Macinazione a temperatura controllata, criomacinazione e inertizzazione: il trio vincente per un impianto ad alte prestazioni

Le tre applicazioni che utilizzano i gas industriali e che sono fondamentali per le prestazioni del tuo impianto di macinazione, sono: il controllo della temperatura del prodotto da macinare, la macinazione a bassissima temperatura (o criomacinazione) e l'inertizzazione.

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Queste tecniche eliminano gran parte dei classici inconvenienti o problemi riscontrati nell'industria farmaceutica, e non solo, durante la macinazione di un prodotto, ovvero migliorano la produttività, la qualità e la sicurezza.
Questo articolo descrive i vantaggi dei gas industriali per una macinazione efficiente.

I vantaggi dell'inertizzazione con Azoto prima, durante e dopo la macinazione

L'inertizzazione consiste nel sostituire l'atmosfera composta da aria con un gas inerte (Azoto, Diossido di Carbonio, ecc.).
Possiamo distinguere due tipi di processi di inertizzazione, che hanno obiettivi diversi ma che possono essere combinati nei processi di macinazione.

1. La cosiddetta inertizzazione di qualità
È l'uso di un gas inerte, Azoto (N₂) o Diossido di Carbonio (CO₂) per rimuovere l'umidità e l'Ossigeno (O₂) dall'aria, presente intorno al prodotto al fine di limitarne le ossidazioni.

2. La cosiddetta inertizzazione in sicurezzaConsiste nell'usare un gas inerte per rimuovere un'atmosfera esplosiva o chimicamente reattiva. Scendendo al di sotto della concentrazione minima di Ossigeno si eliminano i rischi di innesco o di esplosione.

L'inertizzazione può essere utilizzata in diverse fasi della produzione di prodotti in polvere tramite macinazione, e quindi non solo nell'apparecchiatura di macinazione stessa, ma anche durante lo stoccaggio delle materie prime a monte del macinatore e a valle di esso durante il trasferimento delle polveri fino al loro confezionamento.

L'inertizzazione permette di conservare perfettamente il prodotto ridotto in polvere, i suoi principi attivi, evitando qualsiasi rischio di innesco o esplosione.

L'Azoto gassoso necessario per l'inertizzazione è naturalmente presente nelle operazioni di macinazione. Infatti, durante il suo cambio di stato, l'Azoto rilascerà circa 700 litri di gas (a 15 °C con 1 bar di pressione).

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I vantaggi della macinazione a temperatura controllata e della criomacinazione

L'Azoto liquido è un fluido criogenico a -196 °C che conserva grandi quantità di frigorie: 1 litro di Azoto liquido rilascia circa 70 kcal.
Permette di raggiungere temperature molto basse (es. fino a -150 °C) che compensano l'energia dissipata nel macinatore rendendo fragili i prodotti da macinare.

Macinazione a temperatura controllata

La maggior parte dell'energia messa in gioco per la macinazione si trasforma in calore tramite attrito (quasi il 97%). Noi chiamiamo macinazione "a temperatura controllata" la semplice compensazione del contributo di calore dissipato nel macinatore per iniezione di un fluido criogenico. Questo metodo presenta dei vantaggi essenziali:

In termini di produttività:
Utilizzando la criogenia per eliminare il riscaldamento eccessivo durante la macinazione

si evita l'intasamento dei filtri, l'agglomerazione del prodotto che può fermare la produzione,
si ha una più facile pulizia dell'apparecchiatura,
il flusso di polveri è costante, essendo stato eliminato il riscaldamento, e ciò consente di aumentare notevolmente la portata di produzione del macinatore.

In termini di qualità:
Le materie sensibili al calore non vengono danneggiate.
La granulometria delle particelle ottenute è più fine e omogenea, offrendo anche una miglior riproducibilità dei medesimi parametri nel tempo, perché la modalità di regolazione e il controllo del fluido criogenico rimangono indipendenti dalla temperatura esterna o dalla temperatura iniziale del prodotto.

Macinazione a bassa temperatura o criomacinazione

Il processo di criomacinazione o macinazione a bassa temperatura consiste nel pre raffreddare il prodotto introdotto nel macinatore:

al di sotto della sua temperatura di infragilimento (classico per materie plastiche, gomma, ecc.),
o al di sotto di una temperatura che mantenga la qualità del prodotto macinato.

È utilizzata in molti settori industriali come la plastica, gli elastomeri, i materiali da riciclare, spezie e prodotti fitosanitari, prodotti alimentari o prodotti farmaceutici, ecc.

La criomacinazione consente di ampliare la gamma di sostanze che possono essere macinate e di conservare gli aromi e i principi attivi.

E’ importante sottolineare che, per mezzo di un controllo con Azoto criogenico, i prodotti contenenti elevati valori di acqua, olio e grassi vengono mantenuti in uno stato cristallino durante il processo e non possono migrare all'interno della massa durante la macinazione.

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Come integrare i fluidi criogenici negli impianti di macinazione?

A - Caso della macinazione a temperatura controllata

Per la macinazione a temperatura controllata, l'iniezione di Azoto liquido viene effettuata da un iniettore montato all'interno del macinatore. È associato ad un circuito di regolazione basato sulla temperatura del prodotto in uscita dal macinatore.

Nella maggior parte dei casi, il sistema si monta direttamente su un'apparecchiatura esistente (prestare attenzione alla gestione della compatibilità dei materiali e dei componenti delle apparecchiature, fragili alle basse temperature).

Esiste però un’ampia gamma di soluzioni che generano frigorie e sono usate per controllare la temperatura in un macinatore (aria raffreddata, scambiatore di calore ad acqua, ecc.). Questo non è il caso della criomacinazione, dove le temperature sono eventualmente raggiungibili solo attraverso la criogenia. Da sola, la soluzione criogenica combina:

una notevole capacità refrigerante disponibile, così come la flessibilità per adeguarsi a incrementi o vincoli di produzione,
bassissimi costi di investimento, manutenzione per tecnologie e apparecchiature. Il costo principale del sistema di criogenia riguarda la molecola ed è quindi perfettamente gestibile.

B - Caso della criomacinazione

Nel caso della criomacinazione, l'iniezione di Azoto liquido può essere fatta in diversi punti del processo. E’ comunque sempre necessario pre raffreddare il prodotto alla temperatura di infragilimento prima della sua immissione nel macinatore.
Per garantire questo preraffreddamento sono stati sviluppati diversi dispositivi: tramoggia, coclea o altri.
La scelta del dispositivo dipende dalle caratteristiche di flusso del prodotto trattato, dall'ambiente e dallo spazio disponibile, dall'altezza, ecc.

Questa temperatura dovrà quindi essere mantenuta nell'apparecchiatura di macinazione fornendo ulteriori iniezioni di fluido criogenico.

Air Liquide ha sviluppato soluzioni brevettate per questa operazione, riducendo significativamente il consumo di fluido criogenico.

A questo si aggiunge il vantaggio dell'inertizzazione dei gas industriali utilizzati.