ESSICCAZIONE

ESSICCAZIONE

. Operazione che consiste nell'eliminare dalle sostanze solide, per evaporazione, i liquidi che esse trattengono per adesione superficiale, per capillarità oppure come contenuto cellulare. Essa si compie ordinariamente nell'aria oppure nei gas; raramente nel vuoto. Il calore necessario per l'evaporazione può essere fornito dai raggi solari, oppure da una sorgente artificiale; in certi casi e quando la sostanza da essiccare è in piccola quantità anche dall'aria ambiente. Se si opera a temperatura superiore a quella di ebollizione del liquido da eliminare, l'essiccazione è rapida e completa; però molte sostanze organiche si alterano più o meno gravemente quando sono portate a temperatura molto superiore all'ordínaria; in simili casi l'essiccazione si compie nell'aria a temperature molto inferiori a quella di ebollizione dell'acqua; oppure nel vuoto, che permette di operare industrialmente a temperature ancora più basse (anche a 20°).

I liquidi evaporano anche a temperatura inferiore a quella di ebollizione fino a tanto che l'aria ambiente - oppure lo spazio chiuso nel quale l'evaporazione si compie (nel caso di evaporazione nel vuoto) - non ne è satura; una volta raggiunto questo limite, la quantità di vapore presente in uno spazio determinato rimane costante e non si può sottrarre altra umidità alla sostanza da essiccare se non si asporta da quello spazio un peso eguale di vapore, sia facendolo condensare, sia facendolo assorbire da sostanze igroscopiche, oppure (nel riscaldamento per mezzo dell'aria) facendolo trasportare meccanicamente dall'aria, cioè sostituendo l'aria satura di vapore con altra non satura. Riscaldando dell'aria satura di umidità, essa cessa di essere satura e consente l'evaporazione di una nuova quantità di liquido (v. vapore).

Il metodo più antico di essiccazione consiste nell'esporre le sostanze umide al sole e alle correnti d'aria. Esso è ancora largamente usata nell'agricoltura, nella vita domestica e, in generale, tutte le volte che si tratta di operazioni discontinue, per le quali non si possono sostenere spese d'impianto. In simili casi è molto economico; cessa di esserlo tuttavia - anche quando resta tecnicamente applicabile - quando si debbono essiccare continuamente forti quantità di sostanze. Perciò si usano da tempo immemorabile i forni e le camere di essiccazione a riscaldamento artificiale, che modernamente sono stati sostituiti da apparecchi più razionali, spesso a funzionamento automatico. Siccome l'evaporazione richiede una forte quantità di calore, per ridurre la spesa dell'essiccazione ordinariamente la si fa precedere dalla torchiatura oppure dalla centrifugazione per espellere meccanicamente dalla sostanza da essiccare quanto più liquido è possibile. Gli essiccatoi possono essere riscaldati direttamente dai gas di combustione provenienti da un fornello, oppure indirettamente, trasmettendo il calore dai gas all'aria attraverso una parete (generalmente metallica) oppure per mezzo di un fluido circolante: vapor d'acqua, acqua o anche olio. Il riscaldamento diretto si usa quando la sostanza da essiccare è di poco valore, non si altera a temperatura elevata, né per effetto di reazioni chimiche coi gas combusti; esso consente rendimenti più elevati che non gli altri metodi ed è particolarmente economico quando si possono utilizzare gas che hanno già ceduto parte del proprio calore per altri usi, p. es., per il riscaldamento di caldaie a vapore. Quando importa di ridurre la quantità di fumo che si mescola alla sostanza essiccata, si usa come combustibile il coke. In qualche raro caso si usa energia elettrica anche per il riscaldamento di essiccatoi industriali. Per accelerare l'essiccazione e per compierla a temperatura più bassa, talvolta si mescola alcool puro alla sostanza umida; si ha così dell'alcool diluito, che evapora a temperatura più bassa del liquido originario. Questo metodo (usato, p. es., per far asciugare rapidamente le lastre fotografiche) non è economico nell'industria: neanche quando si ricupera e rettifica l'alcool. In laboratorio si usa molto l'essiccazione, anche per determinare la quantità d'acqua contenuta nelle sostanze da analizzare, pesando le sostanze stesse prima e dopo l'essiccazione: la differenza dei due pesi è eguale al peso dell'acqua originariamente contenuta. Le sostanze igroscopiche sono usate quasi esclusivamente in laboratorio.

