Termoregolatore digitale

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La temperatura è un parametro fondamentale in operazioni quali la sintesi chimica, l'estrazione di molecole naturali, la fermentazione e i processi biochimici.
Queste fasi di processo si svolgono in svariate apparecchiature — tra cui reattori, ribollitori, cristallizzatori, filtri-essiccatori, essiccatori, fermentatori e bioreattori — tutte dotate di un'intercapedine (camicia) in cui circola un fluido termovettore per controllare la temperatura di processo.
Le fasi successive di un processo a lotti (batch) vengono eseguite nella stessa unità a temperature variabili, tipicamente comprese tra -20°C e 150°C, sebbene l'intervallo possa estendersi fino a +200°C o addirittura a -100°C per processi più impegnativi.

Gli operatori hanno esigenze specifiche in termini di:
• Produttività: non si devono perdere tempi morti durante le variazioni di temperatura.
• Qualità della produzione: la temperatura deve essere precisa e uniforme; il prodotto non deve surriscaldarsi a contatto con la parete del recipiente; la temperatura di processo obiettivo deve essere raggiunta direttamente, senza superamenti (overshoot).
• Sicurezza: l'energia generata da reazioni esotermiche deve essere efficacemente asportata.
• Manutenzione delle apparecchiature: le immissioni successive di vapore, acqua o salamoia causano fenomeni di corrosione altamente dannosi. Tali soluzioni vengono vantaggiosamente sostituite da un circuito termico secondario noto come sistema "monofluido", in cui lo stesso fluido privo di ossigeno circola nell'intercapedine del reattore lungo l'intero intervallo di temperatura.

Da molti anni, CELSIUS è specializzata nella progettazione e realizzazione di un'unità dedicata nota come skid termico, skid monofluido o modulo energetico. Il fluido termovettore "singolo" viene scelto in base all'intervallo di temperatura — acqua, miscela acqua-glicole o olio diatermico — e viene riscaldato o raffreddato secondo le esigenze di processo utilizzando utenze disponibili in loco, quali vapore, energia elettrica, acqua, miscela acqua-glicole, salamoia, olio diatermico o persino azoto liquido per temperature criogeniche. Per evitare sollecitazioni causate da differenziali e fluttuazioni di temperatura, gli scambiatori di calore impiegati sono del tipo a tubi avvolti a spirale.

Tutti i componenti necessari per il controllo della temperatura — pompa di circolazione, scambiatori di calore, valvole di regolazione, valvole di intercettazione, strumentazione, sistemi di automazione, ecc. — sono assemblati in un'unica unità montata su skid. L'unità viene consegnata in loco completamente assemblata, dotata di tubazioni, isolamento e cablaggio, riducendo così al minimo i tempi di installazione, collegamento e messa in servizio presso l'impianto (spesso un sito classificato Seveso).
Il modulo energetico è fornito con targhetta identificativa CE e certificato di conformità CE, in accordo con la Direttiva Europea sulle Attrezzature a Pressione PED 2014/68/UE e, ove applicabile, con la Direttiva ATEX 2014/34/UE per le apparecchiature destinate ad atmosfere esplosive; include inoltre un protocollo di Qualifica dell'Installazione (IQ) per agevolare la convalida dell'apparecchiatura secondo gli standard FDA.

Grazie alla sua vasta esperienza, CELSIUS dispone di tutte le competenze necessarie per progettare e realizzare questa apparecchiatura di processo, deputata alla gestione della temperatura della massa di reazione all'interno del recipiente di produzione.

Sulla base della temperatura obiettivo della massa e delle letture provenienti dalle sonde di temperatura situate sia nel reattore che nel circuito a fluido singolo, il sistema di automazione seleziona lo scambiatore di calore appropriato e comanda le valvole di intercettazione e di regolazione.
Il sistema di automazione CELSIUS integra inoltre un "gemello digitale" (digital twin) del reattore e del modulo energetico. Il reattore viene modellato in base alle sue caratteristiche operative, quali l'intercapedine (jacket), il sistema di agitazione e il contenuto di solvente. Durante una simulazione operativa, i valori di temperatura pilotano le valvole di regolazione. A loro volta, le posizioni delle valvole consentono di calcolare le velocità dei fluidi, le caratteristiche del flusso e i coefficienti di scambio termico all'interno dell'intercapedine e dello scambiatore; ciò permette di determinare le temperature all'interno del reattore e del circuito a fluido singolo per l'intervallo temporale successivo.
Utilizzando i parametri di impianto forniti dall'operatore, questa simulazione consente al gemello digitale del sistema — composto da reattore e modulo energetico — di operare per settimane prima della consegna. Ciò facilita l'ottimizzazione dei parametri di controllo, limitando così la fase di messa in servizio a una sola giornata, grazie a impostazioni pre-calibrate sulle condizioni operative reali.