avvio del processo e per integrazione, laddove il contenuto entalpico del vapore all’uscita del compressore non fosse adeguato.

Valorizzare il contenuto entalpico del vapore già disponibile, anziché produrne di nuovo, consente di ottenere un cospicuo risparmio di combustibile; inoltre non vi è più la necessità di raffreddare il vapore vivo prodotto tramite condensatore ausiliario, il quale generava ulteriori costi aggiuntivi.

La cospicua riduzione di energia termica consente di bilanciare abbondantemente l’incremento di energia elettrica assorbita dai compressori, facendo pendere il bilancio dalla parte del risparmio di energia primaria. Da un punto di vista numerico, i consumi specifici (elettrici) della RMV sono dell’ordine di 10 ÷ 30 kWh/t acqua prodotta che in termini di energia primaria corrispondono a 78 ÷ 235 kJ/kg contro gli 850 kJ/kg (termico + elettrico) di un impianto a tre effetti.

Tabella RVM

Figura 1. Potenzialità tecniche di applicazione della RVM all’anno 2009. Fonte Allegato scheda tecnica n.34

La convenienza economica comporta tempi di ritorno attualizzati dell’ordine di uno-due anni. Va detto che la convenienza può essere in buona parte legata al costo dei compressori per il vapore, che presentano costi più elevati di quelli tradizionali, a causa dei minori volumi di produzione, specie per taglie sotto i 500 kW: per questo motivo si può dire che la RMV risulta meno conveniente se il compressore dovesse avere una potenza sotto tale taglia.

Grafico RVM

Figura 2. Costo specifico (€/kW) di un compressore utilizzabile per la ricompressione meccanica del vapore. Fonte Allegato scheda n.34E

I settori industriali di maggior interesse per la ricompressione meccanica del vapore sono l’industria casearia, saccarifera, birraria e dei distillati oltre ai settori farmaceutico, chimico e cartario.

Un’ulteriore applicazione di questa tecnologia riguarda l’essiccazione, che di solito impiega aria calda richiedendo elevati consumi specifici: utilizzando vapore leggermente surriscaldato tramite RMV si potrebbero ridurre i consumi di circa la metà, ma questa applicazione risulta ancora lontana da una diffusione su scala industriale, essendo presenti solamente pochi impianti a livello sperimentale.

In generale, l’intera tecnologia della RMV ha avuto finora una scarsa diffusione, soprattutto a causa della mancanza di conoscenza da parte degli utenti (che accettano dunque quanto proposto dagli operatori) e la maggior convenienza per i fornitori dei prodotti ad offrire la soluzione tradizionale, in quanto in grado di garantire margini di ricavo superiori.

 

Meccanismi di incentivazione

La scheda tecnica n.34E del meccanismo dei certificati bianchi è relativa alla riqualificazione termodinamica del vapore acqueo attraverso la ricompressione meccanica (RMV) nella concentrazione di soluzioni. Si tratta di una scheda analitica, che prevede pertanto la misurazione sul campo di alcuni parametri (quantità di distillato prodotto, energia elettrica annua consumata dal compressore di vapore e quantità di combustibile fossile utilizzata dalla caldaia).

Si può calcolare il risparmio energetico conseguibile con questa tecnologia come differenza tra l’energia primaria totale necessaria per far evaporare la soluzione nella situazione ante (baseline), ivi compresa l’energia consumata dagli ausiliari, e l’energia elettrica, espressa in termini di energia primaria, utilizzata dal compressore di vapore nella situazione post; l’impianto preso a riferimento per la situazione ante (baseline) è quello a multipli effetti con tre effetti.

Approfondimenti

Scheda tecnica n. 34E – Riqualificazione termodinamica del vapore acqueo attraverso la ricompressione meccanica (RMV) nella concentrazione di soluzioni.