Versatilità nell'essiccazione di materiali sfusi

Jess Elliott | 30 marzo 2023

L'essiccazione dei materiali sfusi è una fase fondamentale nelle industrie di processo. Le applicazioni possono variare dall'essiccazione di prodotti alimentari alla preparazione di ingredienti farmaceutici attivi e alla produzione di materie prime per batterie al litio. La necessità di asciugare rapidamente i materiali in condizioni controllate, senza danni o degrado, si è evoluta in molti progetti di essiccatori di processo nel corso degli anni. Molto tempo dopo il primo metodo di essiccazione utilizzando il sole e il vento, i produttori ora mantengono un maggiore controllo per ridurre i tempi del processo sfruttando diversi approcci comprovati.

Sono disponibili molti processi sofisticati e ottimizzati. Le attuali tecnologie offrono vantaggi specifici in base ai requisiti del prodotto e all'applicazione, alle capacità, alle condizioni, al tempo e allo spazio disponibili.

Cos'è l'essiccazione? In poche parole, è il processo fisico mediante il quale liquidi volatili o solventi vengono separati o evaporati per ottenere un prodotto solido. L'umidità o il contenuto di solventi da solidi o polveri vengono più comunemente evaporati mediante l'applicazione di energia termica o calore, miscelazione e vuoto. Le operazioni di essiccazione spesso seguono la separazione meccanica o la rimozione del solvente o dell'acqua dai prodotti solidi. Tuttavia, anche se semplice, la pratica di rimuovere l’umidità dai prodotti presenta molte sfide. È necessario prestare attenzione a non danneggiare, degradare o modificare chimicamente il prodotto. Ad esempio, nella produzione di batterie al litio, l'umidità residua o il solvente possono ridurre o creare problemi nel rivestimento degli elettrodi. Le operazioni di essiccazione vengono spesso utilizzate dopo operazioni di precipitazione o cristallizzazione prima della pastigliatura o del riempimento o delle successive operazioni di miscelazione.

I vantaggi dell’essiccazione spesso includono la riduzione dei costi di imballaggio, stoccaggio e logistica, una maggiore durata di conservazione e l’eliminazione della contaminazione batterica.

- Essiccazione a spruzzo: comporta l'alimentazione pressurizzata di un impasto liquido attraverso un ugello nebulizzatore in un gas caldo ad alta velocità provocando una rapida evaporazione dell'umidità. L'essiccazione è quasi istantanea ma spesso richiede ulteriori fasi di asciugatura per rimuovere l'umidità residua legata.

Configurazione a spruzzo secco

- Liofilizzazione (liofilizzazione): prevede il congelamento e l'essiccazione sotto vuoto, consentendo al ghiaccio di passare dallo stato solido a quello di vapore senza passare attraverso la fase liquida. Viene tipicamente utilizzato per materiali sensibili alla temperatura come vaccini o enzimi, è caratterizzato dal congelamento della soluzione del prodotto, seguito da un'essiccazione per sublimazione di acqua o umidità e termina con un'essiccazione secondaria mediante riscaldamento. (Nona edizione di Perry)

- Essiccazione in forno o in vassoio: riscaldamento del prodotto per convezione in una camera per volatilizzare l'umidità a temperatura costante consentendo al liquido di evaporare. Gli essiccatori a forno sono spesso dotati di un ventilatore o di una turbina che favorisce il processo di essiccazione che riscalda e asciuga i prodotti. I modelli sono dotati di vassoi mobili. Gli essiccatori a forno sono molto delicati nel trattamento del prodotto ma sono soggetti a tempi di processo lunghi.

Figura 3: Forno essiccatore a vassoio

- Essiccazione a microonde: utilizzo di microonde che creano calore per convertire il liquido in vapore in un prodotto essiccato. Sebbene efficaci, alcuni degli inconvenienti includono il degrado o i cambiamenti nella qualità del prodotto dovuti ai danni causati dalle microonde.

Illustrazione dell'asciugatrice a microonde

- Essiccatori conici (agitati): ampiamente utilizzati nelle industrie delle batterie, degli alimenti farmaceutici, nutraceutici e chimici, il materiale viene posto in un bollitore dotato di agitatore elicoidale. Mentre il materiale viene agitato favorendo il rinnovamento della superficie, al bollitore vengono applicati calore indiretto e vuoto. Il calore trasferito nel materiale converte il liquido in vapore. Il vuoto viene applicato al bollitore per ridurre la temperatura di ebollizione dell'umidità o del solvente facilitando un'efficace essiccazione del prodotto a temperatura di ebollizione ridotta della fase liquida.

Esistono molte altre configurazioni di essiccatori come essiccatori a tunnel, a tamburo rotante, a tamburo, a film cadente e a nastro. Questi non sono discussi qui ma sono ampiamente praticati anche nell'industria. (Nona edizione di Perry)