Esperto risponde: la distillazione dei refrigeranti

Un lettore ci chiede chiarimenti sulla distillazione dei refrigeranti, e si domanda se sia lo stesso processo che viene fatto per il fluido secondario di un chiller.

In un chiller il circuito frigorifero, contenente il refrigerante, si trova confinato in uno spazio ben definito e delimitato. Il compito di veicolare il calore viene affidato ad un secondo fluido, detto fluido secondario, che può essere costituito da sola acqua oppure da acqua additivita con altre sostanze, come ad esempio il glicole, che le conferiscono specifiche proprietà, tra le quali quella di abbassare il suo punto di congelamento. Periodicamente tali fluidi glicolati vanno distillati con il processo di distillazione dei refrigeranti, ossia devono essere oggetto di un procedimento di rigenerazione che consente di ripristinare le loro caratteristiche chimico-fisiche che con il tempo possono scadere. La distillazione dei refrigeranti risulta fondamentale per evitare che tali fluidi diventino troppo aggressivi nei confronti dei metalli e quindi possano portare a seri problemi per la loro integrità.

La distillazione dei fluidi frigoriferi invece, è un processo di altro tipo. Essa riguarda prevalentemente le miscele zeotrope di refrigeranti (come l’R407C, ad esempio), ossia quelle miscele che presentano un glide (scorrimento) di temperatura: tali miscele, ricordiamo brevemente, si caratterizzano per non mantenere costante la loro temperatura durante i cambiamenti di stato, fenomeno che, invece, è tipico di tutti i fluidi puri e delle miscele azeotrope.  Le miscele zeotrope sono composte da due o più componenti che hanno caratteristiche piuttosto diverse tra loro, in particolare per quello che riguarda la temperatura di saturazione ad una data pressione. Ciascun componente ha una specifica temperatura di saturazione, diversa da quella degli altri componenti la miscela, per cui durante il processo di cambiamento di stato della miscela stessa (evaporazione o condensazione) i vari componenti non si comportano tutti in maniera omogenea: il componente più volatile (cioè che presenta una temperatura di evaporazione più bassa ad una data pressione) passa dallo stato liquido a quello gassoso per primo in ordine temporale:  proprio in tale momento la fase gassosa della miscela risulta essere più ricca di tale componente che, quindi, viene separato (distillato) dai restanti componenti, che permangono prevalentemente in fase liquida. All’aumentare della temperatura (a pressione costante) esso viene seguito via-via nel processo di evaporazione da tutti gli altri componenti la miscela in base alle rispettive crescenti temperature di saturazione. L’ultimo componente a cambiare di stato, e a diventare completamente gassoso,  è quello che presenta una temperatura di saturazione più elevata. Proprio a seguito di tali diverse peculiarità dei componenti, la miscela, nel suo complesso, subisce una variazione di temperatura anche durante i cambiamenti di stato: il salto di temperatura che si verifica, e che è definito dalla differenza tra la temperatura di bolla e quella di rugiada, viene detto glide (scorrimento) di temperatura.

Nel caso dell’esempio riportato (R407C) si hanno tre distinti componenti nella composizione della miscela: R134a (temperatura di saturazione a pressione atmosferica di -26,1 °C), R125 (temperatura di saturazione a pressione atmosferica di -48,5 °C) e R32 (temperatura di saturazione a pressione atmosferica di -51,7 °C). Alla pressione atmosferica, l’R407C presenta una temperatura di saturazione di -44,3 °C. Semplificando il discorso possiamo pensare che, in tali condizioni, il componente a compiere più agevolmente e per primo il passaggio da liquido a vapore risulta essere l’R32, il componente che ha una temperatura di saturazione più bassa tra i tre. Mentre l’R32 compie decisamente il suo cambiamento di stato l’R134a, ad esempio, permane prevalentemente in fase liquida perchè la temperatura che richiede per il suo cambiamento di stato è molto più alta: la fase vapore risulta essere molto ricca di R32 mentre l’R134a sarà presente in quantità minime.  L’R32 risulta essere stato separato (distillato) da esso. All’aumentare della temperatura anche l’R125 passa decisamente allo stato di vapore mentre l’R134a rimane ancora prevalentemente in fase liquida. Esso sarà l’ultimo dei tre componenti a compiere totalmente il passaggio alla fase di vapore. Solo dopo tale cambiamento tutto l’R407C sarà completamente passato alla fase di vapore e la sua temperatura di saturazione risulterà essere aumentata a -37,1 °C.

Concludendo, si può semplificare il tutto dicendo che il processo di distillazione delle miscele zeotrope consiste in una separazione, detta anche smiscelazione, dei suoi vari componenti per separarli reciprocamente uno dall’altro.