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Tecnologia ad alta pressione di HERMETIC per l'estrazione di CO2 nel processo di decaffeinizzazione Lavazza. (Fonte immagine: HERMETIC-Pumpen GmbH)

In combinazione con le alte temperature e la viscosità estremamente bassa del fluido, il processo pone requisiti elevati alle apparecchiature installate. Come pompa di circolazione viene utilizzata una motopompa stagna progettata e prodotta da HERMETIC-Pumpen GmbH. L'unità compatta con design ad alta pressione, compresa l'attrezzatura di monitoraggio, garantisce un flusso affidabile di CO2 attraverso i chicchi di caffè. Grazie al design a bassa usura e manutenzione ridotta di topumps, la caffeina può essere estratta in un funzionamento 24 ore su 24 senza compromettere la durata.

L'anidride carbonica supercritica si trova in uno stato supercritico al di sopra della sua temperatura e pressione critiche. Le sue proprietà sono intermedie a quelle di un gas e di un liquido: ha la viscosità, comprimibilità e diffusività di un gas e la densità e solubilità di un liquido. Può facilmente penetrare in altre sostanze ed estrarre da esse le sostanze desiderate. Per le sue qualità naturali e la purezza del prodotto finale, viene utilizzato principalmente nell'industria alimentare e farmaceutica. Un esempio è la decaffeinizzazione dei chicchi di caffè.

Lavazza: processo di decaffeinizzazione “naturale” a CO2. La decaffeinizzazione è un processo per estrarre la caffeina dai chicchi di caffè mentre sono ancora verdi. Lavazza utilizza esclusivamente il metodo CO2. La decaffeinizzazione avviene attraverso un processo “naturale” dove tutti gli elementi che entrano in contatto con il prodotto durante le varie fasi di lavorazione sono idonei all'uso alimentare.

Nello stabilimento Lavazza situato a Pozzilli, in Molise – messo in funzione a questo scopo nel 1991 – i chicchi di caffè verde vengono prima gonfiati aumentandone il contenuto di umidità fino a oltre il 35% con l'aggiunta di acqua potabile. I chicchi vengono poi convogliati in un estrattore (autoclave) dove scorre l'anidride carbonica in condizioni supercritiche. Con questo processo la caffeina viene estratta dai chicchi di caffè e poi recuperata. Al termine della fase di estrazione, l'autoclave contenente il caffè viene depressurizzata e il caffè viene trasferito alla successiva fase di essiccazione. In questa fase di lavorazione i chicchi di caffè vengono essiccati fino a raggiungere un contenuto di umidità inferiore all'11%.

Alta pressione, alta temperatura, bassa viscosità L'utilizzo della CO2 in uno stato di aggregazione supercritico è la chiave per un'estrazione efficace della caffeina. L'elevata temperatura prevalente determina una pressione di vapore estremamente elevata alle viscosità più basse. Ciò rappresenta una sfida straordinaria per la pompa centrifuga. Anche la miscela di CO2, acqua e caffeina può provocare la formazione di residui che fluiscono attraverso la pompa.

Soluzione di pompa ermeticamente sigillata con design ad alta pressione Per il convogliamento della CO2 supercritica attraverso l'estrattore, Lavazza si affida a una motopompa centrifuga incapsulata della HERMETIC-Pumpen GmbH. La pompa centrifuga multistadio ad alta pressione, tipo CAMHV, garantisce una consegna affidabile. Le condizioni di processo prevedono una pressione di oltre 200 bar, una temperatura di oltre 80 °C e un flusso di CO2 di oltre 140 m³/h. Nelle motopompe incapsulate, il motore e i componenti idraulici fanno parte di un unico blocco con rotore e giranti disposti su un albero comune. Il rotore è supportato da cuscinetti radiali mediamente lubrificati. Lo statore del motore di azionamento è separato dalla camera del rotore da un tubo statore. La camera del rotore forma uno spazio comune con la parte dell'alloggiamento della pompa.

Un principio di progettazione a bassa usura per il funzionamento continuo 24 ore su 24 Grazie al suo design integrale e compatto, la motopompa fissa non richiede guarnizioni dell'albero, cuscinetti o giunti convenzionali. Questo è un vantaggio rispetto alle pompe con tenute meccaniche che sono più sensibili alle pressioni e alle temperature prevalenti nel processo di estrazione. La pompa funziona anche con un'emissione di rumore molto bassa.

La tecnologia HERMETIC "ZART" (Zero Axial and Radial Thrust) garantisce che l'unità rotore funzioni senza contatto e senza usura. ZART si basa sul bilanciamento completo della spinta assiale utilizzando cuscinetti idrodinamici senza contatto. La pompa è stata installata in posizione verticale per adattarsi alla bassa viscosità del mezzo pompato e alla conseguente ridotta capacità di carico del cuscinetto. In questo caso i cuscinetti a strisciamento non hanno una funzione di sostegno del carico del rotore, ma solo una funzione di guida. Il peso del rotore viene trasportato idrostaticamente. Questo design consente al rotore di lavorare in funzionamento continuo senza usura e contatti meccanici. Ciò consente l'estrazione della caffeina in funzionamento continuo per diversi anni. Altro vantaggio dell'installazione verticale è quello di agevolare le operazioni di degasaggio della pompa.