Essiccatoi ad aria. - I varî tipi di essiccatoi ad aria si differenziano secondo che il materiale si muove o sta fermo; e se il suo movimento è orizzontale o verticale, oppure ancora come su un piano inclinato. Nelle camere da essiccamento (fig. I) costruite in muratura, con doppia parete e interposizione di strato coibente per avere il minimo disperdimento di calore, il materiale è disposto su graticci a diverse altezze. L'aria, prima di essere immessa nelle camere, viene riscaldata lambendo dei radiatori posti in una camera di riscaldamento. Si può regolare la immissione dell'aria calda mediante una saracinesca. Se il tiraggio naturale non è sufficiente, il movimento dall'aria è ottenuto mediante la ventilazione meccanica. I forni e gli armadî si basano sullo stesso principio. I grandi essiccatoi sono costituiti da un intero edificio diviso in piani e in camere isolate. Il generatore di aria calda è posto nelle cantine. L'aria sale ai piani superiori mediante camini ed è distribuita alle varie camere per mezzo di tubi. Quando è satura viene evacuata sopra il tetto per mezzo di camini. Il calore che porta via con sé può essere in parte ricuperato facendola circolare in sistemi tubolari per riscaldare altra aria. Nei tipi di essiccatoi in cui il materiale si muove mediante carrelli, o nastri, o altri mezzi meccanici di trasporto, l'aria calda può seguire lo stesso percorso del materiale (equicorrente) oppure spostarsi in senso contrario (controcorrente). La scelta dell'uno o dell'altro sistema dipende dalla qualità del materiale da essiccare. Se questo è molto umido ed è di conformazione uniforme per modo da non presentare pericoli di soprariscaldamento in singoli punti, da cui deriverebbero bruciature o scoppî, è conveniente il primo metodo in cui il materiale viene a trovarsi a contatto dell'aria calda appena immessa, che assorbe il massimo di umidità. Nel caso invece che le sostanze debbano venire essiccate con molta cura e lentezza, conviene il secondo metodo in cui il materiale all'entrata si trova a contatto con aria che ha già ceduto parte del suo calore ed è quasi satura d'umidità e all'uscita con aria alla massima temperatura. Se poi i materiali esigessero uno speciale riguardo può conveníre di adottare talvolta entrambi i sistemi, come è negli essiccatoi multipli, in cui una parte dell'essiccatoio funziona in equicorrente ed una parte in controcorrente (fig. 2). L'aria di ventilazione entra contemporaneamente dalle due estremità ed è regolata da un ventilatore centrale che la riunisce e fa evacuare l'aria umida all'esterno. Nella penultima cella v'è un termoricuperatore alimentato con aria calda e umida, soffiata dal ventilatore centrale, che ha lo scopo di ricuperare il calore contenuto nell'aria che ha servito all'essiccamento.

Gli essiccatoi a canale o a galleria, in cui il materiale si muove orizzontalmente, sono costituiti (fig. 3) da una camera a pianta rettangolare allungata, chiusa alle due estremità da due porte a coulisse; appositi binarî permettono lo scorrimento dei carrelli portanti il materiale da essiccare, disteso su vassoi o arelle, sia nell'interno della galleria sia esternamente alla stessa, usufruendo di speciali piattaforme mobili. In alcuni tipi di essiccatoi a galleria, in luogo dei carrelli esistono delle catene longitudinali trasportatrici su cui viene appeso, a mezzo di bastoni o altro, il materiale da essiccare. Gli essiccatoi a galleria sono molto usati nell'industria dell'essiccazione del legno, delle frutta, di molti prodotti chimici e tessili.

Se per le sostanze da essiccare occorre una forte temperatura, come per forme da fonderia, mole di smeriglio, oggetti verniciati, i tubi riscaldanti sono alimentati da vapore ad alta pressione o da olî a punto di ebollizione elevato. La parte dei tubi che contiene l'acqua giace nel focolare e l'altra parte entra nella camera di essiccazione. Negli essiccatoi a camera verticale o a torre il materiale umido si sposta, per gravità, dall'alto al basso ove giunge essiccato ed è portato via. La camera può essere fornita di piatti posti uno sopra l'altro a una certa distanza (essiccatoi a piatti). Il materiale è fatto cadere da un piatto all'altro per mezzo di un sistema di raschiatoi e attraverso aperture sfalsate una rispettto all'altra. In un altro tipo di essiccatoio a camera verticale il materiale umido è disposto su telai attaccati a una catena senza fine; a mano a mano che l'essiccazione procede si toglie il telaio più basso, si abbassano tutti gli altri e s'introduce un nuovo telaio dall'alto. In un terzo tipo, la torre è internamente divisa in diversi piani metallici, sovrapposti, formati da elementi stretti e lunghi affiancati gli uni agli altri e imperniati secondo il loro asse. Con apposite leve si possono far ruotare contemporaneamemte tutti gli elementi di un piano e far cascare il materiale, disteso sul piano stesso, sul sottostante. L'aria, spinta all'entrata da un ventilatore, attraversa una camera contenente dei tubi riscaldatori e percorre il pozzo dal basso all'alto. La fig. 4 rappresenta appunto un essiccatoio a piani ribaltabili e la fig. 5 un essiccatoio a graticci.

