Gli scambiatori a piastre Alfa Laval fanno risparmiare spazio e aumentano la produttività

In passato, Brunner Mond utilizzava enormi scambiatori di calore tubolari Caisse come condensatore e preriscaldatore del liquido di alimentazione. L’unità Caisse, situata accanto alla colonna del distillatore di ammoniaca, misurava 14 metri (46 piedi) in altezza e 2.7 metri (9 piedi) in diametro ed era progettata per ridurre la temperatura della miscela gassosa da 850 °C (1850 °F) a 600 °C (1400 °F). Il problema era che, con l’invecchiamento dei tubi, il raffreddatore Caisse diventava sempre più soggetto a corrosione e iniziava a sviluppare perdite che dovevano essere tappate regolarmente.

Sostituzione dei tubi – un processo lungo, costoso e laborioso

La sostituzione dei tubi era un processo lungo, costoso e laborioso che richiedeva l’arresto totale del raffreddatore per consentire al personale di manutenzione di entrare nella struttura e tappare le perdite. Ciò significava che l’area di scambio termico disponibile diminuiva a ogni intervento successivo. Gli ingegneri dell’impianto si resero conto che, prima o poi, l’unità avrebbe richiesto una completa sostituzione dei tubi o un rimpiazzo totale. Poiché la sostituzione dei tubi avrebbe fermato il processo per un periodo fino a tre mesi, la sostituzione sembrava l’alternativa più praticabile. Tuttavia, il caso era ulteriormente complicato dalla limitata disponibilità di spazio per l’installazione.

Brunner Mond chiese a tre fornitori di scambiatori di calore di presentare soluzioni per il compito. Uno rifiutò di fare un’offerta; il secondo propose una soluzione non fattibile.

La terza azienda, Alfa Laval, collaborò con Brunner Mond per sviluppare una soluzione che non solo risolse il problema, ma migliorò l’efficienza operativa, ridusse la manutenzione e occupò solo una frazione dello spazio.

Resistenza alla corrosione, facile manutenzione e controllo preciso della temperatura 

Per sostituire il raffreddatore Caisse esistente, Alfa Laval propose due scambiatori di calore a piastre (PHE), uno condensatore in titanio e uno preriscaldatore del liquido di alimentazione, anch’esso in titanio. Le piastre in titanio riducono al minimo il rischio di corrosione, mentre il design compatto e facilmente accessibile degli scambiatori di calore a piastre risolve i problemi di servizio e manutenzione. A differenza dei raffreddatori Caisse originali, gli scambiatori di calore a piastre possono essere mantenuti e revisionati in loco, nello spazio di installazione, con un minimo disturbo al processo.

Inoltre, la soluzione Alfa Laval che utilizza acqua dolce per raffreddare il gas alla temperatura corretta consente un controllo preciso delle temperature di gas e condensa e previene il raffreddamento eccessivo della condensa. L’acqua dolce riscaldata in questa fase del processo viene poi utilizzata per preriscaldare il liquido di alimentazione. Dopo il preriscaldamento, l’acqua opportunamente raffreddata viene riciclata nel condensatore per completare nuovamente il processo di raffreddamento. I problemi di incrostazione del liquido di alimentazione sono limitati a un singolo scambiatore di calore a piastre, facilmente accessibile per servizio e manutenzione.

Tuttavia, il risparmio più evidente riguarda lo spazio occupato. Il condensatore a piastre misura 3.5 metri (11 1/2 piedi) in altezza, 1.4 metri (4 1/2 piedi) in larghezza e 3.5 metri (11 1/2 piedi) in lunghezza, rispetto ai 14 metri (46 piedi) di altezza e 2.7 metri (9 piedi) di diametro di ciascun raffreddatore Caisse.

Un portavoce di Brunner Mond afferma che “il sistema è estremamente affidabile e risponde rapidamente ai cambiamenti nei tassi e nelle condizioni di alimentazione. L’unità condensatrice per gas di maggiori dimensioni non ha mostrato alcuna tendenza all’incrostazione, anche dopo quattro anni di uso continuo”. In effetti, il concetto si è dimostrato così efficace che, nel corso di cinque anni, un gran numero di PHE è stato installato negli impianti Brunner Mond di Northwich.

Lo scambiatore di calore a piastre

Lo scambiatore di calore a piastre è costituito fondamentalmente da un certo numero di piastre corrugate montate in un telaio e disposte in modo che i due fluidi scorrano in canali alternati. I fluidi tra i quali deve avvenire il trasferimento di calore sono sigillati rispetto all’atmosfera mediante guarnizioni o saldature su uno o entrambi i canali. Le corrugazioni delle piastre generano turbolenza nei fluidi, prevenendo l’incrostazione.

Oltre al preriscaldamento del liquido di alimentazione, le applicazioni dello scambiatore di calore a piastre liquido-liquido nella produzione di carbonato di sodio includono:

• Raffreddamento della salamoia ammoniacale circolante proveniente dalla torre di assorbimento dell’ammoniaca
• Raffreddamento della salamoia precarbonata per la torre di carbonatazione.

Lo scambiatore di calore a piastre come condensatore

Gli ingegneri di impianto considerano spesso lo scambiatore di calore a piastre come un tipico scambiatore liquido-liquido, ma in realtà esso è stato utilizzato come condensatore in un’ampia gamma di condizioni di processo per molti decenni. Il condensatore a piastre è stato impiegato con successo per compiti diversi, come il riscaldamento a vapore, la condensazione in sistemi di distillazione ed evaporazione e il raffreddamento di gas contenenti vapore acqueo, come nella condensazione del distillatore di ammoniaca.

Il vapore da condensare entra nell’unità attraverso uno dei collegamenti superiori del telaio. Il vapore scorre in ogni secondo canale, mentre il fluido di raffreddamento scorre, normalmente in controcorrente, nei canali alternati. La condensazione inizia non appena il vapore tocca la superficie della piastra e la condensa, insieme a eventuali residui di vapore o gas, viene prelevata dal collegamento inferiore e inviata a un separatore vapore/liquido.