Cos'è the falling film?

Film Cadente: Un'Analisi

Il film cadente (o film discendente) è un tipo di scambiatore di calore nel quale un liquido viene distribuito come un sottile film sulla superficie di un solido, tipicamente l'esterno di un tubo verticale, mentre un altro fluido (gas o liquido) fluisce sul lato opposto della superficie del tubo. Questo setup facilita un efficiente scambio di calore e/o massa tra i due fluidi.

Principio di Funzionamento:

Il liquido viene pompato in cima ai tubi e distribuito uniformemente formando un sottile film. La gravità causa la discesa del film lungo la superficie del tubo. Il fluido di riscaldamento o raffreddamento fluisce all'interno dei tubi. Il calore viene trasferito attraverso la parete del tubo dal fluido di riscaldamento/raffreddamento al film liquido (o viceversa), causando l'evaporazione o il raffreddamento del film.

Vantaggi:

• Elevati coefficienti di trasferimento di calore: Il sottile film permette un'elevata area superficiale per volume e riduce la resistenza termica, risultando in un trasferimento di calore efficiente.
• Bassi tempi di residenza: Il sottile film si muove rapidamente lungo la superficie, riducendo il tempo di esposizione del liquido al calore, il che è vantaggioso per sostanze termosensibili.
• Bassa caduta di pressione: La caduta di pressione per il flusso del gas è bassa, in quanto non incontra molta resistenza dal sottile film.
• Flessibilità: Può essere utilizzato per il riscaldamento, il raffreddamento, la concentrazione e l'evaporazione di una varietà di liquidi.
• Scalabilità: Facile da scalare aumentando il numero di tubi.

Applicazioni:

I sistemi a film cadente trovano largo impiego in diverse industrie:

• Evaporazione: Usati per concentrare soluzioni, in particolare quelle termosensibili come succo d'arancia, latte e prodotti farmaceutici.
• Desalinizzazione: Utilizzati nei processi di desalinizzazione dell'acqua di mare.
• Refrigerazione e Condizionamento: Impiegati come evaporatori e condensatori in sistemi di refrigerazione.
• Distillazione: Utilizzati per la distillazione di prodotti chimici.
• Cristallizzazione: Utilizzati nel processo di cristallizzazione.
• Industria Alimentare: Concentrazione di succhi di frutta, produzione di latte in polvere.
• Industria Chimica: Reazioni chimiche che richiedono un efficiente trasferimento di calore.

Considerazioni Progettuali:

• Distribuzione del Film: Una distribuzione uniforme del liquido sulla superficie è cruciale per un efficiente trasferimento di calore e per evitare punti secchi. Diversi distributori, come ugelli, piatti forati o troppopieni, sono utilizzati per raggiungere questo scopo.
• Spessore del Film: Ottimizzare lo spessore del film è essenziale. Un film troppo sottile può portare a punti secchi, mentre un film troppo spesso può ridurre il coefficiente di trasferimento di calore.
• Materiale: La scelta del materiale del tubo dipende dalle proprietà del fluido di lavoro e dalle condizioni operative (temperatura, pressione, corrosività).
• Geometria: Tipicamente si usano tubi verticali, ma si possono usare anche superfici piane o altri profili.

Sfide:

• Formazione di incrostazioni: La formazione di incrostazioni sulla superficie del tubo può ridurre significativamente l'efficienza del trasferimento di calore.
• Distribuzione non uniforme del film: Distribuzione non uniforme del film può portare a punti secchi e riduzione dell'efficienza.
• Controllo del processo: Mantenere condizioni operative stabili è importante per un funzionamento ottimale.