Negli essiccatoi a nastro (fig. 6), il movimento del materiale avviene tanto in senso orizzontale quanto in senso verticale; essi sono usati in molte industrie chimiche, tessili, agricole. Ogni nastro di tela di canapa o cotone oppure di rete metallica o anche di metallo, è tenuto teso e mosso da due rulli. Il materiale cade sull'estremo del primo nastro che lo trasporta per tutta la sua lunghezza fino all'altro estremo. Di qui cade sul secondo nastro e così via finché non arriva all'apertura di uscita. La circolazione d'aria avviene dal basso all'alto o lateralmente.

L'essiccatoio rotativo o a tamburo è uno dei più convenienti e dei più usati particolarmente per materie paleggiabili. È formato da un semplice cilindro ad asse inclinato e girevole su rulli. È riscaldato coi prodotti della combustione proveniente da un fornello. Un ventilatore fornisce l'aria necessaria alla combustione e, se occorre, aria fredda per abbassare la temperatura dei gas combusti. Il materiale s'introduce dalla parte superiore del cilindro e lo percorre tutto per effetto del suo movimento di rotazione e della sua inclinazione. Se il cilindro non è inclinato (fig. 7) può essere munito nel suo interno di nervature elicoidali o di un sistema di alette disposte in modo tale da trascinare il materiale verso il fondo del cilindro. Il movimento delle sostanze si può intensificare con un sistema di pale. In un essiccatoio di tipo simile, il materiale percorre prima il cilindro, a cui arriva da una tramoggia per mezzo di una vite senza fine, e poi ancora il fondo dell'essiccatoio fino all'uscita.

Gli essiccatoi a cilindri sono costituiti da uno o più cilindri, di ghisa o di bronzo, riscaldati internamente mediante gas caldi o acqua, olio, oppure vapore. All'esterno sono a superficie liscia. Girando asportano un leggiero strato di materiale da essiccare, che dopo aver fatto tre quarti di giro, viene facilmente distaccato mediante un raschiatoio. Questi essiccatoi servono molto bene per i materiali liquidi o in poltiglia, e hanno trovato larga applicazione nell'industria della carta e nell'apprettatura e mercerizzazione dei tessuti. Se ne hanno di diversi tipi a seconda del numero di cilindri e del modo di funzionamento (fig. 8). I cilindri a immersione (a) si usano se il materiale è molto fluido. Questo è contenuto in un canale che passa sotto il cilindro. Nell'industria della birra l'estratto di malto viene essiccato mediante apparecchi ad applicazione (b) costituiti da due cilindri che scorrono uno sopra l'altro; quello inferiore pesca in un canale che contiene il materiale da essiccare. Vi sono poi i tipi a irrigazione (c), in cui le sostanze da essiccare prendono contatto col cilindro nella sua parte superiore, e infine quelli a scorrimento (d). Talvolta gli essiccatoi a cilindri servono a estrarre solo una parte dell'umidità contenuta nelle sostanze che poi vengono essiccate ulteriormente negli essiccatoi a tamburo.

Si usano ancora altri tipi di essiccatoi ad aria: gli essiccatoi a tubi (fig. 9) costituiti da un fascio di tubi riscaldati a vapore e contenuti in un cilindro girevole; fra i tubi passa la sostanza da essiccare. Il latte, che è una materia delicatissima, è essiccato mediante essiccatoi a polverizzazione (fig. 10) adoperati anche per sali liquidi. Il liquido viene spinto a forte pressione attraverso a un ugello, ne esce polverizzato in camere riscaldate ad aria calda ove essicca immediatamente. L'operazione è molto rapida e occorre quindi continuamente portar via il materiale secco mediante coclea. Negli essiccatoi a corrente (fig. 11) il materiale viene trasportato da una corrente d'aria calda e, dopo essiccato, viene separato da essa mediante apparecchi speciali.

Tipi speciali di essiccatoi occorrono in alcune industrie. L'essiccamento dei film è ad esempio un'operazione delicatissima, esigendo l'eliminazione assoluta della polvere. Le fibre di cellulosa ridotte in fogli umidi, nella fabbricazione della carta, si passano su cilindri riscaldati fino a ridurne l'umidità al 12%. Nell'essiccamento del legno, per ottenere che avvenga completamente l'ossidazione e la solidificazione delle sostanze resinose, si fa circolare nelle camere di essiccazione aria calda ricca di ozono.

Essiccatoi a vuoto. - Per quelle sostanze (generi alimentari, prodotti farmaceutici e altre) che si decompongono facilmente alle temperature elevate e per le quali occorre una più rapida e più completa essiccazione che non sia quella prodotta dagli essiccatoi ad aria, si può ricorrere agli essiccatoi a vuoto. Utilizzano il principio che i liquidi bollono a una temperatura tanto più bassa quanto minore è la pressione a cui sono sottoposti. Il vuoto si produce per mezzo d'una pompa che aspira l'aria e i vapori. Con pompe ad alto rendimento è possibile una rapida eliminazione dell'umidità a soli 20°. Questo processo di essiccazione offre tra gli altri il vantaggio di una notevole economia di costo di esercizio e di tempo. Le perdite di calore, infatti, che negli essiccatoi ad aria sono notevoli, dovendo l'aria che entra a 70° uscirne a 3÷35°, si riducono a poca cosa negli essiccatoi a vuoto, limitandosi a quelle che si verificano per irradiazione delle pareti. Se inoltre si utilizza per il riscaldamento il vapore di scappamento di una motrice, l'economia si accentua notevolmente. L'essiccazione nel vuoto si rende necessaria per le sostanze albuminoidi che non possono essere riscaldate sopra i 45°, finché contengono un po' d'acqua. È necessaria pure per i corpi igroscopici perché hanno sempre tendenza a riassorbire l'umidità dall'aria. Così per le sostanze infiammabili e quelle che si ossidano all'aria. E pure utile per i corpi voluminosi contenenti poca acqua, come i pani di zucchero. Siccome l'essiccazione nel vuoto si compie in recipienti chiusi, è facile recuperare i liquidi che impregnano le sostanze.

I tipi principali di apparecchi di essiccazione a vuoto somigliano nella forma a quelli ad aria. Abbiamo anche qui gli essiccatoi ad armadio, a pale, a tamburo. Gli essiccatoi ad armadio (fig. 12) si riscaldano mediante serpentini a vapore collocati nell'interno del cassone. La pompa aspira l'aria e il vapore; il miscuglio passa in un condensatore a superficie che condensa il vapore. Il materiale da essiccare è posto sulle piastre di riscaldamento applicate a varie altezze nell'interno del cassone. Nel caso di sostanze esplosive una camera di espansione protegge gli apparecchi. Gli essiccatoi a tamburo (fig. 13) sfruttano lo stesso principio degli essiccatoi ad aria a cilindri. Il materiale è contenuto nel fondo di un gran cilindro di ghisa o rame dentro il quale è fatto il vuoto. Un altro cilindro più piccolo gira nel suo interno trascinando sulla sua superficie un piccolo strato di materiale che viene così essiccato e poi, staccato da un raschiatore, cade in appositi carrelli. Il riscaldamento si fa nell'interno del secondo cilindro per mezzo di gas combusti, acqua calda o vapore. Gli essiccatoi a pale (fig. 14) sono costituiti da un cilindro fisso entro cui è fatto il vuoto e con la parete riscaldata da una camicia di vapore. Il materiale nell'interno di esso è rimescolato da un agitatore a pale riscaldabile internamente. Il materiale arriva al cilindro per mezzo di una tramoggia e una volta essiccato viene eliminato attraverso le bocche di scarico. Anche gli essiccatoi girevoli sono costituiti da un cilindro, in questo caso girevole; il rimescolamento delle sostanze si produce così automaticamente.

Applicazioni. - I grani, le fibre tessili, alcune specie di frutta e di ortaggi sono stati essiccati al sole e all'aria aperta fino dalla più remota antichità; così pure le pelli (v. concia), varie specie di pesci (v. pesca), la carne (v. conserva alimentare), ecc. Pure antichissima è l'essiccazione dei laterizî e del sale da cucina nelle saline. L'essiccazione è un'operazione importantissima in molti processi industriali, insieme ai quali è andata sviluppandosi nella forma moderna: cosi la filatura, la tessitura e la tintoria, la fabbricazione degli oggetti di ceramica, degli oggetti laccati, della carta, della cellulosa, del sapone, del malto (v. birra), dello zucchero, delle paste alimentari (v. pastificio), delle materie concianti, delle materie coloranti, della gomma, della colla e della gelatina, delle lastre fotografiche e di moltissimi prodotti chimici. Entra anche, come importante operazione preparatoria, in molti processi mineralurgici e metallurgici. I combustibili sono, in certi casi, anch'essi essiccati. Negli ultimi decennî ha preso grande sviluppo l'essiccazione artificiale di molte frutta e di ortaggi (v. conserva alimentare), del legno, del latte, delle patate, del sangue, delle uova, ecc.

Bibl.: E. Hausbrand, Das Trocknen mit Luft und Dampf, 5ª ed., Berlino 1920; N. Hirsch, Die Trockentechnik, Berlino 1927.